JPH03204939A - Ｍｉｓ型トランジスタおよびその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＭＩＳ型トランジスタおよびその製造方法に関
し、特にＬＤＤ構造を有するＭＩＳ型トランジスタおよ
びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ホット・キャリア対策の一環として、ＬＤＤ構造
を有するＭＩＳ型トランジスタが実用化されている。

しかし、ゲート長がサブミクロンとなると従来構造のＬ
ＤＤでもホット・キャリア対策は不十分であり、近年、
新たなＬＤＤ構造を有するＭＩＳ型トランジスタが提案
されている。

例えば、１９８６年発行の“インターナショナル　エレ
クトロン　デバイス　ミーティング　テクニカル　ダイ
ジェスト”　（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｌｅｃ
ｔｏｌｏｎ　　Ｄｅｖｉｃｅｓ　　Ｍｅｅｔｉｎｇ　Ｔ
ｅｃｈｎｉｃａｌ　　Ｄｉｇｅｓｔ　　　）７４２頁、
著者チャウ・ヨン・ハン他（Ｔｉａｏ−ｙｕａｎ　Ｈｕ
ａｎｇ　ｅｔ　ａｔ、　）　ｒ逆Ｔ字型のゲート電極構
造を有する新サブミクロンしＤＤトランジスタ」（Ａ　
Ｎ０ＶＥＬ　ＳＵＢＭＩＣＲＯＮ　ＬＤＤ　ＴＲＡＮＳ
ＩＳＴＯＲＷＩＴＨＩＮ−ＶＥＲ８Ｅ−Ｔ　ＧＡＴＥ　
５ＴＲＵＣＴＵＲＥ　）　　によれば、コノ新すブミク
ロンＬＤＤ）ランジスタは側壁の下部までゲート電極が
広がっており、以下に示す特徴を有している。

（１）逆Ｔ字型のゲート電極構造を持ち、内側のエツジ
をｎ−領域のマスクとし、外側のエツジをｎ＋領領域マ
スクとしている。

（２）通常のしＤＤトランジスタと同様に側壁による電
界緩和が可能である。更にＬＤＤトランジスタにとって
問題となっている°゛側壁起因する劣化′°を側壁下の
ゲート電極により除去できる。

（３）上記のパ側壁に起因する劣化′″の除去が可能と
なるため、電界緩和に最適な側壁の設計ができる。

（４）同一ゲート長の場合、通常のしＤＤトランジスタ
より電流駆動能力が高く、信頼性の高いトランジスタの
作成が可能となる。

第５図の断面図を用いて、上述の逆Ｔ字型のゲート電極
構造を有する新サブミクロンＬＤＤ）−ランジスタの構
造を説明する。

ｐ型シリコン基板１上にゲート酸化膜２を介して膜厚が
１００〜５００人程度の多結晶シリコンからなる第１の
ゲート電極１１が形成され、第１のゲート電極１１上に
は第１のゲート電極１１と電気的に接続された膜厚がＯ
１２〜０．５μｍ程度の多結晶シリコンからなる第２の
ゲート電極１２が形成され、第２のゲート電極１２の端
部は第１のゲート電極１１の端部より０．１〜０．３μ
ｍ程度内側に形成され、第２のゲート電極１２の側面に
形成された酸化膜側壁６ａは第１のゲート電極１１の端
部に自己整合的に形成され、第２のゲート電極１２をマ
スクにしたイオン注入によりｎ−型拡散層７が形成され
、第２のゲート電極１２と酸化膜側壁６ａとを（換言す
れば、第１のゲート電極１１を）マスクにしたイオン注
入によりｎ１拡散層８が形成されている。

次に第６図（ａ）〜（ｆ）を参照して従来の逆Ｔ字型の
ゲート電極構造を有する新サブミクロンＬＤＤ）ランジ
スタの製造方法について説明する。

まず、第６図（ａ＞に示すように、ｐ型シリコン基板１
上にゲート酸化膜２、多結晶シリコン層３、シリコン酸
化膜１０を形成し、フォトレジスト９を用いてゲート電
極のパターン形成を行なう。すなわち、第６図（ｂ）に
示す様に、フォトレジスト９をマスクとして多結晶シリ
コン膜３を残膜厚５００〜１０００人程度確保できる条
件で異方性ドライエッチによるエツチングを行ない、レ
ジストを除去して第２のゲート電極を形成する。次に、
第６図（ｆ）に示す様に、５００〜１０００人程度の多
結晶シリコン層とゲート酸化ｗＡ２はつきぬけかつ第２
のゲート電極部はつきぬけない程度の加速電圧でｎ型不
純物（リン等）を打ちこみ、第１のゲート電極パターン
に対して自己整合的なｎ−拡散層７を形成する０次に、
第６図（ｄ）に示す様に例えばシリコン酸化膜６等を堆
積させ、次に、第６図（ｅ）に示す様に、異方性ドライ
エッチにより酸化膜側壁６ａを形成する０次に、第３図
（ｆ）に示すように、シリコン酸化膜１３と、酸化膜側
壁６ａをマスクとして多結晶シリコン層をエツチングし
て第１のゲート電極１１を形成し、最後に第１．第２の
ゲート電極および酸化膜側壁６ａに対して自己整合的に
イオン打ち込み法によりｎ４−拡散層８を形成し逆Ｔ字
型のゲート電極を有したＭＩＳ型トランジスタを形成す
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した逆Ｔ字型のゲート電極構造を有する新サブミク
ロンしＤＤトランジスタは、従来のＬＤＤ構造を有する
ＭＩＳ型トランジスタと比較して、ゲート電極とｎ−拡
散層とのオーバーラツプ領域が大きいため、電流駆動能
力の増加と信頼性の向上が見込まれる利点がある。

しかし、この様な高性能トランジスタのゲート電極の配
線を、例えば半導体メモリのワード線等の配線長の長い
配線として使用した場合、第１のゲート電極および第２
のゲート電極が多結晶シリコンにより形成されているた
め、配線の単位長あたりの抵抗が高く、動作スピードを
低下させるという問題がある。

又、上述した製造方法では、多結晶シリコン層のエツチ
ングを途中で止めることにより逆Ｔ字型構造を実現して
いるので、第１のゲート電極の厚さが工程によりばらつ
き、従ってｎ−型拡散層の濃度や深さもばらつき、特性
の揃った新サブミクロンしＤＤトランジスタを作成でき
ないという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のＭＩＳ型トランジスタは、一導電型のシリコン
基板上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に
形成された多結晶シリコンからなる第１のゲート電極と
、第１のゲート電極上に形成された第１のゲート電極と
電気的に接続された高融点金属もしくは金属シリサイド
からなる第２のゲート電極と、第１のゲート電極上かつ
第２のゲート電極の側面に第１のゲート電極と自己整合
的に形成された側壁と、シリコン基板中に第１のゲート
電極と自己整合的に形成された逆導電型の高濃度の拡散
層と、シリコン基板中に第２のゲート電極と自己整合的
に形成された逆導電型の低濃度の拡散層とを有している
。

又、本発明のＭＩＳ型トランジスタの製造方法は、逆Ｔ
字型のゲート電極構造を有するＭＩＳ型トランジスタの
製造方法に於いて、一導電型半導体基板上にゲート絶縁
膜を形成したのち前記ゲート絶縁膜上に第１のゲート電
極となるべき多結晶シリコン層を形成する工程と、前記
多結晶シリコン層上に自然酸化膜を形成した後に高融点
金属層もしくは高融点金属シリサイド層を形成する工程
と、前記高融点金属層もしくは高融点金属シリサイド層
を前記自然酸化膜をエツチングストッパーとした異方性
ドライエッチを用いて第２のゲート電極としてパターン
形成する工程と、前記第２のゲート電極をマスクとして
自己整合的に逆導電型の不純物を前記半導体基板中に導
入して低濃度拡散層を形成する工程と、前記第２のゲー
ト電極の側面に側壁を形成する工程と、前記側壁と前記
第２のゲート電極をマスクとして前記多結晶シリコン層
をエツチングし、第１のゲート電極を形成する工程と、
前記第１のゲート電極、第２のゲート電極および側壁を
マスクとして自己整合的に逆導電型の他の不純物を導入
して高濃度拡散層を形成する工程とを有している。

〔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ＭＩＳ型トランジスタの第１の実施
例の断面図である。ｐ型シリコン基板１上にゲート絶縁
膜であるところのゲート酸化膜２を介して膜厚が１００
〜５００人程度の第１のゲート電極であるところの多結
晶シリコンゲート電極３ａが形成され、多結晶シリコン
ゲート電極３ａ上には多結晶シリコンゲート電極３ａと
電気的に接続された膜厚が０．２〜０．４μｍ程度の高
融点金属からなる第２のゲート電極であるところの高融
点金属ゲート電極５ａが形成され、高融点金属ゲート電
極５ａの端部は多結晶シリコンゲート電極３ａの端部よ
り０，１〜０．３μｍ程度内側に形成され、高融点金属
ゲート電極５ａの側面に形成された酸化膜側壁６ａは多
結晶シリコンゲート電極３ａに形成された自然酸化膜を
介して多結晶シリコンゲート電極３ａの端部に自己整合
的に形成され、高融点金属ゲート電極５ａをマスクにし
たイオン注入によりｎ−型拡散層７が形成され、高融点
金属ゲート電極５ａと酸化膜側壁６ａとを（換言すれば
、多結晶シリコンゲート電極３ａを）マスクにしたイオ
ン注入によりｎ＋拡散層８が形成されている。

次に、工程順断面図第２図（ａ）〜（ｆ）を用いて、本
発明のＭＩＳ型トランジスタの製造方法の第１の実施例
を説明する。

まず、第２図（ａ）に示すように、ｐ型シリコン基板１
上にゲート酸化膜２および膜厚２００〜５００人程度の
多結晶シリコン層３を形成し、多結晶シリコン層３上に
厚さ１０〜３０人程度の自然酸化膜４を形成した後、タ
ングステン等の高融点金属層５を厚さ０．２〜０．４μ
ｍ程度堆積し、フォトレジスト９のパターンを形成する
。

次に、第２図（ｂ）に示すように、フォトレジスト９を
マスク、自然酸化膜４をエツチングストッパーとし、高
融点金属層５を異方性エツチングして第２のゲート電極
であるところの高融点金属ゲート電極５ａを形成する。

次に、第２図（ｃ）に示すように、フォトレジスト９を
除去し、高融点金属ゲート電極５ａをマスクとしたイオ
ン注入法により、りん、ひ素等のｎ型不純物をＩ　Ｘ　
１０１ｇ〜Ｉ　Ｘ　１０１４ｃｍ−”程度打ち込み、ｎ
−拡散層７を形成する。

次に、第２図（ｄ）に示すように、０，１〜０．３μｍ
程度のシリコン酸化膜６を気相成長法により堆積する。

次に、第２図（ｅ）に示すように、シリコン酸化膜６を
エッチバックして厚さ０．１〜０．３μｍ程度の酸化膜
側壁６ａを形成する。このエッチバックの際、高融点金
属ゲート電極５ａ、酸化膜側壁６ａと接した部分以外の
自然酸化膜４もエツチング除去される。

その後、高融点金属ゲート電極５ａ、酸化膜側壁６ａを
マスクとして多結晶シリコン層３をエツチングし、第１
のゲート電極であるところの多結晶シリコン電極３ａを
形成する。

続いて、第２図（ｆ）に示すように、高融点金属ゲート
電極５ａ、酸化膜側壁６ａおよび多結晶シリコン電極３
ａをマスクとしたイオン注入法により、りん、ひ素等の
ｎ型不純物をＩ　Ｘ　１０１５〜Ｉ　Ｘ　Ｉ　０１６ｃ
ｍ−２程度打ち込み、ｎ＋拡散層８を形成する。このｎ
＋拡散層８は、ＭＩＳ型トランジスタのソース、ドレイ
ンとなる。

その後、熱処理を加えることにより、自然酸化膜４によ
り電気的に絶縁されていた多結晶シリコン電極３ａと高
融点金属ゲート電極５ａとを、高融点金属ゲート電極５
ａ中の高融点金属の多結晶シリコン電極３ａへの熱拡散
により、この部分の自然酸化膜４を破壊して多結晶シリ
コン電極３ａと高融点金属ゲート電極５ａとを電気的に
接続する。

高融点金属ゲート電極５ａの形成時に、自然酸化膜４が
エツチングストッパーとなるので、多結晶シリコン層３
がエツチングされることはない。

多結晶シリコン層３の形成をＣＶＤ法で行えばその厚さ
は再現性よく制御できる。ｎ−型拡散層７の形成にはこ
の多結晶シリコン層３を通してイオン注入を行うので、
ｎ−型拡散層の深さも再現性が良いことになり、新サブ
ミクロンＬＤＤ）ランジスタの特性も再現性が改善され
る。

なお、本実施例における第２のゲート電極としては高融
点金属ゲート電極を採用したが、タングステンシリサイ
ド、モリブデンシリサイド等の高融点金属シリサイドゲ
ート電極を採用してもなんらさしつかえない。

第３図は本発明のＭＩＳ型トランジスタの第２の実施例
の断面図である０本実施例では、高融点金属ゲート電極
５ａの上面にマスク用シリコン酸化膜１０を形成する。

マスク用シリコン酸化膜１０の存在により、イオン注入
のマスク性はより確実なものとなり、高融点金属ゲート
電極５ａの膜厚を０．１〜０．２μｍとやや薄めに形成
してもイオン注入時の不純物イオンの貫通は生じない、
高融点金属ゲート電極５ａの膜厚を薄めに形成できると
いうことは、後工程で必要となる各種配線工程が容易と
なる利点がある。

第４図（ａ）〜（ｅ）は本発明のＭＩＳ型トランジスタ
の製造方法の第２の実施例を説明するための工程別断面
図である。

まず第４図（ａ）に示す様にｐ型シリコン基板第１上に
ゲート酸化膜２および５００〜１０００人程度のゲート
電極用の多結晶シリコン層３およびタングステンシリサ
イドなどの高融点金属層５さらにマスク用シリコン酸化
膜１０を形成し、これをフォトリングラフによりフオト
レジス９をパターニングする。

次に第４図（ｂ）に示す様にパターニングしたフォトレ
ジスト９をマスクとしてシリコン酸化膜１０およびタン
グステンシリサイド層（５）を異方性ドライエッチによ
り加工する。

次に第４図（Ｃ）に示す様に加工した酸化シリコン膜１
０とタングステンシリサイド層（５）をマスクとして自
己整合的にｎ−拡散層７を形成する。

次に、第４図（ｄ）に示すようにシリコン酸化膜６を形
成し、次に第４図（ｅ）に示すように酸化膜側壁６ａを
形成し、第３図に示すようにｎ＋型型数散層形成する。

本実施例ではタングステンシリサイド（５）の上層に酸
化シリコン膜１０を形成しているために多結晶シリコン
３のエツチング時にタングステンシリサイド層がエツチ
ングされてしまう心配がないという利点を有する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のＭＩＳ型トランジスタは、
多結晶シリコンからなる第１のゲート電極と、第１のゲ
ート電極上に形成された第１のゲート電極と電気的に接
続された高融点金属もしくは金属シリサイドからなる第
２のゲート電極と、第１のゲート電極上かつ第２のゲー
ト電極の側面に第１のゲート電極と自己整合的に形成さ
れた側壁と、シリコン基板中に第１のゲート電極と自己
整合的に形成された逆導電型の高濃度の拡散層と、シリ
コン基板中に第２のゲート電極と自己整合的に形成され
た逆導電型の低濃度の拡散層とを有することにより、従
来の多結晶シリコンのみで形成された逆Ｔ字型ゲート電
極に比べ、本発明のゲート電極の電気抵抗は低くなり、
半導体メモリのワード線等の配線長の長い配線に本発明
のゲート電極を採用しても、従来のような配線抵抗の高
抵抗による動作スピードの低下は起らない。

又、本発明のＭＩＳ型トランジスタの製造方法は、ゲー
ト絶縁膜上に多結晶シリコン層を形成しその表面に自然
酸化膜を形成した後高融点金属層もしくは高融点金属シ
リサイド層を形成し、その高融点金属層もしくは高融点
金属シリサイド層をパターニングして第２のゲート電極
を形成し、その第２のゲート電極をマスクにして多結晶
シリコン層を通してイオン注入を行ない低濃度拡散層を
形成する。第２のゲート電極形成時に多結晶シリコン層
の厚さは影響を受けず、その厚さそのものも再現性が良
いので、低濃度拡散層を再現性よく形成でき、特性の揃
ったＭＩＳ型トランジスタを作成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＭＩＳ型トランジスタの第１の実施例
の断面図、第２図（ａ）〜（ｆ）は本発明のＭＩＳ型ト
ランジスタの製造方法の第１の実施例の工程順断面図、
第３図は本発明のＭＩＳ型トランジスタの第２の実施例
の断面図、第４図（ａ）〜（ｅ）は本発明のＭＩＳ型ト
ランジスタの製造方法の第２の実施例の工程順断面図、
第５図は従来のＭＩＳ型トランジスタの断面図、第６図
（ａ）〜（ｆ）は従来のＭＩＳ型トランジスタの製造方
法の工程順断面図である。 １・・・ｐ型シリコン基板、２・・・ゲート酸化膜、３
・・・多結晶シリコン層、３ａ・・・多結晶シリコンゲ
ート電極、４・・・自然酸化膜、５・・・高融点金属層
、５ａ・・・高融点金属ゲート電極、６・・・シリコン
酸化膜、６ａ・・・酸化膜側壁、７・・・ｎ−型拡散層
、８・・・ｎ＋型型数散層９・・・フォトレジスト、１
ｏ・・・マスク用シリコン酸化膜、 １・・・第１のゲート電極、 ２・・・第２のゲート電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一導電型シリコン基板上に形成されたＭＩＳ型トラ
   ンジスタにおいて、前記シリコン基板上に形成されたゲ
   ート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された多結晶
   シリコンからなる第１のゲート電極と、前記第１のゲー
   ト電極上に形成された前記第１のゲート電極と電気的に
   接続された高融点金属もしくは金属シリサイドからなる
   第２のゲート電極と、前記第１のゲート電極上かつ前記
   第２のゲート電極の側面に前記第１のゲート電極と自己
   整合的に形成された側壁と、前記シリコン基板中に前記
   第１のゲート電極と自己整合的に形成された逆導電型の
   高濃度の拡散層と、前記シリコン基板中に前記第２のゲ
   ート電極と自己整合的に形成された逆導電型の低濃度の
   拡散層とを有することを特徴とするＭＩＳ型トランジス
   タ。 ２、逆Ｔ字型のゲート電極構造を有するＭＩＳ型トラン
   ジスタの製造方法に於いて、一導電型半導体基板上にゲ
   ート絶縁膜を形成したのち前記ゲート絶縁膜上に第１の
   ゲート電極となるべき多結晶シリコン層を形成する工程
   と、前記多結晶シリコン層上に自然酸化膜を形成した後
   に高融点金属層もしくは高融点金属シリサイド層を形成
   する工程と、前記高融点金属層もしくは高融点金属シリ
   サイド層を前記自然酸化膜をエッチングストッパーとし
   た異方性ドライエッチを用いて第２のゲート電極として
   パターン形成する工程と、前記第２のゲート電極をマス
   クとして自己整合的に逆導電型の不純物を前記半導体基
   板中に導入して低濃度拡散層を形成する工程と、前記第
   ２のゲート電極の側面に側壁を形成する工程と、前記側
   壁と前記第２のゲート電極をマスクとして前記多結晶シ
   リコン層をエッチングし、第１のゲート電極を形成する
   工程と、前記第１のゲート電極、第２のゲート電極およ
   び側壁をマスクとして自己整合的に逆導電型の他の不純
   物を導入して高濃度拡散層を形成する工程とを有してい
   ることを特徴とするＭＩＳ型トランジスタの製造方法。