JPH04364073A - Preparation of mos transistor - Google Patents

Preparation of mos transistor

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JPH04364073A
JPH04364073A JP16512591A JP16512591A JPH04364073A JP H04364073 A JPH04364073 A JP H04364073A JP 16512591 A JP16512591 A JP 16512591A JP 16512591 A JP16512591 A JP 16512591A JP H04364073 A JPH04364073 A JP H04364073A
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JP
Japan
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oxide film
film
polysilicon
gate
gate electrode
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JP16512591A
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Japanese (ja)
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Koichi Shimoda
孝一 下田
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a GOLD structure being excellent in the controllability of film thickness and having a lower gate electrode resistance by the deposition of an even polysilicon film which constitutes an overlap electrode, and by the selective deposition of a metal film having a high melting point on the gate electrode. CONSTITUTION:A gate oxide film 2 is deposited on a p-type substrate 1, and the entire oxide film is then covered with a polysilicon film 3. Phosphorous is then diffused into the polysilicon film 3. Metal having a high melting point, e.g. tungsten 5, is selectively deposited merely on the polysilicon film 3 by the CVD technique. An oxide film 4 is removed, and phosphorous is injected into the p-type substrate 1 with the tungsten 5 as a mask, thereby forming an n<->-drain layer 6. An oxide film 7 is then deposited on the entire surface of this assembly by the CVD technique, and the oxide film 7 and the polysilicon film 3 are etched away, thereby constituting a side wall oxide film 8 and an overlap gate 9.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、GOLD(Gate
−Drain Overlaped LDD)構造をも
つMOSトランジスタの製造方法に関するものである。
[Industrial Application Field] This invention is applicable to GOLD (Gate
The present invention relates to a method of manufacturing a MOS transistor having a (Drain Overlap LDD) structure.

【0002】0002

【従来の技術】MOSトランジスタ、詳しくは、MOS
型電界効果トランジスタ(MOSFET;Metal−
Oxide−Semiconductor Field
 Transistor)を構成要素とする集積回路で
は、集積回路の集積度を向上させる目的で、半導体基板
上に形成するMOSトランジスタの素子寸法を縮小する
のが一般的である。
[Prior Art] MOS transistor, more specifically, MOS
type field effect transistor (MOSFET; Metal-
Oxide-Semiconductor Field
In an integrated circuit having a MOS transistor as a component, it is common to reduce the element size of a MOS transistor formed on a semiconductor substrate in order to improve the degree of integration of the integrated circuit.

【0003】ところで、MOSトランジスタの基本的な
構造は、図2に基本的なnチャンネル型のMOSトラン
ジスタの模式図として示すように、Si基板(P型シリ
コン基板101)上に薄い酸化膜(ゲート酸化膜103
)を介して金属電極(ポリシリコン電極104)を設け
た所謂MOSキャパシタの両側に、キャリアの供給源と
なるソース105と、キャリアを取り出すドレイン10
6を拡散層(N+ 拡散層102)で形成したものであ
り、隣接するMOSトランジスタとの分離は厚いフィー
ルド酸化膜107により行われている。
By the way, the basic structure of a MOS transistor is as shown in FIG. 2 as a schematic diagram of a basic n-channel MOS transistor. Oxide film 103
) A so-called MOS capacitor in which a metal electrode (polysilicon electrode 104) is provided is provided with a source 105 that serves as a carrier supply source and a drain 10 that extracts carriers on both sides of the MOS capacitor.
6 is formed of a diffusion layer (N+ diffusion layer 102), and isolation from adjacent MOS transistors is performed by a thick field oxide film 107.

【0004】このMOSトランジスタの素子寸法の縮小
にあたっては、ソース105,ドレイン106などの面
積の縮小に併せて、図示のゲート長Lの縮小を行うこと
が必須となる。
In order to reduce the element dimensions of this MOS transistor, it is essential to reduce the gate length L shown in the figure in addition to reducing the area of the source 105, drain 106, etc.

【0005】このようなMOSトランジスタの縮小を、
良く知られたスケーリング則にしたがって縮小していく
と、特に上記ゲート長Lが1.5μm程度以下になると
、ホットキャリアと呼ばれる現象により、ゲート酸化膜
103中に電流が注入され、MOSトランジスタの特性
変動を招く問題がある。
[0005] The reduction of such a MOS transistor is
As the size is reduced according to the well-known scaling law, especially when the gate length L becomes approximately 1.5 μm or less, current is injected into the gate oxide film 103 due to a phenomenon called hot carriers, which changes the characteristics of the MOS transistor. There are issues that lead to fluctuations.

【0006】詳細説明は省くが、上記MOSトランジス
タのチャンネル中の電界は、たとえば、五極管動作状態
でドレイン近傍の空乏層領域に集中する。
Although a detailed explanation will be omitted, the electric field in the channel of the MOS transistor is concentrated in the depletion layer region near the drain, for example, in a pentode operation state.

【0007】しかも、この電界は上記ゲート長Lの縮小
に比例して増大することになり、さらに縮小側にしたが
ってゲートの酸化膜(図2のゲート酸化膜103)を薄
くした場合は、この電界増加にさらに拍車がかかる。
Moreover, this electric field increases in proportion to the reduction of the gate length L, and if the gate oxide film (gate oxide film 103 in FIG. 2) is made thinner as the gate length L decreases, this electric field increases. The increase will further accelerate.

【0008】以上のような強電界は十分なホットキャリ
アを発生させるだけの強度をもち、ドレイン空乏層中を
流れるキャリアは空乏層中の強電界で加速される。
The strong electric field as described above is strong enough to generate sufficient hot carriers, and carriers flowing in the drain depletion layer are accelerated by the strong electric field in the depletion layer.

【0009】十分なエネルギをもったホットキャリアは
、チャンネル中に閉じ込められることなくその外へ飛び
出し、基板電流を発生させたり、酸化膜中へ注入された
りする。
[0009] Hot carriers with sufficient energy fly out of the channel without being confined within the channel, generate a substrate current, or are injected into the oxide film.

【0010】この酸化膜中へ注入されたキャリアは、そ
の一部がトラップされたり、表面準位を生成させたりし
、その結果、しきい値電圧のシフト、相互コンダクタン
スの低下、サブスレッショルド領域でのリークの増加と
いった特性劣化を引きおこす。
[0010] Some of the carriers injected into the oxide film are trapped or generate surface levels, resulting in a shift in the threshold voltage, a decrease in mutual conductance, and a decrease in the subthreshold region. This causes characteristic deterioration such as increased leakage.

【0011】このようなMOSトランジスタのホットキ
ャリアによる特性変動を防止する目的で、所謂LDD(
Lightly Doped Drain)構造が提案
され、その考え方はピンチオフ状態で生ずるドレイン空
乏層のピーク電界強度を緩和することである。
[0011] In order to prevent characteristic fluctuations due to hot carriers in MOS transistors, so-called LDD (
A lightly doped drain (lightly doped drain) structure has been proposed, the idea of which is to alleviate the peak electric field strength in the drain depletion layer that occurs in the pinch-off state.

【0012】このLDD構造の典型的な断面構造を図3
に示す。図3において201はP型基板、202はLO
COS酸化膜、207はゲートポリシリコン電極、20
8はN− オフセット層、210はゲートの側壁酸化膜
(サイドウォール)、211はソース・ドレインイオン
注入時のプロテクト酸化膜、212はソース・ドレイン
層、213は層間絶縁膜、214,215はソース・ド
レインのコンタクトホール、216,217はソース・
ドレインの電極である。
FIG. 3 shows a typical cross-sectional structure of this LDD structure.
Shown below. In FIG. 3, 201 is a P-type substrate, 202 is an LO
COS oxide film, 207 is gate polysilicon electrode, 20
8 is an N- offset layer, 210 is a gate sidewall oxide film, 211 is a protection oxide film during source/drain ion implantation, 212 is a source/drain layer, 213 is an interlayer insulating film, 214 and 215 are sources・Drain contact holes, 216 and 217 are source ・
This is the drain electrode.

【0013】このLDD構造は、上記のごときホットキ
ャリアによる特性劣化は防止するが、上記ゲート長がさ
らに0.8μm以下となる縮小下では、N− オフセッ
ト層208中での電界強度はさらに増加され、電源電圧
を下げることなく従来と同様のホットキャリア耐量特性
を維持することは困難となる。
Although this LDD structure prevents the characteristic deterioration caused by hot carriers as described above, when the gate length is further reduced to 0.8 μm or less, the electric field strength in the N-offset layer 208 increases further. , it becomes difficult to maintain the same hot carrier tolerance characteristics as in the past without lowering the power supply voltage.

【0014】そこで、N− オフセット層(N− ドレ
イン層)上にゲートをオーバーラップさせたGOLD構
造が上記問題を回避するものとして提案されている(た
とえば、アイ・イー・ディー・エム,’87,3.1,
P38〜41)。
[0014] Therefore, a GOLD structure in which a gate is overlapped on an N- offset layer (N- drain layer) has been proposed as a way to avoid the above problem (for example, IDM, '87 ,3.1,
P38-41).

【0015】このGOLD構造の製造方法の具体例を図
4(a)〜図4(d)に示す。まず、図4(a)に示す
ように、P型(100)基板301に150Åのゲート
酸化膜302を成長させたのち、第1ポリシリコン30
3をLPCVD(低圧化学気相成長法)法で500Å成
長させる。
A specific example of the method for manufacturing this GOLD structure is shown in FIGS. 4(a) to 4(d). First, as shown in FIG. 4A, after growing a gate oxide film 302 of 150 Å on a P-type (100) substrate 301, a first polysilicon film 302 is grown.
3 is grown to a thickness of 500 Å by LPCVD (low pressure chemical vapor deposition).

【0016】エアキュアにより自然酸化膜304を5〜
10Å成長させたのち、第2ポリシリコン305とCV
DSiO2306を成長させ、CVDSiO2306を
周知のホトリソエッチング技術により選択的にゲート電
極となる位置へ残す。
[0016] The natural oxide film 304 is removed by air curing.
After growing 10 Å, the second polysilicon 305 and CV
DSiO 2306 is grown, and CVDSiO 2306 is selectively left in the position that will become the gate electrode using well-known photolithographic etching techniques.

【0017】次に、図4(b)に示すように、高選択比
をもつドライエッチングにより、CVDSiO2306
をマスクに、第2ポリシリコン305をエッチングする
Next, as shown in FIG. 4(b), CVDSiO2306 was etched by dry etching with a high selectivity.
Using this as a mask, the second polysilicon 305 is etched.

【0018】このとき、自然酸化膜304がエッチング
のストッパとして働き、第1ポリシリコン303はエッ
チングされることなく残される。その後80KeV の
エネルギで、リンをイオン注入し、N− ドレイン層3
07を得る。
At this time, the natural oxide film 304 acts as an etching stopper, and the first polysilicon 303 is left without being etched. Thereafter, phosphorus was ion-implanted at an energy of 80 KeV to form the N- drain layer 3.
Get 07.

【0019】次に、図4(c)に示すように、CVDS
iO2を全面に成長させ、RIEでエッチングを行い、
サイドウォールのSiO2308を得る。
Next, as shown in FIG. 4(c), CVDS
Grow iO2 on the entire surface, perform RIE etching,
Obtain SiO2308 for the sidewall.

【0020】次いで、図4(d)に示すように、SEL
OCOS(Selective Oxide Coat
ingof Silicon gate)を用い、80
0℃のウエット酸化条件でポリシリコンを選択的に図中
309に示すように酸化する。
Next, as shown in FIG. 4(d), SEL
OCOS (Selective Oxide Coat)
ingof Silicon gate), 80
Polysilicon is selectively oxidized under wet oxidation conditions at 0° C. as shown at 309 in the figure.

【0021】また、この酸化をコントロールすることに
より、ゲート(第1ポリシリコン)のドレイン層へのオ
ーバラップ長を制御する。
Furthermore, by controlling this oxidation, the overlap length of the gate (first polysilicon) to the drain layer is controlled.

【0022】以上説明したような方法で形成したGOL
D構造は、上記のLDD構造に比べ高信頼性および高g
m化の両方を達成できる。
[0022] GOL formed by the method explained above
The D structure has higher reliability and higher g than the above LDD structure.
Both can be achieved.

【0023】まず、ドレイン電界については、詳しくは
上記文献IEDM’87に述べられているが、オーバラ
ップゲートは、図5に示すように、LDD構造(0.0
5μmに相当)に比べ、図6に示すように(例として0
.2μm)、ドレイン電界が緩和され、その結果ドレイ
ン耐圧およびホットキャリア耐性が向上する。
First, the drain electric field is described in detail in the above-mentioned document IEDM'87, but the overlap gate has an LDD structure (0.0
5 μm), as shown in Figure 6 (for example, 0 μm).
.. 2 μm), the drain electric field is relaxed, resulting in improved drain breakdown voltage and hot carrier resistance.

【0024】また、ゲート側面へのホットキャリアの注
入も、N− 層の上部ゲート電極によって抑えることが
でき、電界緩和効果も併せて高耐圧が実現できる。
In addition, the injection of hot carriers into the side surfaces of the gate can be suppressed by the upper gate electrode of the N- layer, and together with the electric field relaxation effect, a high breakdown voltage can be realized.

【0025】次に、N− 層の抵抗については、オーバ
ラップゲートから垂直にN− ドレイン部に電界がかか
り、表面がN+ 化、抵抗が下がって、gmおよびチャ
ンネル電流がLDDに比して増加する。
Next, regarding the resistance of the N- layer, an electric field is applied perpendicularly from the overlap gate to the N- drain part, the surface becomes N+, the resistance decreases, and the gm and channel current increase compared to the LDD. do.

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなGOLD構造の製造にあたっては、以下に述べる問
題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in manufacturing such a GOLD structure, there are problems described below.

【0027】(1)第2層のポリシリコン305のエッ
チングにおいて、5〜10Åのストッパ酸化膜304で
は、第1層のポリシリコン303がエッチングされない
ように制御することは難しい。
(1) In etching the second layer polysilicon 305, it is difficult to control the stopper oxide film 304 of 5 to 10 Å so that the first layer polysilicon 303 is not etched.

【0028】すなわち、GOLD構造では、N− ドレ
イン層(あるいはN+ ドレイン層)上にゲートのポリ
シリコンがオーバラップする必要がある。
That is, in the GOLD structure, it is necessary that the polysilicon of the gate overlaps the N- drain layer (or N+ drain layer).

【0029】この構造を得るために、前記の文献の製作
方法では、図4(a)〜図4(b)のごとく、第1ポリ
シリコン303の上に成長させた5〜10Åの酸化膜3
04をエッチングストッパ酸化膜として用い、第2ポリ
シリコン305をエッチングしている。
In order to obtain this structure, the manufacturing method of the above-mentioned document uses an oxide film 3 of 5 to 10 Å grown on the first polysilicon 303 as shown in FIGS. 4(a) to 4(b).
04 as an etching stopper oxide film, the second polysilicon 305 is etched.

【0030】上記文献では、第2ポリシリコンの膜厚は
開示されていないものの、通常ゲートのポリシリコン膜
厚は3000Å〜4000Åが用いられていることから
、第2ポリシリコンの膜厚は第1ポリシリコン膜厚50
0Åを減じて2500Å〜3500Åと推定される。
Although the thickness of the second polysilicon is not disclosed in the above-mentioned document, the thickness of the second polysilicon is usually from 3000 Å to 4000 Å, so the thickness of the second polysilicon is the same as that of the first polysilicon. Polysilicon film thickness 50
It is estimated to be 2500 Å to 3500 Å by subtracting 0 Å.

【0031】一方、ストッパのSiO2は5〜10Åと
のことであり、したがって第2ポリシリコンエッチング
時には、ポリシリコン/酸化膜の選択比が2500Å/
10Å〜3500Å/5Åつまり250〜700倍もの
値が必要となる。
On the other hand, the SiO2 of the stopper is said to be 5 to 10 Å, so during the second polysilicon etching, the selectivity ratio of polysilicon/oxide film is 2500 Å/
A value of 10 Å to 3500 Å/5 Å, or 250 to 700 times as much, is required.

【0032】このような選択比をもつドライエッチング
装置を入手することは難しく、結果として、第1ポリシ
リコンの残膜厚がウエハ内(バッチ内)でばらつき所定
のゲートのオーバラップ寸法および膜厚をウエハ内で均
一に得られないという問題が発生する。
It is difficult to obtain a dry etching apparatus having such a selectivity ratio, and as a result, the remaining film thickness of the first polysilicon varies within a wafer (within a batch). A problem arises in that it cannot be obtained uniformly within the wafer.

【0033】一般に、ウエットエッチは等方エッチであ
ることから、仮に選択比の高いウエットエッチングを用
いたとすると、2500Åの厚さのポリシリコンをエッ
チングするには、サイドエッチング量も2500Åとな
り、このサイドエッチングは図4(b)のCVDSiO
2306の両サイドから同一量エッチングされ、合計5
000Åとなり、第2ポリシリコン幅を希望の幅だけ残
すことができなくなる。
In general, wet etching is isotropic etching, so if wet etching with a high selectivity is used, in order to etch polysilicon with a thickness of 2500 Å, the side etching amount will also be 2500 Å, and this side etching amount will be 2500 Å. The etching is CVDSiO as shown in Fig. 4(b).
The same amount is etched from both sides of 2306, totaling 5
000 Å, making it impossible to leave a desired second polysilicon width.

【0034】これについて、図7を用いて説明する。サ
イドエッチ量m1 が2500Åとすると、もともとの
CVDSiO2306の寸法m3 が、ホトリソ最小解
像寸法0.5μmで解像していたとすると、残された第
2ポリシリコン幅m2 は、0.5−(0.25×2)
=0μmとなり、第2ポリシリコンを例えば0.5μm
残そうとすると、あらかじめCVDSiO2306を1
.0μmも広くとらねばならず、素子の集積度の向上を
妨げるに到る。
This will be explained using FIG. 7. Assuming that the side etching amount m1 is 2500 Å, and the original dimension m3 of CVDSiO2306 is resolved with the photolithography minimum resolution dimension of 0.5 μm, the remaining second polysilicon width m2 is 0.5-(0 .25×2)
= 0 μm, and the thickness of the second polysilicon is, for example, 0.5 μm.
If you try to leave it, add 1 CVDSiO2306 in advance.
.. The width must be as wide as 0 μm, which impedes improvement in the degree of integration of the device.

【0035】(2)上記(1)を容易にする目的で、上
述のストッパ酸化膜304を厚くすると、第1層のポリ
シリコン303と第2層のポリシリコン305が絶縁さ
れてしまうか、絶縁されないまでも、抵抗値が上昇する
(2) If the above-mentioned stopper oxide film 304 is made thicker in order to facilitate the above (1), the first layer polysilicon 303 and the second layer polysilicon 305 will be insulated or Even if it does not, the resistance value will increase.

【0036】すなわち、一般に薄い酸化膜は均一に成長
させるのは困難である。開示文献によると、このSiO
2304はエアキュアリングにより得るとされているが
、通常5〜10ÅのSiO2膜を熱処理により得ると、
ウエハ内でばらついたり、SiO2が成長したとしても
疎な膜となる。
That is, it is generally difficult to grow a thin oxide film uniformly. According to the disclosed document, this SiO
2304 is said to be obtained by air curing, but normally when a 5-10 Å SiO2 film is obtained by heat treatment,
Even if there is variation within the wafer or SiO2 grows, the film will be sparse.

【0037】仮に、ウエハの位置により厚くついたとす
ると、図8における313で示すように、第2ポリシリ
コン305と第1ポリシリコン303との間に抵抗成分
が入り、MOSの正常動作を妨げるか、極端には絶縁さ
れてしまう。
If it were thicker at the wafer position, a resistance component would enter between the second polysilicon 305 and the first polysilicon 303, as shown by 313 in FIG. 8, and would interfere with the normal operation of the MOS. , in the extreme, it becomes insulated.

【0038】さらに、疎な膜が成長したとすると、エッ
チング時にエッチングストッパとしての役割を果たさず
、結果として、均一な第1ポリシリコン膜303を得る
ことができない。
Furthermore, if a sparse film is grown, it will not function as an etching stopper during etching, and as a result, a uniform first polysilicon film 303 cannot be obtained.

【0039】(3)このMOSをDRAMやSRAMな
どのメモリデバイスに使用する場合、ゲート電極はMO
Sトランジスタのゲート電極と同時に、メモリのワード
線のような配線としても用いられるため、その抵抗が低
いことが望ましい。
(3) When using this MOS in a memory device such as DRAM or SRAM, the gate electrode is
Since it is used as a wiring such as a memory word line as well as a gate electrode of an S transistor, it is desirable that its resistance be low.

【0040】このため、ゲート電極となる第2層のポリ
シリコン305を比抵抗の低いタングステンシリサイド
(WSiz)やタングステン(W)に変えた場合でも、
タングステンシリサイドやチタンシリサイドをエッチン
グするとき、第1のポリシリコン303上に形成した5
〜10Åの酸化膜304との選択比がとれず、第1のポ
リシリコン303がエッチングされてしまう。
For this reason, even if the second layer of polysilicon 305 serving as the gate electrode is changed to tungsten silicide (WSiz) or tungsten (W), which has a low resistivity,
When etching tungsten silicide or titanium silicide, the 5
The selectivity with respect to the oxide film 304 of ~10 Å cannot be maintained, and the first polysilicon 303 is etched.

【0041】結果として、第1のポリシリコン303の
残膜厚がウエハ内(バッチ内)でばらつき、所定のゲー
トのオーバラップ寸法および膜厚をウエハ内で均一に得
られないという問題が発生する。
As a result, the remaining film thickness of the first polysilicon 303 varies within a wafer (within a batch), and a problem arises in that a predetermined gate overlap dimension and film thickness cannot be uniformly obtained within a wafer. .

【0042】この発明は、前記従来技術が持っている問
題点のうち、5〜10ÅのSiO2膜をエッチングスト
ッパ膜として用いることが難しい点と、上記ストッパ膜
が厚くなったり、ばらついたりするときのゲート抵抗が
高くなったり、第1ポリシリコンを均一に残すことが難
しい点と、ゲート電極を配線として用いたとき、配線抵
抗が高くなる点について解決したMOSトランジスタの
製造方法を提供するものである。
[0042] This invention solves the problems of the prior art, including the difficulty in using a 5 to 10 Å SiO2 film as an etching stopper film, and the problems that occur when the stopper film becomes thick or uneven. The present invention provides a method for manufacturing a MOS transistor that solves the problems of high gate resistance, difficulty in leaving the first polysilicon uniformly, and high wiring resistance when the gate electrode is used as a wiring. .

【0043】[0043]

【課題を解決するための手段】この発明は前記問題点を
解決するために、MOSトランジスタの製造方法におい
て、半導体基板上にゲート酸化膜とポリシリコン膜およ
び第1酸化膜を順次形成後、ゲート電極形成領域にこの
第1酸化膜を除去する工程と、ポリシリコン膜上のゲー
ト電極形成領域のみに選択的に高融点金属を形成すると
ともに、第1酸化膜のみを除去して高融点金属をマスク
に半導体基板中に不純物をイオン注入して、N− ドレ
イン層を形成後、第2酸化膜を形成する工程と、RIE
(反応性イオンエッチング)法により第2酸化膜とポリ
シリコン膜をエッチングしてサイドウォール酸化膜とオ
ーバラップゲートを形成する工程とを導入したものであ
る。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention provides a method for manufacturing a MOS transistor, in which a gate oxide film, a polysilicon film, and a first oxide film are sequentially formed on a semiconductor substrate, and then a gate oxide film, a polysilicon film, and a first oxide film are formed on a semiconductor substrate. A process of removing this first oxide film in the electrode formation region, selectively forming a high melting point metal only in the gate electrode formation region on the polysilicon film, and removing only the first oxide film to form a high melting point metal. After forming an N- drain layer by implanting impurity ions into the semiconductor substrate using a mask, a step of forming a second oxide film and RIE are performed.
This method introduces a step of etching the second oxide film and the polysilicon film by a (reactive ion etching) method to form a sidewall oxide film and an overlap gate.

【0044】[0044]

【作用】この発明によれば、MOSトランジスタの製造
方法において、以上のような工程を導入したので、半導
体基板に形成した第1のポリシリコン膜のゲート電極形
成領域を除去して、第1のポリシリコン膜上のゲート電
極形成領域のみに高融点金属を形成して、第1酸化膜を
除去した状態で、高融点金属をマスクとして、半導体基
板に不純物をイオン注入すると、N− ドレイン層が形
成し、全面に第2酸化膜を形成し、この第2酸化膜とポ
リシリコン膜を除去してサイドウォール酸化膜とオーバ
ラップゲートを形成することにより、膜厚制御性をよく
し、ゲート電極の抵抗を低下させることになり、したが
って、前記問題点が除去できる。
[Operation] According to the present invention, since the above steps are introduced in the method for manufacturing a MOS transistor, the gate electrode forming region of the first polysilicon film formed on the semiconductor substrate is removed, and the first polysilicon film is removed. When a high melting point metal is formed only in the gate electrode formation region on the polysilicon film and the first oxide film is removed, impurity ions are implanted into the semiconductor substrate using the high melting point metal as a mask, thereby forming an N- drain layer. By forming a second oxide film on the entire surface, and removing this second oxide film and polysilicon film to form a sidewall oxide film and an overlap gate, film thickness controllability is improved and the gate electrode Therefore, the above-mentioned problem can be eliminated.

【0045】[0045]

【実施例】以下、この発明のMOSトランジスタの製造
方法の実施例について図面に基づき説明する。図1(a
)〜図1(e)はその一実施例の工程断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Examples of the method of manufacturing a MOS transistor according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 1 (a
) to FIG. 1(e) are process cross-sectional views of one embodiment.

【0046】まず、図1(a)に示すように、半導体基
板としてのP型(100)基板(1〜2Ωμm)1に8
50℃30分のウエット条件で200Åのゲート酸化膜
2を形成する。次いで全面にLPCVD法で500Åの
ポリシリコン膜3を形成し、その後ポリシリコン膜3中
に、リンを900℃でリン濃度6×1020cm−3〜
1×1021cm−3になるように拡散する。
First, as shown in FIG. 1(a), a P-type (100) substrate (1 to 2 Ωμm) 1 as a semiconductor substrate has an 8
A gate oxide film 2 of 200 Å is formed under wet conditions at 50° C. for 30 minutes. Next, a polysilicon film 3 of 500 Å is formed on the entire surface by the LPCVD method, and then phosphorus is added to the polysilicon film 3 at 900°C to a phosphorus concentration of 6 x 1020 cm-3.
Diffuse to obtain 1 x 1021 cm-3.

【0047】次に、図1(b)に示すように、CVD法
により、3000Åの酸化膜4を形成する。次いで、公
知のホトリソエッチング技術により、ゲート電極形成部
となる酸化膜4をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 1(b), an oxide film 4 of 3000 Å is formed by the CVD method. Next, the oxide film 4, which will become the gate electrode formation portion, is etched using a known photolithographic etching technique.

【0048】次に、CVD法により、成長温度320℃
,圧力0.1Torr,ガス比SiH4 /WF6 =
1.5の条件で高融点金属として、たとえば、タングス
テン(W)5を選択的に、ポリシリコン膜3上のみに3
000Å形成する。
Next, by the CVD method, the growth temperature was 320°C.
, pressure 0.1 Torr, gas ratio SiH4 /WF6 =
For example, tungsten (W) 5 is selectively applied to only the polysilicon film 3 as a high melting point metal under the conditions of 1.5.
000 Å is formed.

【0049】その後、図1(c)に示すように、酸化膜
4を除去し、タングステン(W)5をマスクに公知のイ
オン注入技術を用いて、リンを100KeV で2×1
013cm−2の条件でP型基板1に注入し、N− ド
レイン層6を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, the oxide film 4 is removed, and phosphorus is implanted at 2×1 at 100 KeV using a known ion implantation technique using tungsten (W) 5 as a mask.
The N- drain layer 6 is formed by implanting into the P type substrate 1 under the condition of 0.013 cm-2.

【0050】次に、図1(d)に示すように、全面にC
VD法により、4000Åの酸化膜7を形成した後、図
1(e)に示すように、RIE法を用いて酸化膜7およ
びポリシリコン膜3をエッチングし、サイドウォール酸
化膜8およびオーバラップゲート9を形成する。
Next, as shown in FIG. 1(d), C is applied to the entire surface.
After forming an oxide film 7 with a thickness of 4000 Å by the VD method, the oxide film 7 and the polysilicon film 3 are etched using the RIE method to form the sidewall oxide film 8 and the overlap gate. form 9.

【0051】以降の工程は、上記文献に示されている方
法と同様にSELOCOS工程N+ ソース・ドレイン
インプランテーション工程を経て、Gold構造ができ
る。なお、ゲート電極にタングステン(W)を使用した
理由はCVD法により選択的にタングステンシリサイド
(WSiz)を形成した場合、比抵抗が7×10−5Ω
cm〜5×10−4Ωcmと高くなるからである。なお
、本発明の条件でのタングステン(W)の比抵抗は8×
10−6〜1.3×10−5Ωcmである。
[0051] In the subsequent steps, a Gold structure is formed through the SELOCOS process N+ source/drain implantation process, similar to the method shown in the above-mentioned document. The reason for using tungsten (W) for the gate electrode is that when tungsten silicide (WSiz) is selectively formed by the CVD method, the specific resistance is 7 x 10-5Ω.
This is because the resistance value is as high as 5×10 −4 Ωcm. Note that the specific resistance of tungsten (W) under the conditions of the present invention is 8×
It is 10-6 to 1.3 x 10-5 Ωcm.

【0052】このように、上記実施例では、オーバラッ
プゲート電極9となる薄いポリシリコン膜3を残すにあ
たり、ウエハ内で5%〜10%ものばらつきをもつエッ
チングではなく、ウエハ内のばらつきが5%以下(3%
〜5%)のLPCVD法により、ポリシリコン膜3を形
成したので、オーバラップゲート電極9となる薄いポリ
シリコン膜3をウエハ内で均一に形成することができる
As described above, in the above embodiment, when leaving the thin polysilicon film 3 that will become the overlap gate electrode 9, etching is performed with a variation of 5% to 10% within the wafer, rather than etching with a variation of 5% to 10% within the wafer. % or less (3%
Since the polysilicon film 3 is formed by the LPCVD method (with a thickness of 5%), the thin polysilicon film 3 that will become the overlap gate electrode 9 can be uniformly formed within the wafer.

【0053】また、ゲート電極形成において、エッチン
グストッパー用の酸化膜を形成することなしに、ゲート
電極を形成したので、従来よりもゲート部の抵抗成分を
小さくかつばらつきなく形成できる。
Furthermore, in forming the gate electrode, the gate electrode is formed without forming an oxide film for an etching stopper, so that the resistance component of the gate portion can be formed smaller and with less variation than in the past.

【0054】ゲート電極の材料をポリシリコン膜とタン
グステン(W)膜の積層にしたので、ゲート電極の抵抗
を下げることができる。たとえば、従来のゲート電極材
料の比抵抗は、ポリシリコンの場合、1×10−3〜5
×10−3Ωcmであり、タングステンシリサイド(W
Siz)の場合でも〜7×10−5Ωcmとなりこの発
明では、8×10−6〜1.3×10−5Ωcmとなり
、従来より低い値となる。
Since the material of the gate electrode is a laminated layer of a polysilicon film and a tungsten (W) film, the resistance of the gate electrode can be lowered. For example, in the case of polysilicon, the resistivity of conventional gate electrode materials is 1 x 10-3 to 5
×10-3Ωcm, tungsten silicide (W
Even in the case of Siz), it is ~7 x 10-5 Ωcm, and in this invention, it is 8 x 10-6 to 1.3 x 10-5 Ωcm, which is lower than the conventional value.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば、オーバラップゲート電極となるポリシリコン膜
を均一に形成し、ゲート電極に高融点金属膜を選択的に
形成するようにしたので、膜厚制御性が良く、ゲート電
極の抵抗が低いGOLD構造を得ることができる。
[Effects of the Invention] As explained in detail above, according to the present invention, a polysilicon film serving as an overlapping gate electrode is uniformly formed, and a high melting point metal film is selectively formed on the gate electrode. Therefore, a GOLD structure with good film thickness controllability and low gate electrode resistance can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】この発明のMOSトランジスタの製造方法の一
実施例の工程断面図。
FIG. 1 is a process cross-sectional view of an embodiment of a method for manufacturing a MOS transistor according to the present invention.

【図2】従来のMOSトランジスタの基本的な構成を示
す模式図。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the basic configuration of a conventional MOS transistor.

【図3】従来のLDD構造の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional LDD structure.

【図4】従来のGOLD構造のMOSトランジスタの製
造方法の工程断面図。
FIG. 4 is a process cross-sectional view of a conventional method for manufacturing a GOLD structure MOS transistor.

【図5】図4の製造方法で得られたGOLD構造のドレ
イン電界の説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the drain electric field of the GOLD structure obtained by the manufacturing method of FIG. 4;

【図6】従来のLDD構造のドレイン電界説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of the drain electric field of a conventional LDD structure.

【図7】従来のGOLD構造の第2ポリシリコン膜が希
望の幅寸法を得られないことを説明するための断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining that the second polysilicon film of the conventional GOLD structure cannot obtain the desired width dimension.

【図8】従来のGOLD構造のゲート電極の抵抗値が大
きいことを説明するための断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining that the resistance value of the gate electrode of the conventional GOLD structure is large.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  P型基板 2  ゲート酸化膜 3  ポリシリコン膜 4  酸化膜 5  タングステン 6  N− ドレイン層 7  酸化膜 8  サイドウォール酸化膜 9  オーバラップゲート 1 P-type board 2 Gate oxide film 3 Polysilicon film 4 Oxide film 5 Tungsten 6 N- drain layer 7 Oxide film 8 Sidewall oxide film 9 Overlap gate

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半導体基板表面に、ゲート酸化膜とポ
リシリコン膜と第1酸化膜を順次形成し、ゲート電極形
成領域となる部分の第1酸化膜を除去する工程と、上記
ゲート電極形成領域の上記ポリシリコン膜上のみに選択
的に高融点金属を形成する工程と、上記第1酸化膜のみ
を除去し、高融点金属膜をマスクに上記半導体基板中に
不純物をイオン注入する工程と、全面に第2酸化膜を形
成した後に、RIEにより上記ポリシリコン膜によるオ
ーバラップゲートの上記高融点金属の側面にサイドウォ
ール酸化膜を形成する工程と、よりなるMOSトランジ
スタの製造方法。
1. A step of sequentially forming a gate oxide film, a polysilicon film, and a first oxide film on the surface of a semiconductor substrate, and removing the first oxide film in a portion that will become a gate electrode formation region, and the steps of: selectively forming a high melting point metal only on the polysilicon film; removing only the first oxide film and implanting impurity ions into the semiconductor substrate using the high melting point metal film as a mask; A method for manufacturing a MOS transistor comprising the steps of forming a second oxide film over the entire surface and then forming a sidewall oxide film on the side surface of the high melting point metal of the overlap gate made of the polysilicon film by RIE.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5619057A (en) * 1994-01-19 1997-04-08 Sony Corporation Complex film overlying a substrate with defined work function

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