JPH0697424A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子の製造方法

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JPH0697424A
JPH0697424A JP4270899A JP27089992A JPH0697424A JP H0697424 A JPH0697424 A JP H0697424A JP 4270899 A JP4270899 A JP 4270899A JP 27089992 A JP27089992 A JP 27089992A JP H0697424 A JPH0697424 A JP H0697424A
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JP
Japan
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boron
amorphous silicon
gate
injected
semiconductor device
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JP4270899A
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Mamoru Ishida
守 石田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゲート材料へのドーパントにボロンを使用し
てP型ポリシリコンのゲート電極を形成する際に、素子
チャネル領域へのボロンの拡散を抑え、素子の閾値電圧
の変動を抑えることが可能である。 【構成】 ゲート絶縁膜11上に形成されるゲート電極
12’の材料,すなわちゲート材料12が、これにボロ
ン(B,またはBF2)を注入する際に、アモルファス
シリコンとなっており、このアモルファスシリコンにド
ーパントとしてP型不純物のボロン(B,またはB
2)を注入し、ボロンの注入されたアモルファスシリ
コンを後工程の熱プロセスによって結晶化して、P型ポ
リシリコンのゲート電極12’を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ゲート電極がP型ポリ
シリコンで形成される半導体素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】PチャネルトランジスタとNチャネルト
ランジスタとで構成されるCMOS素子において、微細
化に対応するためには、CMOS素子の閾値電圧の制御
性を向上させる必要があり、このためデュアルゲート構
造が必要とされている。ここで、デュアルゲート構造と
は、CMOS素子を構成するPチャネルトランジスタの
ゲート電極,Nチャネルトランジスタのゲート電極がそ
れぞれP型ポリシリコン,N型ポリシリコンで形成され
ている構造であり、このようなデュアルゲート構造とす
ることによって、CMOS素子の閾値電圧の制御性を向
上させることができる。ところで、従来では、上述のデ
ュアルゲート構造において、Pチャネルトランジスタの
ゲート電極を形成するP型ポリシリコンには、ドーパン
トとしてボロン(B,またはBF2)が使用されてい
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ボロン
は、酸化膜中の拡散係数が非常に大きく、従って、P型
ポリシリコンのドーパントにボロンを使用する上述した
従来の半導体素子,すなわちCMOS素子では、ゲート
材料に注入されたボロンがゲート酸化膜を突き抜けて基
板中の素子チャネル領域におけるチャネル不純物プロフ
ァイルを乱し、素子の閾値電圧を変化させてしまうとい
う問題があった。
【0004】本発明は、ゲート材料へのドーパントにボ
ロンを使用してP型ポリシリコンのゲート電極を形成す
る際に、素子チャネル領域へのボロンの拡散を抑え、素
子の閾値電圧の変動を抑えることができ、さらには、ゲ
ート材料中でのボロン拡散をも抑え、ゲート抵抗を低く
しキャリアの活性化率を高めることの可能な半導体素子
の製造方法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、ゲート絶縁膜
上に形成されるゲート電極の材料,すなわちゲート材料
が、これにボロン(B,またはBF2)を注入する際
に、アモルファスシリコンとなっており、このアモルフ
ァスシリコンにドーパントとしてP型不純物のボロン
(B,またはBF2)を注入し、ボロンの注入されたア
モルファスシリコンを後工程の熱プロセスによって結晶
化して、P型ポリシリコンのゲート電極を形成すること
を特徴としている。
【0006】ここで、ボロンを注入する際のゲート材料
となるアモルファスシリコンは、CVD法によって形成
されるか、あるいは、ポリシリコンにSiあるいはGe
等のイオンを注入することによって形成される。CVD
法,例えばLP−CVD法を用いる場合には、最高でも
600℃以下(望ましくは500℃以下)の温度で、S
iH4やSi26等のガスを熱分解することによって、
アモルファスシリコンを得ることができる。また、Si
あるいはGe等のイオン注入を用いてアモルファスシリ
コンを得る場合には、少なくとも1E17(1/c
m3),望ましくは1E19(1/cm3)のドーズ量が必
要である。
【0007】また、このようにして得られたアモルファ
スシリコンにボロンを注入し、ボロンの注入されたアモ
ルファスシリコンを後工程の熱プロセスによって結晶化
する際、この後工程の熱プロセスとしては、例えば後述
のソース・ドレインの不純物活性化工程を用いることが
でき、後工程の熱プロセスでは、ボロンの注入されたア
モルファスシリコンは、少なくとも600℃以上の温度
で熱処理されて、P型ポリシリコンになる。このよう
に、本発明では、ボロンを注入する際のゲート材料がア
モルファスシリコンであることによって、ボロン注入時
にボロンの注入飛程とその拡がりを減少させ、これによ
って、後工程の熱プロセスによるチャネル領域へのボロ
ンの拡散を低減することができる。また、後工程の熱プ
ロセス時においても、ゲート材料中でのボロンの拡散を
抑えることができる。
【0008】本発明は、また、SiあるいはGe等のイ
オン注入により、アモルファス化されたゲート材料を得
る場合に、この工程がMOS素子のソース・ドレインに
対応する領域のアモルファス化をも兼ね、アモルファス
化後の工程でソース・ドレインに対応するアモルファス
化領域に不純物(ドーパント)を導入し、しかる後、熱
プロセス(ソース・ドレインの不純物活性化工程)でこ
の領域中の不純物を活性化させることを特徴としてい
る。
【0009】このように、ゲート材料のアモルファス化
工程により、MOS素子のソース・ドレインに対応する
領域をもアモルファス化されることにより、その後、こ
の領域に不純物(ドーパント)を導入(注入)する際
に、ソース・ドレインに対応した領域においても不純物
の注入飛程とその拡がりを減少させることができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。先
づ、図1(a)に示すように、シリコン基板1上にN型
ウェル10(N型不純物濃度:1E17(1/cm3))
を形成し、該N型ウェル10上にゲート熱酸化膜11
(膜厚:110Å)を形成し、しかる後、LP−CVD
法によってアモルファスシリコン膜12を3500Åの
膜厚に形成した。ここで、アモルファスシリコン膜12
の形成条件は、温度を500℃とし、反応ガスとしてS
26を300SCCMで導入し、圧力を0.1tor
rとした。
【0011】アモルファスシリコン膜12を形成後、こ
のアモルファスシリコン膜12にボロン(B)をイオン
注入した。ここで、ボロン(B)の注入条件は、エネル
ギーが30KeV,ドーズ量が5E15(1/cm3)で
あった。
【0012】しかる後、図1(b)に示すように、ボロ
ン(B)の注入されたアモルファスシリコン膜12をパ
ターニングして、ゲートとなるべき領域12’を画定
し、また、ソース・ドレインとなるべき領域13にボロ
ン(BF2)を注入し、次いで、層間絶縁膜14を形成
した後、温度800℃で30分間、活性化アニールを施
した。これにより、領域13に注入されたボロン(BF
2)を活性化して、ソース・ドレイン(13)を形成
し、また、これと同時に、ゲートとなるべき領域12’
が結晶化され、P型ポリシリコンのゲート電極(1
2’)を形成することができた。しかる後、コンタクト
ホールを開孔し、このコンタクトホールにメタル15を
形成して、MOS素子を作成した。
【0013】このような工程により作成された本実施例
のMOS素子の特性を従来工程により作成されたMOS
素子の特性と比較するため、従来例として、ゲート材料
に当初からポリシリコンを用いた場合のMOS素子を作
成した。図2(a),(b),(c)は本実施例と従来
例との比較結果を示す図である。図2(a)には、ゲ−
トに注入されたボロン(B)イオンの飛程(μm)の比
較結果が示されており、本実施例の場合、従来例と比べ
て、ボロン(B)の飛程が小さくなっていることがわか
る。また、図2(b)には、MOS素子完成後のゲート
抵抗(Ω/□)についての比較結果が示されており、本
実施例の場合、従来例と比べて、ゲート抵抗が低く、キ
ャリアの活性比率の高いことがわかる。また、図2
(c)には、MOS素子の閾値電圧Vthの変動ΔV
th(=Vth(実測)−Vth(計算))についての比較結
果が示されており、本実施例の場合、従来例と比べて、
閾値電圧の変動が抑えられていることがわかる。なお、
ここで、Vth(計算)は、ゲ−トからチャネル領域への
ボロン突きぬけがないとした場合の閾値電圧である。
【0014】これらの比較結果から、本実施例の工程に
よって作成されたMOS素子は、ゲート材料に注入され
たボロンの拡散を抑え、これによって、素子の閾値電圧
の変動を抑えるとともに、ゲート抵抗を低くしキャリア
の活性化率を高めことができることが確認された。
【0015】なお、ボロンの拡散を抑えるのに、プロセ
スを低温化したり、ボロンの増速拡散要因を取り除いた
り、あるいはゲート絶縁膜にシリコン窒化膜を用いるこ
とも考えられるが、本発明のように、アモルファスシリ
コンにボロンを注入し、ボロンの注入されたアモルファ
スシリコンを後工程の熱プロセスによって結晶化する場
合には、MOS素子のチャネル領域へのボロン拡散およ
びゲート材料中でのボロン拡散を極力抑えたプロセスの
最適化を図ることができる。
【0016】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項1記載の
発明によれば、P型ポリシリコンをゲート電極とするM
OS−FET素子の半導体素子を製造するに際し、ボロ
ンを注入する際のゲート材料がアモルファスシリコンと
なっており、該アモルファスシリコンにボロンを注入
し、ボロンの注入されたアモルファスシリコンを後工程
の熱プロセスによって結晶化し、P型ポリシリコンのゲ
ート電極を形成するので、素子チャネル領域へのボロン
の拡散を抑え、素子の閾値電圧の変動を抑えることがで
き、さらには、ゲート材料中でのボロン拡散をも抑え、
ゲート抵抗を低くしキャリアの活性化率を高めることが
できる。
【0017】また、請求項2,3記載の発明では、ボロ
ンを注入する際のゲート材料であるアモルファスシリコ
ンを、CVD法によって形成するか、または、ポリシリ
コンにSiあるいはGe等をイオン注入して形成するよ
うにしており、特に、請求項3記載の発明では、ポリシ
リコンにSiあるいはGe等をイオン注入してアモルフ
ァスシリコンを形成する場合に、該アモルファス化工程
が、MOS−FET素子のソース・ドレインに対応する
領域のアモルファス化をも兼ね、ソース・ドレインに対
応する領域は、アモルファス化された後、ドーパントが
導入されるので、ソース・ドレインに対応した領域にお
いても、不純物の注入飛程とその拡がりを減少させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a),(b)は本発明に係る半導体素子の製
造工程例を示す図である。
【図2】(a),(b),(c)は本発明と従来例との
比較結果を示す図である。
【符号の説明】
1 基板 10 N型ウェル 11 ゲート熱酸化膜 12 アモルファスシリコン膜 12’ ゲートとなるべき領域 13 ソース・ドレインとなるべき領域 14 層間絶縁膜 15 メタル
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/336

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 P型ポリシリコンをゲート電極とするM
    OS−FETの半導体素子を製造するに際し、ボロンを
    注入する際のゲート材料がアモルファスシリコンとなっ
    ており、該アモルファスシリコンにボロンを注入し、ボ
    ロンの注入されたアモルファスシリコンを後工程の熱プ
    ロセスによって結晶化し、P型ポリシリコンのゲート電
    極を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体素子の製造方法に
    おいて、ボロンを注入する際のゲート材料である前記ア
    モルファスシリコンは、CVD法によって形成される
    か、または、ポリシリコンにSiあるいはGe等をイオ
    ン注入して形成されることを特徴とする半導体素子の製
    造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の半導体素子の製造方法に
    おいて、ポリシリコンにSiあるいはGe等をイオン注
    入してアモルファスシリコンを形成する場合に、該アモ
    ルファス化工程が、MOS−FET素子のソース・ドレ
    インに対応する領域のアモルファス化をも兼ね、ソース
    ・ドレインに対応する領域は、アモルファス化された
    後、所定のドーパントが導入されることを特徴とする半
    導体素子の製造方法。
JP4270899A 1992-09-14 1992-09-14 半導体素子の製造方法 Pending JPH0697424A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6040236A (en) * 1996-09-06 2000-03-21 Nec Corporation Method for manufacturing silicon thin film conductive element
WO2004107450A1 (ja) * 2003-05-30 2004-12-09 Fujitsu Limited 半導体装置と半導体装置の製造方法
US6969870B2 (en) 2000-07-27 2005-11-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device having an amorphous silicon-germanium gate electrode

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