JPS594067A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS594067A
JPS594067A JP57113135A JP11313582A JPS594067A JP S594067 A JPS594067 A JP S594067A JP 57113135 A JP57113135 A JP 57113135A JP 11313582 A JP11313582 A JP 11313582A JP S594067 A JPS594067 A JP S594067A
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gate
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poly
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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】 (1)発明の技術分野 本発明は半導体装置、詳しくは相補形MO5トランジス
タのゲートとしてP形の多結晶シリコン(ポリシリコン
)、NチャネルMO3l−ランジスタのゲートとしてN
形のポリシリコンを使用する半導体装置に関する。
(2)技術の背景 (1) CMO3ICは高密度集積化に適し、また低電力消費の
半導体装置として広く使用されている。
第1図は従来のCMO3ICの構造を示す要部断面図で
、同図を参照するとそれはN形半導体基板1上にPチャ
ネルMO5)ランジスタとNチャネルMO5)ランジス
タを形成した構造をもつ。なお同図において、2はP膨
拡散層(Pウェル)、3はP形チャネルカット拡散層、
4はN+ソース・ドレイン拡散層、5はN形チャネルカ
ット拡散層、6はP形ソース・ドレイン拡散層、7はN
形ゲートポリシリコン、8は素子分離酸化膜(フィール
ド酸化膜)、9は一ゲート酸化膜である。
ところで現在の半導体装置の高密度化への傾向の中で、
上記CMO3ICはPチャネル間Sトランジスタの構造
上の限界に到達しつつある。このような状況においてC
MO5ICの集積度をさらに向上させるにはゲート幅の
縮小もしくはコンタクトホールの減少等が必要であるが
、そのためにはゲート幅縮小においての高いパンチスル
ー耐圧およびしきい値電圧の低値確保と同時にコンタク
トホー(2) ルの減少を実現させる配線方法の技術が必要とされる。
(3)従来技術と問題点 第2図は従来技術におけるCMO5ICの製造工程を説
明するための半導体装置要部の断面図である。なお各工
程に付された括弧でくくられた番号は、明細書の他の部
分において参照された場合、すべて同一の内容を表すも
のとする。
同図を参照すると、 (1)例えばN形シリコン半導体基板21全面に酸化膜
(5i02) 22を形成し、次いで、(2)窒化膜(
Si3Nq ) 23を例えば化学気相成長(にVD)
法で成長させた後、 (3)この窒化膜23をパターニングして素子分離領域
(フィールド部分)を窓開けする。次いでNチャネルM
O5l−ランジスタ形成用のPウェルを形成するため、 (4)レジスト膜24をパターニングした後、(5)硼
素(B)をイオン注入法により注入する(同図(a))
。次いで、 (3) (6)上記レジスト膜24を除去し、 (7)窒素(N2)雰囲気中1200’cの温度で熱処
理を行いP膨拡散層25を形成する。次にNチャネルM
O5)ランジスタのチャネルカット層27を形成するた
め、 (8)レジスhHz4aのパターニングを行い、(9)
硼素をイオン注入法により注入する(同図(b))。同
様にしてPチャネルMO5l−ランジスタのチャネルカ
ット層26を形成するため、(10)上記レジスト膜2
4aを除去した後、(11)該チャネルカット層26形
成用のレジスト膜(図示せず)のパターニングを行い、
次いで、(12)燐(P+)をイオン注入法により注入
し、次に、 (13)前記レジスト膜を除去した後、(14)フィー
ルド酸化を行う(同図(C))。次に、(15)窒化膜
23および酸化膜22を除去した後、(16)ゲート酸
化および (17)ポリシリコン成長を行い、次いで、(18)ポ
リシリコンド−ピングによりN形ポリ(4) シリコンを形成した後、 (19)上記(16)の工程で形成された酸化膜(Si
02 )およびN形ポリシリコンをパターニングしてゲ
ート酸化膜22bおよびポリシリコンゲート2Bを形成
する(同図(d))。次に、(20)Nチャネルトラン
ジスタの1形ソース・ドレイン拡散用のパターニングを
行なった後、(21)砒素(^S )をイオン注入法に
よりドーピングし、次いで、 (22) 上記(20)で形成されたレジスト膜を除去
し・ (23)同様にPチャネルトランジスタのP型ソース・
ドレイン拡散用のパターニング、さらに、(24)硼素
(B+)のドーピングを行い、(25)レジスト膜を除
去して第1図に示す如きCMO5構造を形成する。この
後は、 (26)全面酸化、次いで、 (27)燐シリケートガラス(PSG)膜の成長を行な
った後、 (28)コンタクトホールのパターニング、(5) (29)配線用アルミニウム(八β)の6着、(30)
当該アルミニウムのパターニングを行い、最後に、 (31) PSGカバー膜を成長、次いで、(32)ボ
ンディングバソドのパターニングを行なってCMO3を
完成する。
ところで、従来のCMO3ICは上述した如く、MOS
 )ランジスタの型がNチャネル、Pチャネルにかかわ
らずポリシリコンゲートにN形ポリシリコンを使用して
いる。
第3図は上記N形ポリシリコンのゲートコンタクトを示
すCMO5要部の断面図で、同図において31は半導体
基板、32はフィールド酸化膜(SiOz)、33はN
形ポリシリコン、34は酸化膜(Si02.) 、35
はPSG膜、36はPSGカバー膜、37はアルミニウ
ム電極を示す。
上記N形ポリシリコンのみを用いる方法は、配線設計が
容易であり、またコンタクトホールの数が少なく、集積
化に有利である利点をもつが、PチャネルMO5)ラン
ジスタの基板表面不純物濃(6) 度を十分大きくすることができず、当該PチャネルMO
3l−ランジスタの微細化において、パンチスルー耐圧
の低下、しきい値電圧の上昇防止が困難であることから
、CMO3ICの高密度化に適しない問題点をもつ。
一方、従来の他の方法として、NチャネルMOSトラン
ジスタにはN形ポリシリコンゲートを、またPチャネル
MOSトランジスタにはP形ポリシリコンゲートを使用
してCMO5を形成する方法もあるが、かかる方法にお
いては、NチャネルMOSトランジスタとPチャネル問
Sトランジスタを対として使用する場合、異なる形のポ
リシリコンの結線をアルミニウム配線によって行わなけ
ればならないため、配線設計の複雑化の問題および上記
結線のために多くのコンタクトホールが必要となり集積
化を妨げる問題点がある。
(4)発明の目的 本発明は上記従来の問題点に鑑み、CMO5ICにおけ
るPチャネルMO5)ランジスタの微細化と同時に当該
トランジスタの高耐圧化、しきい値電(7) 圧の低値確保およびコンタクトホールの減少が可能な半
導体装置の提供を目的とする。
(5)発明の構成 そしてこの目的は本発明によれば、PチャネルMOSト
ランジスタのポリシリコンゲートにP形ポリシリコンを
使用することにより、半導体基板表面の不純物濃度を同
一しきい値電圧においてN形ポリシリコンの場合より大
きくできる事実に基づいて、NチャネルMO5)ランジ
スタにはN形ポリシリコン、PチャネルMO3)ランジ
スタにはP形ポリシリコンをゲートとして使用すること
により、PチャネルMO3)ランジスタのゲート幅縮小
に伴うソース・ドレイン間のバンチスルー電圧の高耐圧
化およびしきい値電圧の低値確保を計り、またN形とポ
リシリコンとP形ポリシリコンとを半導体装置の活性化
領域およびその近傍領域以外の部分のポリシリコンをシ
ワサイト′化することにより電気的に接続し、当該結合
部分をもって電極コンタクト領域とすることによりコン
タクトボールの減少を計ることを特徴とする半導体装置
を提(8) 供することによって達成される。
(6)発明の実施例 以下本発明の実施例を図面によって詳述する。
第4図は本発明の詳細な説明するための半導体装置要部
の平面図(alおよび断面図(blで、断面図(b)は
平面図(a)のV−V線に沿った切断面を示す。
同図(a)を参照すると、NチャネルMO5)ランジス
タTnには従来通りN形ポリシリコン43nを使用し、
一方PチャネルMO5l−ランジスタTρにはP形ポリ
シリコン43ρを使用し、この両者を活性化領域44n
および44pから離れた部分のポリシリコンをシリサイ
ド化することにより電気的に結合する。なお同図におい
て41はN形半導体基板、42はPウェル、46はコン
タクトホール、45はシリサイド化された部分を示す。
次に同図ら)を参照して本発明の半導体装置の製造工程
を説明する。なお本発明に係わる工程の番号には前記従
来工程に付した番号にダンシュをつけて示す。
先ず、従来技術で示した(1)から(17)と同じ(9
) 工程で、フィールド酸化膜47、チャネルカット拡散層
50n 、50p 、、、Pウェル42を形成した後、
ゲート酸化、次いでポリシリコン成長(図示せず)を行
う。次に、 (1B’)ポリシリコンのパターニング、次いで、(1
9′)従来技術において(2o)で示される工程のパタ
ーニングを行なった後、 (20”)同様に(2I)で示す工程を行いN+形ソー
ス・ドレイン拡散層49nおよびN形ポリシリコン4.
3nを形成する。次いで、 (21’)上記パターニングに用いたレジスト膜を除去
し、 (22′)の工程は(23)の工程、 (23’)の工程は(24)の工程を行なってP形ポリ
シリコン43pおよびP ソース・ドレイン拡散層49
pを形成する。次いで、 (24′)の工程として(25)で示すレジスト除去を
行い、 (25′)の工程として(26)の工程を行う。次に、 (10) (26′)ポリシリコン43n 、43pを酸化して5
00〜1500人の酸化膜(5t(h ) 4Bを成長
させた後、 (27′)上記酸化膜48のうち活性化領域以外の部分
(図中45で示す部分)を除去し、次いで、(28′)
白金(Pt)をスパッタリングにより酸化膜48および
上記45で示すポリシリコン上に付着させた後、 (29’)窒素雰囲気中500 ℃で熱処理する。がか
る熱処理によって45で示す部分にシリサイドが形成さ
れる。次いで、 (30′)王水(硝酸+塩#)によるエツチングを行い
酸化膜48上の白金を除去する。以下は、従来技術の(
27)から(32)に示す工程に従いCMO5ICを完
成する。なお同図(blにおいて51.52はPSG膜
、53はi電極、またTnXTpはそれぞれNチャネル
MO3)ランジスタおよびPチャネルMO3)ランジス
タを示す。
ところで、上述した如くPチャネルMOSトランジスタ
にP形ポリシリコンを使用すると、同一(11) しきい値電圧vthに対してN形ポリシリコンを使用し
た場合よりも表面不純物濃度を大きくすることが−でき
る。この濃度増大の値は、ポリシリコンゲートとN形半
導体基板の仕事関数の差であるφmsにおけるポリシリ
コンのN形の場合とP形の場合の値の差の程度で、P形
ポリシリコンの場合N形の場合に比べて濃度を1桁程度
大になしうろことが知られている。なお、N形ポリシリ
コンゲートの場合の表面濃度はlX10cm  である
かかるPチャネルMO3I−ランジスタの表面不純物濃
度の増加は、ゲート幅の縮小のとき問題となるソース・
ドレイン間のパンチスルー耐圧向上に有効であり、例え
ばゲート幅が2ないし2.5μmのPチャネルMO3)
ランジスタにおいて、N形ポリシリコンゲートの場合、
Vth −−1,OVにおいてバンチスルー耐圧がIO
vであったものが、P形ポリシリコンゲートの場合同一
のvthにおいて15Vに向上することが確認された。
従って、ゲート幅をさらに狭くしても従来のパンチスル
ー耐圧10Vを実現することができる。
(12) 一方、半導体装置の低消費電力、低電圧動作の面から、
しきい値電圧vthは上記表面不純物濃度上昇において
も低い値に保つことが重要であるが、本発明においては
容易にこれが達成できる。
実際のMOS l−ランジスタのしきい値電圧vthは
近似的に次式 %式%) で表される。なお上記■においてφfはフェルミレベル
とt正帯の中間レベル(イントリンシックレベル)との
間のエネルギー幅、Qssは表面準位による電荷、φm
sは前述したゲート金属と基板の仕事関数の差、Goは
ゲート酸化膜の容量、Ndは不純物濃度、qは電子の電
荷、coscsiはそれぞれ真空誘電率および基板の比
誘電率である。
ここで0式、によれば、表面不純物濃度Ndの増加によ
るvthへの影響を、ゲート容量COを大きくするか、
もしくはゲート金属の選択によりφmsを小さくするこ
とによって打ち消すことができる。
φmsの値はゲート金属の種類によって異なり、(13
) 本発明の如くP形シリコンを用いた場合、従来のN形ポ
リシリコンの場合より小さな値となる。従ってPチャネ
ルMO5)ランジスタにP形ポリシリコンを使用するこ
とはバンチスルーの高耐圧化と同時にしきい値電圧の低
値確保にも有効である。
なおCoの増加はゲート酸化膜を薄くすることによって
達成される。
一方、電極コンタクトは従来技術のようにP形ポリシリ
コンとN形ポリシリコンをアルミニウムで配線接続を行
うことなく、第4図(blに示す如く、シリサイド化さ
れた部分45を介して行われるため、コンタクトホール
を増加させることがなく、配線設計が容易となる。
また本発明は第5図に矢印65で示すバリッドコンタク
ト(ポリシリコンロ3と基板61を直接接続する)の使
用をも容易にする効果がある。すなわち従来はN形ポリ
シリコンのみを使用していたため、PチャネルMOSト
ランジスタにおいては基板とポリシリコン間にP−N接
合が形成されるため、バリッドコンタクトはNチャネル
MO3)ランジス(14) 夕のみにしか使用することができなかったが、本発明で
はこの問題が生じない。なお同図において、62はフィ
ールド酸化膜、62aはゲート酸化膜、63はP形ポリ
シリコンゲート、64pはPチャネルソース・ドレイン
拡散層である。またチャネルカット拡散層、N形ポリシ
リコンゲート、Pウェル等は省略する。
(7)発明の効果 以上詳細に説明した如く、本発明によれば、Pチャネル
MOSトランジスタにP形ポリシリコン、NチャネルM
OSトランジスタにN形ポリシリコンをゲートとして使
用し、また両者のポリシリコンをシリサイドで電気的に
接続することにより、コンタクトホールの数を減少させ
るとともにPチャネルMOSトランジスタの微細化がで
き、同時にしきい値電圧の低値確保が達成できるばかり
でなく、バリッドコンタクトの使用をも容易にするため
半導体装置の高密度化および信頼性向上に効果大である
【図面の簡単な説明】
(15) 第1図は従来のCMO5ICの構造を示すその要部断面
図、第2図は従来技術による上記CMO5ICの製造工
程を説明するための図、第3図は従来のゲート電極コン
タクトを説明するための半導体装置要部断面図、第4図
は本発明の半導体装置を説明するためのその要部の平面
図(a)と断面図fbl、第5図は本発明の詳細な説明
するための図である。 1.21.31.41.61−N形半導体基板、2.2
5.42−Pウェル、 3.27.50n 、 64n ・−Nチャネルチャネ
ル拡散層 5.26.50ρ−Pチャネル チャネルカット拡散層 4.49n 、 64n−Nチャネル ソース・ドレイン拡散層 6.49p 、 64p −・Pチャネルソース・ドレ
イン拡散層 7.28.33.43n−N形ポリシリコンゲート、4
3p 、 63−−− P形ポリシリコンゲート、8.
22a 、 32.47.62−・フィールド酸化膜、
(16) 23・・・窒化膜、22.34.48−酸化膜、35.
36.51.52−PSG膜、37、−53−アルミニ
ウム電極、45−・・シリサイド、46− コンタクト
ホール (17)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. NチャネルMO3)ランジスタとPチャネルMO5)ラ
    ンジスタとを同一半導体基板に形成した半導体装置にお
    いて、NチャネルMOSトランジスタのゲートにはN形
    多結晶シリコン、PチャネルMO5)ランジスタのゲー
    トにはP形多結晶シリコンが使用され、かつ、両ゲート
    を結合するシリコンの一部はシリサイド化されたもので
    あることを特徴とする半導体装置。
JP57113135A 1982-06-30 1982-06-30 半導体装置 Pending JPS594067A (ja)

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