JPH04134866A - Field effect transistor device and its manufacture - Google Patents
Field effect transistor device and its manufactureInfo
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- JPH04134866A JPH04134866A JP25511890A JP25511890A JPH04134866A JP H04134866 A JPH04134866 A JP H04134866A JP 25511890 A JP25511890 A JP 25511890A JP 25511890 A JP25511890 A JP 25511890A JP H04134866 A JPH04134866 A JP H04134866A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はMO8電界効果トランジスタ装置及びその製
造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an MO8 field effect transistor device and a method of manufacturing the same.
(従来の技術)
第2図は、従来技術によるMOS−11界効果トランジ
スタの構造を示す断面図である。半導体基板 表面に
素子分離領域2−2が設けられてあり、素子領域には、
ゲート酸化g2−3を介して、ポリ、2−4
シリコ/ とチタンシリサイド2−5が積層されゲー
トを構成しである。このゲートと素子分離領域 に自
己整合的に半導体基板と逆導伝形不純物をイオン注入に
より導入して、ソース、ドレイン領域 が形成されて
いる。従来技術の問題点は大別して3つある。(Prior Art) FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a MOS-11 field effect transistor according to the prior art. An element isolation region 2-2 is provided on the surface of the semiconductor substrate, and the element region includes:
Poly, 2-4 silico/2-4, and titanium silicide 2-5 are laminated via gate oxide g2-3 to form the gate. Source and drain regions are formed by ion-implanting impurities of the opposite conductivity type to the semiconductor substrate in a self-aligned manner into the gate and element isolation regions. There are three main problems with the conventional technology.
1つはゲート電極の抵抗である。元来ポリシリ、2−4
、 2−5
コノ にソリサイド を積層する目的は、ゲノ岱。One is the resistance of the gate electrode. Originally policy series, 2-4
, 2-5 The purpose of layering Solicide on Kono is Genotai.
一トの低抵抗化にあるが、従来技術の構造では1.2−
4
ポリシリコ/ ポリシリコン2−4かつ存在する分だ
け抵抗かつ高くなっている。However, in the structure of the conventional technology, the resistance is 1.2-
4 Polysilicon/Polysilicon 2-4 and its resistance is increased by the amount of polysilicon present.
次はゲートポリシリコン中の不純物の再拡散である。従
来技術においては、トランジスタのしきい値を制御する
ためゲートポリシリコン2−4は約1020 国−3程
度のP形あるいはn形の不純物がドープされている。し
かし、ゲートシリサイド2−5形成後の高温処理工程に
よって不純物はシリサイド 中へ抜けていきゲートポ
リシリコン2″″4中の不純物濃度は減少する。このた
めトランジスタのしきい値の制御が出来なくなったり、
ゲート酸化膜 付近のポリシリコンがトランジスタ動
作時に空乏化して、トランジスタの電流駆動力の低下を
引きおこす。Next is the re-diffusion of impurities in the gate polysilicon. In the prior art, the gate polysilicon 2-4 is doped with about 1020.mu.m of P-type or n-type impurity to control the threshold voltage of the transistor. However, due to the high temperature treatment step after forming the gate silicide 2-5, the impurities escape into the silicide and the impurity concentration in the gate polysilicon 2''''4 decreases. As a result, it becomes impossible to control the threshold voltage of the transistor,
The polysilicon near the gate oxide film becomes depleted during transistor operation, causing a decrease in the transistor's current driving ability.
、2−4
第3の問題点はゲートポリシリコア 中へはP形ある
いはn形の不純物と導入するしかないので、チャネル領
域の不純物プロファイル制御が難しい点である。つまり
、例えばn形基板を用いて、ゲート不純物をn形とした
場合は、ショートチャネル効果の抑制が難しく、ゲート
不純物をP形とした場合は、トランジスタの電流駆動力
が低下してしまう等の問題がある。, 2-4 The third problem is that it is difficult to control the impurity profile of the channel region because the only way to do this is to introduce P-type or n-type impurities into the gate polysilicon core. In other words, for example, if an n-type substrate is used and the gate impurity is n-type, it is difficult to suppress the short channel effect, and if the gate impurity is p-type, the current driving ability of the transistor will be reduced. There's a problem.
以上の問題を解決するためには、ゲート構造を、ポリシ
リコンとシリサイドの積層構造とするのではなくシリサ
イド単層構造とすることが望ましい。In order to solve the above problems, it is desirable that the gate structure has a single layer structure of silicide instead of a multilayer structure of polysilicon and silicide.
この場合には、積層構造の時よりも同じゲート厚さなら
、低抵抗になるし、同じ抵抗にするなら、ゲート電極は
薄くてすむので、後の平坦化プロセスが容品になる。In this case, if the gate thickness is the same as in the case of a stacked structure, the resistance will be lower, and if the resistance is the same, the gate electrode can be made thinner, making the subsequent planarization process easier.
また、後の高温熱処理により不純物が再分布することも
なく、シリサイドの仕事関数はp形半導体とn形半導体
の中間に位置しているので、チャネルの不純物プロファ
イルの制御もしやすくなる。Further, impurities are not redistributed during subsequent high-temperature heat treatment, and the work function of silicide is located between that of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, making it easier to control the impurity profile of the channel.
しかし、シリサイド単層ゲートにしようとすると、シリ
サイドとゲート酸化膜が反応してトランジスタの動作自
体が、不安定になってしまう。However, if a single-layer silicide gate is used, the silicide and gate oxide film will react and the operation of the transistor itself will become unstable.
(発明が解決しようとする課題)
従来技術ではゲート電極が十分低抵抗にならない。後の
熱処理工程でゲート不純物が再拡散してしまうチャネル
の不純物プロファイルが難しいなどの問題点がある。こ
れを解決しようとシリサイドや金属を、ゲート材料に用
いようとすると、ゲート酸化膜と反応してトランジスタ
動作が不安定になるなどの問題点があった。(Problem to be Solved by the Invention) In the conventional technology, the resistance of the gate electrode cannot be made sufficiently low. There are problems such as difficulty in determining the impurity profile of the channel, which causes gate impurities to be re-diffused in a subsequent heat treatment process. When trying to solve this problem by using silicide or metal as a gate material, there were problems such as reactions with the gate oxide film, making transistor operation unstable.
[発明の構成コ
(課題を解決するための手段)
上記課題を解決するために、ゲート材料とゲート絶縁膜
の反応を防止する膜としてシリコン窒化膜をゲート絶縁
膜中あるいは、ゲート材料との界面あるいは半導体基板
との界面に持ち、ゲート材料を金属あるいはシリサイド
とする構造を特徴とする。[Structure of the Invention (Means for Solving the Problems)] In order to solve the above problems, a silicon nitride film is used as a film to prevent reaction between the gate material and the gate insulating film, either in the gate insulating film or at the interface with the gate material. Alternatively, it is characterized by a structure in which it is located at the interface with the semiconductor substrate and the gate material is metal or silicide.
(作 用)
反応防止膜として、シリコン窒化膜を用いた場合にはゲ
ート材料と、ゲート絶縁膜の反応は最上層のシリコン窒
化膜の上面で停止する。従って、トランジスタの動作は
不安定にならない。(Function) When a silicon nitride film is used as the reaction prevention film, the reaction between the gate material and the gate insulating film stops at the upper surface of the uppermost silicon nitride film. Therefore, the operation of the transistor does not become unstable.
また、ゲート材料は金属またはシリサイドを用いること
ができるので、ゲート電極の低抵抗化ができ、ゲート不
純物の再塗布は、Tr特性に影響を与えず、仕事関数は
P+シリコンとn+シリコンノ間に位置するので、チャ
ネルプロファイルの制御がしやすい。In addition, since metal or silicide can be used as the gate material, the resistance of the gate electrode can be reduced, re-applying gate impurities does not affect the Tr characteristics, and the work function is between P+ silicon and n+ silicon. It is easy to control the channel profile.
(実施例)
第1図に本発明の第1の実施例を示すMO8電界効果ト
ランジスタの構造を示す断面図である。(Example) FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an MO8 field effect transistor showing a first example of the present invention.
半導体基板 表面に素子分離領域1−2が設けられてあ
り、素子領域には、シリコン酸化膜1−3シリフン窒化
膜 を介してチタンシリサイド膜1−5のゲート電極
を構成しである。このゲートと素子■−2
分離領域 に自己整合的に半導体基板と逆導伝形不純
物をイオン注入により導入して、ソース。An element isolation region 1-2 is provided on the surface of the semiconductor substrate, and a gate electrode of a titanium silicide film 1-5 is formed in the element region via a silicon oxide film 1-3 and a silicon nitride film. A conductivity type impurity opposite to the semiconductor substrate is introduced by ion implantation into this gate and element ■-2 isolation region in a self-aligned manner to form a source.
■−6 ドレイン領域 が形成されている。■-6 A drain region is formed.
■−5
シリサイド をゲートとして用いているにも■−4
かかわらず、シリコン窒化膜 によってシリコ■−3
ン酸化膜 との反応が防止されているので、トランジ
スタの特性は、不安定にならない。ゲート材料にシリサ
イドを用いた利点はすでに述べたとおりである。■-5 Even though silicide is used as the gate, the silicon nitride film prevents reaction with the silicon oxide film, so the characteristics of the transistor do not become unstable. The advantages of using silicide as the gate material have already been described.
第3図に第2の実施例を示す。シリコン窒化膜 は2
つのシリコン酸化膜3−3 、3−5にはさまれた構造
になっている。FIG. 3 shows a second embodiment. Silicon nitride film is 2
It has a structure sandwiched between two silicon oxide films 3-3 and 3-5.
3−に の例では、ゲート材料は高融点金属 を用いている。3- to In this example, the gate material is a high melting point metal.
高融点金属ゲート材料 は直下のシリコン酸化膜
と若干反応しているが、シリコン窒化膜にまでは至って
いない。The high melting point metal gate material is the silicon oxide film directly below.
Although there is some reaction, it has not reached the level of silicon nitride film.
この例の場合、ゲート直下のSiO膜 はかなり厚く
する必要があるが、シリコン窒化膜の誘電率はシリコン
酸化膜のそれと比べて十分大きいので、実効的には薄い
酸化膜と等価で、トランジスタの電流駆動力は大きいも
のにすることができる。In this example, the SiO film directly under the gate needs to be quite thick, but since the dielectric constant of the silicon nitride film is sufficiently larger than that of the silicon oxide film, it is effectively equivalent to a thin oxide film, and the transistor The current driving force can be made large.
第4図に本発明の第3の実施例と示す。FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
シリコン窒化膜層 は半導体基板との界面にあっても
よい。またゲート絶縁膜4−3.4−4上にバリア層と
してTiN膜を設けさらに、タングステンのゲート電極
を構成することで、タングステ゛4−6とシリコン酸化
膜 の反応は防止される。The silicon nitride film layer may be at the interface with the semiconductor substrate. Further, by providing a TiN film as a barrier layer on the gate insulating film 4-3, 4-4 and forming a tungsten gate electrode, reaction between the tungsten film 4-6 and the silicon oxide film is prevented.
ただし、TiN膜とシリコン酸化膜の反応は若干おこる
。この場合のシリコン窒化膜 の効果は、第2の実施
例で示したとおりである。However, a slight reaction between the TiN film and the silicon oxide film occurs. The effect of the silicon nitride film in this case is as shown in the second embodiment.
以下ではMO3電界効果トランジスタのゲート構造の製
造方法について述べる。A method for manufacturing a gate structure of an MO3 field effect transistor will be described below.
第5図(a) (b)は製造工程を示す断面図である。FIGS. 5(a) and 5(b) are cross-sectional views showing the manufacturing process.
半導体基板 を850 ’Cで熱酸化し50人のシリ
コン酸化膜 を形成後CVD法によって、シリコン酸
化膜 を50人堆積し、さらに850℃で酸化するこ
とで50Aのシリコン酸化膜 を形成する。The semiconductor substrate is thermally oxidized at 850'C to form a 50A silicon oxide film, then 50 silicon oxide films are deposited by CVD, and further oxidized at 850C to form a 50A silicon oxide film.
次にポリシリコンまたはアモルファスシリコンをCVD
法により厚さ0.25μm、形成する。次にスパッタ法
でTiを厚さ0.1μm TiN膜を厚さ200 人堆
積する(第5図(a))。Next, polysilicon or amorphous silicon is deposited by CVD.
A thickness of 0.25 μm is formed by the method. Next, Ti is deposited to a thickness of 0.1 μm and a TiN film is deposited to a thickness of 200 by sputtering (FIG. 5(a)).
次に700℃窒素雰囲気でアニールすることで、5−6
。Next, by annealing in a nitrogen atmosphere at 700°C, 5-6
.
第5図(b)に示すようにTi膜 とシリコン膜カ反
応シテ、厚す0.25μm t)’) Ti5l 1
115−8が形成され、表面にTiN膜と未反応のTj
がのこるが、通水とアンモニアを含む溶液に浸し加熱す
ることで、除去できる。一方、Tl512膜が形成され
る時に下の酸化膜 と反応するが、少なくともシリコ
ン窒化膜 で、反応を停止することかできる。As shown in Fig. 5(b), the reaction between the Ti film and the silicon film is 0.25 μm thick.
115-8 is formed, and Tj which has not reacted with the TiN film on the surface.
However, it can be removed by passing water through it and immersing it in a solution containing ammonia and heating it. On the other hand, when the Tl512 film is formed, it reacts with the underlying oxide film, but at least the silicon nitride film can stop the reaction.
第6図(a)(b)に、本発明の他の実施例を示す。FIGS. 6(a) and 6(b) show another embodiment of the present invention.
6−5 、
第5図の実施例とは、Ti膜 とシリコン膜 が逆
になっている。この場合TiN膜の堆積の必要はないが
、シリコン膜を酸化雰囲気で堆積すると、Ti膜が酸化
されてしまうので、シリコン膜はスパッタなどの酸化雰
囲気でない方法を選択する必要がある。6-5, the Ti film and the silicon film are reversed from the embodiment shown in FIG. In this case, there is no need to deposit a TiN film, but if a silicon film is deposited in an oxidizing atmosphere, the Ti film will be oxidized, so it is necessary to select a method that does not use an oxidizing atmosphere, such as sputtering, to deposit the silicon film.
第7図(a) (b)は本発明の他の実施例で、シリコ
ン窒化膜の形成にかがわる。FIGS. 7(a) and 7(b) show another embodiment of the present invention, which involves the formation of a silicon nitride film.
半導体基板 を850℃で熱酸化した後、アンモニア
雰囲気あるいは窒素雰囲気で、アニールすることで、表
面にシリコン窒化膜を形成できる。A silicon nitride film can be formed on the surface by thermally oxidizing the semiconductor substrate at 850° C. and then annealing it in an ammonia atmosphere or a nitrogen atmosphere.
この後の工程は、前記実施例に準する。The subsequent steps are similar to those in the above embodiment.
本工程によって、シリコン窒化膜を形成することはより
薄いゲート絶縁膜をより簡単な工程で形成できる。Through this process, a thinner gate insulating film can be formed by a simpler process than forming a silicon nitride film.
[発明の効果コ
本発明によれば高伝特性のゲート材料を保ることができ
る。[Effects of the Invention] According to the present invention, a gate material with high conductivity characteristics can be maintained.
第1図は本発明の実施例を示す、第2図は、ゲート構造
の断面図、第3図、第4図は他の実施例を示す断面図、
第5図、第6図、第7図は本発明の実施例の製造方法を
示す断面工程図である。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a gate structure, FIGS. 3 and 4 are sectional views showing other embodiments,
FIG. 5, FIG. 6, and FIG. 7 are cross-sectional process diagrams showing a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
Claims (6)
層含む絶縁膜と、金属が積層されてなるゲート構造を持
つ電界効果トランジスタ装置。(1) Spread at least one silicon nitride film on the semiconductor substrate.
A field effect transistor device with a gate structure consisting of a layered insulating film and a metal layer.
特徴とする請求項(1)記載の電界効果トランジスタ装
置。(2) The field effect transistor device according to claim (1), wherein the gate metal is a silicide of a high-melting point metal.
高融点金属層または、高融点金属のケイ化物であること
を特徴とする請求項(1)記載の電界効果トランジスタ
装置。(3) The field effect transistor device according to claim 1, wherein the gate metal is a TiN, TiW, TiC, WN layer and a high melting point metal layer, or a silicide of a high melting point metal.
タにおいてシリコン酸化膜をケイ化することによって少
なくともシリコン窒化膜を1層含む絶縁膜を形成するこ
とを特徴とする電界効果トランジスタ装置の製造方法。(4) A field effect transistor device according to any one of claims (1) to (3), characterized in that an insulating film containing at least one silicon nitride film is formed by silicifying the silicon oxide film. Production method.
層有する絶縁膜層を形成する工程と、ポリシリコン層ま
たはアモルファスシリコン層を堆積する工程と、次に高
融点金属層を堆積する工程と、シリサイド化の熱処理工
程とを含むことを特徴とする電界効果トランジスタ装置
の製造方法。(5) At least one silicon nitride film layer on the semiconductor substrate
An electric field characterized in that it includes a step of forming an insulating film layer having a layer, a step of depositing a polysilicon layer or an amorphous silicon layer, a step of depositing a high melting point metal layer, and a heat treatment step of silicidation. A method for manufacturing an effect transistor device.
層有する絶縁膜層を形成する工程と、高融点金属層を堆
積する工程と、次に、ポリシリコン層または、アモルフ
ァスシリコン層を堆積する工程と、シリサイド化の熱処
理工程とを含むことを特徴とする電界効果トランジスタ
装置の製造方法。(6) At least one silicon nitride film layer on the semiconductor substrate
The method is characterized by comprising a step of forming an insulating film layer having a layer, a step of depositing a high melting point metal layer, a step of depositing a polysilicon layer or an amorphous silicon layer, and a heat treatment step of silicidation. A method for manufacturing a field effect transistor device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25511890A JPH04134866A (en) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | Field effect transistor device and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25511890A JPH04134866A (en) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | Field effect transistor device and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04134866A true JPH04134866A (en) | 1992-05-08 |
Family
ID=17274343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25511890A Pending JPH04134866A (en) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | Field effect transistor device and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04134866A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002524860A (en) * | 1998-08-28 | 2002-08-06 | クリー インコーポレイテッド | Stacked dielectric in silicon carbide semiconductor structure |
| WO2004073072A1 (en) * | 2003-02-17 | 2004-08-26 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Mis semiconductor device and method for manufacturing mis semiconductor device |
-
1990
- 1990-09-27 JP JP25511890A patent/JPH04134866A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002524860A (en) * | 1998-08-28 | 2002-08-06 | クリー インコーポレイテッド | Stacked dielectric in silicon carbide semiconductor structure |
| JP5021860B2 (en) * | 1998-08-28 | 2012-09-12 | クリー インコーポレイテッド | Multilayer dielectrics in silicon carbide semiconductor structures |
| WO2004073072A1 (en) * | 2003-02-17 | 2004-08-26 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Mis semiconductor device and method for manufacturing mis semiconductor device |
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