JP2000012843A - Mos型半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Mos型半導体装置およびその製造方法

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JP2000012843A
JP2000012843A JP10171768A JP17176898A JP2000012843A JP 2000012843 A JP2000012843 A JP 2000012843A JP 10171768 A JP10171768 A JP 10171768A JP 17176898 A JP17176898 A JP 17176898A JP 2000012843 A JP2000012843 A JP 2000012843A
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oxide film
gate electrode
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semiconductor device
gate
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Mitsuo Kojima
光雄 小島
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Rohm Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 ゲート電極30の下方の酸化膜24aを等方
性のウェットエッチングよりエッチングすると、ゲート
電極30の中央部に対応する酸化膜24aが島状に残っ
てその周囲に空部50が形成され、空部50にゲート電
極30のエッジ部52が露出される。したがって、その
後の酸化工程では、空部50に露出された部分からもエ
ッジ部52の酸化が進行し、酸化されたエッジ部52が
ゲート酸化膜と一体化される。 【効果】 周縁部の肉厚が中央部の肉厚よりも大きいゲ
ート酸化膜24を形成できるので、電流駆動能力の向上
とドレイン漏洩電流の減少とを同時に達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はMOS型半導体装置お
よびその製造方法に関し、特にたとえば半導体基板上に
ゲート酸化膜を介してゲート電極が形成された、MOS
型半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図5に示すこの種の従来のMOS型半導
体装置1はシリコン基板2を含み、シリコン基板2の上
面には素子分離のためのフィールド酸化膜3が形成され
る。そして、フィールド酸化膜3によって囲まれた領域
には膜厚が均一なゲート酸化膜4が形成され、ゲート酸
化膜4の上にはゲート電極5が形成される。また、シリ
コン基板2の上部には、ゲート電極5に関連してソース
領域6およびドレイン領域7が互いに所定の間隔を隔て
て形成される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に、MOS型半導
体装置では、その性能を左右する要素として電流駆動能
力(飽和電流)とドレイン漏洩電流(GIDL:Gate Induced
Drain Leakage) とが重要である。このうち電流駆動能
力はゲート電極の中央部に対応するゲート酸化膜の膜厚
に影響されるものであり、電流駆動能力を向上させるた
めにはその膜厚を薄くしなければならない。一方、ドレ
イン漏洩電流はゲート電極とドレイン領域とが近接する
部分におけるバンドツーバンド・トンネリング(Band-to
-band tunneling)によって発生する漏洩電流であり、ド
レイン漏洩電流を減少させるためにはゲート電極とドレ
イン領域とが近接する部分におけるゲート酸化膜の膜厚
すなわちゲート酸化膜の周縁部分の膜厚を厚くしなけれ
ばならない。
【0004】ところが、従来技術では、ゲート酸化膜4
を均一な膜厚で形成していたため、電流駆動能力の向上
とドレイン漏洩電流の減少とを同時に達成することがで
きなかった。それゆえに、この発明の主たる目的は、電
流駆動能力の向上とドレイン漏洩電流の減少とを同時に
達成できる、MOS型半導体装置の製造方法を提供する
ことである。
【0005】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、半導体基
板上に酸化膜を介してゲート電極を形成した、MOS型
半導体装置において、酸化膜をウエットエッチング法に
よりエッチングしてゲート電極の周縁部下方に空部を形
成し、ゲート電極のエッジ部を空部に露出された部分か
ら熱酸化させたことを特徴とする、MOS型半導体装置
である。
【0006】第2の発明は、(a) 半導体基板上に第1酸
化膜を形成し、(b) 第1酸化膜の上にゲート電極を形成
し、(c) 第1酸化膜をウエットエッチング法によりエッ
チングして半導体基板の上面とゲート電極のエッジ部と
を露出させ、(d) 半導体基板の上面とエッジ部とを熱酸
化法により酸化させて第2酸化膜を形成し、(e) 第2酸
化膜をエッチングして周縁部の肉厚が中央部の肉厚より
も大きいゲート酸化膜を形成する、MOS型半導体装置
の製造方法である。
【0007】
【作用】ゲート電極の下方の酸化膜を等方性のウェット
エッチング法よりエッチングすると、ゲート電極の中央
部に対応する酸化膜が島状に残ってゲート電極の周縁部
下方に空部が形成され、その空部にゲート電極のエッジ
部が露出される。したがって、その後の酸化工程では、
空部に露出された部分からエッジ部の酸化が進行し、酸
化されたエッジ部がゲート酸化膜と一体化されて、周縁
部の肉厚が中央部の肉厚よりも大きいゲート酸化膜が形
成される。
【0008】
【発明の効果】この発明によれば、周縁部の肉厚が中央
部の肉厚よりも大きいゲート酸化膜を形成できるので、
電流駆動能力の向上とドレイン漏洩電流の減少とを同時
に達成できる。また、一般的なウエットエッチング法と
熱酸化法とを用いて簡単に製造できる。
【0009】この発明の上述の目的,その他の目的,特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
【0010】
【実施例】図1に示すこの実施例のMOS型半導体装置
10は、この発明をNチャネルMOSFET12とPチ
ャネルMOSFET14とを有するCMOSFETに適
用したものである。MOS型半導体装置10は、シリコ
ン(Si)等からなる半導体基板16を含み、半導体基
板16の上部には、NチャネルMOSFET12を構成
するPウェル18およびPチャネルMOSFET14を
構成するNウェル20が形成され、Pウェル18とNウ
ェル20との境界部上面には素子分離のためのフィール
ド酸化膜22が形成される。
【0011】そして、Pウェル18およびNウェル20
の上面のフィールド酸化膜22によって囲まれた領域に
は、周縁部の肉厚が中央部の肉厚よりも大きいゲート酸
化膜(SiO2 )24が形成され、ゲート酸化膜24の
上には、ポリシリコン膜(Poly−Si)26と金属
シリサイド膜28とを含むゲート電極30が形成され、
ゲート電極30の側面にはサイドウォール32が形成さ
れる。また、Pウェル18およびNウェル20のそれぞ
れの上部には、ゲート電極30に関連してソース領域3
4およびドレイン領域36が互いに所定の間隔を隔てて
形成される。
【0012】そして、半導体基板16の上には、ゲート
電極30を覆うようにして第1層間絶縁膜38および第
2層間絶縁膜40が形成され、第1層間絶縁膜38およ
び第2層間絶縁膜40には、ソース領域34およびドレ
イン領域36のそれぞれに連通するコンタクトホール4
2が形成され、コンタクトホール42の内部には配線4
4が埋め込まれる。さらに、第2層間絶縁膜40の上に
は、パッシベーション(Passivation)膜46が形成され
る。
【0013】以下には、図2〜図4に従って、MOS型
半導体装置10の具体的な製造方法を説明する。まず、
図2(A)に示すように、半導体基板16の上部にフッ
化ボロン(BF2 )を拡散させることによってPウェル
18を形成するとともに、リン(P)を拡散させること
によってNウェル20を形成し、Pウェル18とNウェ
ル20との境界部上面にフィールド酸化膜22をLOC
OS法によって形成する。また、Pウェル18およびN
ウェル20のそれぞれの上面に閾値電圧を調整するため
のフッ化ボロン(BF2 )をイオン注入法によって導入
(以下、「イオン注入」という。)する。そして、半導
体基板16の上面に生じた酸化膜(フィールド酸化膜2
2を除く。)48をエッチングによって除去した後、図
2(B)に示すように、半導体基板16の上面に100
〜500Å程度の膜厚を有する酸化膜24aを熱酸化法
によって形成し、その上に1500〜2000Å程度の
膜厚を有するポリシリコン膜26aをCVD法によって
形成し、さらにその上に、1000〜2000Å程度の
膜厚を有する金属シリサイド膜28aをスパッタリング
によって形成する。そして、図2(C)に示すように、
金属シリサイド膜28aおよびポリシリコン膜26aを
パターン形成した図示しないレジストでマスクし、異方
性の反応性イオンエッチング法(RIE)によりエッチ
ングしてゲート電極30を形成する。
【0014】続いて、図3(D)に示すように、半導体
基板16の上面に露出した酸化膜24aを等方性のウェ
ットエッチング法によりエッチングして除去する。この
とき、酸化膜24aに対するエッチングは等方的に進行
するため、ゲート電極30の周縁部下方においては、酸
化膜24aがゲート電極30の中央部へ向けて凹となる
ように除去される。したがって、ゲート電極30の周縁
部下方には空部50が形成され、この空部50において
ゲート電極30のエッジ部52が露出される。そして、
図3(E)に示すように、半導体基板16の上面に30
0〜500Å程度の膜厚を有する酸化膜24bを熱酸化
法によって形成する。このとき、ゲート電極30におい
ては、空部50に露出された部分からエッジ部52へ熱
酸化が進行するため、ゲート電極30の周縁部が大きく
酸化されて酸化膜24bと一体化される。そして、Pウ
ェル18の上部にゲート電極30をマスクとしてリン
(P)を所定の条件(たとえば、加速エネルギ:30〜
70KeV、ドーズ量:1〜5E13atoms/cm2 )でイ
オン注入するとともに、Nウェル20の上部にフッ化ボ
ロン(BF2 )を所定の条件(たとえば、加速エネル
ギ:30〜70KeV、ドーズ量:1〜5E13atoms/
cm2 )でイオン注入する。続いて、図3(F)に示すよ
うに、酸化膜24bおよびゲート電極30の上に、15
00〜3000Å程度の膜厚を有する酸化膜(Si
2 )32aをCVD法によって形成する。
【0015】そして、図4(G)に示すように、酸化膜
32aおよび酸化膜24bを異方性の反応性イオンエッ
チング法(RIE)によりエッチングしてサイドウォー
ル32およびゲート酸化膜24を形成する。続いて、P
ウェル18の上部にゲート電極30およびサイドウォー
ル32をマスクとしてヒ素(As)を所定の条件(たと
えば、加速エネルギ:40〜70KeV、ドーズ量:3
〜7E15atoms/cm2)でイオン注入するとともに、N
ウェル20の上部にフッ化ボロン(BF2 )を所定の条
件(たとえば、加速エネルギ:30〜60KeV、ドー
ズ量:2〜6E15atoms/cm2 )でイオン注入する。そ
して、図4(H)に示すように、半導体基板16の上に
1000〜2000Å程度の膜厚を有する酸化シリコン
(SiO 2 )からなる第1層間絶縁膜38をCVD法に
よって形成し、その上に5000〜8000Å程度の膜
厚を有するボロン・リン含有シリカガラス(BPSG)
からなる第2層間絶縁膜40をCVD法によって形成す
る。その後、850〜900℃程度の温度で半導体基板
16を熱処理(アニール)して、ソース領域34および
ドレイン領域36を形成する。
【0016】そして、図4(I)に示すように、第1層
間絶縁膜38および第2層間絶縁膜40にソース領域3
4およびドレイン領域36のそれぞれに連通するコンタ
クトホール42をエッチングによって形成し、このコン
タクトホール42の内部に配線44を埋め込む。すなわ
ち、コンタクトホール42の内面に1500Å程度の膜
厚を有するバリアメタル膜44aをスパッタリングによ
って形成し、RTA処理を行った後、バリアメタル膜4
4aの内面に4000〜8000Å程度の膜厚を有する
アルミ合金膜44bをスパッタリングによって形成し、
さらに、アルミ合金膜44bの上面に300〜500Å
程度の膜厚を有する高融点金属膜44cをスパッタリン
グによって形成する。そして、これらをパターン形成し
たレジストでマスクして不要部分をエッチングにより除
去する。
【0017】続いて、第2層間絶縁膜40の上に、10
000Å程度の膜厚を有する絶縁膜をCVD法により積
層して図1に示すパッシベーション膜46を形成する。
この実施例によれば、ゲート酸化膜24における周縁部
の肉厚を中央部の肉厚よりも大きくしているので、電流
駆動能力の向上とドレイン漏洩電流の減少とを同時に達
成できる。また、ゲート酸化膜24の肉厚の大きい部分
をウェットエッチング法とその後の熱酸化法とによって
簡単に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す図解図である。
【図2】図1実施例の製造方法を示す工程図である。
【図3】図1実施例の製造方法を示す工程図である。
【図4】図1実施例の製造方法を示す工程図である。
【図5】従来技術を示す図解図である。
【符号の説明】
10 …MOS型半導体装置 16 …半導体基板 24 …ゲート酸化膜 30 …ゲート電極 34 …ソース領域 36 …ドレイン領域 42 …コンタクトホール 44 …配線

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に酸化膜を介してゲート電極
    を形成した、MOS型半導体装置において、 前記酸化膜をウエットエッチング法によりエッチングし
    て前記ゲート電極の周縁部下方に空部を形成し、前記ゲ
    ート電極のエッジ部を前記空部に露出された部分から熱
    酸化させたことを特徴とする、MOS型半導体装置。
  2. 【請求項2】(a) 半導体基板上に第1酸化膜を形成し、 (b) 前記第1酸化膜の上にゲート電極を形成し、 (c) 前記第1酸化膜をウエットエッチング法によりエッ
    チングして前記半導体基板の上面と前記ゲート電極のエ
    ッジ部とを露出させ、 (d) 前記半導体基板の上面と前記エッジ部とを熱酸化法
    により酸化させて第2酸化膜を形成し、 (e) 前記第2酸化膜をエッチングして周縁部の肉厚が中
    央部の肉厚よりも大きいゲート酸化膜を形成する、MO
    S型半導体装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002094062A (ja) * 2000-07-12 2002-03-29 Denso Corp 半導体装置の製造方法
US6451645B1 (en) 2000-07-12 2002-09-17 Denso Corp Method for manufacturing semiconductor device with power semiconductor element and diode
US7859014B2 (en) 2004-06-24 2010-12-28 Nec Corporation Semiconductor device

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