JP2000091350A

JP2000091350A - 半導体電界効果トランジスタの製造方法

Info

Publication number: JP2000091350A
Application number: JP10258644A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Suzuki; 秀和鈴木
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ＬＤＤ構造を有する電界効果トランジスタを
製造するとき、ドレイン領域内に数段階の濃度の不純物
領域を形成する場合、工程数が増加するという問題があ
った。【解決手段】半導体基板１上にＴ字型ダミーゲート２
４を形成し、基板表面に対して斜め上方から複数回異な
った角度でイオン注入を行う。Ｔ字型ダミーゲート２４
の絶縁膜２１はイオン注入時のイオンを透過させない程
度の厚さを有していればよく、不純物濃度や不純物の注
入深さはイオン注入時の角度等で決まる。そのため、イ
オン注入時の条件を変えるだけで、ドレイン内に数段階
の濃度の不純物領域を形成することが可能であり、工程
数の増加を最小限に抑えることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体電界効果ト
ランジスタの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体を材料に用いた電界効果トランジ
スタ（以下ＦＥＴと云う）、例えばＧａＡｓ等の化合物
半導体を材料に用いたＦＥＴは、超高速、高周波素子と
して用いられている。このようなＦＥＴにおいては、出
力特性を向上させるため、ドレイン電圧を高くするなど
の方法で、電流を多く流せるようにすることが必要であ
る。

【０００３】通常、ドレイン領域内には不純物濃度が高
濃度の領域のみしか形成されておらず、チャネル領域か
らドレイン領域端部にかけて、不純物濃度が急峻に変化
する。そのため、ドレイン電圧を高くすると、チャネル
領域とドレイン領域端部の間の領域に電界が集中し、衝
突イオン化過程により余剰な電流が流れ、トランジスタ
素子の直流特性が悪化する場合がある。そこで、ドレイ
ン領域端部の電界の集中を緩和するために、ドレイン領
域内に不純物濃度が高濃度の領域と低濃度の領域とを形
成したＬＤＤ（ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄＤｒａｉ
ｎ）構造が、一般的に使用されている。

【０００４】ドレイン領域内に不純物濃度が高濃度の領
域と低濃度の領域とを形成する方法として、例えば、図
１に示すように、Ｔ字型のダミーゲートをマスクにし、
イオン注入を行う方法がある。半導体基板１内にｎ型チ
ャネル領域５を形成した後、絶縁膜２及び４からなるＴ
字型ダミーゲート２４を形成する。なお、Ｔ字型ダミー
ゲート２４は絶縁膜４のエッチングレートが絶縁膜２よ
り高いことを利用して形成される。次に、Ｔ字型ダミー
ゲート２４をマスクとして、ｎ型不純物領域を生成する
イオン、例えば、Ｓｉイオンを注入し、高濃度不純物領
域９と低濃度不純物領域２６とを、同時に、且つ、自己
整合的に形成する。この方法では、高濃度不純物領域９
と低濃度不純物領域２６の不純物濃度及び深さはイオン
注入時の設定条件とＴ字型ダミーゲート２４の絶縁膜２
の有する厚みで調整される。

【０００５】また、図２に示すように、ダミーゲートを
細くしながらイオン注入を行うことで、ドレイン領域内
に不純物濃度が高濃度の領域と低濃度の領域とを形成す
る方法がある。半導体基板１内にｎ型チャネル領域５を
形成した後、アニール保護膜６を形成する。その後、レ
ジストを塗布し、リソグラフィ技術を利用してダミーゲ
ート７を形成する。次に、このダミーゲート７をマスク
として、ｎ型不純物領域を生成するイオン、例えば、Ｓ
ｉイオンを注入し、高濃度不純物領域９を形成する（図
２（ａ））。次に、ダミーゲート７を等方的エッチング
により細くし、再度イオン注入を行う（図２（ｂ））。
高濃度不純物領域９は、最初のイオン注入時と二度目の
イオン注入時にイオンが注入されるので高濃度領域とな
る。一方、不純物領域２６は二度目のイオン注入時のみ
イオンが注入されるので、低濃度領域となる。その結
果、ドレイン領域内に高濃度不純物領域９と低濃度不純
物領域２６が形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般的なＬＤＤ構造で
は、ドレイン領域内に不純物濃度の高濃度領域と低濃度
領域とが形成される。しかしながら、ドレイン領域内の
不純物濃度の変化を更に緩和するために、不純物濃度が
高濃度の領域と低濃度の領域との間の領域に、中濃度の
領域を形成する必要が生じる場合がある。また、更にド
レイン領域内の不純物濃度の変化を緩和したい場合は、
ドレイン領域内に更に数段階の濃度の領域を形成する必
要が生じる場合がある。

【０００７】しかしながら、図１に示された方法では、
不純物濃度及び深さは注入時の設定条件とＴ字型ダミー
ゲート２４の絶縁膜２の有する厚みで調整されるため、
ドレイン領域内に高濃度の領域と低濃度の領域以外の濃
度の領域を形成することができない。

【０００８】また、図２に示された方法では、ドレイン
領域内に数段階の不純物領域を形成するためには、ダミ
ーゲート７をエッチングする工程とイオン注入を行う工
程を繰り返す必要があり、工程数が増えるという問題が
あった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体電界効
果トランジスタの製造方法であって、半導体基板上にＴ
字型のダミーゲートを形成する工程と、前記Ｔ字型のダ
ミーゲートをマスクとして、前記半導体基板面に対して
斜め上方より複数回異なった角度で、前記半導体基板に
不純物イオンを注入するイオン注入工程と、を含み、前
記ダミーゲートを形成した領域下のチャネル領域を挟ん
で対向するソース領域内およびドレイン領域内に、少な
くとも二段階の不純物濃度を有する不純物領域を形成す
ることを特徴とする。

【００１０】また、本発明は、半導体電界効果トランジ
スタの製造方法であって、半導体基板上にマスクを形成
して、前記半導体基板に不純物イオンを注入する第一イ
オン注入工程と、前記半導体基板上に、Ｔ字型のダミー
ゲートを形成する工程と、前記Ｔ字型のダミーゲートを
マスクとして、前記半導体基板面に対して斜め上方より
複数回異なった角度で、前記半導体基板に不純物イオン
を注入する第二イオン注入工程と、を含み、前記ダミー
ゲートを形成した領域下のチャネル領域を挟んで対向す
るソース領域内およびドレイン領域内に、少なくとも三
段階の不純物濃度を有する不純物領域を形成することを
特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。

【００１２】図３には、第一の実施形態の半導体電界効
果トランジスタの製造方法の工程別断面図が示されてい
る。

【００１３】まず、半導体基板１にｐ型不純物領域を生
成するイオン、例えばＢｅイオンを注入エネルギー５０
〜１００ｋｅＶ、ドーズ量１×１０¹²ｃｍ^-2程度で注入
し、ｐ型埋め込み領域３を形成する。その後、ｎ型不純
物領域を生成するイオン、例えばＳｉイオンを注入エネ
ルギー１０〜７０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０¹³ｃｍ^-2程
度で注入し、ｎ型チャネル領域５を形成する。次に、ア
ニール保護膜６を半導体基板上に堆積し、下層レジスト
２０、絶縁膜２１、上層レジスト２２を順に堆積する
（図３（ａ））。次に、上層レジスト２２にリソグラフ
ィ技術を適用し、所望のパターンを形成し、これをマス
クとして絶縁膜２１をエッチングする。その後、下層レ
ジスト２０を選択的にサイドエッチングし、Ｔ字型ダミ
ーゲート２４を形成する（図３（ｂ））。このとき、絶
縁膜２１は次の工程で注入されるイオンを止めるのに十
分な厚さを有していればよい。また、第一の実施形態で
は、Ｔ字型ダミーゲート２４は下層レジスト２０と絶縁
膜２１により構成される。しかし、絶縁膜２１下の膜
は、絶縁膜２１よりエッチングレートが高い材料の膜で
あればよく、例えば、レジストの代わりに絶縁膜２１よ
りエッチングレートが高い絶縁膜を使用してもよい。

【００１４】次に、Ｔ字型ダミーゲート２４をマスクに
して、第一回目の斜めイオン注入を行い、ｎ型不純物領
域３０及び３１を形成する（図３（ｃ））。第一回目の
斜めイオン注入は、ｎ型不純物領域を生成するイオン、
例えばＳｉイオンを、注入エネルギー１８０〜２００ｋ
ｅＶ、ドーズ量１．５×１０¹³ｃｍ^-2程度で、基板表面
に対して斜めの角度で注入する。このとき、絶縁膜２１
は加速されたイオンを全く透過させないのに十分な程度
厚い。また、基板表面に対して斜めの角度でイオンが注
入される。よって、図３（ｃ）に示すように、ｎ型不純
物領域３０は、注入イオンが絶縁膜２１で遮断されない
領域である絶縁膜２１の直下より内側の領域にも形成さ
れる。また、ｎ型不純物領域３１は、絶縁膜２１直下よ
り外側の領域のみに形成される。

【００１５】次に、再びＴ字型ダミーゲート２４をマス
クにして、第二回目の斜めイオン注入を行う（図３
（ｄ））。第二回目の斜めイオン注入は、ｎ型不純物領
域を生成するイオン、例えばＳｉイオンを注入エネルギ
ー１８０〜２００ｋｅＶ、ドーズ量１．５×１０¹³ｃｍ
^-2程度で、第一回目の斜めイオン注入とは異なった角度
で行われる。通常、第二回目の注入は第一回目の注入と
基板表面に対して逆の傾きで行われ、例えば第一回目の
斜めイオン注入の角度が基板表面に対して６０度で行わ
れた場合、第二回目の斜めイオン注入の角度は第一回目
の斜めイオン注入と基板表面に逆向きの傾きを持つよう
な角度、すなわち１２０度で行われる。なお、第一回目
及び第二回目の斜めイオン注入時の注入角度は、６０度
および１２０度であると限定したものではなく、所望の
不純物濃度や注入深さ等が得られる角度として適宜選択
される。

【００１６】第二回目の斜めイオン注入では、第一回目
の斜めイオン注入同様に、絶縁膜２１は加速されたイオ
ンを全く透過させないのに十分な程度厚い。また、基板
表面に対して斜めの角度でイオンが注入されるので、図
３（ｄ）に示すように、図３（ｃ）のｎ型不純物領域３
０側では、第二回目の斜めイオン注入では、絶縁膜２１
の直下より外側の領域のみに不純物が注入される。ま
た、ｎ型不純物領域３１側では、注入イオンが絶縁膜２
１により遮断されない領域である絶縁膜２１の直下より
内側の領域にも不純物が注入される。

【００１７】その結果、図３（ｃ）のｎ型不純物領域３
０側では、第一回目の斜めイオン注入時に不純物が注入
され、且つ、第二回目の斜めイオン注入時に絶縁膜２１
に遮断されず不純物が注入された領域が高濃度不純物領
域３２となる。また、第一回目の斜めイオン注入時に不
純物が注入され、且つ、第二回目の斜めイオン注入時に
絶縁膜２１に遮断され不純物が注入されない領域が低濃
度不純物領域３３となる。一方、図３（ｃ）のｎ型不純
物領域３１側では、第一回目の斜めイオン注入時に絶縁
膜２１に遮断されず不純物が注入され、且つ、第二回目
の斜めイオン注入時に不純物が注入された領域が高濃度
不純物領域３４となる。また、第一回目の斜めイオン注
入時に絶縁膜２１に遮断され不純物が注入されず、且
つ、第二回目の斜めイオン注入時に不純物が注入される
領域が低濃度不純物領域３５となる。

【００１８】その後、選択的エッチングで絶縁膜２１を
除去するか幅を細めて、ゲート金属薄膜を形成するため
のマスクとなる絶縁膜１４を堆積した後、下層レジスト
２０を除去し、アニールを行い、注入イオンを活性化さ
せる。そして、絶縁膜１４をマスクとしてＴ字型ダミー
ゲート２４下にあったアニール保護膜６をエッチング
し、半導体基板表面を露出させる。そして、レジストを
塗布しリソグラフィ技術を適用してゲート電極を形成し
ない領域のみレジストが残るようにパターンを形成し、
金属薄膜を堆積した後、リフトオフ法でレジストと共に
レジスト上の金属薄膜を除去し、ゲート電極１６を形成
する（図３（ｅ））。その後、ソース電極１７及びドレ
イン電極１８は別のマスクを用いて形成される（図３
（ｆ））。

【００１９】このように、第一の実施形態においては、
異なった角度でイオン注入を複数回行うことによって、
ドレイン領域内及びソース領域内に高濃度領域と低濃度
領域を有する、即ちＬＤＤ構造を有する電界効果トラン
ジスタを作ることができる。そして、本実施形態におい
ては、斜めイオン注入時の条件を変えるだけで、例え
ば、注入角度を変えるだけで、ドレイン領域内及びソー
ス領域内にさらに数段階の不純物濃度を持つ領域を形成
したり、不純物領域の基板内部への深さを制御すること
が可能であり、工程数の増加を最小限にすることができ
る。

【００２０】また、図４には、第二の実施形態の半導体
電界効果トランジスタの製造方法の工程別断面図が示さ
れている。

【００２１】まず、半導体基板１にｐ型不純物領域を生
成するイオン、例えばＢｅイオンを注入エネルギー５０
〜１００ｋｅＶ、ドーズ量１×１０¹²ｃｍ^-2程度で注入
し、ｐ型埋め込み領域３を形成する。その後、ｎ型不純
物領域を生成するイオン、例えばＳｉイオンを注入エネ
ルギー１０〜７０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０¹³ｃｍ^-2程
度で注入し、ｎ型チャネル領域５を形成する。次に、ア
ニール保護膜６を半導体基板上に堆積し、レジスト４０
を堆積する（図４（ａ））。レジスト４０にリソグラフ
ィ技術を適用して所望のパターンを形成し、レジスト４
０をマスクにして、ｎ型不純物領域を生成するイオン、
例えばＳｉイオンを注入エネルギー２００ｋｅＶ、ドー
ズ量３×１０¹³ｃｍ^-2程度で注入し、ｎ型不純物領域４
１を形成する（図４（ｂ））。

【００２２】次に、レジスト４０を除去し、下層レジス
ト２０、絶縁膜２１、上層レジスト２２を順に堆積する
（図４（ｃ））。そして、上層レジスト２２にリソグラ
フィ技術を適用し、所望のパターンを形成し、これをマ
スクとして絶縁膜２１をエッチングする。その後、下層
レジスト２０を選択的にサイドエッチングし、Ｔ字型ダ
ミーゲート２４を形成する（図４（ｄ））。このとき、
絶縁膜２１は第一の実施形態同様に、次の工程で注入さ
れるイオンを止めるのに十分な厚さを有していればよ
い。また、第一の実施形態と同様に、Ｔ字型ゲートに
は、例えば、レジストの代わりに絶縁膜２１よりエッチ
ングレートが高い絶縁膜を使用してもよい。

【００２３】次に、Ｔ字型ダミーゲート２４をマスクに
して、第一回目の斜めイオン注入を行い、ｎ型不純物領
域４２及び４３を形成する（図４（ｅ））。第一回目の
斜めイオン注入は、ｎ型不純物領域を生成するイオン、
例えばＳｉイオンを、注入エネルギー１８０〜２００ｋ
ｅＶ、ドーズ量１．５×１０¹³ｃｍ^-2程度で、基板表面
に対して斜めの角度で行われる。このとき、絶縁膜２１
は加速されたイオンを全く透過させないのに十分な程度
厚い。また、基板表面に対して斜めの角度でイオンが注
入されるので、図４（ｅ）に示すように、ｎ型不純物領
域４２は、注入イオンが絶縁膜２１で遮断されない領域
である絶縁膜２１の直下より内側の領域にも形成され
る。また、ｎ型不純物領域４３は、絶縁膜２１直下より
外側の領域のみに形成される。

【００２４】次に、再びＴ字型ダミーゲート２４をマス
クにして、第二回目の斜めイオン注入を行う（図４
（ｆ））。第二回目の斜めイオン注入は、ｎ型不純物領
域を生成するイオン、例えばＳｉイオンを注入エネルギ
ー１８０〜２００ｋｅＶ、ドーズ量１．５×１０¹³ｃｍ
^-2程度で、第一回目の斜めイオン注入とは異なった角度
で行われる。通常、第二回目の注入は第一回目の注入と
基板表面に対して逆の傾きで行われ、例えば第一回目の
斜めイオン注入の角度が基板表面に対して６０度で行わ
れた場合、第二回目の斜めイオン注入の角度は第一回目
の斜めイオン注入と基板表面に逆向きの傾きを持つよう
な角度、すなわち１２０度で行われる。なお、第一回目
及び第二回目の斜めイオン注入時の注入角度は、６０度
および１２０度であると限定したものではなく、所望の
不純物濃度や注入深さ等が得られる角度として適宜選択
される。

【００２５】第二回目の斜めイオン注入では、第一回目
の斜めイオン注入同様に、絶縁膜２１は加速されたイオ
ンを全く透過させないのに十分な程度厚い。また、基板
表面に対して斜めの角度でイオンが注入されるので、図
４（ｆ）に示すように、図４（ｅ）のｎ型不純物領域４
２側では、第二回目の斜めイオン注入では、絶縁膜２１
の直下より外側の領域のみに不純物が注入される。ま
た、ｎ型不純物領域４３側では、注入イオンが絶縁膜２
１により遮断されない領域である絶縁膜２１の直下より
内側の領域にも不純物が注入される。

【００２６】その結果、ｎ型不純物領域４１は、図４
（ｂ）のイオン注入時と第一回目の斜めイオン注入時と
第二回目の斜めイオン注入時で不純物が注入されるの
で、最も高濃度な不純物領域となる。また、図４（ｅ）
のｎ型不純物領域４２側では、第一回目の斜めイオン注
入時に不純物が注入され、且つ、第二回目の斜めイオン
注入時に絶縁膜２１に遮断されず不純物が注入された領
域が、ｎ型不純物領域４１の次に不純物濃度が高い中濃
度不純物領域４４となる。また、第一回目の斜めイオン
注入時に不純物が注入され、且つ、第二回目の斜めイオ
ン注入時に絶縁膜２１に遮断され不純物が注入されない
領域が、最も不純物濃度の低い低濃度不純物領域４５と
なる。一方、図４（ｅ）のｎ型不純物領域４３側では、
第一回目の斜めイオン注入時に絶縁膜２１に遮断されず
不純物が注入され、且つ、第二回目の斜めイオン注入時
に不純物が注入された領域が、ｎ型不純物領域４１の次
に不純物濃度が高い中濃度不純物領域４７となる。ま
た、第一回目の斜めイオン注入時に絶縁膜２１に遮断さ
れ不純物が注入されず、且つ、第二回目の斜めイオン注
入時に不純物が注入された領域が、最も不純物濃度の低
い低濃度不純物領域４６となる。以上のように、第二の
実施形態では、中濃度不純物領域４４，４７と低濃度不
純物領域４５，４６とは、二回の斜めイオン注入により
自己整合的に形成されるが、最も高い不純物濃度を持つ
ｎ型不純物領域４１は図４（ｂ）に示したように、リソ
グラフィ技術により形成される。

【００２７】その後、選択的エッチングで絶縁膜２１を
除去するか幅を細めて、ゲート金属薄膜を形成するため
のマスクとなる絶縁膜１４を堆積した後、下層レジスト
２０を除去し、アニールを行い、注入イオンを活性化さ
せる。そして、絶縁膜１４をマスクとしてＴ字型ダミー
ゲート２４下にあったアニール保護膜６をエッチング
し、半導体基板表面を露出させる。そして、レジストを
塗布しリソグラフィ技術を適用してゲート電極を形成し
ない領域のみレジストが残るようにパターンを形成し、
金属薄膜を堆積した後、リフトオフ法でレジストと共に
レジスト上の金属薄膜を除去し、ゲート電極１６を形成
する（図４（ｇ））。その後、ソース電極１７及びドレ
イン電極１８は別のマスクを用いて形成される（図４
（ｈ））。

【００２８】このように、第二の実施形態においては、
異なった角度でイオン注入を複数回行うことによって、
ドレイン領域内及びソース領域内に高濃度不純物領域と
中濃度不純物領域と低濃度不純物領域を有する、即ち三
段階の不純物濃度を有するＬＤＤ構造を持つ電界効果ト
ランジスタを作ることができる。また、第二の実施形態
においては、中濃度不純物領域４４，４７と低濃度不純
物領域４５，４６は図４（ｅ）と図４（ｆ）に示したよ
うに、斜めイオン注入で自己整合的に形成されるが、高
濃度領域であるｎ型不純物領域４１は図４（ｂ）で示し
たようにリソグラフィ技術を使用して形成されるため、
ｎ型不純物領域４１の位置は比較的に自由に決めること
ができる。このことを利用して、ドレイン領域とソース
領域の不純物濃度の分布が左右で非対称な電界効果トラ
ンジスタを作ることが可能である。また、本実施形態に
おいては、斜めイオン注入時の条件を変えるだけで、例
えば、注入角度を変えるだけで、ドレイン領域内及びソ
ース領域内にさらに数段階の不純物濃度を持つ領域を形
成したり、不純物領域の基板内部への深さを制御するこ
とが可能であり、工程数の増加を最小限にすることがで
きる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明では、斜めイオン
注入時のイオン注入の角度等を変えるだけで、ドレイン
領域内とソース領域内に複数の不純物濃度領域を形成す
ることが可能であり、工程数の増加を最小限にすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＴ字型ダミーゲートを用いたＬＤＤ構
造の形成方法の断面図である。

【図２】従来のダミーゲートを用いたＬＤＤ構造の形
成方法の断面図である。

【図３】本発明の第一の実施形態のＴ字型ダミーゲー
トを用いた電界効果トランジスタの製造方法の工程別断
面図である。

【図４】本発明の第二の実施形態のＴ字型ダミーゲー
トを用いた電界効果トランジスタの製造方法の工程別断
面図である。

【符号の説明】

１半導体基板、２，４，１４，２１絶縁膜、３ｐ
型埋め込み領域、５ｎ型チャネル領域、６アニール保
護膜、７ダミーゲート、９，３２，３４高濃度不純物
領域、１６ゲート電極、１７ソース電極、１８ド
レイン電極、２０下層レジスト、２２上層レジス
ト、２４Ｔ字型ダミーゲート、２６，３３，３５，４
５，４６低濃度不純物領域、３０，３１，４１，４
２，４３ｎ型不純物領域、４０レジスト、４４，４７
中濃度不純物領域。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上にＴ字型のダミーゲートを
形成する工程と、前記Ｔ字型のダミーゲートをマスクとして、前記半導体
基板面に対して斜め上方より複数回異なった角度で、前
記半導体基板に不純物イオンを注入するイオン注入工程
と、を含み、前記ダミーゲートを形成した領域下のチャネル領域を挟
んで対向するソース領域内およびドレイン領域内に、少
なくとも二段階の不純物濃度を有する不純物領域を形成
することを特徴とする半導体電界効果トランジスタの製
造方法。
【請求項２】半導体基板上にマスクを形成して、前記
半導体基板に不純物イオンを注入する第一イオン注入工
程と、前記半導体基板上に、Ｔ字型のダミーゲートを形成する
工程と、前記Ｔ字型のダミーゲートをマスクとして、前記半導体
基板面に対して斜め上方より複数回異なった角度で、前
記半導体基板に不純物イオンを注入する第二イオン注入
工程と、を含み、前記ダミーゲートを形成した領域下のチャネル領域を挟
んで対向するソース領域内およびドレイン領域内に、少
なくとも三段階の不純物濃度を有する不純物領域を形成
することを特徴とする半導体電界効果トランジスタの製
造方法。