JP2001320046A - 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高度に集積化された半導体素子の製造方法に
おいて、アクティブ領域のエッジ部位における電界を減
少し、オフ状態では電流が流れないようにして消費電力
を少なくする。 【解決手段】 半導体基板をアクティブ領域とフィール
ド領域とで区画する工程と、前記アクティブ領域上の所
定の部分にゲート物質層をパターニングする工程と、前
記アクティブ領域が露出されるオープン領域を有するマ
スクを形成する工程と、前記露出されたゲート物質層及
びアクティブ領域に前記半導体基板と反対の導電型の不
純物をドープしてゲート電極Gとソース領域S及びドレ
イン領域Dを形成する工程と、を順次行う。これによ
り、アクティブ領域のエッジ部位における電界が減少
し、オフ状態では電流が流れないようになり消費電力を
少なくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高度に集積化され
た半導体素子の製造方法に関し、特に、消費電力が少な
い高集積半導体素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、半導体素子の集積化に伴って最小
線幅(Design rule)が狭くなり、例えばゲート電極の
幅、チャネルの長さなどが縮小してセルサイズが小さく
なる傾向にある。しかし、高集積化のためにセルサイズ
を縮小することには限界があり、また、セルサイズを縮
小しても素子の動作及び信頼性に悪い影響を与えてはい
けない。
【0003】特に、超小型半導体素子の場合、ゲート電
極の幅が非常に狭いことにより生じる問題点が発生する
ことがある。その一つとして、ゲート誘導ドレイン漏洩
現象(Gate Induced Drain Leakage:以下「GIDL」
と略称する)が挙げられる。この現象は、狭い幅のトレ
ンチ隔離構造において現れるもので、トレンチのエッジ
部位と、ゲート及びドレインとの間の3次元領域で現れ
る現象である。
【0004】通常、ゲートとドレインとの間のオーバー
ラップ部位において電界が発生していたが、上記トレン
チ隔離構造を採用することでトレンチのエッジ部位にG
IDLが生じることにより、ゲートとドレインとの間の
2次元領域における電界よりもトレンチのエッジ部位と
ゲート及びドレインとの間の3次元領域における電界の
方が更に高くなる。
【0005】以下、添付図面を参照して従来技術による
半導体素子の製造方法を説明する。まず、従来のNMO
S、PMOSまたはCMOSのようなMOS素子の形成
時において、ポリゲートをドープする技術のうち、CM
OS素子の形成時におけるポリゲートのドーピング方法
を図6及び図7に示す。
【0006】まず、図6に示すように、PMOS素子の
形成領域AとNMOS素子の形成領域Bとを区画する。
そして、トレンチアイソレーション工程を施して素子隔
離領域を形成することによって、互いに隔離される第1
アクティブ領域11と第2アクティブ領域11aとを形
成する。ここで、上記第1アクティブ領域11はPMO
S素子のアクティブ領域であり、また第2アクティブ領
域11aはNMOS素子のアクティブ領域である。
【0007】次いで、不純物がドープされていないポリ
シリコン層を全面に形成した後、パターニングを施して
前記第1アクティブ領域11及び第2アクティブ領域1
1aを横切る方向にポリゲート12を形成する。その
後、このポリゲート12に不純物をドープする工程が行
われるが、この際、上記ポリゲート12のみを別途にド
ープする方法と、ソース及びドレイン用不純物イオンを
注入する時に同時にドープする方法とがある。
【0008】通常、ポリゲート12にドープされる不純
物の濃度は、ソース及びドレイン用不純物の濃度よりも
更に高い。したがって、ポリゲート12とソース及びド
レインとを別の工程にてドープする場合には、前記ソー
ス及びドレイン用不純物の濃度の方がポリゲート12の
濃度より低い。しかし、ポリゲート12をソース及びド
レイン用不純物イオンの注入時と同時にドープする場合
には、ソース及びドレイン用不純物の濃度の方がポリゲ
ート12の濃度より高くなければならない。即ち、通常
のソース及びドレイン用不純物の濃度だけではポリゲー
ト12のドーピング濃度が十分ではないので、そのポリ
ゲート12のドーピング濃度を満足させるようにソース
及びドレイン用不純物の濃度を通常の濃度より更に高め
なければならない。
【0009】従来の技術は、上記ソース及びドレイン用
不純物を注入する時にポリゲート12をドープするもの
で、図6に示すように、前記ポリゲート12を形成した
後、前記PMOS素子が形成される領域Aが露出される
ように第1マスク13を形成する。即ち、図6に示すよ
うに、PMOS素子の形成領域Aのみが露出するように
第1マスク13を形成した後、全面にP導電型の不純物
イオンの注入を施して前記ポリゲート12及び第1アク
ティブ領域11をドープする。したがって、露出したポ
リゲート12にP導電型の不純物がドープされ、またそ
の両側の第1アクティブ領域11にも不純物がドープさ
れ、PMOSのソース不純物拡散領域14及びドレイン
不純物拡散領域15が形成される。このとき、注入され
る不純物としてホウ素(B)または二フッ化ホウ素(B
F2)のイオンが使われる。
【0010】次いで、図7に示すように、第1マスク1
3を除去した後、NMOS素子の形成領域Bのみが露出
されるように第2マスク16を形成した後、全面にN導
電型の不純物イオンの注入を行い、露出部位のポリゲー
ト12及び第2アクティブ領域11aをドープする。し
たがって、露出したポリゲート12にN導電型の不純物
がドープされ、またその両側の第2アクティブ領域11
aにも不純物がドープされることにより、NMOSのソ
ース領域17及びドレイン領域18が形成される。この
とき、注入される不純物としてヒ素(As)またはリン
(P)のイオンが使われる。
【0011】ここで、図8(a)は、図6のI−I′線
による断面図であって、ポリゲート12をドープすると
きにおいて、上述のようにマスクのオープン領域を形成
する場合には、ゲート電極となるポリゲート12によっ
てアクティブ領域11及び11aのエッジ部位“A”に
電界が集中する状態を示すものである。
【0012】また、図8(b)は、図6のII−II′線に
よる断面図であって、ゲート電極となるポリゲート12
によってアクティブ領域のエッジ部位“A”に電界が集
中する場合には、アクティブ領域のエッジ部位“A”に
帯電する電荷によってソースSとドレインDとの間にチ
ャネルが形成される状態を示すものである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
従来の半導体素子の製造方法においては、以下のような
問題点があった。すなわち、半導体素子が縮小化するに
従って図8(a)に示すアクティブ領域11及び11a
のエッジ部位“A”におけるゲートによる電界が他の領
域より強くなるので、上記アクティブ領域11及び11
aのしきい値電圧が低くなる。したがって、図8(b)
に示すドレインDとソースSとの間の電圧差の低いオフ
状態でも電流が流れるようになり、半導体素子の電力消
費が増加するようになるという問題点があった。このよ
うな問題は、特に、チャネルの幅が小さくなるほど更に
深刻となる。
【0014】そこで、本発明は、このような従来技術の
問題点に対処し、アクティブ領域のエッジ部位における
電界の集中を減少させることにより、オフ状態では電流
が流れないようにした半導体素子の製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による半導体素子の製造方法は、半導体基板
をアクティブ領域とフィールド領域とで区画する工程
と、前記アクティブ領域上の所定部分にゲート物質層を
パターニングする工程と、前記アクティブ領域が露出さ
れるオープン領域を有するマスクを形成する工程と、前
記露出されたゲート物質層及びアクティブ領域に前記半
導体基板と反対の導電型の不純物をドープしてゲート電
極とソース領域及びドレイン領域を形成する工程とを含
むことを特徴とする。
【0016】まず、本発明は、超小型半導体素子におい
て、アクティブ領域でゲート電極によって電界が増加し
てオフ状態でもソースとドレインの間に電流が流れる現
象を防止するためのもので、素子形成によるゲートのド
ーピング時マスクをアクティブ領域の大きさとほぼ同一
に形成することで電界が発生する部位のゲートのドープ
濃度を減少させることに特徴がある。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明による半導体素子の
製造方法を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1
は、本発明による半導体素子の製造方法の概略を示す説
明図であって、図1に示す点線部分における電界が増加
しないようにゲート電極G、ソース領域S、ドレイン領
域Dがレイアウトされる。
【0018】図2〜図3は、本発明の第1の実施形態に
よる半導体素子の製造方法を説明するための工程図であ
って、NMOS、PMOSまたはCMOSのようなMO
S素子の形成時におけるポリゲートをドープさせる方法
を示す。ここでは、本発明の実施形態としてCMOS素
子を例に説明する。
【0019】まず、図2に示すように、半導体基板をP
MOS形成領域AとNMOS形成領域Bとに区画する。
その後、トレンチアイソレーション工程を施して素子隔
離領域を形成することにより、各領域のアクティブ領
域、つまり、第1アクティブ領域31と第2アクティブ
領域31aとを形成する。
【0020】次に、上記第1アクティブ領域31及び第
2アクティブ領域31aを含む半導体基板の全面に不純
物がドープされていないポリシリコン層を形成した後、
該ポリシリコン層をパターニングして上記第1アクティ
ブ領域31及び第2アクティブ領域31aを横切るポリ
ゲート32を形成する。次に、PMOSが形成される領
域Aのポリゲート32に不純物をドープするための第1
マスク33を形成する。このとき、該第1マスク33の
オープン部位は、PMOS形成領域Aの第1アクティブ
領域31のみが露出されるようにする。
【0021】即ち、従来は、前述のように、アクティブ
領域及びフィールド領域を含み、PMOSが形成される
領域Aが全部露出されるようにマスクを形成したが(図
6参照)、本発明の第1実施形態においては、マスクの
オープン部位が第1アクティブ領域31の大きさとほぼ
同一であるように形成する。なお、そのマスクのオープ
ン部位がアクティブ領域の大きさより0.1μm程度大
きく、又は小さく形成しても良い。
【0022】このように、第1マスク33を形成した
後、P導電型の不純物イオンの注入を施して前記オープ
ンしたポリゲート32をドープし、上記第1アクティブ
領域31に第1ソース不純物拡散領域34と第1ドレイ
ン不純物拡散領域35とを形成する。ここで、注入され
る不純物としてホウ素(B)または二フッ化ホウ素(B
F2)のイオンが使われる。
【0023】そして、図3に示すように、前記第1マス
ク33を除去した後、今度はNMOSが形成される領域
Bの第2アクティブ領域31aが露出されるように第2
マスク36を形成する。その後、前記露出された第2ア
クティブ領域31aに前記PMOS領域に注入された不
純物と反対導電型の不純物をイオン注入した後、拡散工
程を施してポリゲート32をドーピングすると共に、第
2ソース不純物拡散領域37と第2ドレイン不純物拡散
領域38とを形成する。ここで、前記NMOS領域に注
入される不純物としてヒ素(As)またはリン(P)の
イオンが使われる。
【0024】なお、前記ポリゲート32のドーピング時
において、ポリシリコン層を形成する前にポリゲート3
2が形成される領域に予めポリゲートドーピング用不純
物を注入してもよい。即ち、ポリゲート32が形成され
る領域の半導体基板に不純物をドープした後、ポリゲー
ト32をパターニングし、それから拡散工程によって前
記ポリゲート32をドープする。その後、それぞれPM
OS領域A及びNMOS領域Bにソース領域及びドレイ
ン領域を形成する。
【0025】上記のような本発明の第1の実施形態によ
れば、ポリゲート32にドープされた不純物は拡散工程
によって拡散し、ポリゲート32のエッジ部位のドープ
濃度を低めるようになる。したがって、上記エッジ部位
における電界が減少し、オフ状態で図2に示すソース不
純物拡散領域34とドレイン不純物拡散領域35との
間、及び図3に示すソース不純物拡散領域37とドレイ
ン不純物拡散領域38との間にチャネルが形成されるこ
とを防止することができる。
【0026】即ち、従来は、図6及び図7に示すポリゲ
ート12の濃度と、ソース不純物拡散領域14,17及
びドレイン不純物拡散領域15,18の濃度とが同一で
あるので、拡散時にポリゲート12のエッジ部位におけ
る濃度変化がない。これに対し、本発明の第1の実施形
態においては、図2及び図3に示すポリゲート12の濃
度よりソース不純物拡散領域34,37及びドレイン不
純物拡散領域35,38の濃度の方が更に低いので、拡
散工程を施すと、濃度の高いポリゲート32の不純物が
濃度の低いソース34,37及びドレイン35,38の
側に拡散し、ポリゲート32のドープ濃度を低くするこ
とができる。
【0027】次に、図4〜図5は、本発明の第2の実施
形態による半導体素子の製造方法を説明するための工程
図である。本発明の第2の実施形態は、各マスクのオー
プン領域を更に縮小し、アクティブ領域上のゲート電極
のみが露出されるようにマスクを形成することを特徴と
する。
【0028】まず、図4に示すように、半導体基板をP
MOS形成領域AとNMOS形成領域Bとで区画する。
その後、トレンチアイソレーション工程を施して素子隔
離領域を形成することにより、第1アクティブ領域31
と第2アクティブ領域31aとを形成する。
【0029】次に、半導体基板の全面に不純物がドープ
されていないポリシリコン層を形成した後、パターニン
グしてポリゲート32を形成する。PMOSが形成され
る領域Aのポリゲート32に不純物をドープするために
第1マスク33を形成する。このとき、上記第1マスク
33は、PMOS形成領域Aの第1アクティブ領域31
上のポリゲート32のみが露出されるようにオープン領
域を形成する
【0030】即ち、従来はアクティブ領域及びフィール
ド領域を含み、PMOSが形成される領域Aが全部露出
されるようにマスクを形成したが、本発明の第1実施形
態はマスクのオープン部位がアクティブ領域とほぼ一致
するようにしており、第2実施形態ではマスクのオープ
ン部位がアクティブ領域上のポリゲート32と同一とな
るようにする。なお、上記マスクのオープン部位の大き
さを露出したポリゲートより0.1μm程度大きく、又
は小さく形成しても良い。
【0031】このように、第1マスク33を形成した
後、P導電型の不純物イオン注入を行い、前記オープン
部位のポリゲート32をドープさせる。次に、図5に示
すように、前記第1マスク33を除去した後、今度はN
MOSが形成される領域Bの第2アクティブ領域31a
を横切るポリゲート32が露出されるように第2マスク
36を形成する。
【0032】その後、上記露出されたポリゲートに前記
PMOS領域に注入された不純物と反対の導電型の不純
物をイオン注入し、拡散工程を施してポリゲート32を
ドーピングさせる。次いで、図示省略したが、マスクを
用いた不純物イオン注入によってPMOSが形成される
領域Aのアクティブ領域にソース不純物拡散領域及びド
レイン不純物拡散領域を形成する。そして、前記マスク
を除去した後、今度はNMOSが形成される領域のアク
ティブ領域に不純物を注入してソース不純物拡散領域及
びドレイン不純物拡散領域を形成すると、本発明の第2
実施形態による半導体素子の製造工程が完了する。
【0033】なお、前記ポリゲート32のドーピング
時、ポリシリコン層の形成の前、予め基板に不純物をド
ープしてもよい。即ち、ポリゲート32の形成部位に予
めポリゲート32をドープするための不純物をドープし
た後、上記ポリゲート32をパターニングし、それから
拡散工程を施して上記不純物をポリゲート32へ拡散し
た後、PMOS及びNMOS領域にそれぞれソース不純
物拡散領域及びドレイン不純物拡散領域を形成すること
もできる。
【0034】
【発明の効果】請求項1、2、6、7に係る発明によれ
ば、ゲート電極に不純物をドープするとき、不純物をド
ーピングするためのマスクのオープン部位をアクティブ
領域と同一に形成して、ゲート電極エッジ部位の電界を
減少させ、オフ状態で電流が流れることを防止すること
ができる。したがって、消費電力を減少させることがで
き、特に、ゲート電極の幅の狭い素子にてその効果は顕
著に現れる。
【0035】また、請求項4、5、8、9に係る発明に
よれば、ゲート電極に不純物をドープするとき、アクテ
ィブ領域上のゲート電極のみが露出されるようにマスク
のオープン部位を形成して、ゲート電極のエッジ部位で
電界を減少させ、オフ状態でソースとドレインとの間に
電流が流れることを防止することができる。したがっ
て、消費電力を減少させることができ、特に、ゲート電
極の幅の狭い素子にてその効果は顕著に現れる。
【0036】さらに、請求項3に係る発明によれば、ゲ
ート電極に不純物をドープするに当たって、ゲート電極
の形成部位の基板に予め不純物をドープし、後でゲート
電極をパターニングした後、拡散工程を行うことでゲー
ト電極に不純物をドープすることもできる。
【0037】そして、請求項10によれば、マスクのオ
ープン部位をゲート電極より若干小さく、又は大きく形
成することにより、ゲート電極のエッジ部位において電
界が減少する効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による半導体素子の製造方法の概略を
示す説明図である。
【図2】 本発明の第1の実施形態による半導体素子の
製造方法を説明するための工程図で、第1アクティブ領
域に第1ソース不純物拡散領域及び第1ドレイン不純物
拡散領域を製造する工程を示す。
【図3】 本発明の第1の実施形態による半導体素子の
製造方法を説明するための工程図で、第2アクティブ領
域に第2ソース不純物拡散領域及び第2ドレイン不純物
拡散領域を製造する工程を示す。
【図4】 本発明の第2の実施形態による半導体素子の
製造方法を説明するための工程図で、第1アクティブ領
域に第1ソース不純物拡散領域及び第1ドレイン不純物
拡散領域を製造する工程を示す。
【図5】 本発明の第2の実施形態による半導体素子の
製造方法を説明するための工程図で、第2アクティブ領
域に第2ソース不純物拡散領域及び第2ドレイン不純物
拡散領域を製造する工程を示す。
【図6】 従来の半導体素子の製造方法を説明するため
の工程図で、PMOS素子の製造領域にソース不純物拡
散領域及びドレイン不純物拡散領域を製造する工程を示
す。
【図7】 従来の半導体素子の製造方法を説明するため
の工程図で、NMOS素子の製造領域にソース不純物拡
散領域及びドレイン不純物拡散領域を製造する工程を示
す。
【図8】 従来の半導体素子の構造を示す断面図で、
(a)は図6のI−I′線による断面図を示し、(b)
は同図のII−II′線による断面図を示す。
【符号の説明】 S…ソース D…ドレイン G…ゲート 31…第1アクティブ領域 31a…第2アクティブ領域 32…ポリゲート 33…第1マスク 34…第1ソース不純物拡散領域 35…第1ドレイン不純物拡散領域 36…第2マスク 37…第2ソース不純物拡散領域 38…第2ドレイン不純物拡散領域

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板をアクティブ領域とフィールド
    領域とで区画する工程と、 前記アクティブ領域上の所定部分にゲート物質層をパタ
    ーニングする工程と、 前記アクティブ領域が露出されるオープン領域を有する
    マスクを形成する工程と、 前記露出されたゲート物質層及びアクティブ領域に前記
    半導体基板と反対の導電型の不純物をドープしてゲート
    電極とソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、
    を含んで成ることを特徴とする半導体素子の製造方法。
  2. 【請求項2】前記マスクのオープン領域は、前記アクテ
    ィブ領域と同一に形成することを特徴とする請求項1記
    載の半導体素子の製造方法。
  3. 【請求項3】前記ゲート電極を形成する工程は、ゲート
    電極が形成される部位におけるアクティブ領域に不純物
    を注入する工程と、ゲート物質層を形成した後でパター
    ニングを施す工程と、拡散工程を施して前記不純物をゲ
    ート物質層へ拡散させる工程と、を含むことを特徴とす
    る請求項1記載の半導体素子の製造方法。
  4. 【請求項4】前記マスクのオープン領域は、前記アクテ
    ィブ領域上のゲート物質層のみが露出するように形成す
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体素子の製造方
    法。
  5. 【請求項5】前記露出されたゲート物質層に、前記基板
    と反対の導電型の第1不純物をドープしてゲート電極を
    形成する工程と、このゲート電極の両側に前記基板と反
    対の導電型のソース及びドレイン用第2不純物を注入す
    る工程と、を含んで成ることを特徴とする請求項4記載
    の半導体素子の製造方法。
  6. 【請求項6】半導体基板に第1アクティブ領域と第2ア
    クティブ領域とを形成する工程と、 前記第1アクティブ領域及び第2アクティブ領域を横切
    るゲート物質層をパターニングする工程と、 前記第1アクティブ領域が露出されるようにオープン領
    域を有する第1マスクを形成する工程と、 前記露出されたゲート物質層及び第1アクティブ領域に
    第1導電型の不純物をイオン注入して第1ゲート電極と
    第1ソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、 前記第1マスクを除去した後で前記第2アクティブ領域
    が露出されるようにオープン領域を有する第2マスクを
    形成する工程と、 前記露出されたゲート物質層及び第2アクティブ領域に
    第2導電型の不純物をイオン注入して前記第2ゲート電
    極と第2ソース領域及びドレイン領域を形成する工程
    と、を含んで成ることを特徴とする半導体素子の製造方
    法。
  7. 【請求項7】前記第1マスクのオープン領域は前記第1
    アクティブ領域と同一に形成し、前記第2マスクのオー
    プン領域は前記第2アクティブ領域と同一に形成するこ
    とを特徴とする請求項6記載の半導体素子の製造方法。
  8. 【請求項8】半導体基板に第1アクティブ領域と第2ア
    クティブ領域とを形成する工程と、 前記第1アクティブ領域及び第2アクティブ領域を横切
    るゲート物質層をパターニングする工程と、 前記第1アクティブ領域上のゲート物質層が露出される
    ようにオープン領域を有する第1マスクを形成する工程
    と、 前記露出されたゲート物質層に第1導電型の不純物をド
    ープして第1ゲート電極を形成する工程と、 前記第1マスクを除去した後、前記第2アクティブ領域
    上のゲート物質層が露出されるようにオープン領域を有
    する第2マスクを形成する工程と、 前記露出されたゲート物質層に第2導電型の不純物をド
    ープして第2ゲート電極を形成する工程と、を含んで成
    ることを特徴とする半導体素子の製造方法。
  9. 【請求項9】前記第2ゲート電極を形成した後、前記第
    1ゲート電極の両側の第1アクティブ領域に第1ソース
    領域及びドレイン領域を形成する工程と、前記第2ゲー
    ト電極の両側の第2アクティブ領域に第2ソース領域及
    びドレイン領域を形成する工程と、を含むことを特徴と
    する請求項8記載の半導体素子の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記第1マスク及び第2マスクのオー
    プン領域は、それぞれ前記第1アクティブ領域及び第2
    アクティブ領域上のゲート電極より0.1μm程度小さ
    く、又は大きく形成することを特徴とする請求項8記載
    の半導体素子の製造方法。
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