JP2003046078A - Mosトランジスタ及びその形成方法 - Google Patents
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Abstract
防止でき、接合リーク電流の増加を減らすことができ、
しかも浅い接合を形成できてトランジスタの性能を向上
させうるMOSトランジスタおよびその形成方法を提供
する。 【解決手段】 ゲートスペーサエッチング工程時に半導
体基板が露出される部位を非晶質化させることによっ
て、その部分の半導体基板上部にゲートポリ酸化膜24
0を厚く形成する。非晶質化しない半導体基板上のゲー
トポリ酸化膜240は薄く形成されるので、低いエネル
ギのイオン注入を行って浅い接合を形成できる。
Description
構造及びその形成方法に係り、より詳細にはゲートポリ
酸化膜が半導体基板上に選択的に所定厚さに成長したM
OSトランジスタ及びその形成方法に関する。
につれてMOSトランジスタが小さくなっている。MO
Sトランジスタが小さくなることによってゲート酸化膜
及びゲートポリ酸化膜が薄くなり、ソース及びドレイン
領域の接合深さも浅くなっている。
Sトランジスタ製造方法を説明するために示す断面図で
ある。図1を参照すれば、シャロートレンチ素子分離領
域(shallow trench isolatio
n:STI)20がある半導体基板10上にゲート酸化
膜パターン30及びゲート導電膜パターン35を形成さ
せる。次いで、図2のように半導体基板10の全面にゲ
ートポリ酸化膜40を蒸着させ、半導体基板10にはソ
ース及びドレイン領域45を形成させる。上記ゲートポ
リ酸化膜40はMOSトランジスタの小型化につれて薄
く蒸着されつつある。しかし、上記ゲートポリ酸化膜4
0が薄過ぎればゲートポリ酸化膜本来の機能を失って半
導体基板が損傷され、ピッチング(pitting)及
び接合リーク電流が増加する。
膜40上にMTO(MiddleTemperatur
e Oxide)膜50及びスペーサ用膜60を順次蒸
着させる。上記MTO膜50はゲートスペーサ形成時に
エッチングマージンを与えるために形成させた膜であ
る。上記MTO膜50が厚いほどエッチングマージンは
良くなるが、上記MTO膜50が厚くなればトランジス
タが大きくなるためMTO膜を厚くするには限界があ
る。次いで、上記スペーサ用膜60、上記MTO膜50
及び上記ゲートポリ酸化膜40を異方性エッチングして
スペーサを形成させる。
よって形成されたMOSトランジスタは図4のように半
導体基板10の表面にピッチング70が生じる。これ
は、トランジスタが縮小されるにつれてゲートポリ酸化
膜40及びMTO膜50が薄く形成され、薄いゲートポ
リ酸化膜40及びMTO膜50は本来の機能を行えなく
なるからである。特に、半導体基板10と直接的に接し
ているゲートポリ酸化膜40が薄く形成されたため、ゲ
ートスペーサを形成させる異方性エッチング工程でスペ
ーサ用膜60との選択比が足りなくて半導体基板10が
損傷される。したがって半導体基板10にはピッチング
70が生じ、それが接合リーク電流の増加につながって
素子の不良原因となる。したがって、スペーサ形成のた
めのエッチング工程時には上記ゲートポリ酸化膜40が
厚く形成されなければならない。
その目的は、スペーサエッチング時による半導体基板の
損傷及び接合リーク電流の増加を防止できるMOSトラ
ンジスタ形成方法を提供することにある。さらに、本発
明は、上記方法により形成されたMOSトランジスタを
提供することを他の目的とする。
ランジスタ形成方法は、まず半導体基板上にゲート酸化
膜パターン及びゲート導電膜パターンを形成する。次い
で、上記半導体基板及び上記ゲート導電膜パターン上に
上記ゲート導電膜パターンを完全に覆うマスク膜パター
ンを形成し、上記マスク膜パターンを利用して上記半導
体基板を非晶質化させる。次いで、上記マスク膜パター
ンが除去された上記半導体基板の全面にゲートポリ酸化
膜を蒸着する。次いで、上記ゲートポリ酸化膜上にゲー
トスペーサ膜を蒸着した後、異方性エッチングしてゲー
トスペーサを形成する。そして、上記半導体基板にソー
ス及びドレイン領域を形成する。
スク膜パターンの側壁との間隔は60Åないし140Å
であることが望ましい。また、上記第3段階は上記マス
ク膜パターンをイオン注入マスクとして半導体基板にS
iまたはGeをイオン注入して行うことが望ましい。上
記ゲートポリ酸化膜は選択的に相異なる第1厚さ及び第
2厚さを有するように成長することが望ましく、上記第
2厚さを有するゲートポリ酸化膜は非晶質化した上記半
導体基板上に限定されることが望ましい。また、上記ゲ
ートポリ酸化膜の第1厚さは10Åないし50Åである
ことが望ましく、上記ゲートポリ酸化膜の第2厚さは第
1厚さの2倍ないし6倍で形成されることが望ましい。
成方法は、まず半導体基板上にゲート酸化膜パターン及
びゲート導電膜パターンを形成する。次いで、上記ゲー
ト導電膜パターン上に上記ゲート導電膜パターンの上面
より広いマスク膜パターンを形成し、上記マスク膜パタ
ーンを利用して上記半導体基板を非晶質化させる。次い
で、上記マスク膜パターンが除去された上記半導体基板
の全面にゲートポリ酸化膜を蒸着する。次いで、上記ゲ
ートポリ酸化膜上にゲートスペーサ膜を蒸着した後、異
方性エッチングしてゲートスペーサを形成する。そし
て、上記半導体基板にソース及びドレイン領域を形成す
る。
ン上にARC膜パターンを形成する段階と、上記ARC
膜パターンの上面より狭くなるように上記ゲート酸化膜
パターン及び上記ゲート導電膜パターンをスキューエッ
チングしてパターニングする段階とを含むことが望まし
い。また、上記第3段階は上記マスク膜パターンをイオ
ン注入マスクとして半導体基板にSiまたはGeをイオ
ン注入して行うことが望ましい。上記ゲートポリ酸化膜
は選択的に相異なる第1厚さ及び第2厚さを有するよう
に成長することが望ましい。また、上記第4段階実施後
に上記ゲートポリ酸化膜上にMTO膜を形成する段階を
さらに含むことが望ましい。
上に形成されたゲート酸化膜パターン及びゲート導電膜
パターンと、上記ゲート導電膜パターンの側壁に形成さ
れたゲートスペーサ膜と、上記半導体基板と上記ゲート
スペーサ膜の下面との間で選択的に相異なる第1厚さ及
び第2厚さを有するゲートポリ酸化膜と、上記半導体基
板に形成されたソース及びドレイン領域とを具備する。
ートスペーサ膜の外壁方向に形成された厚さであること
が望ましく、上記ゲートポリ酸化膜の第2厚さは第1厚
さよりさらに大きいことが望ましい。
発明の望ましい実施形態を説明することによって本発明
を詳細に説明する。しかし、本発明は以下開示される実
施形態に限定されるものではない。本発明は多様な形態
で具現され、単に下記の実施形態は本発明の開示を完全
にし、通常の知識を有する者に本発明の範囲を完全に知
らせるために提供されるものである。また、図面での要
素の形状はより明確な説明を強調するために誇張して表
現された部分がありえ、図面上で同一符号で表示された
要素は同一要素を意味する。
によるMOSトランジスタ形成方法を説明するために示
す断面図であり、図12は、上記一実施形態の方法によ
って形成されたMOSトランジスタの構造を示す断面図
でもある。まず、図5ないし図12を参照してMOSト
ランジスタの形成方法を説明し、次いで図12を参照し
てMOSトランジスタの構造を説明する。
電膜パターンを形成する段階を説明するために示す断面
図であって、STI 110がある半導体基板100上
にゲート酸化膜パターン210及びゲート導電膜パター
ン220を形成する。
板100及びゲート導電膜パターン220上にマスク膜
パターン235を形成する。図6は、上記ゲート酸化膜
パターン210及びゲート導電膜パターン220を完全
に覆うように半導体基板100の全面にフォトレジスト
230を蒸着する段階を示したものである。このフォト
レジスト230は半導体基板100の一部分にSiまた
はGeをイオン注入するためのマスク膜パターン235
の形成に必要である。次いで、上記フォトレジスト23
0をパターニングして図7に示したようなマスク膜パタ
ーン235を形成する。このマスク膜パターン235は
上記ゲート導電膜パターン220の上面より広くて該ゲ
ート導電膜パターン220を完全に覆う。望ましい一実
施形態によれば、上記マスク膜パターン235としてフ
ォトレジストが使われる。また、上記ゲート導電膜パタ
ーン220の側壁と上記マスク膜パターン235の側壁
との間隔M(図8に示す)は60Åないし140Åの範
囲であることが望ましい。
用して上記半導体基板100の一部分、すなわち上記マ
スク膜パターン235の側壁より外側の部分を非晶質化
させる。図8は、上記マスク膜パターン235をイオン
注入マスクとして半導体基板100の一部分を非晶質化
させる工程を示したものであって、半導体基板100の
一部にだけSiまたはGeをイオン注入することによっ
て、半導体基板100の一部237を非晶質化させる。
すなわち、マスク膜パターン235下の半導体基板10
0にはSiまたはGeがイオン注入されず、上部にマス
ク膜パターン235がない半導体基板100部分にはS
iまたはGeがイオン注入される。
工程が終わった後に、上記マスク膜パターン235を除
去する。そして、上記マスク膜パターン235が除去さ
れた後に図9のように上記半導体基板100の全面にゲ
ートポリ酸化膜240を成長させる。その上記ゲートポ
リ酸化膜240は上記半導体基板100上に選択的に相
異なる第1厚さT1及び第2厚さT2で成長することが
望ましい。上記第1厚さT1は非晶質化しない半導体基
板100上に成長したゲートポリ酸化膜240の厚さ及
びゲート導電膜パターン220の上部に成長したゲート
ポリ酸化膜240の厚さである。上記第2厚さT2は非
晶質化した半導体基板100上に成長したゲートポリ酸
化膜240の厚さである。上記ゲートポリ酸化膜240
の第1厚さT1は10Åないし50Åであることが望ま
しい。また、上記ゲートポリ酸化膜240の第2厚さT
2は第1厚さT1より2倍ないし6倍厚く形成されるこ
とが望ましい。
化膜240上にMTO膜250を蒸着する。そのMTO
膜250はゲートスペーサ形成時にエッチングマージン
を与えるために形成した膜である。上記MTO膜250
が厚いほどエッチングマージンは良くなるが、上記MT
O膜250が厚くなればトランジスタが大きくなるので
MTO膜250を厚くするのに限界がある。
0上にゲートスペーサ膜260を蒸着する。そのゲート
スペーサ膜260としては窒化膜または酸化膜であるこ
とが望ましい。次いで、上記ゲートスペーサ膜260、
上記MTO膜250及び上記ゲートポリ酸化膜240を
異方性エッチングして図12のようにゲートスペーサを
形成する。この時、異方性エッチングによる半導体基板
100の損傷は生じない。すなわち、上記異方性エッチ
ング時に半導体基板100上にあるゲートポリ酸化膜2
40の第2厚さT2が十分に厚いために半導体基板10
0の表面にピッチングが生じなくて半導体基板100が
保護される。非晶質化した半導体基板100上に形成さ
れたゲートポリ酸化膜240は、非晶質化していない半
導体基板100上に形成されたゲートポリ酸化膜240
の厚さが30Å以下の場合にその効果が大きい。
00にソース及びドレイン領域300を形成する。
れたMOSトランジスタの構造を示す断面図である。図
12を参照すれば、上記MOSトランジスタはゲート酸
化膜パターン210、ゲート導電膜パターン220、該
ゲート導電膜パターン220の側壁に形成されたゲート
スペーサ膜260、半導体基板100と上記ゲートスペ
ーサ膜260の下面との間で選択的に相異なる第1厚さ
T1及び第2厚さT2を有する(より詳細にはゲートス
ペーサ膜260の外壁部下部とそれよりゲート側の基板
表面とで第2厚さT2と第1厚さT1とに厚さが異な
る)ゲートポリ酸化膜240、そのゲートポリ酸化膜2
40と上記ゲートスペーサ膜260との間にあるMTO
膜250及び上記半導体基板100に形成されたソース
及びドレイン領域300とを具備する。
2は上記ゲートスペーサ膜260の外壁方向に形成され
た厚さである。ゲートスペーサ膜260と半導体基板1
00との間に形成されたゲートポリ酸化膜240の上記
第2厚さT2が厚いほどゲートスペーサ形成のためのエ
ッチング工程で半導体基板100の損傷を防止できる。
上記ゲートポリ酸化膜240の第1厚さT1は10Åな
いし50Åであることが望ましく、上記ゲートポリ酸化
膜240の第2厚さT2は第1厚さT1より厚いことが
望ましい。また、上記ゲートポリ酸化膜240の第2厚
さT2は第1厚さT1より2倍ないし6倍であることが
望ましい。上記ゲートスペーサ膜260は窒化膜または
酸化膜であることが望ましい。
形態によるMOSトランジスタ形成方法を説明するため
に示す断面図である。本発明による他の実施形態は上述
した一実施形態と比較してみる時、半導体基板の一部を
非晶質化させる工程に利用されるマスク膜パターンを形
成する方法だけが異なり、他の工程は一実施形態の工程
と同一である。また、各部の構造、寸法、材質も上記一
実施形態と同一であり、それらは上述した一実施形態を
参照することとする。
0、ゲート導電膜パターン1220及びARC(Ant
i−Reflection Coating)膜123
0を形成する段階を説明するために示す断面図であっ
て、STI 1110がある半導体基板1100上にゲ
ート酸化膜パターン1210、ゲート導電膜パターン1
220及びARC膜1230を形成する。
ーン1210及びゲート導電膜パターン1220をスキ
ューエッチングしてマスク膜パターン1235を形成す
る。すなわち、マスク膜パターン1235が上記ゲート
導電膜パターン1220の上面より広がるように上記ゲ
ート酸化膜パターン1210及びゲート導電膜パターン
1220の側壁をエッチングする。その結果としての、
上記ゲート導電膜パターン1220の側壁と上記マスク
膜パターン1235の側壁との間隔は60Åないし14
0Åであることが望ましい。
利用して上記半導体基板1100の一部分、すなわちマ
スク膜パターン1235の側壁より外側の部分を非晶質
化させる。図15は、上記マスク膜パターン1235を
イオン注入マスクとして半導体基板1100の一部分を
非晶質化させる工程を示したものであって、半導体基板
1100の一部にだけSiまたはGeをイオン注入する
ことによって、半導体基板1100の一部1237を非
晶質化させる。この半導体基板1100の一部分の非晶
質化工程が終わった後に、上記マスク膜パターン123
5を除去する。
るMOSトランジスタ形成方法によって工程を実施す
る。すなわち、図15のように半導体基板1100の一
部分を非晶質化させた後に、図9に示すゲートポリ酸化
膜240を蒸着する段階から図12に示すソース及びド
レイン領域300を形成する段階まで工程を実施する。
ペーサエッチング工程時に半導体基板が露出される部位
を非晶質化させることによって、その非晶質化した半導
体基板上部のゲートポリ酸化膜を厚くすることができ
る。したがって、ゲートスペーサ形成時に半導体基板表
面にピッチングが生じる半導体基板の損傷を防止でき、
ピッチングの発生による接合リーク電流の増加も減らし
うる。また、非晶質化しない半導体基板上のゲートポリ
酸化膜を薄くし、低いエネルギのイオン注入を行って浅
い接合を形成できるので、トランジスタの性能を向上さ
せうる。
を説明するために示す断面図である。
を説明するために示す断面図である。
を説明するために示す断面図である。
を説明するために示す断面図である。
ンジスタ形成方法を説明するために示す断面図である。
ンジスタ形成方法を説明するために示す断面図である。
ンジスタ形成方法を説明するために示す断面図である。
ンジスタ形成方法を説明するために示す断面図である。
ンジスタ形成方法を説明するために示す断面図である。
ランジスタ形成方法を説明するために示す断面図であ
る。
ランジスタ形成方法を説明するために示す断面図であ
る。
ランジスタ形成方法を説明し、同時にその一実施形態の
方法によって形成されたMOSトランジスタの構造を示
す断面図である。
トランジスタ形成方法を説明するために示す断面図であ
る。
トランジスタ形成方法を説明するために示す断面図であ
る。
トランジスタ形成方法を説明するために示す断面図であ
る。
Claims (25)
- 【請求項1】 半導体基板上にゲート酸化膜パターン及
びゲート導電膜パターンを形成する第1段階と、 前記半導体基板及び前記ゲート導電膜パターン上に前記
ゲート導電膜パターンを完全に覆うマスク膜パターンを
形成する第2段階と、 前記マスク膜パターンを利用して前記半導体基板を非晶
質化させる第3段階と、 前記マスク膜パターンが除去された前記半導体基板の全
面にゲートポリ酸化膜を蒸着する第4段階と、 前記ゲートポリ酸化膜上にゲートスペーサ膜を蒸着した
後、異方性エッチングしてゲートスペーサを形成する第
5段階と、 前記半導体基板にソース及びドレイン領域を形成する第
6段階とを含むことを特徴とするMOSトランジスタ形
成方法。 - 【請求項2】 前記ゲート導電膜パターンの側壁と前記
マスク膜パターンの側壁との間隔は60Åないし140
Åであることを特徴とする請求項1に記載のMOSトラ
ンジスタ形成方法。 - 【請求項3】 前記マスク膜パターンはフォトレジスト
パターンであることを特徴とする請求項1に記載のMO
Sトランジスタ形成方法。 - 【請求項4】 前記第3段階は前記マスク膜パターンを
イオン注入マスクとして半導体基板にSiまたはGeを
イオン注入して行うことを特徴とする請求項1に記載の
MOSトランジスタ形成方法。 - 【請求項5】 前記ゲートポリ酸化膜は選択的に相異な
る第1厚さ及び第2厚さを有するように成長することを
特徴とする請求項1に記載のMOSトランジスタ形成方
法。 - 【請求項6】 前記第2厚さを有するゲートポリ酸化膜
は非晶質化した前記半導体基板上に限定されることを特
徴とする請求項5に記載のMOSトランジスタ形成方
法。 - 【請求項7】 前記ゲートポリ酸化膜の第1厚さは10
Åないし50Åであることを特徴とする請求項5に記載
のMOSトランジスタ形成方法。 - 【請求項8】 前記ゲートポリ酸化膜の第2厚さは第1
厚さの2倍ないし6倍であることを特徴とする請求項5
に記載のMOSトランジスタ形成方法。 - 【請求項9】 前記第4段階実施後に前記ゲートポリ酸
化膜上にMTO膜を形成する段階をさらに含むことを特
徴とする請求項1に記載のMOSトランジスタ形成方
法。 - 【請求項10】 前記ゲートスペーサ膜は窒化膜または
酸化膜であることを特徴とする請求項1に記載のMOS
トランジスタ形成方法。 - 【請求項11】 半導体基板上にゲート酸化膜パターン
及びゲート導電膜パターンを形成する第1段階と、 前記ゲート導電膜パターン上に前記ゲート導電膜パター
ンの上面より広いマスク膜パターンを形成する第2段階
と、 前記マスク膜パターンを利用して前記半導体基板を非晶
質化させる第3段階と、 前記マスク膜パターンが除去された前記半導体基板の全
面にゲートポリ酸化膜を蒸着する第4段階と、 前記ゲートポリ酸化膜上にゲートスペーサ膜を蒸着した
後、異方性エッチングしてゲートスペーサを形成する第
5段階と、 前記半導体基板にソース及びドレイン領域を形成する第
6段階とを含むことを特徴とするMOSトランジスタ形
成方法。 - 【請求項12】 前記ゲート導電膜パターンの側壁と前
記マスク膜パターンの側壁との間隔は60Åないし14
0Åであることを特徴とする請求項11に記載のMOS
トランジスタ形成方法。 - 【請求項13】 前記第2段階は、 前記ゲート導電膜パターン上にARC膜パターンを形成
する段階と、 前記ARC膜パターンの上面より狭くなるように前記ゲ
ート酸化膜パターン及び前記ゲート導電膜パターンをス
キューエッチングしてパターニングする段階とを含むこ
とを特徴とする請求項11に記載のMOSトランジスタ
形成方法。 - 【請求項14】 前記第3段階は前記マスク膜パターン
をイオン注入マスクとして半導体基板にSiまたはGe
をイオン注入して行うことを特徴とする請求項11に記
載のMOSトランジスタ形成方法。 - 【請求項15】 前記ゲートポリ酸化膜は選択的に相異
なる第1厚さ及び第2厚さを有するように成長すること
を特徴とする請求項11に記載のMOSトランジスタ形
成方法。 - 【請求項16】 前記第2厚さを有するゲートポリ酸化
膜は非晶質化した前記半導体基板上に限定されることを
特徴とする請求項15に記載のMOSトランジスタ形成
方法。 - 【請求項17】 前記ゲートポリ酸化膜の第1厚さは1
0Åないし50Åであることを特徴とする請求項15に
記載のMOSトランジスタ形成方法。 - 【請求項18】 前記ゲートポリ酸化膜の第2厚さは第
1厚さの2倍ないし6倍であることを特徴とする請求項
15に記載のMOSトランジスタ形成方法。 - 【請求項19】 前記第4段階実施後に前記ゲートポリ
酸化膜上にMTO膜を形成する段階をさらに含むことを
特徴とする請求項11に記載のMOSトランジスタ形成
方法。 - 【請求項20】 半導体基板上に形成されたゲート酸化
膜パターン及びゲート導電膜パターンと、 前記ゲート導電膜パターンの側壁に形成されたゲートス
ペーサ膜と、 前記半導体基板と前記ゲートスペーサ膜の下面との間で
選択的に相異なる第1厚さ及び第2厚さを有するゲート
ポリ酸化膜と、 前記半導体基板に形成されたソース及びドレイン領域と
を具備することを特徴とするMOSトランジスタ。 - 【請求項21】 前記ゲートポリ酸化膜の第2厚さは前
記ゲートスペーサ膜の外壁方向に形成された厚さである
ことを特徴とする請求項20に記載のMOSトランジス
タ。 - 【請求項22】 前記ゲートポリ酸化膜の第1厚さは1
0Åないし50Åであることを特徴とする請求項20に
記載のMOSトランジスタ。 - 【請求項23】 前記ゲートポリ酸化膜の第2厚さは第
1厚さよりさらに大きいことを特徴とする請求項20に
記載のMOSトランジスタ。 - 【請求項24】 前記ゲートポリ酸化膜の第2厚さは第
1厚さの2倍ないし6倍であることを特徴とする請求項
23に記載のMOSトランジスタ。 - 【請求項25】 前記ゲートポリ酸化膜及びゲートスペ
ーサ膜との間に形成されたMTO膜をさらに具備するこ
とを特徴とする請求項20に記載のMOSトランジス
タ。
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