JP2716303B2 - Mos形電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

Mos形電界効果トランジスタの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体を用いるデバ
スの製作方法に関し、特に集積回路に利用し得る金属
酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の
製造方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体を用いる大規模集積回路(LS
I)の急速な発展と改良は、MOS型トランジスタの小
型化によって達成されている。しかし従来のLSIで
は、幾つかの制約、例えばチャネルの長さが1ミクロン
以下の短さとなる為にトランジスタとしての働きが低下
するという障害が現われている。更に、デバイスが小規
模化されるに従って、基体の表面からより浅い位置にソ
ース/ドレインを設けて接合すること及び隣接トランジ
スタ間を分離する素子分離酸化膜領域(FIELDOX
IDE ISOLATION、又はFOX)をより狭く
つくることが困難になって来た。
【0003】上記の制約を或る程度解決する方法は、絶
縁体上のシリコン(SOI)にMOSを構成する方法で
あり、そうすれば能動性の素子は完全に分離層の上に形
成されるのである。一般には、素子分離領域用の酸化膜
あるいは、酸素イオンの注入(IMPLANTATIO
N)により埋め込み酸化物絶縁層をつくるという方法−
SIMOX−(酸素の注入による分離)を用いる。これ
らの技術でつくられるMOSトランジスタには、チャネ
ル領域にバイアスをかける為にもう1つの接点を設ける
必要があるが、もしくはそれは浮揚状態に維持すること
もある。後者の場合には、トランジスタの特性は”浮揚
体の効果”により低下する。
【0004】図5(a)(b)は各々、バルク型のMO
SFETとSOI形のMOSFETを例示する。ここ
で、VS,VG,VD,及びVBは、それぞれソース、
ゲート、ドレイン及び基板或は基体にかけるバイアスの
電位である
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図5(a)に示すバル
ク型MOSFETにおける制約をまとめると、 *浅いソース/ドレインにおけるPN接合が、サブミク
ロンのデバイスでは要求されるので、寄生的な直列抵抗
が増加し実効コンダクタンスを低下させる。 *基体表面における高いドープ濃度が、パンチスルーを
防止する為に要求されるので、ソース/ドレインにおけ
PN接合領域での寄生容量が増加し、トランジスタの
スイッチング速度を低下させる。 *ソース/ドレイン−基板間の広い面積が電荷を誘起す
α粒子の蓄積を増やすので、シングル・イベント・ア
プセット(single event up set)
に対して影響を受け易くなり、ラジエーション・ハード
ネス(radiation hardness)を低下
させる。 *ラッチ・アップ現象が生じ易くなる。
【0006】図5(b)に示すSOI型MOSFETに
おける制約事項は、 *埋め込み酸化物は、非常に高品質で均一な厚さを要求
される。 *浮揚体効果の結果(i)ドレインの破壊電位が低下す
る,(ii)単独トランジスタのラッチアップが起こり
易くなる。 *SOIを形成する操作は、標準のCMOSの製造方法
に適合し難く、高エネルギーの酸素イオンの注入を必要
とし、これはシリコン結晶に損傷を与え、特に、SIM
OX法では、エピタキシ・シリコン層への損傷、アモル
ファスシリコン層の再結晶を生起するので、結果得られ
る能動シリコン領域は結晶欠陥とそれによる性能の低下
を招くという欠点がある。
【0007】この発明は、従来のCMOSの製造工程を
利用しうる簡単な方法で(素子分離酸化膜領域(FO
X)の幅を小さくし能動領域の幅を拡大して、より高度
な集積密度を可能にするMOSFETを提供しようとす
るものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、半導
体基板上に所定の厚さの第1の絶縁膜を介して、ゲート
電極形成領域を規定するパターンマスクを形成する工程
と、該パターンマスクを用いた上記半導体基板への酸素
イオン注入及びアニールにより、上記半導体基板のソー
ス/ドレイン領域となる領域の下方に酸化物絶縁層を形
成する工程と、上記パターンマスク上を除く上記半導体
基板上に所定の膜厚の第2の絶縁膜を形成する工程と
上記パターンマスクを除去した後、上記第2の絶縁膜を
マスクにして、しきい値制御用イオン注入及びゲート絶
縁膜形成を行い、その後、上記パターンマスクが形成さ
れていた領域にゲート電極を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする、MOS形電界効果トランジスタの製造
方法が提供される。
【0009】この発明においては、ソースとドレイン領
域が酸化物絶縁層で抱持され基体から分離されている
(図1を参照)。図1において、1はシリコン基板、2
素子分離酸化膜領域(FOX)、4は薄い酸化物絶縁
層、14はゲート電極、7は酸化物絶縁層、12はゲー
ト酸化物絶縁層、16はソース、16′はドレイン、1
9は低濃度ドレイン、20は酸化膜である。
【0010】この構造はSOIとバルク型MOSの両方
の長所を有するもので、この新しい構造の特徴は次の通
りである。ソース/ドレインにおけるPN接合領域面積
は、それらの領域を酸化物絶縁層により基板から分離す
ることにより、減少する。この結果、 (i)接合面からの漏れ電流が減少する。 (ii)寄生的な接合容量が減少する。 (iii)電荷を誘起するα粒子の蓄積の減少と、その
結果、ラジエーション・ハードネス(radiatio
n hardness)が改良される。
【0011】この発明においては、チャネル領域は、そ
の底部が前記シリコン基板に連続している構造を有す
る。チャネル領域は埋め込み酸化物絶縁が除かれる。
チャネル領域は埋め込み酸化物絶縁層とは関係なくなる
ので、埋め込み酸化物絶縁層の品質及び均一性に対する
配慮が不要となる。またチャネル領域は基板との接点が
存在する。チャネル領域は基板へ底部で接触する部分を
有するので、SOI型MOSの”浮揚体効果”を排除し
得る。簡単な生産手段を採用することができ、高エネル
ギー酸素注入の必要性が無く、シリコン・エピタキシ又
は固相結晶再成長(固相エピタキシ)の採用が可能であ
る。
【0012】この発明のMOS形電界効果トランジスタ
は、例えば図4に示すように作製することができる。す
なわち、素子分離酸化膜領域(FOX)と該FOXから
ソース16及びドレイン16′形成領域の間隔をおいて
ポリシリコン層5が形成された半導体基板1の上方か
ら、ポリシリコン層5をマスクとして所定のエネルギー
の酸素イオンを注入し、ソース16、ドレイン16′の
形成領域下方の所定の深さに酸化物絶縁層7を形成す
る。この結果チャネル領域下方は、ゲート電極のマスク
によって酸化物絶縁層が形成されずチャネル領域は基板
1と連続するように形成される。この後、公知の方法に
よってMOSFETを作製する。
【0013】
【作用】酸化物絶縁層が、接合面からの漏れ電流を減ら
素子分離酸化膜領域(FOX)の幅を小さくさせ
領域幅を拡大させることにより高度な集積密度にする。
【0014】
【実施例】この発明の実施例を図面を用いて説明する。
まず図2aに示すようにシリコン基板1に素子分離酸化
膜領域(FOX)2、能動領域3は、公知のMOS形成
技術によりつくられる。能動領域の上に、薄い酸化物絶
縁層4を熱作用成長法か、或はCVD堆積法で約20〜
30nmの厚さにつくる。次に300〜500nmの厚
さのポリシリコン層5を堆積し、ゲート電極を規定する
パターン・マスクを用いてフォトリソグラフィ法で、所
定のパターンをつくる。この状態をマスクとして用い、
酸素イオン6,6′の注入を実施する。その照射密度
(ドーズ量)は〜1018イオン/cmで、エネルギ
ーレベルは基体表面の下の約0.1〜0.2μmの位置
に、酸化物絶縁層が出来るように選択する。SIMOX
法の場合のように、このイオン注入は多くの欠陥を結晶
中につくるので、この後、基板は高温(〜1000°
C)でアニールし、その時、図2(b)に示すようにソ
ース/ドレインの為の能動領域の下にシリコン酸化物
層7を顕在化させる。
【0015】更に図2(b)に示すようにSiN層8を
CVD法で、ポリシリコン層5、と略同一高さになるよ
うに堆積し、更に、平坦化層9を堆積する。この層は、
フォトレジスト又はスピン・オン・ガラス(Spin
On Glass)でもよい。次に平坦化層9とSiN
層8は異方性エッチング法で、但し、略同一の速さでエ
ッチングを行い、エッチングをポリシリコン層5の頂面
で止める(図2(c))。
【0016】次に図2(d)に示すようにポリシリコン
層5はエッチング液(例えば、CHCOOH+HNO
+HF)で除去し、MOSFETゲートと同一の大き
さのマスク10をつくる。このマスク10を通して、ボ
ロンイオン11を照射密度(ドーズ量)1011〜10
12ions/cmで注入を行い、MOSFETとし
てのしきい値電圧を決めるチャネル領域のドーピング濃
度を与える。
【0017】次にウインド10の中の薄い酸化物絶縁層
4を除去し、図3(e)に示すようにゲート酸化物絶縁
膜12を熱作用で成長し、MOSFETの電気的特性に
より決る厚さとする。例えば、0.5μmを最小チャネ
ル長さとするプロセスの場合には、ゲート酸化(Si
)の厚さは10〜13nmとする。次に図3(f)
に示すように400〜600nmの厚さのポリシリコン
層13をLPCVD法でNドープで堆積する。次にポ
リシリコン層13を異方性エッチング法によって最終的
なゲート電極14を形成する(図3(g))。
【0018】次に図3(h)に示すようにSiN層8
は、エッチング液で除去し、MOSFETのソース16
とドレイン16′領域は、公知の技術である不純物イオ
ン15のイオン注入によりドーピングして形成される。
次に図3(i)に示すように分離層17が堆積され、コ
ンタクト穴があけられ、金属層18が堆積され、デバイ
ス間をつなぐパターンが、公知の方法でつくられる。
【0019】
【発明の効果】この発明における埋め込み酸化物絶縁層
の形成は、同時に、素子分離酸化膜領域(FOX)の幅
を小さくし得る、即ち、能動領域幅を拡大し、より高度
な集積密度を可能にする。この発明の、酸素を浅く注入
して(約0.2μm以下の深さ)、素子を酸化物上に作
り分離することは、標準のCMOSの製作工程に適合す
る簡単な方法であるから、特別な基板を必要としない。
この発明の構造を用いると、CMOSトランジスタの大
きさを1/2マイクロメータ以下のチャネル長さにする
ことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例で作成したMOSFETの説
明図である。
【図2】同じくMOSFETの製造工程の説明図であ
る。
【図3】同じくMOSFETの製造工程の説明図であ
る。
【図4】同じくMOSFETの製造工程の説明図であ
る。
【図5】従来のMOSFETの説明図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 素子分離酸化膜領域(FOX) 3 能動領域 4 薄い酸化物絶縁層 5 ポリシリコン層 6 酸素イオン 7 酸化物絶縁層 8 SiN層 9 平坦化層 10 ウインド 11 ボロンイオン 12 ゲート酸化物絶縁膜 13 ポリシリコン層 14 ゲート電極 15 不純物イオン 16 ソース 16′ドレイン 17 分離層 18 金属層

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に所定の厚さの第1の絶縁
    膜を介して、ゲート電極形成領域を規定するパターンマ
    スクを形成する工程と、 該パターンマスクを用いた上記半導体基板への酸素イオ
    ン注入及びアニールにより、上記半導体基板のソース/
    ドレイン領域となる領域の下方に酸化物絶縁層を形成す
    る工程と、 上記パターンマスク上を除く上記半導体基板上に所定の
    膜厚の第2の絶縁膜を形成する工程と上記パターンマスクを除去した後、上記第2の絶縁膜を
    マスクにして、しきい値制御用イオン注入及びゲート絶
    縁膜形成を行い、その後、上記パターンマスクが形成さ
    れていた領域にゲート電極を形成する工程とを有するこ
    とを特徴とする、MOS形電界効果トランジスタの製造
    方法。
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