JP2961937B2 - 半導体トランジスタの製造方法およびその構造 - Google Patents
半導体トランジスタの製造方法およびその構造Info
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Description
にLDD(低濃度ドープ・ドレイン;Lightly Doped Dr
ain)構造を有するCMOS電界効果トランジスタ(Comp
lementary Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect T
ransistor ; CMOS FET)の製造方法およびその構造に関
するものである。
型化,高密度化への傾向により、MOS電界効果トラン
ジスタ(以下、MOSトランジスタという)のチヤネル
の長さが短くなつている。その結果、ドレインへの電界
集中が発生し、それに起因してホツトキヤリア(hot car
rier) が発生する。前記ホツトキヤリアは、ゲートに侵
入してしきい電圧を不安定にする等のホツトキヤリア効
果を発生させ、素子の動作特性に悪影響を及ぼす。
防止するために、ゲートの側壁に反応性イオンエツチン
グ等で絶縁膜スペーサを形成した後、ソースおよびドレ
インと同じ導電性の不純物を低濃度でイオン注入して、
LDD構造を形成する方法が提案されている。
タの断面図であつて、PMOSトランジスタとNMOS
トランジスタとが同一基板上に形成されたCMOSトラ
ンジスタの断面図である。
(6)とが相互に隣接して形成されたn型またはp型の
半導体基板(2)と、前記基板(2)上面に前記pウエ
ル(4)とnウエル(6)とを電気的に分離するために
形成されたフイールド酸化膜(8)と、前記pウエル
(4)内のチヤネル領域によつて相互に第1所定距離だ
け離隔されて形成された低濃度の第1ソースおよび第1
ドレイン(18,19)と、前記第1所定距離より長い
第2所定距離だけ離隔されて形成された高濃度の第2ソ
ースおよび第2ドレイン(20,21)と、前記チヤネ
ル領域の上部のゲート絶縁膜(10)を中間層とする第
1ゲート(12)と、前記第1ゲート(12)側壁に第
1幅で形成された酸化膜スペーサ(16)とが図示され
ている。
内のチヤネル領域によつて相互に所定距離だけ離隔され
て形成されたソースおよびドレイン(22,23)と、
前記チヤネル領域の上部の前記ゲート絶縁膜(10)を
中間層とする第2ゲート(14)と、前記第2ゲート
(14)側壁に第1幅で形成された酸化膜スペーサ(1
6)か図示されている。
いるLDD構造は、ゲートのパターン形成以後に、基板
全面に第1イオン注入工程を実施して低濃度の第1ソー
スおよび第1ドレイン領域を形成した後、前記ゲートの
両側壁に酸化膜スペーサを形成し、基板全面に第2イオ
ン注入工程を実施して高濃度の第2ソースおよび第2ド
レイン領域を形成することによつて実現される。この工
程により、前記pウエル(4)に形成されたNMOSト
ランジスタの場合には、希望するLDD構造を達成しう
る。
たPMOSトランジスタの場合には、イオン注入される
p型不純物の外拡散(out-diffusion)が大変大きいの
で、低濃度イオン注入領域と高濃度イオン注入領域との
区分が困難になる。すなわち、NMOSトランジスタの
酸化膜スペーサとPMOSトランジスタの酸化膜スペー
サを同時に形成してから、高濃度拡散領域のためのイオ
ン注入工程を実施すると、p型不純物が前記酸化膜スペ
ーサの幅に相当する範囲に拡散されてしまう。それで、
結果的には単一ドレイン構造をもつようになる。
スタの断面図であつて、前記図1のような工程による他
の結果を図示している。
ル(26)とが相互に隣接して形成されたn型またはp
型の半導体基板(22)と、前記基板(22)上面に前
記pウエル(24)とnウエル(26)とを電気的に分
離するために形成されたフイールド酸化膜(28)と、
前記pウエル(24)内のチヤネル領域によつて相互に
第1所定距離だけ離隔されて形成された低濃度の第1ソ
ースおよび第1ドレイン(38,39)と、前記第1所
定距離より長い第2所定距離だけ離隔されて形成された
高濃度の第2ソースおよび第2ドレイン(40,41)
と、前記チヤネル領域の上部のゲート絶縁膜(30)を
中間層とする第1ゲート(32)と、前記第1ゲート
(32)側壁に第1幅で形成された酸化膜スペーサ(3
6)とが図示されている。
6)にはチヤネル領域によつて相互に所定距離だけ離隔
されて形成された低濃度の第1ソースおよび第1ドレイ
ン(42,43)と、前記第1ソースおよび第1ドレイ
ン(42,43)を囲む高濃度の第2ソースおよび第2
ドレイン(44,45)と、前記チヤネル領域の上部の
前記ゲート絶縁膜(30)を中間層とする第2ゲート
(34)と、前記第2ゲート(34)側壁に第1幅で形
成された酸化膜スペーサ(36)とが図示されている。
6)に形成されたPMOSトランジスタでは、p型不純
物の拡散距離が前記酸化膜スペーサ(36)の幅を越え
て、高濃度のイオン注入領域(44,45)が低濃度イ
オン注入領域(42,43)を囲んでしまう。
ンジスタの断面図であつて、p型不純物の外拡散を考慮
して酸化膜スペーサの幅を広くした場合の実施例であ
る。
ル(46)とが隣接して形成されたn型またはp型の半
導体基板(42)と、前記基板(42)上面に前記pウ
エル(44)とnウエル(46)とを電気的に分離する
ために形成されたフイールド酸化膜(48)と、前記p
ウエル(44)内のチヤネル領域によつて相互に第1所
定距離だけ離隔されて形成された低濃度の第1ソースお
よび第1ドレイン(58,59)と、前記第1所定距離
より長い第2所定距離だけ離隔されて形成された高濃度
の第2ソースおよび第2ドレイン(60,61)と、前
記チヤネル領域の上部のゲート絶縁膜(50)を中間層
とする第1ゲート(52)と、前記第1ゲート(52)
側壁に第1幅で形成された酸化膜スペーサ(56)とが
図示されている。
絶縁膜(50)と接触する幅は2500Å程度である。
PMOSトランジスタで問題になつたp型不純物の大幅
な拡散を考慮して、前記酸化膜スペーサ(56)の幅を
十分に広く形成することによつて、LDD構造を有する
PMOSトランジスタを形成しうる。しかし、前記拡大
した酸化膜スペーサ(56)は、NMOSトランジスタ
のソースとドレイン間の拡散抵抗を増加させてトランジ
スタのドレイン電流を減少させる結果となる。
来はNMOSトランジスタとPMOSトランジスタとの
酸化膜スペーサを一度の工程によつて同時に形成した
後、それぞれのトランジスタ領域にイオン注入工程を実
施したので、PMOSトランジスタおよびNMOSトラ
ンジスタに所望のLDD構造を形成できないという問題
点があつた。
ンジスタの製造方法およびその構造において、NMOS
トランジスタのソースとドレイン間の拡散抵抗を増加さ
せないで、LDD構造のPMOSトランジスタを形成す
る半導体トランジスタの製造方法およびその構造を提供
することにある。
的を達成するために、第1(NMOS)および第2(P
MOS)トランジスタのゲート形成後に、それぞれのト
ランジスタ領域に低濃度のイオン注入を実施し、その後
にそれぞれのゲート側壁に第1トランジスタにLDD構
造が形成できる幅の第1絶縁膜スペーサを形成してか
ら、前記第1トランジスタ領域に高濃度イオン注入を実
施し、その後に、それぞれの第1絶縁膜スペーサ側面に
前記第1絶縁膜スペーサの幅に付加されて第2トランジ
スタにLDD構造が形成できる幅の第2絶縁膜スペーサ
を形成してから、前記第2トランジスタ領域に高濃度イ
オン注入を実施することを特徴する。
明する。
相互に隣接して形成されたn型またはp型の半導体基板
(62)と、前記基板(62)上面に前記pウエル(6
4)とnウエル(66)とを電気的に分離するために形
成されたフイールド酸化膜(68)と、前記pウエル
(64)およびnウエル(66)内のチヤネル領域によ
つて相互に所定距離だけ離隔されて形成された低濃度の
第1ソースおよび第1ドレイン(80,81),( 83,
84)と、前記チヤネル領域の上部のゲート絶縁膜(7
2)を中間層とする第1および第2ゲート(74,7
6)と、前記第1および第2ゲート側壁に形成された第
1および第2酸化膜スペーサ(86,94)と、前記p
ウエル(64)内の第1ソースおよび第1ドレイン(8
0,81)の側面境界から前記第1酸化膜スペーサ(8
6)の幅によつて限定される間隔を有する第2ソースお
よび第2ドレイン(89,90)と、前記nウエル(6
6)内の第1ソースおよび第1ドレイン(83,84)
の側面境界から前記第1および第2酸化膜スペーサ(8
6,94)の全体幅によつて限定される間隔を有する第
2ソースおよび第2ドレイン(98,99)とから構成
される。
順に示す図であつて、前記図4に対応する同じものには
同じ参照番号を使用している。
することもできるが、本実施例においては、(100)
の結晶方位をもちp型不純物が5El3ions/cm3の濃度でド
ーピングされたp型半導体基板とする。
ル(64)およびnウエル領域を相互に異なる蝕刻工程
で限定してから、イオン注入工程を実施して相互に隣接
するpウエル(64)およびnウエル(66)を形成す
る。前記イオン注入は、p型不純物およびn型不純物を
それぞれ80〜100KeVのエネルギーの2El3ions/c
m2の線量により実施される。
ル(66)との境界付近の領域を限定して、選択酸化法
でフイールド酸化膜(68)を形成する。前記フイール
ド酸化膜(68)の厚さは3000〜3500Åとす
る。
p型不純物を1El3ions/cm2の線量の30KeVのエネル
ギーでイオン注入する。その結果、前記基板(62)表
面付近にp型イオン注入領域(70)が形成される。
酸化させて、80〜100Åの厚さを有するゲート酸化
膜(72)を形成する。
を2000Å程度沈積した後、POCl 3 等でドーピング
させる。その後に、写真蝕刻工程でパターンを形成して
第1および第2ゲート(74,76)を形成する。
に第1フオトレジスタ(78)を形成してから、基板全
面にn型不純物を2.4 El3ions/cm2 の線量の40KeV
のエネルギーでイオン注入する。これにより、前記第1
ゲート(74)の下部を除外した基板(62)上にNM
OSトランジスタの第1ソースおよび第1ドレイン(8
0,81)を形成する。
(78)を除去してから、pウエル(64)領域の上面
に第2フオトレジスタ(82)を形成し、基板(62)
全面にp型不純物を2El3ions/cm2の線量の30KeVの
エネルギーでイオン注入する。それで、前記第2ゲート
(76)の下部を除外した基板(62)上にPMOSト
ランジスタの第1ソースおよび第1ドレイン(83,8
4)を形成する。
(82)を除去してから、前記基板(62)全面に10
00〜1300Åの厚さでシリコン酸化膜を塗布する。
その後に、反応性イオン蝕刻(Reactive Ion Etching)
を実施して、それぞれのゲート壁側に第1酸化膜スペー
サ(86)を形成する。
面に第3フオトレジスタ(88)を形成してから、基板
全面にn型不純物を5El5ions/cm2の線量の40KeVの
エネルギーでイオン注入する。それで、前記第1ゲート
(74)下部および第1酸化膜スペーサ(86)下部を
除外した基板上に、NMOSトランジスタの第2ソース
および第2ドレイン(89,90)を形成する。
(88)を除去してから、前記基板(62)全面に10
00〜1500Åの厚さでシリコン酸化膜(92)を塗
布する。
して、それぞれの第1酸化膜スペーサ(86)側面に第
2酸化膜スペーサ(94)を形成する。その後に、前記
pウエル(64)領域上面に第4フオトレジスタ(9
6)を形成してから、基板全面にp型不純物を5El5ions
/cm2の線量の40KeVのエネルギーでイオン注入す
る。
よる線量領域の側面拡散距離は、最終拡散深さの0.7
5倍程度である。従つて、前記第1および第2酸化膜ス
ペーサ(86,94)の全体幅が前記最終拡散深さの
0.75倍より大きくするために、図11の工程を実施
する。
た第1および第2酸化膜スペーサ(86,94)の幅が
p型不純物の拡散距離より大きくなるので、イオン注入
されたp型不純物が熱処理過程を経ながら拡散されて
も、LDD構造のPMOSトランジスタが形成される。
スタの断面図であつて、前記図4および図5〜図11と
同じものは同じ参照番号を使用する。前記図4乃至図1
1に図示の前記実施例においては、ゲート(74)形成
後、第1ソースおよび第1ドレイン(83,84)を形
成し、第2酸化膜スペーサ(94)形成後第2ソースお
よび第2ドレイン(98,99)を形成してLDD構造
を達成した。
おいては、第1酸化膜スペーサ(86)形成後にp型不
純物のイオン注入工程を更に具備して、前記第1ソース
および第1ドレインと第2ソースおよび第2ドレイン間
に所定の濃度を有する第3ソースおよび第3ドレイン
(100,101)を形成して、三重構造の拡散領域を
形成する。前記第3ソースおよび第3ドレイン(10
0,101)を形成するためのイオン注入工程時の線量
は約5E14ions/cm2にする。
ンジスタの第1ソースおよび第1ドレイン領域をゲート
形成後に形成したが、他の実施例においては第1酸化膜
スペーサ形成後に形成することもできる。前記図12に
図示の実施例で、第1ソースおよび第1ドレイン領域を
第1酸化膜スペーサ形成後に形成する場合には、前記第
2酸化膜スペーサの幅がp型不純物の側面拡散距離より
大きいようにする。
スタの製造方法およびその構造において、第1トランジ
スタ(NMOS)にLDD構造が形成できる幅の第1絶
縁膜スペーサを形成してから第1トランジスタの第2ソ
ースおよび第2ドレインを形成するためのイオン注入を
実施し、前記第1絶縁膜スペーサの幅に付加されて第2
トランジスタ(PMOS)にLDD構造が形成できる幅
の第2絶縁膜スペーサを形成してから第2トランジスタ
の第2ソースおよび第2ドレインを形成するためのイオ
ン注入を実施することによつて、第1トランジスタと第
2トランジスタとのそれぞれに所望のLDD構造の拡散
領域を形成しうる効果がある。また、LDD構造のPM
OSトランジスタを形成することによつて、PMOSト
ランジスタのパンチスルー(punch through)を制御しう
る。その結果、PMOSトランジスタの大きさを減らす
ことができるばかりでなく、動作速度を増加させること
ができる効果もある。
である。
図である。
断面図である。
ある。
程を示す図である。
図である。
68…フイールド酸化膜、70…p型イオン注入領域、
72…ゲート酸化膜、74…第1ゲート、76…第2ゲ
ート、78…第1フオトレジスタ、80…NMOSトラ
ンジスタの第1ソース、81…NMOSトランジスタの
第1ドレイン、82…第2フオトレジスタ、83…PM
OSトランジスタの第1ソース、84…PMOSトラン
ジスタの第1ドレイン、86…第1酸化膜スペーサ、8
8…第3フオトレジスタ、89…NMOSトランジスタ
の第2ソース、90…NMOSトランジスタの第2ドレ
イン、92…シリコン酸化膜、94…第2酸化膜スペー
サ、96…第4フオトレジスタ、98…PMOSトラン
ジスタの第2ソース、99…PMOSトランジスタの第
2ドレイン、100…PMOSトランジスタの第3ソー
ス、101…PMOSトランジスタの第3ドレイン
Claims (13)
- 【請求項1】 p型またはn型の半導体基板内にp型の
第1トランジスタ領域とn型の第2トランジスタ領域と
を具備する半導体トランジスタの製造方法であつて、 前記第1および第2トランジスタ領域(64,66)の
上面にゲート絶縁膜(72)を中間層とする第1および
第2ゲート(74,76)を形成してから、相互に異な
る写真蝕刻工程によつて前記それぞれのトランジスタ領
域内にn型およびp型の不純物をイオン注入して、第1
および第2濃度の拡散領域(80,81),( 83,8
4)を形成する第1工程と、 前記第1および第2ゲート(74,76)の両側壁に第
1の幅をもつ第1絶縁膜スペーサ(86)を形成する第
2工程であって、該第1の幅が第1トランジスタにLD
D構造を形成できる幅である第2工程と、 前記第1トランジスタ領域(64)のみを露出されるよ
うにし、前記第1濃度より高濃度のn型の不純物をイオ
ン注入して第3濃度の拡散領域(89,90)を形成す
る第3工程と、 前記第1絶縁膜スペーサ(86)の両側面に第2の幅を
もつ第2絶縁膜スペーサ(94)を形成する第4工程で
あって、該第2の幅を前記第1絶縁膜スペーサ(86)
の前記第1の幅に付加した全体幅が第2トランジスタに
LDD構造が形成できる幅である第4工程と、 前記第2トランジスタ領域(66)のみを露出されるよ
うにし、前記第2濃度より高濃度のp型の不純物をイオ
ン注入して第4濃度の拡散領域(98,99)を形成す
る第5工程とを具備することを特徴とする半導体トラン
ジスタの製造方法。 - 【請求項2】 前記第1トランジスタの第1および第3
濃度の拡散領域間の側面間隔が前記第1絶縁膜スペーサ
(86)の前記第1の幅によつて限定され、前記第2ト
ランジスタの第2および第4濃度の拡散領域間の側面間
隔が前記第1および第2絶縁膜スペーサ(86,94)
の前記全体幅によつて限定されることを特徴とする請求
項1記載の半導体トランジスタの製造方法。 - 【請求項3】 前記第1および第2絶縁膜スペーサ(8
6,94)の前記全体幅が前記第4濃度の拡散領域(9
8,99)の最終拡散深さの約0.75倍より大きいこ
とを特徴とする請求項2記載の半導体トランジスタの製
造方法。 - 【請求項4】 前記第3工程後に、前記第2トランジス
タ領域(66)を限定して前記第1工程におけるより高
濃度で前記第5工程におけるよりは低濃度にp型の不純
物をイオン注入する工程を更に具備し、前記第2トラン
ジスタが三重構造の拡散領域を有することを特徴とする
請求項1記載の半導体トランジスタの製造方法。 - 【請求項5】 前記第2絶縁膜スペーサ(94)の前記
第2の幅が前記第4濃度の拡散領域(98,99)の最
終拡散深さの約0.75倍より大きいことを特徴とする
請求項4記載のトランジスタの製造方法。 - 【請求項6】 前記ゲート絶縁膜(72)が酸化膜であ
ることを特徴とする請求項1記載の半導体トランジスタ
の製造方法。 - 【請求項7】 前記第1および第2絶縁膜スペーサ(8
6,94)が、所定厚さの絶縁膜を前記基板(62)の
上面に形成してから反応性イオン蝕刻を実施することに
よつて形成されることを特徴とする請求項1記載の半導
体トランジスタの製造方法。 - 【請求項8】 前記第1および第2絶縁膜スペーサ(8
6,94)が酸化膜または窒化膜で形成されることを特
徴とする請求項1記載の半導体トランジスタの製造方
法。 - 【請求項9】 前記ゲート(74,76)が第1または
第2伝導型の多結晶シリコンまたは金属で形成されるこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体トランジスタの製
造方法。 - 【請求項10】 p型の半導体基板またはウエル内に第
1チヤネル領域によつて相互に所定距離だけ離隔されて
形成されたn型の拡散領域と、前記第1チヤネル領域の
上部に形成されたゲートとを具備する第1トランジスタ
と、n型のウエルまたは半導体基板内に第2チヤネル領
域によつて相互に所定距離だけ離隔されて形成されたp
型の拡散領域と、前記第2チヤネル領域の上部に形成さ
れたゲートとを具備する第2トランジスタとを具備する
半導体トランジスタにおいて、 前記第1および第2トランジスタが、それぞれのゲート
両側壁に形成された第1の幅の第1絶縁膜スペーサと、
前記第1絶縁膜スペーサの両側面に形成された第2の幅
の第2絶縁膜スペーサとを具備し、前記第1の幅が第1
トランジスタにLDD構造を形成できる幅であり、前記
第2の幅を前記第1の幅に付加した全体幅が第2トラン
ジスタにLDD構造が形成できる幅となり、 前記第1トランジスタの拡散領域が、前記第1絶縁膜ス
ペーサの前記第1の幅によつて側面境界間の距離が限定
される第1濃度および該第1濃度より高濃度の第3濃度
の拡散領域とから成り、 前記第2トランジスタの拡散領域が、前記第1および第
2絶縁膜スペーサの前記全体幅によつて側面境界間の距
離が限定される第2濃度および該第2濃度より高濃度の
第4濃度の拡散領域とから成ることを特徴とする半導体
トランジスタ。 - 【請求項11】 前記第1および第2絶縁膜スペーサ
(86,94)の前記全体幅が前記第4濃度の最終拡散
領域の最終拡散深さの約0.75倍より大きいことを特
徴とする請求項10記載の半導体トランジスタ。 - 【請求項12】 前記第2トランジスタが、第2濃度お
よび第4濃度の拡散領域間に、前記第2絶縁膜スペーサ
の厚さによつて前記第4濃度の拡散領域の側面境界との
距離が限定され、前記第2濃度と第4濃度との間の濃度
を有する拡散領域を更に具備することを特徴とする請求
項10記載の半導体トランジスタ。 - 【請求項13】 前記第2絶縁膜スペーサ(94)の前
記第2の幅が前記第4濃度の拡散領域の最終拡散深さの
約0.75倍より大きいことを特徴とする請求項12記
載の半導体トランジスタ。
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