JP2982895B2 - Cmos半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Cmos半導体装置およびその製造方法

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    • Y10S257/90MOSFET type gate sidewall insulating spacer

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はnチャネルMOSF
ETとpチャネルMOSFETとを有するCMOS半導
体装置とその製造方法に関し、特に、特にフォトリソグ
ラフィ工程の回数を増やすことなく、nチャネルMOS
FETおよびpチャネルMOSFETの短チャネル効果
を抑制することのできるCMOS半導体装置およびその
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】素子が微細化され、ゲート長が短くなっ
てくると、しきい電圧が低下するいわゆる短チャネル効
果が顕著になってくる。この短チャネル効果を抑制する
方法の一つとして、ソース・ドレイン領域を浅く形成す
ることが一般に知られている。しかし、このソース・ド
レイン領域を浅く形成すると、ソース・ドレイン領域に
コンタクトを形成する際にプロセスマージンが狭くな
る、またシリサイド化が困難になる、などの問題が発生
するため、ソース・ドレイン領域を、浅い接合を有する
低不純物濃度領域と比較的深い接合を有する高不純物濃
度領域とによって構成する、所謂LDD構造に形成する
ことが広く採用されている。これは、浅い接合を有する
低不純物濃度領域で短チャネル効果を改善し、比較的深
い接合を有する高不純物濃度領域でシリサイド化やコン
タクトの形成を容易に行いうるようにするものである。
しかし、通常の製造方法で、nチャネルMOSFET
(以下、nMOSFETという)とpチャネルMOSF
ET(以下、pMOSFETという)の双方をLDD構
造に形成するには、n型低濃度領域の形成、p型低
濃度領域の形成、n型高濃度領域の形成、p型高濃
度領域の形成、のそれぞれの工程において反対側のウェ
ル領域をマスクにて被覆する必要があるため、ソース・
ドレイン領域を形成するのに4回ものフォトリソグラフ
ィ工程を繰り返さなければならないことになり、多くの
工数を要することになる。そこで、比較的短チャネル効
果の現れにくいpMOSについては、シングルドレイン
構造とし、2回のフォトリソグラフィによりソース・ド
レイン領域を形成する方法が提案されている。以下に、
この従来技術について図面を参照して説明する。
【0003】図4、図5は上述の従来例を説明するため
の工程順の断面図である。まず、図4(a)に示すよう
に、p型Si基板101上にフィールド酸化膜102を
形成し、n型ウェル領域103およびp型ウェル領域1
04を形成する。その後、図4(b)に示すように、p
型Si基板101上にゲート酸化膜105を形成した
後、ポリSiからなるnMOSFETのゲート電極10
6およびpMOSFETのゲート電極107を形成す
る。
【0004】その後、図4(c)に示すように、nMO
SFET形成領域およびpMOSFET形成領域にAs
+ (ヒ素イオン)108を低濃度(例えばドーズ量:2
〜5×1013cm-2)にイオン注入して、nMOSFE
T形成領域およびpMOSFET形成領域の双方にn型
低濃度領域109、110を形成する。その後、図5
(d)に示すように、p型Si基板101上にCVD法
によりSiO2 層を形成した後、異方性エッチングを行
うことにより、nMOSFETのゲート電極106およ
びpMOSFETのゲート電極107の側面に、SiO
2からなるサイドウォール・スペーサ111、112を
形成する。
【0005】その後、図5(e)に示すように、nMO
SFET上をフォトレジストからなる第1のマスク層1
13で覆った後、pMOSFET形成領域にB+ (ボロ
ンイオン)114を高濃度にイオン注入し、p型高濃度
ソース・ドレイン領域115を形成する。この際、n型
低濃度領域110はp型高濃度ソース・ドレイン領域1
15の中に含まれ、p型領域に反転する。その後、第1
のマスク層113を除去した後、図5(f)に示すよう
に、pMOSFET領域上をフォトレジストからなる第
2のマスク層117で覆った後、nMOSFET領域に
As+ 118を高濃度にイオン注入し、n型高濃度領域
119を形成する。その後、第2のマスク層117を除
去してCMOSFETの製造工程が完了する。
【0006】なお、nMOSFETのみをLDD構造と
するCMOS半導体装置の製造方法や、nMOSFET
およびpMOSFETの双方をLDD構造とするCMO
S半導体装置の製造方法としては、以下の方法が知られ
ている。nMOSFET形成領域上およびpMOSFE
T形成領域上にゲート電極を形成し、pMOSFET形
成領域上にレジスト膜を形成した状態でnMOSFET
形成領域にn- 型領域を形成する。nMOSFET側の
ゲート電極の側面にサイドウォール・スペーサを形成し
pMOSFET形成領域上にレジスト膜を形成した状態
でn型不純物を高濃度にドープしてn+ 型領域を形成す
る。pMOSFET形成領域のゲート電極の側面にnM
OSFET側より幅の大きいサイドウォール・スペーサ
を形成し、nMOSFET形成領域上にレジスト膜を形
成した状態でp型不純物を高濃度にドープしてp+ 型ソ
ース・ドレイン領域を形成する(特開平3−41763
号公報)。nMOSFET形成領域上およびpMOSF
ET形成領域上にゲート電極を形成し、両方の領域にn
型不純物を低濃度にドープして両方の領域にn- 型領域
を形成し、両方のゲート電極の側面にサイドウォール・
スペーサを形成する。nMOSFET形成領域上にレジ
スト膜を形成した状態でp型不純物を高濃度にイオン注
入してpMOSFET形成領域にp+ 型領域を形成す
る。次いで、p型不純物を斜め方向からイオン注入して
- 型領域をp- 型領域に反転させる。pMOSFET
形成領域上にレジスト膜を形成した状態でn型不純物を
高濃度にドープしてn+ 型領域を形成する(特開平5−
145030号公報)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来例では、
図5(f)に示すように、nMOSFETはLDD構造
に、またpMOSFETはシングルドレイン構造に形成
されているが、一般に、短チャネル効果はチャネル領域
寄りのソース・ドレイン領域の接合深さに依存するた
め、この従来例では、nMOSFETはn型低濃度領域
109の接合深さ、またpMOSFET領域はp型高濃
度ソース・ドレイン領域115の接合深さで短チャネル
特性が支配される。従って、nMOSFET形成領域で
は、n型低濃度領域109を一定程度残存させる必要が
あるため、n型高濃度領域119の横方向の広がりを考
慮して、図5(f)に示すAs+ のイオン注入時にマス
クとなるサイドウォール・スペーサ111を厚く形成す
ることが望まれる。しかしながら、pMOSFET側で
は、n型低濃度領域の導電型をサイドウォール・スペー
サ形成後、図5(e)に示すB+ のイオン注入により反
転させる工程を用いているため、サイドウォール・スペ
ーサを厚く形成した場合、p型高濃度ソース・ドレイン
領域を深く形成する必要がある。そのため、pMOSF
ET領域のp型高濃度ソース・ドレイン領域の接合深さ
はnMOSFET領域のn型高濃度ソース・ドレイン領
域の接合深さより深くなってしまう。その結果、pMO
SFET側のの短チャネル効果が顕著になり、pMOS
FETのゲート長の微細化が制限されることになる。よ
って、本発明の解決すべき課題は、ソース・ドレイン領
域を形成するためのフォトリソグラフィ工程を2回に留
めつつ、nチャネルおよびpチャネルのMOSFETの
短チャネル効果を抑制できるようにすることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明によれば、ゲート電極の側面に第1のサイ
ドウォール・スペーサを有しLDD構造のソース・ドレ
イン領域を有する第1導電型チャネルMOSFETと、
ゲート電極の側面に第2のサイドウォール・スペーサを
有しかつソース・ドレイン領域がゲート電極下の領域に
達するシングルドレイン構造のソース・ドレイン領域を
有する第2導電型チャネルMOSFETと、を有するC
MOS半導体装置であって、前記第1のサイドウォール
・スペーサの幅が第2のサイドウォール・スペーサの幅
より大きいことを特徴とするCMOS半導体装置、が提
供される。
【0009】また、上述の課題を解決するため、本発明
によれば、(1)第2導電型半導体領域上および第1導
電型半導体領域上にそれぞれゲート絶縁膜を介して第
1、第2のゲート電極を形成する工程と、(2)前記第
1、第2のゲート電極をマスクとして前記第2導電型お
よび第1導電型半導体領域内に第1導電型不純物を低濃
度にドープして前記第1、第2のゲート電極の両側の第
2導電型および第1導電型半導体領域の表面領域内に第
1導電型低濃度領域を形成する工程と、(3)絶縁膜を
全面に堆積しエッチバックを行って前記第1、第2のゲ
ート電極の側面にそれぞれ第1、第2のサイドウォール
・スペーサを形成する工程と、(4)前記第1導電型半
導体領域上を第1のマスクで覆い、該第1のマスク、前
記第1のゲート電極および前記第1のサイドウォール・
スペーサをマスクとして第1導電型不純物を高濃度にド
ープして前記第1のサイドウォール・スペーサの外側の
前記第2導電型半導体領域の表面領域内に第1導電型高
濃度領域を形成する工程と、(5)前記第2導電型半導
体領域上を第2のマスクで覆った状態で前記第2のサイ
ドウォール・スペーサの表面に等方性エッチングを施し
てその膜厚を減少させた上で、前記第2のマスク、前記
第2のゲート電極および前記第2のサイドウォール・ス
ペーサをマスクとして第2導電型不純物を高濃度にドー
プして前記第2のゲート電極の外側の前記第1導電型半
導体領域の表面領域内に第2導電型高濃度領域を形成す
る工程と、を有し、この順で、若しくは、前記第(4)
の工程と前記第(5)の工程との順序を入れ替えて行う
ことを特徴とするCMOS半導体装置の製造方法、が提
供される。
【0010】
【発明の実施の形態】図1(a)〜(f)は、本発明の
実施の形態を説明するための工程順の断面図である。ま
ず、図1(a)に示すように、周知の技術によりp型S
i基板1上にフィールド酸化膜2を形成して素子分離を
行う。次に、p型ウェル領域(図示なし)とn型ウェル
領域3を形成する。次いで、ゲート酸化膜4を熱酸化法
により形成した後、CVD法によりノンドープのポリシ
リコンを堆積し、フォトリソグラフィ工程およびエッチ
ング工程により、ゲート電極5を形成する。
【0011】その後、図1(b)に示すように、ゲート
電極5およびフィールド酸化膜2をマスクとして、n型
不純物例えばAs+ (ヒ素イオン)6をイオン注入し
て、n型低濃度領域7を形成する。このとき、図示され
ないp型ウェル領域においても同時にn型低濃度領域が
形成される。その後、熱処理を施して注入イオン種の活
性化を行う。次に、図1(c)に示すように、p型Si
基板1上全面にCVD法により絶縁膜例えばSiO2
を堆積した後、異方性エッチングを行い、ゲート電極側
面にサイドウォール・スペーサ8を形成する。
【0012】次に、図1(d)に示すように、pMOS
FET形成領域上をレジスト膜9にて覆い、nMOSF
ET形成領域(図示なし)にn型不純物例えばP(リ
ン)をイオン注入してn型高濃度領域を形成する。その
後、レジスト膜9を剥離除去し図示されないnMOSF
ET形成領域上をレジスト膜で被覆した後、図1(e)
に示すように、等方性エッチングによりサイドウォール
・スペーサ8の表面をエッチングして、スペーサの膜厚
を減少させる。この等方性エッチングに先立って、イオ
ン種例えばBF2 +を低エネルギーで斜めイオン注入し
て、サイドウォール・スペーサ8の表面を荒らしておく
ことができる。また、等方性エッチングとして希フッ酸
溶液などによるウェット法を用いることができる。
【0013】その後、図1(f)に示すように、p型不
純物イオン例えばBF2 +10をイオン注入して、p+
ソース・ドレイン領域11を形成する。このソース・ド
レイン領域を形成するためのイオン注入により、n型低
濃度領域7をp型に反転させることができる。その後、
活性化熱処理を行って、注入イオンを活性化する。
【0014】[作用]上記の製造方法によれば、pMO
SFETでは、p+ 型ソース・ドレイン領域11を形成
する際に、サイドウォール・スペーサの幅が薄くなされ
ているので、p型不純物を深くイオン注入しなくてもn
型低濃度領域7の導電型を反転することができる。した
がって、p+ 型ソース・ドレイン領域11の接合深さを
浅くすることができ、短チャネル効果を抑制することが
できる。一方、nMOSFET側では、サイドウォール
・スペーサの幅を十分に厚く形成して最終的にLDD領
域であるn型低濃度領域が所望の長さ残るようにするこ
とができ、短チャネル効果やホットキャリア効果を十分
に抑制することができる。
【0015】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図2、図3は、本発明の一実施例を説明す
るための工程順の断面図である。まず、図2(a)に示
すように、(100)面を主面とするp型Si基板21
上にフィールド酸化膜22を形成して素子分離を行った
後、n型ウェル領域23とp型ウェル領域24を形成す
る。尚、n型ウェル領域23は例えばP+ を、エネルギ
ー:700keV、ドーズ量:1.5×1013cm-2
条件でイオン注入した後、さらに例えばAs+ を、エネ
ルギー:100keV、ドーズ量:5×1012cm-2
条件でイオン注入して形成する。また、p型ウェル領域
24は、例えばB+ を、エネルギー:300keV、ド
ーズ量:2×1013cm-2の条件でイオン注入した後、
例えばB+ を、エネルギー:30keV、ドーズ量:6
×1012cm-2の条件でイオン注入して形成する。次
に、6nm程度のゲート酸化膜25を熱酸化法により形
成した後、CVD法によりノンドープのポリシリコンを
200nm程度の膜厚に堆積する。その後、フォトリソ
グラフィ工程およびエッチング工程により、nMOSF
ETのゲート電極26およびpMOSFETのゲート電
極27を形成する。
【0016】次に、図2(b)に示すように、ゲート電
極26、27およびフィールド酸化膜22をマスクとし
て、n型ウェル領域23とp型ウェル領域24の双方
に、例えばAs+ 28を、エネルギー:10keV、ド
ーズ量:3×1013cm-2の条件でイオン注入して、n
MOSFET形成領域29およびpMOSFET形成領
域30の双方にn型低濃度領域31、32を形成する。
その後、窒素雰囲気中で1000℃10秒程度の熱処理
を行う。次に、図2(c)に示すように、p型Si基板
21上全面にCVD法により厚さ100nm程度のSi
2 膜を堆積した後、異方性エッチングを行い、ゲート
電極26、27の側面にSiO2 からなる幅80nm程
度のサイドウォール・スペーサ33を形成する。次い
で、図2(d)に示すように、pMOSFET形成領域
30上にフォトレジストからなる第1のマスク層34を
形成し、その後例えばAs+ 35を、エネルギー:50
keV、ドーズ量:3×1015cm-2の条件でイオン注
入して、n型高濃度領域36を形成する。
【0017】次に、第1のマスク層34を除去し、図3
(e)に示すように、nMOSFET形成領域29上に
フォトレジストからなる第2のマスク層37を形成した
後、例えばBF2 +38を、エネルギー:5keV、ドー
ズ量:1×1015cm-2、注入角度:45°の条件で斜
めイオン注入する。この斜めイオン注入により、pMO
SFET側のサイドウォール・スペーサの表面には20
nm程度の深さにわたってダメージ層39が形成され
る。また、注入エネルギーが5keVと低エネルギーで
あるため、BF2 がサイドウォール・スペーサを通して
ゲート近傍のSi基板まで達することはない。また、第
1のマスク層34の影になるため、基板表面に直接到達
するイオンはごく僅かである。
【0018】その後、図3(f)に示すように、1%の
希フッ酸溶液で30秒程度ウェットエッチングを行う。
1%の希フッ酸溶液のSiO2 に対するエッチングレー
トが4nm/分であるが、サイドウォール・スペーサ表
面のダメージ層の部分はその20倍程度のエッチングレ
ートとなるため、pMOSFET側のサイドウォール・
スペーサ表面の20nm程度のダメージ層39を制御性
よくエッチングすることができる。その後、図3(g)
に示すように、例えばBF2 +40を、エネルギー:20
keV、ドーズ量:3×1015cm-2の条件でイオン注
入して、p+ 型ソース・ドレイン領域41を形成する。
このソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入
により、pMOSFET形成領域30中に存在したn型
低濃度領域32をp型に反転させることができる。その
後、第2のマスク層37を除去し、窒素雰囲気中で10
00℃10秒程度の活性化熱処理を行った後、常法によ
りシリサイド層、層間の絶縁膜、配線等を形成する。な
お、上述の実施例では、n型高濃度領域を形成した後に
+ 型ソース・ドレイン領域を形成していたがこの順序
は逆にすることができる。また、実施例ではnMOSF
ETをLDD構造に、pMOSFETをシングルドレイ
ン構造に形成していたが、これを逆にすることもでき
る。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、例え
ば、nMOSFETをLDD構造に、またpMOSFE
Tをシングルドレイン構造に形成するCMOS半導体装
置の製造工程において、pMOSFET側のサイドウォ
ール・スペーサをnMOSFET側のサイドウォール・
スペーサ幅よりも薄く形成した後にp型ソース・ドレイ
ン領域を形成するためのイオン注入を行うものであるの
で、pMOSFETのソース・ドレイン領域を比較的浅
く形成してもn型低濃度領域(LDD領域)の導電型を
反転させることができる。従って、本発明によれば、p
MOSFETのソース・ドレイン領域の接合深さをnM
OSFETのソース・ドレイン領域と同等もしくは浅く
形成でき、pMOSFETの短チャネル効果を抑制して
素子の微細化を実現することができる。また、nMOS
FET側では、LDD領域(n型低濃度領域)を十分の
長さに確保して短チャネル効果やホットキャリア効果を
抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態を説明するための製造工
程順の断面図。
【図2】 本発明の一実施例を説明するための製造工程
順の断面図の一部。
【図3】 本発明の一実施例を説明するための、図2の
工程に続く工程での製造工程順の断面図。
【図4】 従来例を説明するための製造工程順の断面図
の一部。
【図5】 従来例を説明するための、図4の工程に続く
工程での製造工程順の断面図。
【符号の説明】
1 p型Si基板 2 フィールド酸化膜 3 n型ウェル領域 4 ゲート酸化膜 5 ゲート電極 6 As+ 7 n型低濃度領域 8 サイドウォール・スペーサ 9 レジスト膜 10 BF2 + 11 p+ 型ソース・ドレイン領域 21 p型Si基板 22 フィールド酸化膜 23 n型ウェル領域 24 p型ウェル領域 25 ゲート酸化膜 26、27 ゲート電極 28、35 As+ 29 nMOSFET形成領域 30 pMOSFET形成領域 31、32 n型低濃度領域 33 サイドウォール・スペーサ 34 第1のマスク層 36 n型高濃度領域 37 第2のマスク層 38、40 BF2 + 39 ダメージ層 41 p+ 型ソース・ドレイン領域 101 p型Si基板 102 フィールド酸化膜 103 n型ウェル領域 104 p型ウェル領域 105 ゲート酸化膜 106、107 ゲート電極 108、118 As+ 109、110 n型低濃度領域 111、112 サイドウォール・スペーサ 113 第1のマスク層 114 B+ 115 p型高濃度ソース・ドレイン領域 117 第2のマスク層 119 n型高濃度領域

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲート電極の側面に第1のサイドウォー
    ル・スペーサを有しLDD構造のソース・ドレイン領域
    を有する第1導電型チャネルMOSFETと、ゲート電
    極の側面に第2のサイドウォール・スペーサを有しかつ
    ソース・ドレイン領域がゲート電極下の領域に達する
    ングルドレイン構造のソース・ドレイン領域を有する第
    2導電型チャネルMOSFETと、を有するCMOS半
    導体装置において、前記第1のサイドウォール・スペー
    サの幅が第2のサイドウォール・スペーサの幅より大き
    いことを特徴とするCMOS半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1導電型チャネルMOSFETの
    ソース・ドレイン領域の接合深さが、前記第2導電型チ
    ャネルMOSFETのソース・ドレイン領域の接合深さ
    と同等もしくは大きいことを特徴とする請求項1記載の
    CMOS半導体装置。
  3. 【請求項3】 (1)第2導電型半導体領域上および第
    1導電型半導体領域上にそれぞれゲート絶縁膜を介して
    第1、第2のゲート電極を形成する工程と、 (2)前記第1、第2のゲート電極をマスクとして前記
    第2導電型および第1導電型半導体領域内に第1導電型
    不純物を低濃度にドープして前記第1、第2のゲート電
    極の両側の第2導電型および第1導電型半導体領域の表
    面領域内に第1導電型低濃度領域を形成する工程と、 (3)絶縁膜を全面に堆積しエッチバックを行って前記
    第1、第2のゲート電極の側面にそれぞれ第1、第2の
    サイドウォール・スペーサを形成する工程と、 (4)前記第1導電型半導体領域上を第1のマスクで覆
    い、該第1のマスク、前記第1のゲート電極および前記
    第1のサイドウォール・スペーサをマスクとして第1導
    電型不純物を高濃度にドープして前記第1のサイドウォ
    ール・スペーサの外側の前記第2導電型半導体領域の表
    面領域内に第1導電型高濃度領域を形成する工程と、 (5)前記第2導電型半導体領域上を第2のマスクで覆
    った状態で前記第2のサイドウォール・スペーサの表面
    に等方性エッチングを施してその膜厚を減少させた上
    で、前記第2のマスク、前記第2のゲート電極および前
    記第2のサイドウォール・スペーサをマスクとして第2
    導電型不純物を高濃度にドープして前記第2のゲート電
    極の外側の前記第1導電型半導体領域の表面領域内に第
    2導電型高濃度領域を形成する工程と、 を有し、この順で、若しくは、前記第(4)の工程と前
    記第(5)の工程との順序を入れ替えて行うことを特徴
    とするCMOS半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第(5)の工程において、前記第2
    のサイドウォール・スペーサの等方性エッチング処理に
    先立ってイオン種の斜め注入によって前記第2のサイド
    ウォール・スペーサの表面にダメージ層を形成する工程
    が付加されることを特徴とする請求項3記載のCMOS
    半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記イオン種が、第2導電型不純物イオ
    ンであることを特徴とする請求項4記載のCMOS半導
    体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第(5)の工程における等方性エッ
    チングがウェットエッチングであることを特徴とする請
    求項3、4または5記載のCMOS半導体装置の製造方
    法。
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