JPH01169967A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は半導体装置の製造方法に関し、特にイオン注
入法を用いてソース／ドレイン領域を形成するトランジ
スタを有する半導体装置の製造方法に関するものである
。

［従来の技術］ 第２Ａ図および第２Ｂ図は従来技術によるＭＯＳトラン
ジスタの製造方法の要部を示す製造工程断面図である。

以下、図を参照してこの製造方法について説明する。

まず、シリコン基板よりなる半導体基板１の主面にトラ
ンジスタ領域を分離すべく選択酸化法を用いて厚い分離
酸化膜２を形成する。選択酸化法において前もって形成
された半導体基板１の主面上の薄い酸化膜を除去した後
、再度分離酸化膜２に挾まれたトランジスタ領域の半導
体基板１の主面を熱酸化して酸化膜３を形成する。酸化
膜３はトランジスタのゲート酸化膜となるものである。

次に分離酸化膜２上を含み、酸化膜３上全面にポリシリ
コン等の電極材料を全面に形成した後、写真製版技術お
よびエツチング技術を用いて所定形状にバターニングし
てゲート電極６を形成する。

ゲート電極６をマスクとして、酸化膜３を介して半導体
基板１にイオン注入法を用いて不純物イオン７を注入す
る（第２Ａ図参照）。

不純物イオンの注入は、ゲート電極６に対して自己整合
的に行なわれ半導体基板１にトランジスタのソース／ド
レイン領域となる不純物領域８が形成される（第２Ｂ図
参照）。

ここで、ゲート電極６下方に寸法α、βで不純物領域８
の一部が侵入しているのは、イオン注入時における不純
物イオンの散乱と注入後の若干の熱処理による不純物の
拡散とによるものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような従来の半導体装置の製造方法では、不純物
イオンが半導体基板の主面に対して垂直方向に注入され
ていればゲート電極６が自己整合的なマスクとなって、
ソース／ドレイン領域を形成するので問題はない。すな
わち、第２Ｂ図において寸法α、βはともに等しい値と
なり、ソースおよびドレイン領域となる不純物領域８は
左右対称な構造として理想的なＭＯＳ）ランジスタが製
作される。

ところが、実際の不純物イオンの注入角度は基板に対し
て垂直方向であることは少なく、成る傾斜角度をもって
注入されることが多い。

第３図は一般のイオン注入装置の概略構成図である。

以下、図を参照してその構成および動作について簡単に
説明する。

イオン源１１から発生されたイオンは質量分析器１２に
よって目的に応じたイオンのみが分離さ−れ、加速器１
３で必要なエネルギを与えられて加速される。加速され
たイオンは高電界を形成する偏向プレート１４によって
、所定の角度に偏向させられて注入対称である半導体ウ
ェハ１５に到達して注入される。この偏向は半導体ウェ
ハ１５全面にイオン注入するためにイオンビームをスキ
ャンさせるためである。この場合、たとえば半導体ウェ
ハ１５の直径りが１５０ｍｍ、偏向プレート１４と半導
体ウェハ１５までの距離りが１．５ｍであるとすると注
入イオンの最大入射角θは２゜９°にも達する。

第４図はイオン注入がこのように傾斜角度をもってされ
たときの注入状況を示す概略断面図である。

図に示すように、不純物イオン７が傾斜角θをもって注
入されるとき、ゲート電極６の厚さをＢとするとゲート
電極６の一方端部と半導体基板１の注入部の境界は一致
せず、Ｂ　／　ｔ　ａ　ｎθ−Ａなる距離だけゲート電
極６が陰となってイオン注入されない部分が生じる。こ
こで、たとえばゲート電極６の厚さＢを１μｍ１イオン
入射角θを２゜９°とすると距離Ａは５００人程上ばも
なり、不純物領域８の深さが１０００人程度上桟くなっ
ている。現在この値は大きな問題となる。図では、注入
部の不純物の拡散によってかろうじて左側の不純物領域
８とゲート電極６とは平面的な重なり距離αが保たれて
いるが、さらにゲート電極６の厚さが増加するとこの重
なり距離αが零やマイナス（オフセットゲート）となる
のは容易に予想できる。一方、反対側の不純物領域８の
重なり距離βはさらに大きくなり、左右のソース／ドレ
イン領域の大きさの不均衡なトランジスタとなる。−般
にトランジスタの設計を行なう際、ウェハ上の形成位置
や形成方向を考慮しないため、いずれの不純物領域がソ
ースまたはドレイン領域となっても良いように左右対称
な構造とすることが多い。

ところがこのようにトランジスタの形成方向や位置関係
によって、不純物イオンの注入角度の影響で左右対称の
構造が崩れると、同じ機能を受は持たせたトランジスタ
でもそのソース／ドレイン領域が反対となることがあり
、特性上均一な性能は望むべくもない。ましてや、オフ
セットゲートの状態となると、ゲート電極への所定電圧
の印加では反転制御し得ない領域が生じることになり、
トランジスタの動作特性上極めて不利となる。このよう
な状況は半導体ウェハの大口径化がさらに進行するので
、さらに悪化することが予想される。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、不純物イオンの注入角度による不純物領域の形成に
対する影響が少ない半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る半導体装置の製造方法は主面を有する半
導体基板を準備する工程と、半導体基板の主面上にゲー
ト電極となるその側壁がテーパ状の導電体を形成する工
程と、導電体をマスクとして不純物イオンを半導体基板
に注入することによって、ソース／ドレイン領域となる
不純物領域を形成する工程とを備えたものである。

［作用〕 この発明においては、ゲート電極となる導電体の側壁が
テーパ状であるので不純物イオンの注入の際、陰を生じ
にくくなる。

［実施例］ 第１Ａ図〜第１Ｄ図はこの発明の一実施例による製造方
法を示す概略工程断面図である。

以下、図を参照してこの製造方法について説明する。ま
ず、シリコン基板よりなる半導体基板１の主面にトラン
ジスタ領域を挾むように選択酸化法を用いて厚い分離酸
化膜２を形成し、トランジスタ領域の半導体基板１の主
面には後にゲート酸化膜となる薄い酸化膜３を形成する
（第１Ａ図参照）。

分離酸化膜２上を含み、酸化膜３上全面にゲート電極材
料となるポリシリコン４をＣＶＤ法等を用いて形成する
。さらに、ポリシリコン４上にレジストを塗布してこれ
を写真製版技術を用いて、ゲート電極が形成される位置
上方にゲート電極に対応した形状のレジスト５にパター
ニングする（第１Ｂ図参照）。

次に、レジスト５をマスクとして露出したポリシリコン
４をＲＩＥを用いて異方的にエツチングするが、このと
きレジスト５のエツチング速度とポリシリコン４のエツ
チング速度の比（選択比）を小さくなるようにする。具
体的には、エツチング時の圧力を上げたり酸素を混入さ
せたりして行なうが、ポリシリコン４のエツチングの進
行とともにレジスト５の側面も徐々にエツチングされて
いき、最終的にポリシリコン４は断面形状が台形のゲー
ト電極６となって残る（第１Ｃ図参照）。

このゲート電極６の側壁の傾斜角度はＲＩＥの実施条件
を変えることによって、任意に設定できる。続いて半導
体基板１に対して反対の導電形式の不純物イオン７をイ
オン注入する。このとき不純物イオン７の注入角度が直
角でなく成る傾斜をもっていても、ゲート電極６の側壁
はテーパ状となっているので陰を作ることなく、ゲート
電極６の縁部に対しても充分にイオン注入される。イオ
ン注入後、若干の熱処理を施すことによって、不純物領
域８はさらに拡散するが、結果として左右対称構造にな
る理想的なトランジスタが形成される（第１Ｄ図参照）
。

以下、層間絶縁膜や配線等の形成工程が続くが、本発明
の範囲外でもあるのでここでの説明は省略する。

なお、上記実施例では、不純物イオンの注入角度はゲー
ト電極側壁の半導体基板の主面となす角度と同一として
いるが、同一でなくイオン注入角度がさらに傾斜してい
る場合であっても従来例に比べて陰の大きさは小さい。

傾斜がさらに緩やかな場合によっては全く陰ができなく
なることは言うまでもない。

また、上記実施例では、ゲート電極の断面形状を台形と
しているが、その側壁がテーパ状になっていればよく、
たとえば三角形断面であっても同様の効果を奏する。

さらに、上記実施例では、偏向プレートによって注入イ
オンをスキャンさせるイオン注入装置を基としているが
、注入イオンを偏向させず半導体ウェハを回転させて注
入させる大口径ウェハ用イオン注入装置であっても同様
に適用でき、同様の効果を奏することは言うまでもない
。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、ゲート電極となる導電
体の側壁がテーパ状に形成され、これをマスクとしてイ
オン注入するのでゲート電極によって陰を生じることが
少なくなり、ソース領域とドレイン領域とが不均一にな
りに＜＜、動作特性上安定性が高い半導体装置の製造方
法となる効果がある。

また、この発明を実施するにあたって、特別な工程や装
置等を必要としないのでコスト面においても有利である
。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図〜第１Ｄ図はこの発明の一実施例による製造方
法を示す概略工程断面図、第２Ａ図および第２Ｂ図は従
来技術によるＭＯＳ）ランジスタの製造方法の要部を示
す製造工程断面図、第３図は一般のイオン注入装置の概
略構成図、第４図はイオン注入が傾斜角度をもってされ
たときの注入状況を示す概略断面図である。 図において、１は半導体基板、３は酸化膜、４はポリシ
リコン、５はレジスト、６はゲート電極、７は不純物イ
オン、８は不純物領域である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）ゲート電極とソース／ドレイン領域とからなるト
   ランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、 主面を有する半導体基板を準備する工程と、前記半導体
   基板の前記主面上に前記ゲート電極となるその側壁がテ
   ーパ状の導電体を形成する工程と、 前記導電体をマスクとして、不純物イオンを前記半導体
   基板に注入することによって前記ソース／ドレイン領域
   となる不純物領域を形成する工程とを備えた、半導体装
   置の製造方法。
2. （２）前記不純物イオンの前記半導体基板の前記主面に
   対する注入角度は、鋭角である、特許請求の範囲第１項
   記載の半導体装置の製造方法。
3. （３）前記導電体の側壁が前記半導体基板の前記主面と
   なす鋭角は、前記不純物イオンの前記注入角度より小さ
   い、特許請求の範囲第２項記載の半導体装置の製造方法
   。
4. （４）前記半導体を形成する工程は、 前記半導体基板の前記主面上に酸化膜を形成する工程と
   、 前記酸化膜上全面に導電体膜を形成する工程と、前記導
   電体膜上に前記ゲート電極に対応した形状のレジストを
   形成する工程と、 前記レジストをマスクとして露出している前記導電体膜
   を異方的にエッチングする工程とからなる、特許請求の
   範囲第１項、第２項または第３項記載の半導体装置の製
   造方法。
5. （５）前記異方的エッチングは、前記レジストと前記導
   電体膜とのエッチング速度の比を所定値に設定したリア
   クティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）法である、特
   許請求の範囲第４項記載の半導体装置の製造方法。
6. （６）前記導電体の断面形状は、台形である、特許請求
   の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の半導体装
   置の製造方法。
7. （７）前記導電体の断面形状は、三角形である、特許請
   求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の半導体
   装置の製造方法。