JPH01226176A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH01226176A
JPH01226176A JP5150388A JP5150388A JPH01226176A JP H01226176 A JPH01226176 A JP H01226176A JP 5150388 A JP5150388 A JP 5150388A JP 5150388 A JP5150388 A JP 5150388A JP H01226176 A JPH01226176 A JP H01226176A
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JP
Japan
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drain
gate electrode
mask
impurity concentration
concentration layer
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JP5150388A
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English (en)
Inventor
Ryoichi Ito
良一 伊藤
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Hitachi Denshi KK
Original Assignee
Hitachi Denshi KK
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Publication date
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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〕 本発明は、半導体装置に関し、特に、ソース。
ドレインのチャネル側に低不純物濃度層を有するいわゆ
るL D D (Lightly Doped Dra
in)構造のMISFETを備えた半導体装置に適用し
て有効な技術に関するものである。
〔従来の技術〕
MISFETの微細化技術は、実用レベルでそのゲート
長が1μm以下という段階にまで到達している。この微
細化に伴ってMISFETには電界集中によるドレイン
耐圧の低下、ホットエレクトロンの発生等の問題が生じ
てくる。この問題を解決する方法としては、ソース、ド
レイン領域のチャネル側に低不純物濃度領域を形成する
いわゆるLDD構造にして、ドレイン領域の電界集中を
緩和する方法が一般的となっている。
さて、従来のLDD構造のドレインを形成する方法は、
第5図乃至第8図に示すように行っていた。
すなわち、第5図に示すように、まず最初に、例えばp
−型のシリコン基板1の表面を熱酸化してMISFET
のゲート絶縁膜2を形成する9次に、ゲート絶縁膜2の
上に化学気相成長法(以下、CVDという)により多結
晶シリコン膜30を形成し、これにn型不純物(リン又
はヒ素)を熱拡散して導電化させる。次に、第6図に示
すように、前記多結晶シリコン膜30をホトエツチング
によりパターニングしてゲート電極31を形成する。次
に、ゲート電極31をマスクにして、イオン打込みIA
でシリコン基板1の主面部に所定の不純物を導入して、
LDD構造のソース、ドレインの低不純物濃度MCn層
)5Aを形成する。次に、第7図に示すように、CVD
でシリコン基板1上の全面に例えば窒化シリコン膜40
を形成する。次に、前記窒化シリコン膜40を反応性イ
オンエツチング(以下、RIEという)等の方向性のよ
いドライエツチング法で、ゲート電極31上の窒化シリ
コン膜40を完全に除去するまでエツチングして、第8
図に示すように、ゲート電極31の側壁のみに窒化シリ
コン[40を残す、この後、窒化シリコン膜40とゲー
ト電極31をマスクにして、イオン打込みIBでシリコ
ン基板1の主面部に所定の不純物を導入して、LDD構
造のソース、ドレインの高不純物濃度層(n4層>5B
を形成する。この後、シリコン基板1のアニールを行っ
て、ソース、ドレイン全体すなわち低不純物濃度層5A
と高不純物濃度層5Bを活性化させて、LDD構造のソ
ース、ドレインを形成する。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかルながら、前述したように、前記ゲート電極31の
側壁に残す窒化シリコン膜40は、シリコン基板上1の
全面に窒化シリコン膜40を形成した後、これを方向性
のよいRIEでゲート電、極31の上面が露出するまで
エツチングして形成するものであるが、実際この窒化シ
リコン膜40のチャネル長方向の厚さtの制御は困難で
あり、ばらつきが生じ易い、このため、窒化シリコン膜
40とゲート電極31をマスクにしてイオン打込みをす
ることにより形成するLDD構造のソース、ドレインで
は、ゲート電極31の直下の低不純物濃度層5Aのチャ
ネル長方向の長さLdのばらつきが大きくなり、その結
果、ドレイン端部の耐圧やしきい値等のばらつきが生じ
るという問題があった。
また、イオン打込みのマスクとしての窒化シリコン膜4
0は、前述のように、まずシリコン基板1上の全面に窒
化シリコン膜40を形成した後、ゲート電極40の上面
が現われるまでエツチングして形成するため、製造工程
が長く複雑になるという問題もあった。
本発明の目的は、LDD構造のドレインのゲート電極の
直下の低不純物濃度層のチャネル長方向における長さの
ばらつきを低減して、ドレイン耐圧やしきい値等の電気
的特性の向上を図ることができる技術を提供することに
ある。
本発明の他の目的は、少くない工程でLDD構造のドレ
インを形成することができる技術を提供することにある
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は1本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。
〔課題を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち1代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
シリコン基板の主面部にMISFETのドレインを形成
する半導体装置の製造方法において、前記シリコン基板
の上にゲート絶縁膜を形成した後、該ゲート絶縁膜の上
に、チャネル長方向における上部の幅が下部の幅より大
きいゲート電極を形成し、この後、前記ゲート電極をイ
オン打込みのマスクにして、前記シリコン基板の主面に
対して斜め方向から所定の不純物を注入して前記ドレイ
ンの低不純物濃度層を形成し、次に、前記ゲート電極を
イオン打込みのマスクにして、前記シリコン基板の主面
に対してほぼ垂直方向から所定の不純物を注入して前記
ドレインの高濃度層を形成するものである。
〔作用〕
前述した手段によれば、チャネル長方向における上部の
幅が下部の幅より大きいゲート電極をマスクにして、前
記シリコン基板の主面に対して斜め方向から所定の不純
物を注入して前記ドレインの低不純物濃度層を形成し、
次に前記ゲート電極をイオン打込みのマスクにして、前
記シリコン基板の主面に対してほぼ垂直方向から所定の
不純物を注入して、前記ドレインの高濃度層を形成する
ので、LDD構造のドレインのゲート電極の直下の低不
純物濃度層のチャネル長方向における長さのばらつきを
低減して、ドレイン耐圧やしきい値等の電気的特性の向
上を図ることができる。
【実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。
第1図乃至第4図は、本発明の半導体装置の製造方法の
一実施例のMISFETの製造方法を説明するための製
造工程における断面図である。
本実施例では、ゲート電極の上部のチャネル長方向にお
ける長さを下部の長さより長く形成するが、これには多
結晶シリコン膜のエツチング速度が、その中のリンCP
)の濃度によって異なる性質を利用する。例えば、電子
通信学会技術報告5SD83−187.rシリコンのエ
ツチング反応に関する考察J 、p69に示されている
ように、ドライエツチングの場合、エツチング用ガスの
種類、成分等によってもエツチング速度が変化するが、
多結晶シリコン中のリン(P)濃度が増加すると多結晶
シリコンのエツチング速度が増加する。
この性質を利用して、MISFETのゲート電極用にリ
ン(P)の濃度が相異った2つの層の多結晶シリコン膜
を形成し、このうち下層の多結晶シリコン膜のリン(P
)濃度を上層の多結晶シリコン膜より高くしておけば、
ホトレジスト膜からなるマスクを使って上記2層の多結
晶シリコン膜をエツチングしたときに、上層の多結晶シ
リコン膜に比べ下層の多結晶シリコン膜は、より多くサ
イドエツチングされる。その結果、上層の多結晶シリコ
ン膜が下層の多結晶シリコン膜より幅広くなるので、ゲ
ート電極をチャネル長方向に切った断面形状は、Tの字
型をした「ひさし」構造となる。
すなわち、チャネル長方向におけるゲート電極の上部の
長さを下部の長さより良くすることができる。
そこで、本実施例のMISFETの製造方法は、まず第
1図に示すように、例えばP°型単結晶シリコンからな
るシリコン基板1の表面を熱酸化してゲート絶縁膜2を
形成し、この後例えばCVDでゲート絶縁膜2の上に多
結晶シリコン膜30Aを形成する。そして、この多結晶
シリコン膜30Aに例えば熱拡散によってn型不純物例
えばリン(P)を導入して、多結晶シリコン膜30Aの
導電化を図る。次に、多結晶シリコン膜30Aの上に例
えばCVD多結晶シリコン膜30Bを形成し、これにイ
オン打込みでn型不純物例えばリン(P)を導入して、
多結晶シリコン膜30Bの導電化を図る。ここで、LD
D構造のソース、ドレインの低不純物濃度M5Aの幅L
d (第4図)を制御するために、上層の多結晶シリコ
ン膜30Bと下層の多結晶シリコン膜30Aの差Lg、
すなわち多結晶シリコン膜30Bが多結晶シリコン膜3
OAより突き出た部分の長さLgは、正確に制御する。
そのため、前記多結晶シリコン膜30Aのリン(P)濃
度は、101021ato/cj以上の充分な高濃度に
する。一方、上層の多結晶シリコン膜30B中のリン(
P)の濃度は、多結晶シリコン膜30Aより充分に低く
、それでいて多結晶シリコン膜30Bに接続されるアル
ミニウム配線とオーミックコンタクトがとれるl O”
ato+ms/ d程度にする。この不純物濃度を正確
に制御するため、前記のようにイオン打込みで不純物の
導入を行う0次に、第2図に示すように、多結晶シリボ
ン膜30Bの上に、ゲート電極を形成するためのレジス
ト膜からなるマスク10を形成する0次に、マスク10
を使って、多結晶シリコン膜30B及び多結晶シリコン
膜30Aをドライエツチングで工ツチングして、第3図
に示しすように、ゲート電極31を形成する。エツチン
グに使ったマスク10は、エツチング後除去する。この
ゲート電極31は、下層の多結晶シリコン膜30Aのリ
ンCP)濃度が上層の多結晶シリコン膜30Bより高い
ので、多結晶シリコン膜3OAの側面のエツチング(サ
イドエツチング)が、多結晶シリコン膜30Bより速く
進み、チャネル長方向における断面形状はTの字型にな
る。なお、上記のTの字型のゲート電極31を形成する
場合、あらかじめ実験によりエツチング用ガス及び上層
の多結晶シリコン膜30Bのリン(P)濃度と、「ひさ
し」の長さLg(第4図)の関係を決めておく。
次に、多結晶シリコン膜30A、30Bの2層からなる
ゲート電極31をマスクにして、LDD構造のソース、
ドレインを形成するための所定の不純物のイオン打込み
を行うが、最初に前記ソース、ドレインの低不純物濃度
層5A(n型領域)を形成するため、第3図に示すよう
に、第1のイオン打込みIAを行う、このとき、シリコ
ン基板1を傾けてイオン打込みを行う。このときの傾き
角αは、シリコン基板1の上部からTの字型のゲート電
極31の下層の多結晶シリコン膜30Aを望むことがで
きる臨界の角度とする。このようにすると、前記ゲート
電極31の下層の多結晶シリコン膜30Aをマスクにし
てイオン打込みをして低不純物濃度層5Aを形成するこ
とができる。次に、第4図に示すように、LDD構造の
ソース、ドレインの高不純物濃度層5Bを形成するため
、第2のイオン打込みIBを行う、この第2のイオン打
込みIBは、通常通りシリコン基板1に対してほぼ垂直
方向から打込むようにする。この場合は、Tの字型のゲ
ート電極31の上層の多結晶シリコン膜30Bがマスク
となって高不純物濃度層5B (n”型領域)が形成さ
れる。この後、低不純物濃度層5Aと高不純物濃度層5
Bの活性化用の加熱アニールを行う。
以上の説明かられかるように、本実施例によれば、シリ
コン基板1の主面部にMISFETのドレインを形成す
る半導体装置の製造方法において、前記シリコン基板1
の上にゲート絶縁膜2を形成した後、該ゲート絶縁膜2
の上に、チャネル長方向における上部の幅が下部の幅よ
り大きいゲート電極31を形成し、この後、前記ゲート
電極31をイオン打込みのマスクにして、前記シリコン
基板1の主面に対して斜め方向から所定の不純物を注入
して前記ドレインの低・不純物濃度層5Aを形成し、次
に、前記ゲート電極31をイオン打込みのマスクにして
、前記シリコン基板1の主面に対してほぼ垂直方向から
所定の不純物を注入して、前記ドレインの高濃度層5B
を形成することにより、LDD構造のドレインのゲート
電極の直下の低不純物濃度J15Aのチャネル長方向に
おける長さのばらつきを低減して、ドレイン耐圧やしき
い値等の電気的特性の向上を図ることができる。
また、イオン打込み用マスク工程の少くない簡単な工程
でLDD構造のソース、ドレインを形成することができ
る。
以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。
(発明の効果〕 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
チャネル長方向における上部の幅が下部の幅より大きい
ゲート電極をマスクにして、前記シリコン基板の主面に
対して斜め方向から所定の不純物を注入して前記ドレイ
ンの低不純物濃度層を形成し、また前記ゲート電極をイ
オン打込みのマスクにして、前記シリコン基板の主面に
対してほぼ垂直方向から所定の不純物を注入して、前記
ドレインの高濃度層を形成するので、LDD構造のドレ
インのゲート電極の直下の低不純物濃度層のチャネル長
方向における長さのばらつきを低減して、ドレイン耐圧
やしきい値等の電気的特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第4図は、本発明の半導体装置の製造方法の
一実施例のMISFETの製造方法を説明するための製
造工程における断面図、第5図乃至第8図は、従来のL
DD構造のソース、ドレインの形成方法の問題点を説明
するための製造工程における断面図である。 図中、1・・・シリコン基板、2・・・ゲート絶縁膜、
30A、30B・・・多結晶シリコン層、31・・・ゲ
ート電極、10・・・レジスト膜からなるマスク、5A
・・・低不純物濃度層、5B・・・高不純物濃度層であ
る。 第1図 工4図 ′$5図 ↓ ↓ 番  ↓ C′10

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、シリコン基板の主面部にMISFETのドレインを
    形成する半導体装置の製造方法において、前記シリコン
    基板の上にゲート絶縁膜を形成した後、該ゲート絶縁膜
    の上に、チャネル長方向における上部の幅が下部の幅よ
    り大きいゲート電極を形成し、この後、前記ゲート電極
    をイオン打込みのマスクにして、前記シリコン基板の主
    面に対して斜め方向から所定の不純物を注入して前記ド
    レインの低不純物濃度層を形成し、次に、前記ゲート電
    極をイオン打込みのマスクにして、前記シリコン基板の
    主面に対してほぼ垂直方向から所定の不純物を注入して
    前記ドレインの高濃度層を形成することを特徴とする半
    導体装置の製造方法。 2、前記ゲート電極は、不純物濃度の高い第1導電膜を
    形成し、該第1導電膜の上に不純物濃度の低い第2導電
    膜を形成した後、前記第1導電膜と第2導電膜を同一の
    エッチングマスクを使ってパターニングして、チャネル
    長方向における上部の幅を下部の幅より大きく形成する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体
    装置の製造方法。
JP5150388A 1988-03-07 1988-03-07 半導体装置の製造方法 Pending JPH01226176A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03203243A (ja) * 1989-12-28 1991-09-04 Nec Corp 半導体装置の製造方法
JP2007067322A (ja) * 2005-09-02 2007-03-15 Denso Corp Ldd構造の半導体装置の製造方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03203243A (ja) * 1989-12-28 1991-09-04 Nec Corp 半導体装置の製造方法
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