JPH02106043A - 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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JPH02106043A
JPH02106043A JP63260057A JP26005788A JPH02106043A JP H02106043 A JPH02106043 A JP H02106043A JP 63260057 A JP63260057 A JP 63260057A JP 26005788 A JP26005788 A JP 26005788A JP H02106043 A JPH02106043 A JP H02106043A
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JP
Japan
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gate electrode
forming
semiconductor device
mask
resist pattern
Prior art date
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Pending
Application number
JP63260057A
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English (en)
Inventor
Keiichi Kagawa
恵一 香川
Shohei Shinohara
篠原 昭平
Kiyoyuki Morita
清之 森田
Akio Miyajima
明夫 宮島
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26Bombardment with radiation
    • H01L21/263Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H01L21/266Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation using masks

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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の製造方法に関し、特に相補型MO
8集積回路(0MO8LSI)の製造に用いれば好適な
ものである。
従来の技術 近年、0MO8LSIの発展には目ざましいものがあり
、特に低消費電力という長所を十分生かせるという意味
合いで、その高集積化は他の半導体装置の追随を許さな
い。さて従来のCMOS LSIの製造方法のプロセス
フローは種々提案されているが、最近では例えば、小柳
光正著サブミクロンデバイスI(丸善株式会社発行電子
材料シリーズ)の第26頁から27頁に記述されている
しかし微細化が進むに連れ工程がより複雑になると共に
、新たな構造及びそれに伴う工程変更を提案する必要が
出ている。最近のLSI開発にとって非常に大きな問題
となっているものにホットキャリア効果が上げられ、こ
の事については武田英次著ホットキャリア効果(日経マ
グロウヒル社発行)に詳しく記述されている。それはM
OSデバイスの素子寸法がスケーリング則に従って小さ
く。
なったにもかかわらず印加される電源電圧が減少せず、
従来の5ボルトのままであるために生じるものである。
つまりMOSデバイス内部に生ずる高電界が電子の離脱
減少を引き起こし、その際に発生する高エネルギーを持
ったいわゆるホットキャリアがMOSデバイスのゲート
酸化膜中に捕捉され、素子特性の劣化につながることが
原因である。その対策の一つとしてLDD (緩傾斜ド
レイン)構造なるものが提案され、現在の1μm近辺の
デバイスではよく使われている。そのことを加味LNM
OSデバイスのソースドレイン形成前後の製造方法を、
上述の0MO8LSIのプロセスフローに加えたものを
最近の従来例として以下に示す。
第3図(a) 〜(d)に従来のCMOSデバイスのプ
ロセスフロー図を示す。第3図(a)に示すようにシリ
コン基板1にNMO8が形成されるPウェル2とPMO
8が形成されるNウェル3を設け、各々の素子は厚いフ
ィールド酸化膜4で分離されている。薄いゲート酸化膜
(10〜25nm)5を施したのち低抵抗ゲート電極(
不純物の導入された多結晶シリコンあるいは金属)6を
形成する。つぎに第3図(b)に示すようにNウェル3
側をレジストパターン7で覆い、例えば燐をイオン注入
(加速電圧40 K e V、  注入量1〜3E 1
3/cm2) L、表面濃度が〜I E 18 / c
 m3程度になるようにn−層8を形成する。この部分
が前述の高電界を弱めるところとなる。この時レジスト
パターン7の形成は第3図(e)に示すように石英基板
21上にクロムからなるNDパターン22を有するND
マスク20を使用する。次に第3図(C)に示すように
更にこの外側に、いわゆるソースドレインとなる高濃度
層を形成する為の位置決めの役割を為す側壁(以下サイ
ドウオールと記述)9を形成する。全面に絶縁膜を形成
した後、その膜厚骨だけを垂直に異方性エッチバックを
行えば容易に実現できる。サイドウオール9を形成した
後、第3図(d)に示すようにNウェル層3をレジスト
パターン7で被覆した後、高濃度のソースドレイン層1
0をヒ素(As)のイオン注入(加速電圧40〜80K
eV、4 N8E15/am2)により形成する。この
時レジストパターン17の形成はNDマスク20を使用
する。こうすることにより、緩やかな濃度勾配をもつソ
ースドレイン層が形成されたことになり、局所的な高電
界をかなり緩和できることになる。当然、この時ゲート
電極6にもヒ素は注入されている。なおこの従来例は、
より問題となっているNチャネル側のみの電界緩和例を
示したが、Pチャネル側も必要に応じて実施すればよい
。同様にPチャネル側も形成した後は、通常のプロセス
(先述の文献など)に従えばよい。
発明が解決しようとする課題 従来の製造方法によれば、ソースドレイン層の形成のた
めのイオン注入時に、ゲート電極へのチャネリングが生
じるという問題があった。つまりゲート電極である多結
晶シリコンのグレイン中を、多量の燐もしくはヒ素が深
く進入して基板に達し、素子特性を劣化させると思われ
る。上述のチャネリング問題は、絶縁膜上(ゲート酸化
膜)に成長させた多結晶シリコンが面配向性を持つため
、注入されるイオンが、粒界に沿っであるいはグレイン
中の特定の面方位に向かって、特定の方向に非常に奥深
(まで到達するために生じる。この現象はゲート酸化膜
が薄く、又ゲート長が短くなればより顕著になることが
確かめられており、ゲート長が0. 8  μm1  
ゲート酸化膜厚がtenmの8MO8に於て、n−層の
注入を燐(40K e V。
2E13/cmす、n+ソースドレイン層の注入をヒ素
(80KeV、8E15/cm2)で実施した場合、約
10%の8MO8に第4図(a)のようなハンプ形状を
もつIDD (ドレイン電流)−VG(ゲート電圧)特
性がみられた。また第4図(b)はNMO3の正常なI
 DD−VG特性図である。他の報告例として例えば、
電子通信学会技術研究報告5SD86−1の第1頁から
第8頁にも詳しく記述されている。こうしたチャネリン
グ効果の防止法として■ゲート電極である多結晶シリコ
ンの配向性をなくす、■ゲート電極上にのみ絶縁膜を形
成し、注入のストッパーとする、■イオン注入の加速電
圧を下げる、等の対策が考えられる。しかし■技術的に
複雑な問題が残る(多結晶シリコンの堆積時の高度な?
li制御が必要、および堆積からイオン注入前までの工
程で高温熱処理を受けるため非晶質の維持が困難)■ゲ
ート電極上とソースドレイン領域上でのコンタクト開孔
時の膜厚が異なる■実現は容易であるが、注入部の抵抗
やリークの確認が必要であり、更に発生確率は減るが完
全消滅は無理と思われる等の課題が残る。
本発明は、上述の問題点に鑑みて為されたもので、注入
されたイオンがゲート電極中に入り込むのをレジストで
防ぐことによって、素子の特性劣化を防ぐことが出来る
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は上述の問題点を解決するため、イオン注入時に
ゲート電極上にレジストを被覆させるという構成を備え
たものである。
作用 本発明は上述の構成によって、加速されたイオンがソー
スドレイン領域には注入されるが、ゲート電極にはなん
ら注入がなされないために、理想的な素子特性を得る事
が可能となる。
実施例 第1図(a)〜(d)に本発明の第一の実施例によるプ
ロセスフロー図を示す。第1図(a)に示すようにシリ
コン基板1にNMO3が形成されるPウェル2とPMO
Sが形成されるNウェル3を設ける。各々の素子は50
0nm程度の厚いフィールド酸化膜4で分離されている
。薄いゲート酸化膜(10〜25nm)5を形成した後
、高1度に不純物の導入された多結晶シリコンを〜30
0nm堆積しゲート電極6加工を行う。この加工に於い
てはいわゆるフォトリソグラフィー技術とドライエツチ
ング技術を使用するが、用いるマスクはPSパターン2
3を存するPS (Poly S i)マスクと称する
ものである。つぎに第1図(b)に示すようにNウェル
3側をレジストパターン7で覆い、燐をイオン注入(加
速電圧40 K e V。
注入ff11〜3E13/am’)L、表面濃度が〜I
E18/cm”程度になるようにn−層8を形成する。
この時レジストパターンの形成はNDパターン22を有
しN領域に形成するND(N  Deflnltlon
)マスクと称するものを用いている。次に基板全面にC
VD5i02膜を150〜250nm堆積した後、異方
性エツチングつまり垂直方向のみに前記CVDSiO2
の堆積膜厚骨をエツチングし、ゲート電極6の側面部に
0.15〜0.25μm幅のサイドウオール9を形成す
ると第1図(C)のようになる。次に第1図(d)に示
す様にゲート電極6上を覆うレジストパターン11とN
ウェル3を覆うレジストパターン12を形成した後、ソ
ースドレイン注入を行う。この時、前述のPSマスクと
NDマスクの2枚を使用してパターン形成しても良いが
、これら2つの論理和をとった(PS+ND)7スク2
4(第1図(e)図)を用意することが望ましい。そう
する事によって従来のN l)マスクのみを用いる工程
となんら変わりなく、ただマスクを(PS+ND)マス
ク24に変更するだけで済む。こうする事によってソー
スドレイン注入時に、ゲート電極6にイオンが注入され
る事を防ぐことが可能となる。この場合、サイドウオー
ル9が既に形成されているため、サイドウオール9の端
部が自己整合的にソースドレイン端部を決定する。また
、レジストパターン11形成の時、サイドウオール9が
あるためサイドウォ−ル9の幅(0,15〜0. 25
 、czm)程度のマスク合わせずれ、あるいは寸法誤
差は何等問題となりえない。
第2図(a)〜(C)は本発明による第二の実施例によ
るプロセスフロー図を示す。表面濃度が〜IE18/c
m’程度になるように、n−層8を形成する所までは第
1図に示したものと変わりはない。次に第2図(d)に
示すように(P S +ND)マスク24のうち28部
のみ0.3〜0.5μm広くしたPS拡張パターン25
を有する(PS拡張+ND)マスク26を用意し、フォ
トリソグラフィー技術により第2図(C)に示すように
ゲート電極6の側面および上部を覆うレジストパターン
13とNウェル3を覆うレジストパターン14を形成す
る。しかる後、ソースドレイン形成用のイオン注入を実
施する。この時レジストパターン13は注入イオンがゲ
ート電極6の通過を防止するためだけでなくサイドウオ
ール9の役目も兼ねている。以上の2つの実施例から明
らかなように、ゲート電極6がレジストに覆われること
によって、何等の注入イオンもゲート電極6を通過する
ことが出来ない。なお、本実施例ではNチャネルMO8
に限定して話を進めてきたがPMO8の場合も同様にP
ウェルを覆うマスクとPSマスクとの論理和をとったマ
スクを採用しても良い。
ただPMO8の場合、原因はよく分からないがハンプ現
象の見つかる確率は極めて低そうである。
更に、本実施例では両ウェル形式のCM OS +M造
であったが、P型シリコン基板を用いたNウェル、N型
シリコン基板を用いたPウェルの様に片ウェル方式の0
MO8であっても良い。又以上の説明は高濃度のソース
ドレイン注入に重きを於いたが、n−層を形成する場合
でも同様なチャネリング効果があるならば第1.2図(
b)図の場合もPS+NDマスク24を使用すると良い
し、ゲート電極6は多結晶シリコンではなくシリサイド
構造や金属ゲートであっても構わない。
さらに以上の説明はシリコン基板を用いたがGaAs等
の化合物半導体基板を用いても良いことは言うまでもな
い。
なお上記実施例は0MO3構造であるが、本発明はこれ
に限ることなく0MO8構造以外FET構造全般に適応
することができる。
発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は、ゲート電極
をレジストで覆うことによって、イオン注入のチャネリ
ング効果を防止するため、素子特性の劣化が無いという
効果を有するものである。
しかも新たな工程を追加する事なく、非常に簡易な方法
で可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は本発明の第一の実施例に於ける
CMOSトランジスタプロセスフロー図、第1図(e)
は第1図(d)のレジストパターン形成に用いるマスク
の断面図、第2図(a)〜(C)は本発明の第二の実施
例に於ける0MO8のプロセスフロー図、第2図(d)
は第2図(C)のレジストパターン形成に用いるマスク
の断面図、第3図(a)〜(d)は従来のプロセスフロ
ー図、第3図(e)は第3図(b)及び(d)のレジス
トパターン形成に用いるマスクの断面図、第4図(a)
は従来のプロセスフローを用いて作成したNMOSトラ
ンジスタのハンプ現象を示すIDD−VG特性図、第4
図(b)は従来のプロセスフローを用いて作成したNM
O8)ランジスタの正常なIDL)−VG特性図である
。 1・・・シリコン基[,2・・・Pウェル、3・・・N
ウェル、4・・・フィールド酸化膜、5・・壷ゲート酸
化膜、6・・・ゲート電極、7゜11.12.13.1
4・・・レジストパターン、8・・・n−層、9・・φ
サイドウオール、10Φ・拳ソースドレインJil、2
4・・・ (PS+ND)マスク、26・・・(PS拡
張+ND)マスク。 代理人の氏名 弁理士 栗野重孝 はか1名第 図 23 PSノでクーツ′ 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)半導体基板上にゲート酸化膜を形成する工程と、
    前記ゲート酸化膜上にゲート電極を形成する工程と、前
    記ゲート電極上全面にレジストパターンを形成する工程
    と、前記レジストパターンをマスクとしてイオン注入す
    ることを特徴とすることによリソースドレイン領域を形
    成する工程からなる半導体装置の製造方法。 (2)ゲート電極形成後、前記ゲート電極の周囲に側壁
    を形成する工程とからなることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。 (3)NMOSトランジスタのゲート電極上と、PMO
    Sトランジスタの能動領域もしくはPMOSトランジス
    タのゲート電極上と、NMOSデバイスの能動領域にレ
    ジストパターンを形成する工程と、前記レジストパター
    ンをマスクとしてイオン注入することによりソースドレ
    イン領域を形成する工程からなる半導体装置の製造方法
    。 行う工程とからなる事を特徴とする半導体装置の(4)
    ゲート電極形成後、前記ゲート電極の周囲に側壁を形成
    する工程とからなる特許請求の範囲第3項記載の半導体
    装置の製造方法。 (5)NMOSトランジスタのゲート電極上とPMOS
    トランジスタの能動領域もしくはPMOSトランジスタ
    のゲート電極上と、NMOSデバイスの能動領域にを規
    定する半導体装置製造用マスクを用いることを特徴とす
    る特許請求の範囲第3項または第4項記載の半導体装置
    の製造方法
JP63260057A 1988-10-14 1988-10-14 半導体装置の製造方法 Pending JPH02106043A (ja)

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US07/418,039 US5030582A (en) 1988-10-14 1989-10-06 Method of fabricating a CMOS semiconductor device
US07/900,743 US5273914A (en) 1988-10-14 1992-06-19 Method of fabricating a CMOS semiconductor devices

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JP63260057A JPH02106043A (ja) 1988-10-14 1988-10-14 半導体装置の製造方法

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JPH02106043A true JPH02106043A (ja) 1990-04-18

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5290717A (en) * 1990-04-27 1994-03-01 Kawasaki Steel Corporation Method of manufacturing semiconductor devices having a resist patern coincident with gate electrode
EP0771021A3 (en) * 1990-06-26 1998-01-07 AT&T Corp. Transistor fabrication method
US5976925A (en) * 1997-12-01 1999-11-02 Advanced Micro Devices Process of fabricating a semiconductor devise having asymmetrically-doped active region and gate electrode

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0771021A3 (en) * 1990-06-26 1998-01-07 AT&T Corp. Transistor fabrication method
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