JPH0410652A - 電界効果トランジスタを有する半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
電界効果トランジスタを有する半導体装置およびその製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
AMに適用される電界効果トランジスタおよびその製造
方法に関する。
Sトランジスタを用いたDRAMが知られている。第3
図は、従来のDRAMのメモリセル部の断面構造図であ
る。第3図を参照して、P型シリコン基板1表面には素
子分離用の厚いフィールド酸化膜2が形成されている。
コン基板1表面上にはトランスファゲートトランジスタ
3およびキャパシタ10が形成されている。
板1表面上にゲート酸化膜5を介して形成されたゲート
電極(ワード線)4cを備えている。ゲート電極4Cの
周囲は、絶縁酸化膜44で覆われている。絶縁酸化膜4
4のゲート電極4Cの側壁部はサイドウオール構造を有
するサイドウオール44aが形成されている。またP型
シリコン基板1中にはゲート電極4Cに自己整合する位
置関係で低濃度のn−不純物領域43a、43bが形成
されている。さらに、サイドウオール44aに自己整合
する位置関係で高濃度のn+不純物領域53a、53b
が形成されている。このn不純物領域43a、43bと
n+不純物領域53a、53bとによっていわゆるLD
D (LightlyDoped Drain )が形
成されている。そして、このLDD構造の不純物領域が
ソース・ドレイン領域6a、6bとなる。なお、n−不
純物領域43a。
法によって形成される。
1と、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜あるいはシ
リコン窒化膜とシリコン酸化膜の多層膜などからなる誘
電体膜12と、不純物をドーピングしたポリシリコンか
らなる上部電極13との積層構造を有している。キャパ
シタ10は、下部電極11がトランスファゲートトラン
ジスタ3のゲート電極4Cの上部に形成されている。さ
らに、下部電極11の一部はトランスファゲートトラン
ジスタ3の一方のソース・ドレイン領域6aに接続され
ている。このように、キャパシタ10の一部がトランス
ファゲートトランジスタ3の上部に形成された構造を有
するものをスタックドキャパシタと称し、さらにこのよ
うなキャパシタを含むDRAMをスタックドタイプのD
RAMと称する。また、ソース・ドレイン領域6bには
、ビット線15が接続されている。さらに、フィールド
酸化膜2上には、ゲート電極4dが形成されている。
印加されたデータ信号に相当する電圧を、ゲート電極4
Cに電圧を印加することによりトランスファゲートトラ
ンジスタ3をONさせてキャパシタ10に、ビット線1
5に与えられたデータに相当する電荷が蓄えられるので
ある。逆にキャパシタ10に蓄積されたデータに相当す
る電荷を読出す場合には、ゲート電極4Cに所定の電圧
を印加してトランスファゲートトランジスタ3をONさ
せてキャパシタ10に蓄積された電荷に相当する電圧を
ビット線15から読出すのである。
ト線15が接続されるソース・ドレイン領域6bとキャ
パシタ10が接続されるソース・ドレイン領域6aの双
方をイオン注入法により形成していた。
表面にイオン打込みを行なう際に、基板表面に結晶欠陥
が生じるという不都合がある。また結晶欠陥はサイドウ
オール44aの形成時のエツチングや下部電極11への
不純物ドープによっても生じる。基板表面に結晶欠陥が
生じると、キャパシタ10に蓄積される電荷がその結晶
欠陥によりP型シリコン基板1側にリークするため、D
RAMのリフレッシュ特性が劣化するという問題点があ
った。一方ビット線15が接続されるソース・ドレイン
領域6bでは、その表面に結晶欠陥が生じたとしても、
ビット線15を介して外部から電源供給があるため、結
晶欠陥による影響は少ない。
れるソース・ドレイン領域6aをイオン注入法ではなく
熱拡散法により形成するものが提案されている。これら
は、たとえば、特開昭64−80065号公報に開示さ
れている。第4図は、第3図に示したキャパシタが接続
されるソース・ドレイン領域を熱拡散法により形成した
場合の拡散状態を説明するための断面構造図である。第
4図を参照して、n−不純物領域43aはイオン注入に
よるダメージが少ないため従来と同様にイオン注入法に
より形成する。その後、不純物がドープされた下部電極
11を熱処理することにより下部電極11に含まれる不
純物をP型シリコン基板1中に拡散するというものであ
る。しかし、この熱拡散を用いてソース・ドレイン領域
6aを形成するという方法では、結晶欠陥をソース・ド
レイン領域6a内に閉じ込めるためにソース・ドレイン
領域を深くする必要がある。ところが、この熱拡散法に
よる方法では、ソース・ドレイン領域6aの深さを深く
するに従って横方向の拡散も進み、ゲート電極4Cの下
まで拡散してしまうという不都合が生じる。このような
場合には、トランスファゲートトランジスタ3の実効チ
ャネル長が短くなり、いわゆるショートチャネル効果が
大きくなるという問題点が生じる。この対策として、ゲ
ート電極4Cの両側のサイドウオール44aを均一に厚
くする方法も考えられるが、LDD構造を構成するn−
不純物領域43bは、pn接合の接合領域を緩やかにす
ることにより電界強度を緩和してホットキャリアの生成
を抑制するものであるため、その拡散幅および不純物濃
度を厳密に制御することが要求される。したがって、そ
のn−不純物領域43bの拡散幅を自己整合的に制御す
る要素となるサイドウオール44aの幅も厳密に制御す
る必要がある。その結果、サイドウオール44aの幅を
単純に広くするということはできないのである。つまり
、従来では、基板表面の結晶欠陥を低減するために熱拡
散法を採用するとショートチャネル効果が大きくなって
しまうという問題点があり、ショートチャネル効果を有
効に防止しながら基板表面の結晶欠陥を低減することは
困難であった。
たもので、基板表面の結晶欠陥を有効に低減す、るとと
もにショートチャンネル効果をも有効に防止することが
可能な電界効果トランジスタおよびその製造方法を提供
することを目的とする。
され、その一端がチャネル領域の一端と接する第1の不
純物領域と、半導体基板の表面に形成され、その一端が
チャネル領域の他端に接し、その最大深さが第1の不純
物領域の最大深さより深く形成された第2の不純物領域
と、半導体基板のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介し
て形成されたゲート電極と、ゲート電極の第1の不純物
領域側の側壁に形成された第1の側壁絶縁膜と、第1の
側壁絶縁膜の側面に接するとともに、第1の不純物領域
に電気的に接続され、所定電位が印加される第1の導電
層と、ゲート電極の第2の不純物領域側の側壁に形成さ
れ、第1の側壁絶縁膜の幅より広い第2の側壁絶縁膜と
、第2の側壁絶縁膜の側面に接するとともに第2の不純
物領域に電気的に接続される第2の導電層とを含む。
してゲート電極を形成するステップと、半導体基板上お
よびゲート電極上に第1の絶縁膜を形成し、エツチング
することによりゲート電極の側壁部に第1の側壁絶縁膜
を形成するステップと、第1の側壁絶縁膜をマスクとし
て不純物をイオン注入することにより第1の不純物領域
を形成するステップと、第1の不純物領域および第1の
側壁絶縁膜上に第1の導電層および第2の絶縁膜を形成
し所定形状にパターニングするステップと、半導体基板
の全面に第3の絶縁膜を形成し異方性エツチングを行な
うことにより第1の導電層の側壁部および第1の側壁絶
縁膜の側壁部に第2の側壁絶縁膜を形成するステップと
、第2の側壁絶縁膜上およびゲート電極の第2の側壁絶
縁膜が形成される側の半導体基板上に不純物が導入され
た第2の導電層を形成するステップと、熱処理を施し第
2の導電層に導入された不純物を半導体基板中に拡散さ
せて第2の不純物領域を形成するステップとを含む。
端がチャネル領域の一端と接する第1の不純物領域が形
成され、半導体基板の表面にその一端がチャネル領域の
他端に接しその最大深さが第1の不純物領域の最大深さ
より深く形成された第2の不純物領域が形成され、半導
体基板のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲート
電極が形成され、ゲート電極の第1の不純物領域側の側
壁に第1の側壁絶縁膜が形成され、第1の側壁絶縁膜の
側面に接するとともに第1の不純物領域に電気的に接続
されるように所定電位が印加される第1の導電層が形成
され、ゲート電極の第2の不鈍物領域側の側壁に第1の
側壁絶縁膜の幅より広い第2の側壁絶縁膜が形成され、
第2の側壁絶縁膜の側面に接するとともに第2の不純物
領域に電気的に接続されるように第2の導電層が形成さ
れるので、第2の導電層と第2の不純物領域との接合領
域に生じる結晶欠陥が第2の不純物領域により有効に覆
われる。
してゲート電極が形成され、半導体基板上およびゲート
電極上に第1の絶縁膜が形成されてエツチングされるこ
とによりゲート電極の側壁部に第1の側壁絶縁膜が形成
され、第1の側壁絶縁膜をマスクとして不純物がイオン
注入されることにより第1の不純物領域が形成され、第
1の不純物領域および第1の側壁絶縁膜上に第1の導電
層および第2の絶縁膜が形成されて所定形状にパターニ
ングされ、半導体基板の全面に第3の絶縁膜が形成され
て異方性エツチングされることにより第1の導電層の側
壁部および第1の側壁絶縁膜の側壁部に第2の側壁絶縁
膜が形成され、第2の側壁絶縁膜上およびゲート電極の
第2の側壁絶縁膜が形成される側の半導体基板上に不純
物が導入された第2の導電層が形成され、熱処理が施さ
れて第2の導電層に導入された不純物が半導体基板中に
拡散されて第2の不純物領域が形成されるので、第2の
側壁絶縁膜により、第2の導電層に導入された不純物が
横方向に拡散してゲート電極下に拡散することが抑制さ
れる。
。
造図である。第1図を参照して、DRAMは、メモリセ
ルアレイ部101と周辺回路部102とから構成されて
いる。メモリセルアレイ部101は、トランスファゲー
トトランジスタ3と、キャパシタ10とから構成されて
いる。トランスファゲートトランジスタ3は、P型シリ
コン基板1表面に形成された1対のソース・ドレイン領
域6a、6bと、ソース・ ドレイン領域6a、6bの
間に位置するP型シリコン基板1の表面上にゲート絶縁
膜5を介してそれぞれ形成されたゲート電極4b、4c
とを備える。ゲート電極4b14Cは絶縁酸化膜20お
よびサイドウオール20a。
トレージノード)11と誘電体層12と上部電極(セル
プレート)13との積層構造から構成される。下部電極
11は、フィールド酸化膜2に隣接して形成されたソー
ス・ドレイン領域6aに接続されたベース部分11aと
、このベース部分11aの最外周に沿って鉛直方向に延
びて形成された立壁部分11bの2つの部分とからなる
。
量部分を構成することとなるので微細化された場合に一
定容量を確保するのに有効である。
ドレイン領域6bにはビット線15が接続されている。
eが形成されており、そのゲート電極4d、4eを覆う
ように絶縁酸化膜20が形成されている。上部電極13
上には層間絶縁層22が形成されており、層間絶縁層2
2上にはゲート電極4b、4c、4d、4eに対応する
位置に配線層18がそれぞれ形成されている。配線層1
8を覆うように保護膜23が形成されている。
ンジスタ30が形成されている。すなわち、P型シリコ
ン基板1上にソース・ドレイン領域33a、33bがM
OS)ランジスタ30に対応した数だけ形成されており
、それらのMOSトランジスタはフィールド酸化膜2に
よってそれぞれ分離されている。ソース・ドレイン領域
33aには、配線層16が接続されており、ソース・ド
レイン領域33bには、配線層17が形成されている。
トプラグ19を介して配線層18が形成されている。ま
た、1対のソース・ドレイン領域33a、33bの間に
はゲート酸化膜32を介してゲート電極31が形成され
ている。ゲート電極31を覆うように絶縁酸化膜20お
よびサイドウオール20a、20bが形成されている。
1が介在されている。
来構造に比べて本実施例が特徴とするのは、サイドウオ
ール20aおよびソース・ドレイン領域6aである。す
なわち、サイドウオール20aの幅は、ビット線15が
接続される側のサイドウオール20bの幅より広く形成
されており、ソース・ドレイン領域6aは、ソース・ド
レイン領域6bより深く形成されている。このように構
成することによってキャパシタ10の下部電極11とソ
ース・ドレイン領域6aとの接合領域に生じる結晶欠陥
がソース・ドレイン領域6a内に収まり、結晶欠陥によ
る悪影響を低減することができる。
アレイ部のトランスファゲートトランジスタと周辺回路
部のMOSトランジスタの製造プロセスを説明するため
の断面構造図である。第2A図ないし第2H図を参照し
て、次に製造プロセスについて説明する。まず、第2A
図に示すように、P型シリコン基板1上に5i02から
なる酸化膜41を形成する。酸化膜41上にゲート電極
4c、31となるポリシリコン層を形成し、SiO2か
らなる酸化膜42を形成する。第2B図に示すように、
As(砒素)またはP(リン)をイオン注入することに
より、たとえば1×1013〜3×1014/Cm2の
濃度を有するn−不純物領域43を形成する。第2C図
に示すように、全面に5i02からなる酸化膜を形成し
て異方性エツチングを行なうことによりサイドウオール
20bおよび絶縁酸化膜20を形成する。第2D図に示
すように、後述するメモリセルのキャパシタが接続され
るn−不純物領域43およびゲート電極4C上にレジス
ト45を形成する。レジスト45をマスクとしてAsを
イオン注入することにより、たとえば、1×1015〜
6×1015/Cm2の不純物濃度を有するn+不純物
領域44を形成する。
n+不純物領域44によりソース・ドレイン領域6b、
33a、33bが形成される。ソース・ドレイン領域6
b、33a、33b上に形成された酸化膜をRIEを用
いて除去する。全面にポリシリコン層および5i02か
らなる絶縁酸化膜21を形成した後、所定形状にパター
ニングしてソース・ドレイン領域6b上にビット線15
および絶縁酸化膜21を形成し、ソース・ドレイン領域
33a上に配線層16および絶縁酸化膜21を形成する
。なお、ビット線15および配線層16にはAsのイオ
ン注入が行なわれている。次に第2F図に示すように、
全面に5i02からなる酸化膜を形成し、異方性エツチ
ングを行なうことにより、ビット線15.配線層16の
側壁部およびゲート電極4c、31の側壁部にサイドウ
オール21a、20aを形成する。これによって、ゲー
ト電極4c、31の両側の側壁部のサイドウオール20
a、20bは、サイドウオール20aがサイドウオール
20bより幅が広く形成された形となる。この後、第2
G図に示すように、n−不鈍物領域43およびソース・
ドレイン領域33b上に、ポリシリコン層にP(リン)
を注入しながら形成したキャパシタの下部電極を構成す
るベース部分11aおよび配線層17をそれぞれ形成す
る。次に第2H図に示すように、ベース部分11aが接
続されたn−不純物領域43(第2G図参照)に、ベー
ス部分11aに導入されたP(リン)を熱拡散法を用い
て拡散させる。この熱拡散の条件としては、たとえば、
850℃で5時間以内という条件が考えられる。これに
よって、ソース・ドレイン領域6aが形成される。ここ
で、まず、本実施例によって形成されたサイドウオール
20a、20bの幅S、、S2を比較すると、S、はた
とえば1000人に形成され、S2は1500〜200
OAとなるように形成される。このようにサイドウオー
ル20aの幅を厚くすることにより、ベース部分11a
に導入されたリンが熱拡散により拡散する場合にその拡
散深さを深くしたとしても、n−不純物領域43を超え
て拡散が進むことはなく、ゲート電極4c下にソース・
ドレイン領域6aが形成されることもない。したがって
、従来問題となっていたキャパシタの下部電極を構成す
るベース部分11aが接続されるソース・ドレイン領域
6aを熱拡散により深く形成した場合に、実効チャネル
長が短くなるという不都合はなく、ショートチャネル効
果を有効に防止することができる。その結果、従来困難
であったキャパシタとキャパシタが接続される不純物領
域との接合領域における結晶欠陥を有効に防止しながら
、しかもショートチャネル効果を有効に防止することが
できることとなった。なお、ソース・ドレイン領域6a
の拡散深さx2は、たとえば1500〜200OAに形
成されており、ソース・ドレイン領域6bの拡散深さは
たとえば100OAで形成されている。また、本実施例
では、ソース・ドレイン領域6aおよび6bの両方をL
DD構造としたが、本発明はこれに限らず、ソース・ド
レイン領域6bはLDD構造とせずにソース・ドレイン
領域6aのみLDD構造を有するものであってもよい。
た後、数工程のプロセスを経て第1図に示したDRAM
が形成される。ここで、本実施例のDRAMでは、サイ
ドウオール20aの厚みを厚くすることおよびキャパシ
タ10が接続されるソース・ドレイン領域6aを熱拡散
法により深く形成することにより、キャパシタ10とソ
ース・ドレイン領域6aとの接合領域に生じる結晶欠陥
を有効に低減できるとともにさらにトランスファゲート
トランジスタ3のショートチャネル効果を有効に防止す
ることができる。この結果、キャパシタ10に蓄積され
た電荷のリークを有効に防止でき、リフレッシュ特性が
向上できるとともにトランスファゲートトランジスタ3
のトランジスタ特性を向上させることができる。
端がチャネル領域の一端と接する第1の不純物領域を形
成し、半導体基板の表面にその一端がチャネル領域の他
端に接しその最大深さが第1の不純物領域の最大深さよ
り深く形成された第1の不純物領域を形成し、半導体基
板のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極
を形成し、ゲート電極の第1の不純物領域側の側壁に第
1の側壁絶縁膜を形成し、第1の側壁絶縁膜の側面に接
するとともに第1の不純物領域に電気的に接続されるよ
うに所定電位が印加される第1の導電層を形成し、ゲー
ト電極の第2の不純物領域側の側壁に第1の側壁絶縁膜
の幅より広い第2の側壁絶縁膜を形成し、第2の側壁絶
縁膜の側面に接するとともに第2の不純物領域に電気的
に接続されるように第2の導電層を形成することにより
、第2の導電層と第2の不純物領域との接合領域に生じ
る結晶欠陥が第2の不純物領域により有効に覆われるの
で、基板表面の結晶欠陥を有効に低減することができる
。
してゲート電極を形成し、半導体基板上およびゲート電
極上に第1の絶縁膜を形成しエツチングすることにより
ゲート電極の側壁部に第1の側壁絶縁膜を形成し、第1
の側壁絶縁膜をマスりとじて不純物をイオン注入するこ
とにより第1の不純物領域を形成し、第1の不純物領域
および第1の側壁絶縁膜上に第1導電層および第2の絶
縁膜を形成し所定形状にパターニングし、半導体基板の
全面に第3の絶縁膜を形成し異方性エツチングを行なう
ことにより第1の導電層の側壁部および第1の側壁絶縁
膜の側壁部に第2の側壁絶縁膜を形成し、第2の側壁絶
縁膜およびゲート電極の第2の側壁絶縁膜が形成される
側の半導体基板上に不純物が導入された第2の導電層を
形成し、熱処理を施し第2の導電層に導入された不純物
を半導体基板中に拡散させて第2の不純物領域を形成す
ることにより、第2の側壁絶縁膜により第2の導電層に
導入された不純物が横方向に拡散してゲート電極下に拡
散することが抑制されるので、ショートチャネル効果を
有効に防止することができる。
図、第2A図ないし第2H図は第1図に示したメモリセ
ルアレイ部のトランスファゲートトランジスタと周辺回
路部のMOS)ランジスタの製造プロセスを説明するた
めの断面構造図、第3図は従来のDRAMのメモリセル
部を示した断面構造図、第4図は熱拡散法により第3図
に示したキャパシタが接続されるソース・ドレイン領域
を形成した場合の拡散状態を説明するための断面構造図
である。 図において、1はP型シリコン基板、3はトランスファ
ゲートトランジスタ、4b、4c、4d。 4eはゲート電極、6a、6bはソース・ドレイン領域
、10はキャパシタ、20aはサイドウオールである。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (2)
- (1)半導体基板の表面に形成され、その一端がチャネ
ル領域の一端と接する第1の不純物領域と、 前記半導体基板の表面に形成され、その一端が前記チャ
ネル領域の他端に接し、その最大深さが前記第1の不純
物領域の最大深さより深く形成された第2の不純物領域
と、 前記半導体基板のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介し
て形成されたゲート電極と、 前記ゲート電極の前記第1の不純物領域側の側壁に形成
された第1の側壁絶縁膜と、 前記第1の側壁絶縁膜の側面に接するとともに、前記第
1の不純物領域に電気的に接続され、所定電位が印加さ
れる第1の導電層と、 前記ゲート電極の前記第2の不純物領域側の側壁に形成
され、前記第1の側壁絶縁膜の幅より広い第2の側壁絶
縁膜と、 前記第2の側壁絶縁膜の側面に接するとともに前記第2
の不純物領域に電気的に接続される第2の導電層とを含
む、電界効果トランジスタ。 - (2)半導体基板の表面に形成された第1の不純物領域
および第2の不純物領域と、前記第1および第2の不純
物領域によって形成されるチャネル領域上にゲート絶縁
膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の
側壁に形成された側壁絶縁膜と、前記側壁絶縁膜に接す
るとともに前記第1の不純物領域に電気的に接続された
第1の導電層と、前記側壁絶縁膜に接するとともに前記
第2の不純物領域に電気的に接続された第2の導電層と
を備えた電界効果素子の製造方法であって、 前記半導体基板上に絶縁膜を介してゲート電極を形成す
るステップと、 前記半導体基板上および前記ゲート電極上に第1の絶縁
膜を形成し、エッチングすることにより前記ゲート電極
の側壁部に第1の側壁絶縁膜を形成するステップと、 前記第1の側壁絶縁膜をマスクとして不純物をイオン注
入することにより第1の不純物領域を形成するステップ
と、 前記第1の不純物領域および前記第1の側壁絶縁膜上に
第1の導電層および第2の絶縁膜を形成し、所定形状に
パターニングするステップと、前記半導体基板の全面に
第3の絶縁膜を形成し、異方性エッチングを行なうこと
により、前記第1の導電層の側壁部および前記第1の側
壁絶縁膜の側壁部に第2の側壁絶縁膜を形成するステッ
プと、前記第2の側壁絶縁膜上および前記ゲート電極の
前記第2の側壁絶縁膜が形成される側の前記半導体基板
上に不純物が導入された第2の導電層を形成するステッ
プと、 熱処理を施し、前記第2の導電層に導入された不純物を
前記半導体基板中に拡散させて第2の不純物領域を形成
するステップとを含む、電界効果トランジスタの製造方
法。
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---|---|---|---|
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KR1019910003241A KR940005887B1 (ko) | 1990-04-27 | 1991-02-28 | 전계효과 트랜지스터 및 그 제조방법 |
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DE4113733A DE4113733C2 (de) | 1990-04-27 | 1991-04-26 | Feldeffekttransistor, Verfahren zur Herstellung derselben und DRAM unter Verwendung desselben |
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US08/100,950 US5489791A (en) | 1990-04-27 | 1993-08-03 | Field effect transistor having impurity regions of different depths and manufacturing method thereof |
US08/555,414 US5672533A (en) | 1990-04-27 | 1995-11-09 | Field effect transistor having impurity regions of different depths and manufacturing method thereof |
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