JPH0428236A - 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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JPH0428236A
JPH0428236A JP13341990A JP13341990A JPH0428236A JP H0428236 A JPH0428236 A JP H0428236A JP 13341990 A JP13341990 A JP 13341990A JP 13341990 A JP13341990 A JP 13341990A JP H0428236 A JPH0428236 A JP H0428236A
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gate electrode
channel
implanted
source
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JP13341990A
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Yasushi Okuda
寧 奥田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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(よ 半導体大規模集積回路の分野に於ける電界
効果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 半導体集積回路の高集積化・高速化が進む中て大規模集
積回路に用いられる電界効果トランジスタもスケーリン
グによる微細化・高速化が図られている。それに伴し入
 電界効果トランジスタの動作時にドレイン近傍での電
界集中によって発生ずるホットキャリアの注入によるゲ
ート絶縁膜内の固定電荷や界面準位の形成が原因となる
素子特性の劣化が顕著になっており、スケーリングの大
きな障害になっている。今日で(よ ドレイン近傍の電
界を緩和しホットキャリア耐性を向上させるLD D 
(Lightly Doped Drain)構造のM
O3電界効果トランジスタが広く普及している。以下、
第3図および第4図を用いて従来の技術によるLDD構
造を有するMO8電界効果トランジスタの製造方法につ
いて説明する。
第3図(よ 素子分離領域4を有するp型半導体基板1
」−にゲート酸化膜12およびゲート電極13bを形成
した徴 イオン注入によってn−型半導体層11を形成
し 更に全面にシリコン酸化膜を所定の膜厚だけ堆積し
た後、異方性エツチングにより前記シリコン酸化膜を除
去してゲート電極13bの側壁にサイドウオール21を
残置さ+i(続いてイオン注入を用いてn+型ソース・
ドレイン層6をゲート電極13bに対して自己整合的に
形成することを特徴とするL D l)構造のnチャネ
ルM○S電界効果I・ランジスタを示す。このLDD構
造のMO8電界効果トランジスタでは ホットエレクト
ロンがサイドウオール21に注入されると丁1−型半導
体層11との界面付近に負の電荷が蓄積されるためη−
型型半体体層11キャリア濃度が減少することにより「
型半導体層11の抵抗成分が増大する結果、電界効果ト
ランジスタの電流駆動力が低下するといった1、、 D
 D構造特有のホットキャリア劣化が生し サブミクロ
ンの実効チャネル長をもつMO8電界効果トランジスタ
に於いては重要な問題となっている。
次いで、第3図のようなLDD構造に特有なポットキャ
リア劣化を抑制するために提案された■、AT I D
 (LArge−Ti、1t−angle−Impla
nted−Drain)[堀、1989年インターナシ
ョナル エレクトロンデバイス ミーティング テクニ
カルダイジェスト オブ ペーパーズ 777頁−78
0頁(HORI。
Internatj、onal  Electron 
 Device  Meeting  Technic
al Di、gest of Pares pp、77
7−780.1989) ]と呼ばれるL D D構造
を有するnヂャネルMO3電界効果トランジスタの製造
方法を第4図に示t 第4図は 高角度のイオン注入を
用いることによってn”型半導体層11をゲート電極1
3bとオーバーラツプするように形成しているのが特徴
である。
このようなオーバーラツプ構造で顛n−型半導体層11
上のゲート酸化膜12にホット工1ツクトロンが注入さ
れてもゲート電極13bの電界効果によりn−型半導体
層11のキャリア濃度の減少は抑制されるので電流駆動
力の劣化は抑えられる。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、半導体集積回路の高集積化・高速化の急
速な進展に伴い半導体素子のより一層の微細化・高速化
が要求される中で、従来の技術によるLDD構造を有す
る電界効果トランジスタではゲート電極を形成した後に
イオン注入によりソース・ドレイン層を形成するため、
フォトリソグラフィー技術およびエツチング技術に於け
るゲート電極の加工精度の限界によって、第4図のよう
な製造方法を用いたとしても実効チャネル長の縮小と寸
法制御が困難になっている。
又 第3図のようなL I) D構造ではサイドウオー
ルへのホットエレクトロンの注入が電流駆動力の劣化を
招き、第4図の場合にi;LLDD形成の際にゲート電
極が障壁になるため比較的高いエネルギーでイオン注入
する必要かあるので、n−型半導体層11の接合深さを
浅く制御することが困難なためにパンチスルー耐圧の低
下を招いたり、再結合リーク電流を増加させる原因とな
る結晶欠陥を十分に回復できないといった問題を生じる
上述の通り、従来の技術による電界効果トランジスタの
製造方法に於いて(よ 素子の微細化・高速化の限界お
よびホットキャリアによる素子特性劣化あるいはパンデ
スルー耐圧の低下あるいは結晶欠陥による再結合リーク
電流の増加といった課題をかかえている。
本発明はかかる点に鑑へ フォトリソグラフィー技術お
よびエツチング技術に於けるゲート電極の加工精度に制
限されることなく実効チャネル長を制御性よく縮小させ
ることにより電界効果トランジスタの微細化・高速化を
実現するとともに優れたホットギヤリア耐性を有し且つ
パンデスルー耐圧の低下あるいは結晶欠陥による再結合
リーク電流の増加を招かない電界効果トランジスタを実
現す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(i、上述の課題を解決するた嵌 半導体基板の
素子形成領域表面上に所定の膜厚を有する被膜を形成す
る工程と、前記被膜の一部を除去することによってゲー
ト電極形成部の少なくとも一部を含む領域に於いて前記
素子形成領域表面を露出させる工程と、チャネル幅方向
に対して垂直で且つ前記半導体基板に対して所定の傾斜
角をもって前記被膜をマスクとしてイオン注入を行うこ
とによって、前記素子形成領域表面上のソース・ドレイ
ンとなる低濃度の半導体層を所定の部位に形成する工程
と、前記素子形成領域表面にゲート絶縁膜を形成する工
程と、前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極を形成する
工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法で
ある。
作用 本発明は上述の製造方法を用いることにより、電界効果
トランジスタのソース・ドレイン層を形成する隘 ゲー
ト電極形成部に於いて半導体基板が露出するように形成
された所定の膜厚の被膜上から、チャネル幅方向に対し
て垂直で且つ半導体基板に対して所定の傾斜角をもって
不純物をイオン注入することにより、半導体基板上の前
記被膜がイオン注入の障壁となってゲート電極形成部の
特定の領域に不純物がイオン注入されないように制御さ
れ ソース・ドレイン層がゲート電極形成部内の特定の
領域に精度よく形成されるので、電界効果トランジスタ
の実効チャネル長をフォトリソグラフィー技術およびエ
ツチング技術に於けるゲート電極の加工精度限界以下に
縮小させること可能にするとともに実効チャネル長の寸
法制御精度を向上させて素子の微細化・高速化を実現す
ることができる。
更に本発明は上述の製造方法を用いることにより、ゲー
ト電極形成部内に不純物をイオン注入して形成したLD
D構造の低濃度ドレイン層とゲート電極とをオーバーラ
ツプさせることができるた嵌 低濃度ドレイン層に対す
るゲート電極の電界効果により低濃度ドレイン層のキャ
リア濃度の減少は抑制されるので電流駆動力の劣化は抑
えられ素子の微細化に伴い厳しくなるホットキャリア耐
性の著しい向上を実現することができる。
更に本発明は上述の製造方法を用いることにより、ゲー
ト電極を形成する前に低濃度ソース・ドレイン層を低エ
ネルギーのイオン注入により形成できるので、ソース・
ドレイン層の接合深さを浅く制御することで実効チャネ
ル長の減少に伴うパンチスルー耐圧の低下を抑制すると
ともに イオン注入による結晶欠陥の発生を抑え再結合
リーク電流の増加を回避することができる。
実施例 本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
(実施例1) 第1図は本発明の実施例1における半導体装置の製造方
法の工程断面図である。以下、実施例1を第1図を参照
しながら説明する。蝋 第1図はnチャネル電界効果ト
ランジスタについての実施例である力tpチャネル電界
効果トランジスタについても同様な議論が成立する。
まずミ p型半導体基板1表面を酸化して下地シリコン
酸化膜2を形成し 更にLOGO8分離用シリコン窒化
膜3を低圧CVD法により堆積し素子分離領域上のLO
CO3分離用シリコン窒化膜3を選択的に除去した後、
 この表面を酸化することによって所望の膜厚(例えば
600nm)の素子分離領域4を形成する(同図(a)
)。
次凶 レジスト5を塗布しマスクを用いてパタニングし
てから、エツチングによってLOCO8分離用シリコン
窒化膜3をソース・ドレイン領域のみ選択的に除去した
後、砒素イオン(As” )をイオン注入することによ
ってn゛型ソース・ドレイン層6を形成する(同図(b
))。
次番へ  レジスト5およびL OCOS分離用シリコ
ン窒化膜3を除去した後、シリコン酸化膜7を所望の膜
厚(例えば500nm)だけ全面に堆積し 更にフォト
リソグラフィー技術と異方性エツチングを用いてシリコ
ン酸化膜7をゲート電極形成部8の所望の領域(例えば
チャネルの長さ方向の開口幅L =800na  チャ
ネルの幅方向には全チャネルを含む領域)だけ選択的に
除去して、p型半導体基板1を露出させる(同図(C)
)。
次に同図(d)に示すように、  p型半導体基板1表
面を薄く保護酸化し まずボロンイオン(B゛)をチャ
ネルの長さ方向に対して垂直にイオン注入し適当な熱処
理を施すことによってパンチスルー抑制のためのp+型
埋め込み層9を形成する。つづいて電界効果トランジス
タのしきい値電圧を制御するためにボロンイオン(B゛
)をイオン注入し適当な熱処理を施すことによってチャ
ネル部10を形成する。更に砒素イオン(As” )を
ヂャネル幅方向に対して垂直で且つp型半導体基板1表
面に対して所望の入射角(例えば45度)をもってソー
ス・ドレイン双方向からイオン注入することによってn
−型半導体層11を形成すると、シリコン酸化膜7が障
壁となって砒素イオン(As”)か注入されない領域が
できる。ここて シリコン酸化膜7の膜厚をZ (nm
)、チャネルの長さ方向の開口幅をL(nm)、注入さ
れる砒素イオン(As” )の入射角をθ(ラシ゛アン
)とすると、ゲート電極形成部8の開口端からL−Z 
tanθ(nm)の幅だけ砒素イオン(As”″)が注
入される。従って実効チャネル長は Le I +−22ta、nθ −1−−2yj(nm
)となる。
尚、y」(nm)はn−型半導体層11の横方向拡散長
である。本実施例によれは L ox = 2x 500x tan45°−800
−2y+ == 200−2y」(nm)となり、熱処
理によって砒素(As)の横方向拡散を制御することに
よって0.2μm以下の実効チャネル長を実現すること
ができる。
次に 保護酸化膜を除去してゲート酸化膜12を所望の
膜厚だけ形成した後、多結晶シリコン膜を減圧CVD法
によって堆積しリン(P)を拡散してn+型多結晶シリ
コン膜13aを形成する。このとき多結晶シリコン膜の
堆積膜厚はその表面が平坦になるようにシリコン酸化膜
7の開口幅よりも厚く (例えば101000nするく
同図(e)〉。
次IQ  n”型多結晶シリコン膜1.3 aをエッチ
バックしてシリコン酸化膜7の開口部にのみ所望の膜厚
(例えば300nm)だけ残置させてゲート電極13b
を形成した後、シリコン窒化膜14を減圧CVD法によ
って所望の膜厚(例えば40nm)だけ堆積し 更にB
PSG膜15を常圧CVD法によって所望の膜厚(例え
ば300nm)だけ堆積した後、熱処理(例えば900
℃30分)を施してBPSG膜15を平坦化する(同図
(f))。
次に ソース・ドレインのコンタクト孔を開口し 配線
金属(例えはアルミ(Al)  ・シリコン(Sj) 
 ・銅(Cu)の合金)を埋め込んでソース・ドレイン
電極16を形成する(同図(g))。
同図(g)に示すように nチャネルMO3電界効果l
・ランジスタの実効チャネル長をゲート電極13bの加
工精度限界以下に縮小させることができるのて 従来の
フォトリソグラフィー技術およびエッヂング技術を用い
て実効チャネル長が0゜2μm以下といった電流駆動力
の大きい微細な電界効果トランジスタの作成を可能にす
る。又 n−型半導体層11がゲート電極13bとオー
バーラツプしているためホットエレクトロン注入により
n”型半導体層11とゲート酸化膜12との界面に負の
電荷が蓄積された場合にもゲー)・電極13bによる電
界効果のためn−型半導体層11におけるキャリア濃度
の減少は緩和されるので電流駆動力の劣化は抑制される
又、同図(CI)に示すよう置 ゲート電極形成前にn
−型半導体層11を形成すると、n−型半導体層11を
ゲート電極にオーバーラツプさせる場合にも低いエネル
ギーでイオン注入することができるので、n″′型半型
体導体層11合深さが浅くなり且つ結晶欠陥が少なくあ
るいは回復し易くなり、素子−の微細化に伴い顕著にな
るパンチスルー耐圧の低下と再結合リーク電流の増加を
抑制できる。
向 同図(d)に示すように ゲート電極形成部8のみ
を開口してボロンイオン(B゛)を注入してパンデスル
ー抑制のためのp゛型埋込み層9を形成すると、素子形
成領域全面にp゛型埋込み層を形成する場合に比してソ
ースおよびドレインの接合耐圧を低下させないでパンチ
スルー耐圧を向−トするようにp゛型埋込み層9の不純
物分布を制御することができる。
(実施例2) 第2図は本発明の実施例2における半導体装置の製造方
法の工程断面図である。以且 実施例2を第2図を参照
しながら説明する。眞 第2図はnチャネル電界効果ト
ランジスタについての実施例である力tpヂャネル電界
効果トランジスタについても同様な議論が成立する。
まずミ p型半導体基板1上にLOCO8法を用いて素
子分離領域4を形成した後、ボロンイオン(B゛)をイ
オン注入し適当な熱処理を施すことによってパンチスル
ー抑制のためのp゛型埋込み層9を形成する。つづいて
p型半導体基板1上全面に多結晶シリコン膜17を減圧
CVD法により所望の膜厚(例えば250nm)だけ堆
積した後、更に全面にシリコン酸化膜7およびシリコン
窒化膜18を減圧CVD法を用いてそれぞれ所望の膜厚
(例えばシリコン酸化膜250na  シリコン窒化膜
10100nだけ堆積する(同図(a))。
次に フォトリソグラフィー技術と異方性エツチングを
用いて多結晶シリコン膜17・シリコン酸化膜7・シリ
コン窒化膜18の積層膜をソース・ドレイン領域のみ残
して除去し ゲート電極形成部8の所望の領域(例えば
チャネルの長さ方向の開口幅L =800nm、  チ
ャネルの幅方向には全チャネルを含む領域)のへ p型
半導体基板1を露出させる。つづいてp型半導体基板1
表面を薄く保護酸化し 砒素イオン(As”)をチャネ
ル幅方向に対して垂直で且つp型半導体基板1表面に対
して所望の入射角(例えば45度)をもってソース・ド
レイン双方向からイオン注入することによってn″″型
半型体導体層19成すると、多結晶シリコン膜17・シ
リコン酸化膜7・シリコン窒化膜18からなる積層膜(
合計膜厚600nm)が障壁となって砒素イオン(As
” )が注入されない領域ができる(同図(b))。こ
こでn+型型厚導体層19必須ではない力交 後述する
n−型半導体層11とn゛型ソース・ドレイン層6とを
接続する役目をする。
次く シリコン窒化膜18を選択的に除去した後、同図
(b)と同様に砒素イオン(As”)をチャネル幅方向
に対して垂直で且つp型半導体基板1表面に対して所望
の入射角(例えば45度)をもってソース・ドレイン双
方向からイオン注入することによってn−型半導体層1
1を形成すると、多結晶シリコン膜17・シリコン酸化
膜7からなる積層膜(合計膜厚500nm)が障壁とな
って砒素イオン(As”)が注入されない領域ができる
。ここで、多結晶シリコン膜17・シリコン酸化膜7の
積層膜厚をZ (nm)、チャネルの長さ方向の開口幅
をL (nm)、注入される砒素イオン(AS+)の入
射角をθ(ラシゝアン)とすると、実施例1と同様に実
効チャネル長(よLhtt= 22 tanθ−L−2
y」(nm)となる。 K  y」(nm)はn−型半
導体層11の横方向拡散長である。
本実施例に於いて耘 ler+=2x500xtan45°−800−2y+
 = 200−2y+ (nm)となり、熱処理によっ
て砒素(As)の横方向拡散を制御することによって0
.2μm以下の実効チャネル長を実現することができる
(同図(C))。
次に 全面にシリコン酸化膜をCVD法を用いて所望の
膜厚(例えば250nm)だけ堆積した後、異方性エツ
チングによりシリコン酸化膜を除去すると、ソース・ド
レイン領域上の多結晶シリコン膜17・シリコン酸化膜
7からなる積層膜の側壁にのみシリコン酸化膜が残置さ
れて側壁酸化膜20が形成される。このとき、シリコン
酸化膜のエツチング膜厚を堆積膜厚(250nm)に制
御すると側壁酸化膜20の幅は堆積膜厚(250nm)
程度になる。
つづいて電界効果トランジスタのしきい値電圧を制御す
るためにボロンイオン(B1)をイオン注入し適当な熱
処理を施すことによってチャネル部10を形成する(同
図(d))。
次に 保護酸化膜を除去してゲート酸化膜12を所望の
膜厚だけ形成した後、多結晶シリコン膜を減圧CVD法
を用いて堆積しリン(P)拡散・を施して導電型膜にし
て更にフォトリソグラフィー技術とエツチングによりゲ
ート電極13bを形成する(同図(e))。
次間 シリコン窒化膜14を減圧CVD法によって所望
の膜厚(例えば40nm)だけ堆積し 更にBPSG膜
15を常圧CVD法によって所望の膜厚(例えば300
nm)だけ堆積した後、熱処理(例えば900℃30分
)を施してBPSG膜15を平坦化する(同図(f))
次へ ソース・ドレインのコンタクト孔を開口して多結
晶シリコン膜17を露出した後、砒素イオン(As”)
をイオン注入して適当な熱処理を施すことによって砒素
(As)をp型半導体基板1に所望の深さだけ拡散させ
てソース・ドレイン電極16およびη“型ソース・ドレ
イン層6を形成する(同図(g))。
同図(g)に示ずように 実施例1と同様にnチャネル
MO3電界効果トランジスタの実効チャネル長をゲート
電極13bの加工精度限界以下に縮小させることができ
るので実効チャネル長が0.2μm以下といった電流駆
動力の大きい微細な電界効果トランジスタの作成を可能
するとともに n−型半導体層11がゲート電極13b
とオーバーラツプしているためホットエレクトロン注入
による電流駆動力の劣化は抑制される。更に本実施例で
はゲート電極13bの下部にn゛型型半体体層19形成
してソース・ドレインの抵抗を減少させることによって
、より大きな電流駆動力を実現させながら、側壁酸化膜
20を形成してn゛型型半体体層19於けるドレイン部
の電界を緩和させて優れたホットキャリア耐性を実現さ
せている。又 側壁酸化膜20によりゲート電極13b
とソース・ドレイン電極16との耐圧を確保することに
よって、ゲート電極13bとソース・ドレイン電極16
とのマージンを減少させてより一層の素子の微細化を可
能にしている。
又 同図(d)に示すようへ 実施例1と同様にゲート
電極形成前にn−型半導体層11を形成すると、n−型
半導体層11をゲート電極にオーバーラツプさせる場合
にも低いエネルギーでイオン注入することができるので
、n−型半導体層11の接合深さが浅く且つ結晶欠陥が
少なくあるいは回復し易くなり、素子の微細化に伴い顕
著になるパンチスルー耐圧の低下と再結合リーク電流の
増加を抑制できる。
商 応用例として、n−型半導体層11を形成する際に
ドレイン側にのみ形成する力\ あるいはソース側には
p型半導体層を形成することによって、ホットキャリア
耐性は損うことなくパンチスルー耐性を一層向上させ短
チヤネル効果(実効チャネル長の減少に伴いしきい値電
圧が減少する現象)を制御性よく抑制することも可能で
ある。
発明の効果 加− 以上の説明から明らかなように 本発明によれば 電界
効果トランジスタの実効チャネル長をフォトリソグラフ
ィー技術およびエツチング技術によるゲート電極の加工
制御限界以下に寸法精度よく縮小させて、電界効果トラ
ンジスタの微細化・高速化を実現することができる。更
に本発明によれば 電界効果トランジスタのホットキャ
リア耐性を著しく向上させるとともに パンチスルー耐
圧の低下と結晶欠陥による再結合リーク電流の増加を抑
制することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1における半導体装置の製造方
法の工程断面弧 第2図は本発明の実施例2における半
導体装置の製造方法の工程断面1第3図および第4図は
従来の技術における電界効果トランジスタの断面構造図
である。 1・・・p型半導体基板 4・・・素子分離領域 6・
・・n+型ソース・ドレイン慝 7・・・シリコン酸化
膜8・・・ゲート電極形成能 9・・・p゛型埋込み恩
 10・・・チャネルi  11・・・n−型半導体[
12・・・ゲト酸化J[113a・・・n+型多結晶シ
リコン焦 13b・・・ゲート電極 16・・・ソース
・ドレイン電極17・・・多結晶シリコン嵐 19・・
・n゛型半導体胤20・・・側壁酸化膜 21・・・ザ
イドウオー/lz。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか1名−ρ− 城 d

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板の素子形成領域表面上に所定の膜厚を
    有する被膜を形成する工程と、前記被膜の一部を除去す
    ることによってゲート電極形成部の少なくとも一部を含
    む領域に於いて前記素子形成領域表面を露出させる工程
    と、チャネル幅方向に対して垂直で且つ前記半導体基板
    に対して所定の傾斜角をもって前記被膜をマスクとして
    イオン注入を行うことによって、前記素子形成領域表面
    上のソース・ドレインとなる低濃度の半導体層を所定の
    部位に形成する工程と、前記素子形成領域表面にゲート
    絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に前記ゲ
    ート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  2. (2)請求項1記載の被膜の少なくとも一部をソース・
    ドレイン電極部として用いることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0637305A (ja) * 1992-07-15 1994-02-10 Toshiba Corp Ldd構造を有する半導体装置及びその製造方法
US5726069A (en) * 1994-12-02 1998-03-10 National Semiconductor Corporation Use of oblique implantation in forming emitter of bipolar transistor
EP0905761A2 (en) * 1997-08-29 1999-03-31 Texas Instruments Inc. Method of manufacturing a field effect transistor
JP2008208970A (ja) * 2007-02-28 2008-09-11 Akebono Brake Ind Co Ltd ディスクブレーキ装置用パッドスプリング

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