JPH0499037A - 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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JPH0499037A
JPH0499037A JP20875290A JP20875290A JPH0499037A JP H0499037 A JPH0499037 A JP H0499037A JP 20875290 A JP20875290 A JP 20875290A JP 20875290 A JP20875290 A JP 20875290A JP H0499037 A JPH0499037 A JP H0499037A
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JP
Japan
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gate electrode
region
concentration
substrate
sidewall
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JP20875290A
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Takae Sasaki
佐々木 孝江
Yoshio Kikuchi
吉男 菊地
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu 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】 〔概 要〕 半導体装置の製造方法、特に絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタ(MOS)ランジスタ)の形成方法に関し、 転位の増殖を防ぎながら、ソース・ドレイン拡散領域と
基板の境界がなだらかな濃度分布を持つ構造を再現性良
(形成する方法を提供して、ショートチャネル化される
MOS)ランジスタのリーク特性の改善を図ることを目
的とし、絶縁ゲート型電界効果トランジスタを形成する
に際して、−導電型半導体基板のゲート絶縁膜で覆われ
た素子形成領域上にゲート電極を形成する工程と、次い
で該ゲート電極をマスクにして該素子形成領域に反対導
電型不純物を第1のドーズ量でイオン注入する工程と、
次いで該ゲート電極の側面に側壁を形成する工程と、次
いで該側壁を含むゲート電極をマスクにして該素子形成
領域に反対導電型不純物を該第1のドーズ量より高い第
2ドーズ量でイオン注入する工程と、次いで該ゲート電
極側面の側壁を除去する工程と、次いで該側壁の除去さ
れたゲート電極を有する素子形成領域上を絶縁膜で覆う
工程と、次いで熱処理を行って該素子形成領域に注入さ
れた反対導電型不純物を活性化する工程とを有し構成さ
れる。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置の製造方法、特に絶縁ゲート型電界
効果トランジスタ(MOSトランジスタ)の形成方法に
関する。
MOSトランジスタにおいては、近年の高集積化による
素子の微細化に伴って、ショートチャネル効果が問題に
なってきている。この対策として、例えばnチャネルM
OS)ランジスタ(n −MOS)の場合、ソース・ド
レイン領域となるn+型拡散領域とp型基板の境界にな
だらかな不純物の濃度分布を持たせて、電界、特にドレ
イン近傍での電界を緩和し、これによってショートチャ
ネル効果の防止がなされる。
〔従来の技術〕
例えばn−MOSにおいて、ソース・ドレインとなるn
+型拡散領域とp型基板の境界になだらかな濃度分布を
持たせる従来の技術に、以下の2種類の構造がある。
■ 従来のLDD (Lightly Doped D
rain )構造この構造は第2図の模式断面図に示す
ように、ゲート電極53をマスクにし低ドーズ量の燐(
P+)をイオン注入しn−型低濃度領域54S 、54
Dを形成してソース・ドレイン近傍をn−化し、次いで
基板上に化学気相成長により酸化シリコン(SiOz)
膜を被着させ、次いで全面エツチングを行うことにより
ゲート電極53の側壁に側壁Sin、膜55を形成し、
その後この側壁SiOx膜55を含むゲート電極53を
マスクにして高ドーズ量の砒素(As” )をイオン注
入し、ソース・ドレイン領域56S 、 56Dをn+
化させることによって得られる。なお図中、51はp型
シリコン(Si)基板、52はゲート酸化膜を示す。
■ DDD (Double Diffused Dr
ain )構造この構造は、第3図の模式断面図に示す
ように、ゲート電極をマスクにして高ドーズ量でイオン
注入されるAs+に重ねて、拡散速度の速いP+を低ド
ーズ量でイオン注入し、熱処理を施して、拡散速度の速
いPをAsより広く拡散させ、n+型ソース・ドレイン
領域57S、57Dの外側をn−型低濃度領域58S 
、58Dにより取り囲むことにより得られる。なお図中
、51はp型シリコン(Si)基板、52はゲート酸化
膜を示す。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし■に示す従来のLDD構造においては、ゲート電
極53の側壁に形成した側壁SiO2膜55のソース・
ドレイン側のエツジで、上記側壁SiO□膜55とSi
基板51との熱膨張係数の違いに起因する熱応力が集中
し易くなる。そのために、ソース、ドレイン等のイオン
打ち込み領域に転位網が発生したとき、続く熱処理で更
に側壁5if2膜55による応力が加わり、転位・が増
殖して、従来のLDD構造の問題点を示す第4図の模式
断面図に示されるように、前記転位59がゲート電極5
3の下部にまで成長してしまう。そしてこの転位が接合
60を横切って増殖した場合には、ソース−ドレイン間
のリーク電流が増大して素子性能が損なわれるという問
題を生ずる。(図中の各符号は第2図と同一対称物を示
している) また■に示すDDD構造は、拡散速度の速いPを広く拡
散させるので、これにより形成されるn−型低濃度領域
78S 、78Dの拡がりの制御が非常に困難になり、
閾値やソース−ドレイン間耐圧が、ばらつくという問題
を生ずる。
そこで本発明は、転位の増殖を防ぎながら、ソース・ド
レイン拡散領域と基板の境界がなだらかな濃度分布を持
つ構造を再現性良く形成する方法を提供して、ショート
チャネル化されるMOSトランジスタのリーク特性の改
善を図ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタを形成
するに際して、−導電型半導体基板のゲート絶縁膜で覆
われた素子形成領域上にゲート電極を形成する工程と、
次いで、該ゲート電極をマスクにして該素子形成領域に
反対導電型不純物を第1のドーズ量でイオン注入する工
程と、次いで、該ゲート電極の側面に側壁を形成する工
程と、次いで、該側壁を含むゲート電極をマスクにして
該素子形成領域に反対導電型不純物を該第1のドーズ量
より高い第2ドーズ量でイオン注入する工程と、次いで
、該ゲート電極側面の側壁を除去する工程と、次いで、
該側壁の除去されたゲート電極を有する素子形成領域上
を絶縁膜で覆う工程と、次いで、熱処理を行って該素子
形成領域に注入された反対導電型不純物を活性化する工
程とを有する本発明による半導体装置の製造方法により
解決される。
〔作 用〕
即ち本発明の方法においては、ゲート電極そのものをマ
スクにして低濃度のオフセット領域形成用不純物の低ド
ーズ量のイオン注入を行う工程と、次いでゲート電極の
側面に例えば5iOz膜からなる側壁を形成し、この側
壁を含むゲート電極をマスクにして高濃度ソース・ドレ
イン形成用不純物の高ドーズ量のイオン注入を行う工程
とを従来通り行った後、上記注入不純物を活性化するた
めの高温熱処理を、ゲート電極側面の側壁を除去した後
に、基板面を不純物の外方拡散防止用の−様な厚さの絶
縁膜で覆った状態で行う。
そのため上記高温活性化熱処理に際して、絶縁膜とSi
基板との熱膨張係数の差によって生ずる応力はイオン注
入領域の全面に分散して生じ、従来の5iOz膜からな
る側壁の端部のように1個所に集中することがない。従
って、上記活性化熱処理に際して、イオン注入領域面の
各部に加わる応力は微小化されるので、この応力によっ
て新たに発生する転位は大幅に減少すると同時に、不純
物のイオン注入によってイオン注入領域に生じた微小転
位の転位網が、ソース・ドレイン接合を横切って増殖す
ることも防止される。
かくて、ソース−ドレイン間のリーク特性の大幅な改善
が可能になる。
〔実施例〕
以下本発明を、第1図(a)〜げ)に示す工程断面図を
参照し、一実施例について具体的に説明する。
第1図(a)参照 本発明の方法によりLDD構造のショートチャネルMO
Sトランジスタを形成するに際しては、通常通り、例え
ばp−型Si基板lの、フィールド酸化膜2及びその下
部のp型チャネルストッパ3によって分離表出された素
子形成領域4面に、例えば熱酸化により厚さ300人程
0のゲート酸化膜5を形成した後、この基板上にCVD
法によりゲート電極材料である例えば厚さ4000A程
度の多結晶Si層を形成し、この多結晶Si層に燐を拡
散させて導電性を付与した後、通常のフォトリソグラフ
ィ技術によりパターニングを行って、前記ゲート酸化膜
5上に上記多結晶Siよりなり基板面に対して垂直な側
壁面を持つゲート電極6を形成する。
第1図(bl参照 次いで、上記ゲート電極6をマスクにして素子形成領域
4に、低濃度オフセット領域形成用の燐(P+)を例え
ば加速エネルギー: 60KeV、ドーズ量: I X
 10”〜l X 1014cm−2の条件でイオン注
入する。107は低濃度P+注入領域を示す。
第1図(C)参照 次いで、上記基板の全面上に、通常の化学気相成長(C
VD)法を用い、400〜5θO℃程度の低温で厚さ3
000人程度0CVD−5iOz膜を形成し、次いで弗
素系のガス例えばCHF sを用いる反応性イオンエツ
チング等の異方性ドライエツチング手段により上記CV
D−3iOz膜の全面エツチングを行って、ゲート電極
6の側面に厚さ3000人程度0SiOz膜側壁8を残
留形成せしめる。なおこの際、表出領域のゲート酸化膜
5はオーバエツチングによりほぼ完全に除去される。
第1図(d)参照 次いでこの基板上に400〜500℃程度の低温で厚さ
300〜500人程度のイオエソチャネリング防止用C
VD−3iOz膜9を形成した後、前記5ift膜側壁
8を含むゲート電極6をマスクにして素子形成領域4内
に、例えば加速エネルギー: 70KeV、ドーズ量:
 4 XIO”cm−”程度の条件で砒素(As”)を
高濃度にイオン注入する。110は高濃度As+注入領
域を示す。
なお、ここまでは従来の工程と同様である。
第1図(e)参照 次いで、例えば7%の弗酸(HF)溶液で例えば1分間
ウェットエツチングを行い、前記チャネリング防止用C
VD−3iOt膜9とSin、腹側壁8を除去する。
なおこの際、フィールド酸化膜2が薄くなるのを防ぐた
めにフィールド酸化膜2上に図示のようなレジストマス
ク11を形成することが望ましい。
なおまた、側壁5ift膜8の除去は等方性のドライエ
ツチングでも行えるが、基板面に及ぼすダメージを減少
せしめるために、前記ウェットエツチングの方が望まし
い。
第1図げ)参照 次いで、この基板の全面上に例えば反応ガスに(SiH
4+NtO)等を用いる通常(7) CVD法により4
00〜500℃程度の低温で厚さ1000人程度0外方
拡散阻止用CVD−3ift膜12を形成した後、不活
性ガス中において900℃、20分程度の高温アニール
処理を施し、前記低濃度P+注入領域107のP+及び
高濃度As+注入領域110のAs+を活性化して、n
−型低濃度オフセット領域7S、7D及びn++高濃度
ソース領域10S 、 n+型嵩高濃度ドレイン領域1
0D形成する。
以上の工程によって、従来のLDD構造と同様にソース
・ドレイン拡散領域とゲート電極下部の基板との境界が
なだらかな濃度分布を持ち、その部分での電界、殊にド
レイン近傍での電界が緩和されるショートチャネルMO
3)ランジスタが再現性良く形成される。
また、この実施例に示されるように、本発明の方法にお
いては、不純物イオン注入領域の高温活性化アニール処
理が、ゲート電極6の側壁の5iOz膜8が除去され、
イオン注入領域107.110上が一様な厚さを有する
外方拡散阻止用CVD−3iOz膜12で覆われた状態
で行われるので、Sin、膜とSi基板との熱膨張係数
の差によって生ずる応力は、外方拡散阻止用CVD−3
iOt膜12とイオン注入領域107.110との界面
全面に一様に分散して生じ、従来の側壁SiO□膜端部
のように1個所に集中することがない。従って、上記活
性化熱処理に際して、イオン注入領域面の各部に加わる
応力は微小化されるので、この応力によって、新たに発
生する転位は大幅に減少すると同時に、不純物のイオン
注入によってイオン注入領域に生じた微小転位の転位網
の増殖も抑えられ、顕微鏡観察の結果により、ソース・
ドレイン接合を横切って増殖する転位の数が、従来に比
べ大幅に減少することが確認されている。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、LDD構造のMO
Sトランジスタのソース−ドレイン間リーク電流を大幅
に軽減できる。
従って本発明は、ショートチャネル化されたLDD素子
を用いるLSI等の性能及び信゛頼性向上に有効である
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜げ)は本発明の方法の一実施例の工程断
面図、 第2図は従来のLDD構造の模式側断面図、第3図はD
DD構造の模式側断面図、 第4図は従来のLDD構造の問題点を示す模式側断面で
ある。 図において、 1はp−型Si基板、 2はフィールド酸化膜、 3はp型チャネルストッパ、 4は素子形成領域、 5はゲート酸化膜、 6はゲート電極、 7S、7Dはn−型低濃度オフセット領域、8は5iO
z膜側壁、 9はチャネルリング防止用CCVD−3to膜、10S
はn+型高濃度ソース領域、 10Dはn+型高濃度ドレイン領域、 11はレジストマスク、 12は外方拡散阻止用CVD−3io□膜、107は低
濃度P+注入領域、 110は高濃度As+注入領域 を示す。 ン李≦2硬う日月f)加入〇−9じ俯ダI/)工ぜdず
n力)旧11記 (yT/′)2) 叢1記 (!f) 7 ) 艷すL99構造θ問題点Σ示す硬θ止旧惰  牛  l

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、絶縁ゲート型電界効果トランジスタを形成するに際
    して、 一導電型半導体基板のゲート絶縁膜で覆われた素子形成
    領域上にゲート電極を形成する工程と、次いで、該ゲー
    ト電極をマスクにして該素子形成領域に反対導電型不純
    物を第1のドーズ量でイオン注入する工程と、 次いで、該ゲート電極の側面に側壁を形成する工程と、 次いで、該側壁を含むゲート電極をマスクにして該素子
    形成領域に反対導電型不純物を該第1のドーズ量より高
    い第2ドーズ量でイオン注入する工程と、 次いで、該ゲート電極側面の側壁を除去する工程と、 次いで、該側壁の除去されたゲート電極を有する素子形
    成領域上を絶縁膜で覆う工程と、 次いで、熱処理を行って該素子形成領域に注入された反
    対導電型不純物を活性化する工程とを有することを特徴
    とする半導体装置の製造方法。 2、前記ゲート電極側面の側壁が酸化シリコンからなり
    、該側壁の除去が弗酸によるウェットエッチングにより
    なされることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の
    製造方法。
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