JPH05183159A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH05183159A JPH05183159A JP4000548A JP54892A JPH05183159A JP H05183159 A JPH05183159 A JP H05183159A JP 4000548 A JP4000548 A JP 4000548A JP 54892 A JP54892 A JP 54892A JP H05183159 A JPH05183159 A JP H05183159A
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- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 MOSFET及びその製造方法に関し、パン
チスルーを防止しつつV thを低下させることを可能にし
て、ドレイン飽和電流が大きく高駆動能力を有する短チ
ャネルMOSFETを容易に提供することを目的とす
る。 【構成】 基板若しくはウエル2からなる一導電型半導
体基体面の第1の絶縁膜5によって分離画定された素子
形成領域3上に選択的に半導体エピタキシャル層6が設
けられ、該半導体エピタキシャル層6の表面に絶縁ゲー
ト型トランジスタが形成されてなる半導体装置におい
て、該絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極9直下の
該エピタキシャル層6の表面近傍部に、該エピタキシャ
ル層の表面から深部に向かって順次増加する一導電型を
有するチャネル不純物の濃度分布7を有し、且つ該濃度
分布における不純物濃度の最大値が該基体6の不純物濃
度より大きいように構成する。
チスルーを防止しつつV thを低下させることを可能にし
て、ドレイン飽和電流が大きく高駆動能力を有する短チ
ャネルMOSFETを容易に提供することを目的とす
る。 【構成】 基板若しくはウエル2からなる一導電型半導
体基体面の第1の絶縁膜5によって分離画定された素子
形成領域3上に選択的に半導体エピタキシャル層6が設
けられ、該半導体エピタキシャル層6の表面に絶縁ゲー
ト型トランジスタが形成されてなる半導体装置におい
て、該絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極9直下の
該エピタキシャル層6の表面近傍部に、該エピタキシャ
ル層の表面から深部に向かって順次増加する一導電型を
有するチャネル不純物の濃度分布7を有し、且つ該濃度
分布における不純物濃度の最大値が該基体6の不純物濃
度より大きいように構成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法、特に高動作速度が得られる短チャネルMOSF
ET及びその製造方法に関する。
造方法、特に高動作速度が得られる短チャネルMOSF
ET及びその製造方法に関する。
【0002】MOSFETは微細化されるにつれて電源
電圧も低下せざるを得なくなってきており、1μmのゲ
ート長で 5.0Vであったドレイン電圧が、ゲート長 0.8
μmの 4.0V、 0.5μmで 3.3Vと順次低下している。
これは一定電源電圧下のゲート長の縮小では、FET内
部での電界増加のためにパンチスルー、DIBL(Drain Ind
uced Barrier Lowering)、ホットキャリア効果などの特
性を劣化せしめる現象を回避することが困難になると考
えられることによる。
電圧も低下せざるを得なくなってきており、1μmのゲ
ート長で 5.0Vであったドレイン電圧が、ゲート長 0.8
μmの 4.0V、 0.5μmで 3.3Vと順次低下している。
これは一定電源電圧下のゲート長の縮小では、FET内
部での電界増加のためにパンチスルー、DIBL(Drain Ind
uced Barrier Lowering)、ホットキャリア効果などの特
性を劣化せしめる現象を回避することが困難になると考
えられることによる。
【0003】一方、電源電圧を下げドレイン電圧を低下
させて上記現象を回避する際にも閾値電圧(Vth) はもと
のままで低下しないので、飽和領域動作での実効的なゲ
ート電圧即ち Vg-Vth は低下する。そしてこの Vg-Vth
の低下はFETの飽和ドレイン電流を低下させその駆動
能力を低下させる。
させて上記現象を回避する際にも閾値電圧(Vth) はもと
のままで低下しないので、飽和領域動作での実効的なゲ
ート電圧即ち Vg-Vth は低下する。そしてこの Vg-Vth
の低下はFETの飽和ドレイン電流を低下させその駆動
能力を低下させる。
【0004】そこで、 3.3V以下のドレイン電圧では、
パンチスルーが起きない程度にVth低下させる必要があ
る。しかし、Vth を低下させるためにチャネル部の基板
不純物濃度を低くすると、どうしてもパンチスルーが発
生してしまうという指摘があり、パンチスルーを防止し
つつVth を低下させる技術が望まれている。
パンチスルーが起きない程度にVth低下させる必要があ
る。しかし、Vth を低下させるためにチャネル部の基板
不純物濃度を低くすると、どうしてもパンチスルーが発
生してしまうという指摘があり、パンチスルーを防止し
つつVth を低下させる技術が望まれている。
【0005】
【従来の技術】上記パンチスルーを防止しつつVth を低
下させる技術として従来提案されている代表的な基板エ
ンジニアリングに、以下の〜に示す技術がある。
下させる技術として従来提案されている代表的な基板エ
ンジニアリングに、以下の〜に示す技術がある。
【0006】 Low-Impurity-Channel Transistor (LI
CT) (日立)(図8参照) この技術は、図8(a) の模式断面図に示すように、例え
ばp型半導体基板51に高濃度のp+ 型ウエル52を形成し
た後、この基板上にノンドープエピタキシャル層53を形
成する。そしてフィールド酸化膜54形成の際の高温熱処
理時にウエル52から不純物をエピタキシャル層53内へ這
い上がらせ、エピタキシャル層53を含むウエル52内に、
図8(b) の不純物濃度プロファイル図のカーブAに示す
ように、表面部で最も低く、ウエル52の内部に向かって
順次高くなる傾斜型の不純物濃度プロファイルが形成さ
れる。なお、図8(a) において、54はフィールド酸化
膜、55はp型チャネルカット領域、56はゲート酸化膜、
57はゲート電極、58S はn+ 型ソース領域、58D はn+
型ドレイン領域を示す。
CT) (日立)(図8参照) この技術は、図8(a) の模式断面図に示すように、例え
ばp型半導体基板51に高濃度のp+ 型ウエル52を形成し
た後、この基板上にノンドープエピタキシャル層53を形
成する。そしてフィールド酸化膜54形成の際の高温熱処
理時にウエル52から不純物をエピタキシャル層53内へ這
い上がらせ、エピタキシャル層53を含むウエル52内に、
図8(b) の不純物濃度プロファイル図のカーブAに示す
ように、表面部で最も低く、ウエル52の内部に向かって
順次高くなる傾斜型の不純物濃度プロファイルが形成さ
れる。なお、図8(a) において、54はフィールド酸化
膜、55はp型チャネルカット領域、56はゲート酸化膜、
57はゲート電極、58S はn+ 型ソース領域、58D はn+
型ドレイン領域を示す。
【0007】この技術では、エピタキシャル層53の厚さ
や熱処理条件によるウエル52からの不純物の這い上がり
長によりエピタキシャル層53の表面濃度が決定される。
このため、Vthを±0.1 V以内に合わせ込むように、不
純物表面濃度のばらつきを±1016cm-3以内る抑えるのは
非常に困難である。そして更に、Vthが 0.1〜0.4 V前
後となるように表面濃度を4×1016〜1×1017cm-3の濃
度とするには、ウエル52の濃度を3×1018cm-3程度とか
なり高濃度にしなければならないので、ウエル52の微細
化が困難になるという問題も生ずる。
や熱処理条件によるウエル52からの不純物の這い上がり
長によりエピタキシャル層53の表面濃度が決定される。
このため、Vthを±0.1 V以内に合わせ込むように、不
純物表面濃度のばらつきを±1016cm-3以内る抑えるのは
非常に困難である。そして更に、Vthが 0.1〜0.4 V前
後となるように表面濃度を4×1016〜1×1017cm-3の濃
度とするには、ウエル52の濃度を3×1018cm-3程度とか
なり高濃度にしなければならないので、ウエル52の微細
化が困難になるという問題も生ずる。
【0008】埋込み層付トランジスタ(日立)(図9
参照) この技術は、エピタキシャル基板を用いず、比較的高加
速電圧でチャネルドープを行う方式で、いわゆるパンチ
スルーストッパとして埋込み層を形成する方法であり、
古くから知られている。図9(a) の模式断面図は、この
方法で形成したMOSFETの一例で、図中、59はp型
ウエル、60はp型埋込みチャネルドープ層を示し、その
他の符号は図5と同一対象物を示す。
参照) この技術は、エピタキシャル基板を用いず、比較的高加
速電圧でチャネルドープを行う方式で、いわゆるパンチ
スルーストッパとして埋込み層を形成する方法であり、
古くから知られている。図9(a) の模式断面図は、この
方法で形成したMOSFETの一例で、図中、59はp型
ウエル、60はp型埋込みチャネルドープ層を示し、その
他の符号は図5と同一対象物を示す。
【0009】この技術では、図9(b) の不純物濃度プロ
ファイル図のカーブBから明らかなように、表面濃度が
ウエル59の濃度分布b1 と埋込みチャネルドープ層60の
濃度分布b2 との重ね合わせで決定されるが、ウエル59
の濃度は基板抵抗の増大及びラッチアップの発生等の面
からむやみに低くできず、例えば4×1016cm-3以下にす
るのは難しいことから、表面濃度がウエル59と埋込みド
ープ層60とのコンパラオーダでの和になり、十分に低く
することができない。
ファイル図のカーブBから明らかなように、表面濃度が
ウエル59の濃度分布b1 と埋込みチャネルドープ層60の
濃度分布b2 との重ね合わせで決定されるが、ウエル59
の濃度は基板抵抗の増大及びラッチアップの発生等の面
からむやみに低くできず、例えば4×1016cm-3以下にす
るのは難しいことから、表面濃度がウエル59と埋込みド
ープ層60とのコンパラオーダでの和になり、十分に低く
することができない。
【0010】反対導電型イオン注入によるチャネルド
ープトランジスタ(東芝)(図10参照) この技術では、チャネルドープを基板即ちp−ウエル59
と反対導電型のイオン注入で行い、ウエル濃度のコンペ
ンゼーションによって図10(a) の模式断面図に示すよう
に、ウエル59の表面部にp- 型の低不純物濃度層61を形
成する。なお同図において上記以外の符号は図8(a) と
同一の対象物を示す。
ープトランジスタ(東芝)(図10参照) この技術では、チャネルドープを基板即ちp−ウエル59
と反対導電型のイオン注入で行い、ウエル濃度のコンペ
ンゼーションによって図10(a) の模式断面図に示すよう
に、ウエル59の表面部にp- 型の低不純物濃度層61を形
成する。なお同図において上記以外の符号は図8(a) と
同一の対象物を示す。
【0011】そのため図10(b) の不純物濃度プロファイ
ル図に示すように、例えばカーブc 1 のように1×1017
cm-3の表面濃度を有するウエル52のコンペンゼーション
後の表面濃度をのカーブCに示すように4×1016cm-3に
制御しようとすると、反対導電型の不純物をカーブc2
に示すように表面で6×1016cm-3となるようにカウンタ
ードープしなければならず、しかも、反対導電型の不純
物濃度のプロファイルがフラットでないので、上記のよ
うな狙い通りの表面濃度の値を再現性よく実現するのは
非常に難しい。
ル図に示すように、例えばカーブc 1 のように1×1017
cm-3の表面濃度を有するウエル52のコンペンゼーション
後の表面濃度をのカーブCに示すように4×1016cm-3に
制御しようとすると、反対導電型の不純物をカーブc2
に示すように表面で6×1016cm-3となるようにカウンタ
ードープしなければならず、しかも、反対導電型の不純
物濃度のプロファイルがフラットでないので、上記のよ
うな狙い通りの表面濃度の値を再現性よく実現するのは
非常に難しい。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、所定
の値の低い表面不純物濃度を有し、且つ深部に向かって
所定の傾斜で順次増加する不純物濃度分布を有する基板
(若しくはウエル)を、高精度で再現性よく得る構造及
び製造方法を提供し、これによって微細化されるMOS
FETにおいて、パンチスルーを防止しつつVthを低下
させることを可能にして、ドレイン飽和電流が大きく高
駆動能力の微小MOSFETを容易に提供することを目
的とする。
の値の低い表面不純物濃度を有し、且つ深部に向かって
所定の傾斜で順次増加する不純物濃度分布を有する基板
(若しくはウエル)を、高精度で再現性よく得る構造及
び製造方法を提供し、これによって微細化されるMOS
FETにおいて、パンチスルーを防止しつつVthを低下
させることを可能にして、ドレイン飽和電流が大きく高
駆動能力の微小MOSFETを容易に提供することを目
的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は、基板
若しくはウエルからなる一導電型半導体基体面の第1の
絶縁膜によって分離画定された素子形成領域上に選択的
に半導体エピタキシャル層が設けられ、該半導体エピタ
キシャル層の表面に絶縁ゲート型トランジスタが形成さ
れてなる半導体装置において、該絶縁ゲート型トランジ
スタのゲート電極直下の該エピタキシャル層の表面近傍
部に、該エピタキシャル層の表面から深部に向かって順
次増加する一導電型を有するチャネル不純物の濃度分布
を有し、且つ該濃度分布における不純物濃度の最大値が
該基体の不純物濃度より大きい本発明による半導体装
置、若しくは、基板若しくはウエルからなる一導電型半
導体基体上に該基体面を選択的に画定表出する第1の絶
縁膜を形成する工程と、該基体の表出面上に選択的に該
半導体基体より低不純物濃度を有する一導電型半導体エ
ピタキシャル層を成長せしめる工程と、該エピタキシャ
ル層に一導電型不純物のイオン注入を行い、該エピタキ
シャル層に、表面から深部に向かって順次増加する不純
物の濃度分布を有し、且つ該濃度分布における不純物濃
度の最大値が該半導体基体の不純物濃度よりも大きい一
導電型チャネルドープ層を形成する工程と、該エピタキ
シャル層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し
た後、該ゲート電極の両側の該エピタキシャル層の表面
部に反対導電型のソース/ドレイン領域を形成する工程
とを含む本発明による半導体装置の製造方法によって達
成される。
若しくはウエルからなる一導電型半導体基体面の第1の
絶縁膜によって分離画定された素子形成領域上に選択的
に半導体エピタキシャル層が設けられ、該半導体エピタ
キシャル層の表面に絶縁ゲート型トランジスタが形成さ
れてなる半導体装置において、該絶縁ゲート型トランジ
スタのゲート電極直下の該エピタキシャル層の表面近傍
部に、該エピタキシャル層の表面から深部に向かって順
次増加する一導電型を有するチャネル不純物の濃度分布
を有し、且つ該濃度分布における不純物濃度の最大値が
該基体の不純物濃度より大きい本発明による半導体装
置、若しくは、基板若しくはウエルからなる一導電型半
導体基体上に該基体面を選択的に画定表出する第1の絶
縁膜を形成する工程と、該基体の表出面上に選択的に該
半導体基体より低不純物濃度を有する一導電型半導体エ
ピタキシャル層を成長せしめる工程と、該エピタキシャ
ル層に一導電型不純物のイオン注入を行い、該エピタキ
シャル層に、表面から深部に向かって順次増加する不純
物の濃度分布を有し、且つ該濃度分布における不純物濃
度の最大値が該半導体基体の不純物濃度よりも大きい一
導電型チャネルドープ層を形成する工程と、該エピタキ
シャル層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し
た後、該ゲート電極の両側の該エピタキシャル層の表面
部に反対導電型のソース/ドレイン領域を形成する工程
とを含む本発明による半導体装置の製造方法によって達
成される。
【0014】
【作用】本発明では、基板若しくはウエル(主としてウ
エル)からなる半導体基体の上面を高温で形成される絶
縁膜で分離画定した後に、この画定された半導体基体面
上に不純物の這い上がりを生じない程度の低温で選択成
長させた半導体エピタキシャル層内にMOSFETを形
成し、このMOSFETのチャネル部の不純物分布はチ
ャネルドープイオン注入によって決定する。
エル)からなる半導体基体の上面を高温で形成される絶
縁膜で分離画定した後に、この画定された半導体基体面
上に不純物の這い上がりを生じない程度の低温で選択成
長させた半導体エピタキシャル層内にMOSFETを形
成し、このMOSFETのチャネル部の不純物分布はチ
ャネルドープイオン注入によって決定する。
【0015】そのために、上記エピタキシャル層をノン
ドープか極低濃度のエピタキシャル層により形成し、上
記チャネルドープイオン注入の条件とイオン注入後のア
ニール条件とを最適化することにより、エピタキシャル
層のチャネルが形成される表面部の不純物濃度即ち表面
濃度を低濃度に保ち、ソース−ドレイン間のパンチスル
ーが発生し易い深さにパンチスルーの発生を抑える所望
の高濃度領域を有し、且つソース/ドレイン領域の底面
が接する領域にエピタキシャル層下部の半導体基体(主
としてウエル)よりも低濃度の領域を有するエピタキシ
ャル層内の不純物の濃度分布を再現性よく形成すること
が可能になる。
ドープか極低濃度のエピタキシャル層により形成し、上
記チャネルドープイオン注入の条件とイオン注入後のア
ニール条件とを最適化することにより、エピタキシャル
層のチャネルが形成される表面部の不純物濃度即ち表面
濃度を低濃度に保ち、ソース−ドレイン間のパンチスル
ーが発生し易い深さにパンチスルーの発生を抑える所望
の高濃度領域を有し、且つソース/ドレイン領域の底面
が接する領域にエピタキシャル層下部の半導体基体(主
としてウエル)よりも低濃度の領域を有するエピタキシ
ャル層内の不純物の濃度分布を再現性よく形成すること
が可能になる。
【0016】従って本発明によれば、短チャネル化及び
低Vth化により高駆動能力を有し、且つソース/ドレイ
ン領域の接合寄生容量が小さい高速MOSFETが形成
できる。
低Vth化により高駆動能力を有し、且つソース/ドレイ
ン領域の接合寄生容量が小さい高速MOSFETが形成
できる。
【0017】また、上記のようにチャネル部の不純物分
布を、ウエルを拡散源として用いずチャネルドープイオ
ン注入及びそのアニールのみで決定するために、ウエル
上への選択エピタキシャル成長は 900℃以下の低温で行
う。従って、このエピタキシャル成長に際してウエルの
濃度分布が大きく変化することはなく、ウエルの横方向
の拡散長が抑えられて素子の高集積化も可能になる。
布を、ウエルを拡散源として用いずチャネルドープイオ
ン注入及びそのアニールのみで決定するために、ウエル
上への選択エピタキシャル成長は 900℃以下の低温で行
う。従って、このエピタキシャル成長に際してウエルの
濃度分布が大きく変化することはなく、ウエルの横方向
の拡散長が抑えられて素子の高集積化も可能になる。
【0018】更にまた、カウンタードープでVthを決定
するのではないため、不純物のドーズ量は少なくてよ
く、スループットの向上が図れる。
するのではないため、不純物のドーズ量は少なくてよ
く、スループットの向上が図れる。
【0019】
【実施例】以下本発明を、図示実施例により具体的に説
明する。図1は本発明の構造の一実施例の説明図で(a)
は要部模式断面図、(b) は不純物濃度プロファイル図、
図2は本発明の構造の他の実施例の要部模式断面図、図
3及び図4は本発明の方法の第1の実施例の工程断面
図、図5、図6、図7は本発明の方法の第2〜第4の実
施例の工程断面図である。全図を通じ同一対象物は同一
符合で示す。
明する。図1は本発明の構造の一実施例の説明図で(a)
は要部模式断面図、(b) は不純物濃度プロファイル図、
図2は本発明の構造の他の実施例の要部模式断面図、図
3及び図4は本発明の方法の第1の実施例の工程断面
図、図5、図6、図7は本発明の方法の第2〜第4の実
施例の工程断面図である。全図を通じ同一対象物は同一
符合で示す。
【0020】本発明の構造の一実施例を示す図1(a) に
おいて、1は比抵抗10Ωcm程度のp - 型シリコン(Si)基
板、2は表面濃度1×1017cm-3、深さ2μm程度のp−
ウエル、3は素子領域、4はp型チャネルストッパ、5
はフィールド酸化膜、6はノンドープ若しくは2×1015
cm-3程度の低濃度にボロン(B) ドープされた厚さ0.15μ
m程度のp- 型低濃度エピタキシャルSi層、7は深さ0.
08μm程度の位置に2×1017cm-3程度のピーク濃度を有
するp型チャネルドープ層、8はゲート酸化膜、9はゲ
ート電極、10S は深さ O.1μm、不純物濃度1020cm-3程
度のn+ 型ソース領域、10D は深さ O.1μm、不純物濃
度1020cm-3程度のn+ 型ドレイン領域を示す。
おいて、1は比抵抗10Ωcm程度のp - 型シリコン(Si)基
板、2は表面濃度1×1017cm-3、深さ2μm程度のp−
ウエル、3は素子領域、4はp型チャネルストッパ、5
はフィールド酸化膜、6はノンドープ若しくは2×1015
cm-3程度の低濃度にボロン(B) ドープされた厚さ0.15μ
m程度のp- 型低濃度エピタキシャルSi層、7は深さ0.
08μm程度の位置に2×1017cm-3程度のピーク濃度を有
するp型チャネルドープ層、8はゲート酸化膜、9はゲ
ート電極、10S は深さ O.1μm、不純物濃度1020cm-3程
度のn+ 型ソース領域、10D は深さ O.1μm、不純物濃
度1020cm-3程度のn+ 型ドレイン領域を示す。
【0021】この図に示されるような構造の本発明に係
るMOSFETは、後に説明する製造方法に示されるよ
うに、表面濃度が1017cm-3であるp−ウエル2の上に、
ノンドープ若しくは2×1015cm-3程度のp型低濃度を有
するエピタキシャルSi層6を低温で選択成長させた後、
素子領域3全域にわたりイオン注入により深さ0.08μm
程度の所に2×1017cm-3程度のピーク濃度を有するp型
チャネルドープ層7を形成して構成する。
るMOSFETは、後に説明する製造方法に示されるよ
うに、表面濃度が1017cm-3であるp−ウエル2の上に、
ノンドープ若しくは2×1015cm-3程度のp型低濃度を有
するエピタキシャルSi層6を低温で選択成長させた後、
素子領域3全域にわたりイオン注入により深さ0.08μm
程度の所に2×1017cm-3程度のピーク濃度を有するp型
チャネルドープ層7を形成して構成する。
【0022】このようにすると、チャネルドープイオン
注入による不純物は表面に向かって順次低濃度となる傾
斜分布をなすことから、素子領域3の深さ方向の不純物
濃度プロファイルは、同図(b) に示すように、エピタキ
シャルSi層6のチャネルが形成される表面部S1が前記チ
ャネルドープイオン注入の分布の裾によって1×1016cm
-3程度の低濃度になり、ソース−ドレイン間のパンチス
ルーが起こり易い深さ0.08μm程度の所S2が2×1017cm
-3程度のピーク濃度を有し、ソース及びドレイン領域10
S 、10D の底面が接するチャネルドープ層7とウエル領
域2との界面近傍の深さ 0.13 μm付近S3に不純物濃度
5×1016程度のウエル2より低濃度の領域を有するプロ
ファイルとなる。
注入による不純物は表面に向かって順次低濃度となる傾
斜分布をなすことから、素子領域3の深さ方向の不純物
濃度プロファイルは、同図(b) に示すように、エピタキ
シャルSi層6のチャネルが形成される表面部S1が前記チ
ャネルドープイオン注入の分布の裾によって1×1016cm
-3程度の低濃度になり、ソース−ドレイン間のパンチス
ルーが起こり易い深さ0.08μm程度の所S2が2×1017cm
-3程度のピーク濃度を有し、ソース及びドレイン領域10
S 、10D の底面が接するチャネルドープ層7とウエル領
域2との界面近傍の深さ 0.13 μm付近S3に不純物濃度
5×1016程度のウエル2より低濃度の領域を有するプロ
ファイルとなる。
【0023】従って、上記S1の領域にチャネルを形成さ
せるためのVthは低い値となり、上記S2近傍の高濃度領
域でソース領域10S とドレイン領域10D 間のパンチスル
ーは防止され、且つソース及びドレイン領域10S 、10D
の底部が接する領域が上記S3に示すウエル2より低不純
物濃度の領域であることによりソース、ドレイン領域10
S 、10D の接合寄生容量が減少する。
せるためのVthは低い値となり、上記S2近傍の高濃度領
域でソース領域10S とドレイン領域10D 間のパンチスル
ーは防止され、且つソース及びドレイン領域10S 、10D
の底部が接する領域が上記S3に示すウエル2より低不純
物濃度の領域であることによりソース、ドレイン領域10
S 、10D の接合寄生容量が減少する。
【0024】そこで、パンチスルーが防止されてショー
トチャネル化され、且つVthが低く高駆動能力を有する
高速のMOSFETが形成される。図2に示した他の実
施例は、製造条件によって前記エピタキシャルSi層3と
フィールド酸化膜5との境界部に形成される凹部11をS
OG(Spin On Glass) 等の埋込み絶縁膜12で平坦に埋め
た例で、これによって例えばゲート電極8の形成に際し
て、ゲート電極材料の導電膜が前記凹部11内に残留し、
ソース/ドレイン間ショート等の障害を発生させるのを
防止した構造である。
トチャネル化され、且つVthが低く高駆動能力を有する
高速のMOSFETが形成される。図2に示した他の実
施例は、製造条件によって前記エピタキシャルSi層3と
フィールド酸化膜5との境界部に形成される凹部11をS
OG(Spin On Glass) 等の埋込み絶縁膜12で平坦に埋め
た例で、これによって例えばゲート電極8の形成に際し
て、ゲート電極材料の導電膜が前記凹部11内に残留し、
ソース/ドレイン間ショート等の障害を発生させるのを
防止した構造である。
【0025】次に上記MOSFETを形成する際に用い
る本発明に係る製造方法について図を参照し、実施例に
より説明する。 図3(a) 参照 前記一実施例に示した構造を有するMOSFETを形成
するに際しては、先ず比抵抗10Ωcm程度のp- 型Si基板
1上に、下敷き酸化シリコン(SiO2)膜13を介し素子領域
3を覆う窒化シリコン(Si3N4) 膜14を形成した後、この
基板上に前記素子領域3を含むウエル形成領域を表出す
る開孔15を有するレジスト膜16を形成する。そして、前
記レジスト膜の開孔15から加速エネルギー180 KeV 、ド
ーズ量1×1013cm-2程度の条件で硼素(B+ ) をイオン注
入する。102 は第1の B+ 注入領域を示す。
る本発明に係る製造方法について図を参照し、実施例に
より説明する。 図3(a) 参照 前記一実施例に示した構造を有するMOSFETを形成
するに際しては、先ず比抵抗10Ωcm程度のp- 型Si基板
1上に、下敷き酸化シリコン(SiO2)膜13を介し素子領域
3を覆う窒化シリコン(Si3N4) 膜14を形成した後、この
基板上に前記素子領域3を含むウエル形成領域を表出す
る開孔15を有するレジスト膜16を形成する。そして、前
記レジスト膜の開孔15から加速エネルギー180 KeV 、ド
ーズ量1×1013cm-2程度の条件で硼素(B+ ) をイオン注
入する。102 は第1の B+ 注入領域を示す。
【0026】図3(b) 参照 次いで、レジスト膜16を除去し、1200℃、180 分程度の
ランニング処理を行い表面濃度1017cm-3、深さ2μm程
度のp−ウエル2を形成した後、この基板表面に前記 S
i3N4膜14をマスクにして50KeV 、2×1013cm-2程度の条
件で B+ をイオン注入する。104 は第2の B+ 注入領域
を示す。
ランニング処理を行い表面濃度1017cm-3、深さ2μm程
度のp−ウエル2を形成した後、この基板表面に前記 S
i3N4膜14をマスクにして50KeV 、2×1013cm-2程度の条
件で B+ をイオン注入する。104 は第2の B+ 注入領域
を示す。
【0027】図3(c) 参照 次いで、前記Si3N4 膜14をマスクにし、例えば塩酸酸化
手段により 900℃で選択酸化を行い、素子領域3を画定
する厚さ4000Å程度のフィールド酸化膜5を形成すると
同時に前記第2の B+ 注入領域を活性化してその下部の
p型チャネルストッパ4を形成する。
手段により 900℃で選択酸化を行い、素子領域3を画定
する厚さ4000Å程度のフィールド酸化膜5を形成すると
同時に前記第2の B+ 注入領域を活性化してその下部の
p型チャネルストッパ4を形成する。
【0028】図3(d) 参照 次いで、前記Si3N4 膜14及び下敷きSiO2膜13を除去した
後、(SiH4 +H2+Cl2)ガスを用いて1Torr、600 ℃程度
の条件で行う通常の低温エピタキシャル成長手段によ
り、素子領域3に表出しているウエル2面上に厚さ1500
Å程度のノンドープのエピタキシャルSi層106 を選択成
長させる。
後、(SiH4 +H2+Cl2)ガスを用いて1Torr、600 ℃程度
の条件で行う通常の低温エピタキシャル成長手段によ
り、素子領域3に表出しているウエル2面上に厚さ1500
Å程度のノンドープのエピタキシャルSi層106 を選択成
長させる。
【0029】図4(a) 参照 次いで、 900℃程度の温度におけるドライ酸化により上
記エピタキシャルSi層106 上に図示しない厚さ100 Å程
度の図示しない犠牲酸化層を形成し、次いでこの犠牲酸
化層を弗酸等により除去した後、ドライ酸化手段により
改めてこのエピタキシャルSi層106 上に厚さ100 Å程度
のゲート酸化膜8を形成し、これと同時にチャネルスト
ッパ4をエピタキシャルSi層106 まで這い上がらせ、次
いで前記ゲート酸化膜8を貫通しエピタキシャルSi層10
6 内に B+ を例えば注入エネルギー50KeV 、ドーズ量2
×1013cm-2の条件でイオン注入し、 900℃程度の温度で
活性化処理を施し、エピタキシャルSi層106 内の深さ0.
08μm程度の所に2×1017cm-3程度のピーク濃度を有し
分布の裾がエピタキシャルSi層106 の表面及びウエル2
の上層部に達するp型チャネルドープ層7を形成する。
なおここで、ノンドープのエピタキシャルSi層106 は不
純物の分布によって表面濃度が1×1016cm-3程度のp-
型エピタキシャルSi層6となる。
記エピタキシャルSi層106 上に図示しない厚さ100 Å程
度の図示しない犠牲酸化層を形成し、次いでこの犠牲酸
化層を弗酸等により除去した後、ドライ酸化手段により
改めてこのエピタキシャルSi層106 上に厚さ100 Å程度
のゲート酸化膜8を形成し、これと同時にチャネルスト
ッパ4をエピタキシャルSi層106 まで這い上がらせ、次
いで前記ゲート酸化膜8を貫通しエピタキシャルSi層10
6 内に B+ を例えば注入エネルギー50KeV 、ドーズ量2
×1013cm-2の条件でイオン注入し、 900℃程度の温度で
活性化処理を施し、エピタキシャルSi層106 内の深さ0.
08μm程度の所に2×1017cm-3程度のピーク濃度を有し
分布の裾がエピタキシャルSi層106 の表面及びウエル2
の上層部に達するp型チャネルドープ層7を形成する。
なおここで、ノンドープのエピタキシャルSi層106 は不
純物の分布によって表面濃度が1×1016cm-3程度のp-
型エピタキシャルSi層6となる。
【0030】図4(b) 参照 次いで、通常の方法により上記エピタキシャルSi層6上
にゲート酸化膜8を介してポリSi等よりなるゲート電極
9を形成し、このゲート電極をマスクにし、エピタキシ
ャル層6内に、例えば燐(P+ ) を加速エネルギー20KeV
、ドーズ量2×1013cm-2、砒素( As+ ) を加速エネル
ギー30KeV 、ドーズ量4×1015cm-2の条件でイオン注入
し、 850℃程度の温度で活性化処理を行いって不純物濃
度1020cm-3、深さ1μm程度のn+ 型ソース領域10S 及
びn+ 型ドレイン領域10D を形成し本発明に係る高駆動
能力ショートチャネルMOSFETの要部が完成する。
なお、上記ソース、ドレイン領域の活性化処理は、後に
行われる層間絶縁膜のリフローに際しての熱処理で兼ね
てもよい。
にゲート酸化膜8を介してポリSi等よりなるゲート電極
9を形成し、このゲート電極をマスクにし、エピタキシ
ャル層6内に、例えば燐(P+ ) を加速エネルギー20KeV
、ドーズ量2×1013cm-2、砒素( As+ ) を加速エネル
ギー30KeV 、ドーズ量4×1015cm-2の条件でイオン注入
し、 850℃程度の温度で活性化処理を行いって不純物濃
度1020cm-3、深さ1μm程度のn+ 型ソース領域10S 及
びn+ 型ドレイン領域10D を形成し本発明に係る高駆動
能力ショートチャネルMOSFETの要部が完成する。
なお、上記ソース、ドレイン領域の活性化処理は、後に
行われる層間絶縁膜のリフローに際しての熱処理で兼ね
てもよい。
【0031】図4(c) 参照 以後、通常通り、硼素珪酸ガラス(BPSG)からなる層間絶
縁膜17を形成し、この層間絶縁膜17をリフローして平坦
化し、その層間絶縁膜17にコンタクト窓18S 、18D 等を
形成し、それらコンタクト窓上にアルミニウム(Al)等か
らなる配線19S、19D 等を形成して本発明に係る高駆動
能力ショートチャネルMOSFETが完成する。
縁膜17を形成し、この層間絶縁膜17をリフローして平坦
化し、その層間絶縁膜17にコンタクト窓18S 、18D 等を
形成し、それらコンタクト窓上にアルミニウム(Al)等か
らなる配線19S、19D 等を形成して本発明に係る高駆動
能力ショートチャネルMOSFETが完成する。
【0032】前記選択エピタキシャル成長においては、
素子領域を画定するフィールド酸化膜端部の形状及び成
長条件によって、エピタキシャルSi層とフィールド酸化
膜の境界部に凹部が形成される。そしてこの凹部は、後
にゲート電極を形成する際等において前記凹部内に堆積
された導電層が除去しきれないで、ソース−ドレイン間
ショート等の障害を起こす。それを防止するのに図2に
示したようにエピタキシャルSi層6とフィールド酸化膜
4の境界部に生ずる凹部11を絶縁膜12で平坦に埋めた構
造が用いられる。この構造を形成する際には、上記第1
の実施例の工程に図5に示す第2の実施例、図6に示す
第3の実施例、図7に示す第4の実施例の方法の何れか
が併用される。
素子領域を画定するフィールド酸化膜端部の形状及び成
長条件によって、エピタキシャルSi層とフィールド酸化
膜の境界部に凹部が形成される。そしてこの凹部は、後
にゲート電極を形成する際等において前記凹部内に堆積
された導電層が除去しきれないで、ソース−ドレイン間
ショート等の障害を起こす。それを防止するのに図2に
示したようにエピタキシャルSi層6とフィールド酸化膜
4の境界部に生ずる凹部11を絶縁膜12で平坦に埋めた構
造が用いられる。この構造を形成する際には、上記第1
の実施例の工程に図5に示す第2の実施例、図6に示す
第3の実施例、図7に示す第4の実施例の方法の何れか
が併用される。
【0033】図5(a) 参照 第2の実施例は、エピタキシャルSi層6の上面の方がフ
ィールド酸化膜5の上面よりも高く、且つエピタキシャ
ル層6とフィールド酸化膜5の境界部に凹部11が形成さ
れた際に用いられる一方法で、先ず上記基板上に上記エ
ピタキシャル層6を埋没し且つ上面がほぼ平坦になる例
えば 0.5μm程度の厚さのSOG層20をスピンコート法
により反復塗布することにより形成し、次いでこのSO
G層20を400℃程度でベークした後 800℃程度の温度で
キュアーする。
ィールド酸化膜5の上面よりも高く、且つエピタキシャ
ル層6とフィールド酸化膜5の境界部に凹部11が形成さ
れた際に用いられる一方法で、先ず上記基板上に上記エ
ピタキシャル層6を埋没し且つ上面がほぼ平坦になる例
えば 0.5μm程度の厚さのSOG層20をスピンコート法
により反復塗布することにより形成し、次いでこのSO
G層20を400℃程度でベークした後 800℃程度の温度で
キュアーする。
【0034】図5(b) 参照 そして次に、例えば(CF4+CHF3) ガスを用いるリアクテ
ィブイオンエッチングにより、エピタキシャルSi層6の
全面が露出するまでエッチバックし、エピタキシャル層
6とフィールド酸化膜5の境界部の凹部11を埋め、且つ
エピタキシャルSi層6の上面と等しい高さの上面を有し
てフィールド酸化膜5上に延在するSOG層20を形成
し、基板表面の平坦化が図られる。
ィブイオンエッチングにより、エピタキシャルSi層6の
全面が露出するまでエッチバックし、エピタキシャル層
6とフィールド酸化膜5の境界部の凹部11を埋め、且つ
エピタキシャルSi層6の上面と等しい高さの上面を有し
てフィールド酸化膜5上に延在するSOG層20を形成
し、基板表面の平坦化が図られる。
【0035】なおこの方法では、SOG層20の塗布厚さ
が前記のように厚いので、形成が困難な場合は、例えば
0.2μm程度のSOG層上に 0.3μm程度の気相成長に
よる燐珪酸ガラス(PSG) 等の絶縁膜を積層した多層絶縁
膜で代用してもよい。
が前記のように厚いので、形成が困難な場合は、例えば
0.2μm程度のSOG層上に 0.3μm程度の気相成長に
よる燐珪酸ガラス(PSG) 等の絶縁膜を積層した多層絶縁
膜で代用してもよい。
【0036】図6(a) 参照 第3の実施例は、エピタキシャルSi層6の上面の方がフ
ィールド酸化膜5の上面よりも高く、且つエピタキシャ
ルSi層6とフィールド酸化膜5の境界部に凹部11が形成
された際に用いられる他の方法で、この方法において
は、上記基板上に、スピンコート法により形成が容易
な、厚さ 0.2〜0.3 μmのSOG層120 を形成した後、
前記実施例と同様な条件でこのSOG層120 をキュアー
する。
ィールド酸化膜5の上面よりも高く、且つエピタキシャ
ルSi層6とフィールド酸化膜5の境界部に凹部11が形成
された際に用いられる他の方法で、この方法において
は、上記基板上に、スピンコート法により形成が容易
な、厚さ 0.2〜0.3 μmのSOG層120 を形成した後、
前記実施例と同様な条件でこのSOG層120 をキュアー
する。
【0037】図6(b) 参照 次いで、前記実施例と同様な手段により、エピタキシャ
ルSi層6の全面が表出するまでエッチバックする。この
方法ではエピタキシャルSi層6上と同様の厚さに形成さ
れている平坦なフィールド酸化膜5上のSOG層120 は
除去され、エピタキシャルSi層6とフィールド酸化膜5
の境界部に形成されている凹部11内のみにSOG層120
が平坦に埋め込まれる。
ルSi層6の全面が表出するまでエッチバックする。この
方法ではエピタキシャルSi層6上と同様の厚さに形成さ
れている平坦なフィールド酸化膜5上のSOG層120 は
除去され、エピタキシャルSi層6とフィールド酸化膜5
の境界部に形成されている凹部11内のみにSOG層120
が平坦に埋め込まれる。
【0038】図7(a) 参照 第4の実施例は、エピタキシャルSi層6の上面がフィー
ルド酸化膜5の上面より低く、且つエピタキシャルSi層
6とフィールド酸化膜5の境界部に凹部11が形成された
際に用いられた実施例で、この方法では、上記基板上に
上面が平坦になるよう 0.5μm程度に厚くスピンコート
法によりSOG層220 を形成した後、前記実施例同様な
条件によりこのSOG層220 をキュアーする。
ルド酸化膜5の上面より低く、且つエピタキシャルSi層
6とフィールド酸化膜5の境界部に凹部11が形成された
際に用いられた実施例で、この方法では、上記基板上に
上面が平坦になるよう 0.5μm程度に厚くスピンコート
法によりSOG層220 を形成した後、前記実施例同様な
条件によりこのSOG層220 をキュアーする。
【0039】図7(b) 次いで、前記実施例と同様な方法で上記SOG層220 を
エピタキシャルSi層6の全面が表出するまでエッチバッ
クする。この方法ではエピタキシャルSi層6上より薄く
形成されているフィールド酸化膜5上のSOG層220 は
完全に除去され、且つフィールド酸化膜5の上面もエピ
タキシャルSi層6の上面と同じ高さまでエッチングされ
る。そしてエピタキシャルSi層6とフィールド酸化膜5
の境界部に形成されている凹部11の内部のみにSOG層
220 が埋め込まれて残留する構造になる。
エピタキシャルSi層6の全面が表出するまでエッチバッ
クする。この方法ではエピタキシャルSi層6上より薄く
形成されているフィールド酸化膜5上のSOG層220 は
完全に除去され、且つフィールド酸化膜5の上面もエピ
タキシャルSi層6の上面と同じ高さまでエッチングされ
る。そしてエピタキシャルSi層6とフィールド酸化膜5
の境界部に形成されている凹部11の内部のみにSOG層
220 が埋め込まれて残留する構造になる。
【0040】
【発明の効果】以上の実施例に示したように、本発明に
よれば、チャネル部が十分に低い表面濃度を有して低い
Vthを有し、且つその下部に高濃度領域を配しソース−
ドレイン間のパンチスルーを防止しつつ短チャネル化を
図って駆動能力を高め、更にソース/ドレイン領域の底
面が接する領域にウエルより低濃度の領域を配しソース
/ドレイン領域の接合寄生容量を減少させて動作遅延を
防止した高速MOSFETが容易に形成される。また、
製造工程中にMOSFET下部のウエルの横方向拡大も
防止される。
よれば、チャネル部が十分に低い表面濃度を有して低い
Vthを有し、且つその下部に高濃度領域を配しソース−
ドレイン間のパンチスルーを防止しつつ短チャネル化を
図って駆動能力を高め、更にソース/ドレイン領域の底
面が接する領域にウエルより低濃度の領域を配しソース
/ドレイン領域の接合寄生容量を減少させて動作遅延を
防止した高速MOSFETが容易に形成される。また、
製造工程中にMOSFET下部のウエルの横方向拡大も
防止される。
【0041】従って本発明は、高集積度を有し、且つ高
速のMOSICの製造に寄与するところが大きい。
速のMOSICの製造に寄与するところが大きい。
【図1】 本発明の構造の一実施例の説明図
【図2】 本発明の構造の他の実施例の要部模式断面図
【図3】 本発明の方法の第1の実施例の工程断面図
(その1)
(その1)
【図4】 本発明の方法の第1の実施例の工程断面図
(その2)
(その2)
【図5】 本発明の方法の第2の実施例の工程断面図
【図6】 本発明の方法の第3の実施例の工程断面図
【図7】 本発明の方法の第4の実施例の工程断面図
【図8】 LICTの説明図
【図9】 埋込み層付トランジスタの説明図
【図10】 反対導電型イオン注入によるチャネルドープ
トランジスタの説明図
トランジスタの説明図
1 p型Si基板 2 p−ウエル 3 素子領域 4 p型チャネルストッパ 5 フィールド酸化膜 6 p- 型低濃度エピタキシャル層 7 p型チャネルドープ層 8 ゲート酸化膜 9 ゲート電極 10S n+ 型ソース領域 10D n+ 型ドレイン領域 11 凹部 12 埋込み絶縁膜
Claims (5)
- 【請求項1】 基板若しくはウエルからなる一導電型半
導体基体面の第1の絶縁膜によって分離画定された素子
形成領域上に選択的に半導体エピタキシャル層が設けら
れ、該半導体エピタキシャル層の表面に絶縁ゲート型ト
ランジスタが形成されてなる半導体装置において、 該絶縁ゲート型トランジスタのゲート電極直下の該エピ
タキシャル層の表面近傍部に、該エピタキシャル層の表
面から深部に向かって順次増加する一導電型を有するチ
ャネル不純物の濃度分布を有し、且つ該濃度分布におけ
る不純物濃度の最大値が該基体の不純物濃度より大きい
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記半導体エピタキシャル層と前記該1
の絶縁膜との境界領域に形成される凹部が、第2の絶縁
膜により平坦に埋められてなることを特徴とする請求項
1記載の半導体装置。 - 【請求項3】 基板若しくはウエルからなる一導電型半
導体基体上に該基体面を選択的に画定表出する第1の絶
縁膜を形成する工程と、 該基体の表出面上に選択的に該半導体基体より低不純物
濃度を有する一導電型半導体エピタキシャル層を成長せ
しめる工程と、 該エピタキシャル層に一導電型不純物のイオン注入を行
い、該エピタキシャル層に、表面から深部に向かって順
次増加する不純物の濃度分布を有し、且つ該濃度分布に
おける不純物濃度の最大値が該半導体基体の不純物濃度
よりも大きい一導電型チャネルドープ層を形成する工程
と、 該エピタキシャル層上にゲート絶縁膜を介してゲート電
極を形成した後、該ゲート電極の両側の該エピタキシャ
ル層の表面部に反対導電型のソース/ドレイン領域を形
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。 - 【請求項4】 前記第1の絶縁膜により画定表出された
半導体基体上に選択的に半導体エピタキシャル層を成長
せしめる工程が、該半導体エピタキシャル層と該第1の
絶縁膜との境界領域に形成される凹部に、第2の絶縁膜
を平坦に埋込む工程を含むことを特徴とする請求項3記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記半導体エピタキシャル層と第1の絶
縁膜との境界領域に形成される凹部への第2の絶縁膜の
埋込みが、該エピタキシャル層上から該第1の絶縁膜上
にわたってSOG層を平坦に塗布形成する工程と、該S
OG層を該エピタキシャル層の表面が露出するまでエッ
チングバックする工程よりなることを特徴とする請求項
4記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4000548A JPH05183159A (ja) | 1992-01-07 | 1992-01-07 | 半導体装置及びその製造方法 |
US08/000,699 US5362981A (en) | 1992-01-07 | 1993-01-05 | Integrated semiconductor device having a buried semiconductor layer and fabrication method thereof |
US08/279,205 US5589410A (en) | 1992-01-07 | 1994-07-22 | An integrated semiconductor device having a buried semiconductor layer and fabrication method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4000548A JPH05183159A (ja) | 1992-01-07 | 1992-01-07 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05183159A true JPH05183159A (ja) | 1993-07-23 |
Family
ID=11476783
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4000548A Withdrawn JPH05183159A (ja) | 1992-01-07 | 1992-01-07 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US5362981A (ja) |
JP (1) | JPH05183159A (ja) |
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