JPH0523055B2 - - Google Patents

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JPH0523055B2
JPH0523055B2 JP58179551A JP17955183A JPH0523055B2 JP H0523055 B2 JPH0523055 B2 JP H0523055B2 JP 58179551 A JP58179551 A JP 58179551A JP 17955183 A JP17955183 A JP 17955183A JP H0523055 B2 JPH0523055 B2 JP H0523055B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、イオン注入法によりMOSEFTのソ
ース、ドレイン拡散層を形成する工程を含む半導
体装置の製造方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、半導体集積回路の高集積化に伴い、素子
寸法は小さく、拡散層は浅く、配線は細く、とい
う傾向が顕著である。現在、MOS型集積回路の
製造方法としては、シリコン基板にゲート酸化膜
を介して多結晶シリコンゲート電極を形成し、こ
のゲート電極をマスクとしてイオン注入を行つて
ソース、ドレイン領域に高濃度不純物を導入した
後、900℃〜1000℃の熱処理工程を通して注入不
純物の活性化を行い、その後金属電極を形成す
る、というのが一般的である。ここでイオン注入
後の熱処理工程は、不純物を活性化して低抵抗拡
散層を得るために重要であるだけでなく、この拡
散層と金属電極との接触抵抗を下げて良好なオー
ミツク接触を得る上でも重要な役割を果たしてい
る。そしてそのためには、熱処理工程として前述
のような高温度を要するとされている。
ところが、MOS型集積回路の高集積化に伴つ
て素子寸法が縮少されるにつれ、従来の方法では
種々の問題が発生してきている。例えば、短チヤ
ネル効果や狭チヤネル効果を防止するにはソー
ス、ドレイン拡散層は浅い方がよく、しかもその
場合拡散層抵抗を十分小さくするためにはできる
だけ高不純物濃度であることが望まれる。しかし
ながら、高濃度で浅いソース、ドレイン拡散層を
形成することは非常に困難である。何故ならイオ
ン注入後、不純物活性化のために高温熱処理を行
うことにより不純物再拡散が生じるからである。
また、できるだけ高不純物濃度で浅いソース、ド
レイン拡散層を実現できたとしても、ドレイン近
傍でのホツトエレクトロン注入によるしきい値の
変動、表面ブレークダウン耐圧の低下、取出し電
極のつき抜け、等の問題が残る。
〔発明の目的〕
本発明は上記の如き問題を解決し、優れた特性
を保ちながらMOSFETの微細化、高集積化を可
能とした半導体装置の製造方法を提供することを
目的とする。
〔発明の概要〕
本発明においては、それぞれ2回のイオン注入
と熱処理工程によりソースおよびドレイン領域を
形成する。即ち第1回目のイオン注入とその後の
900℃以上の高温熱処理により、低不純物濃度の
ソース、ドレイン拡散層を形成する。次いでこの
ソース、ドレイン拡散層領域内の表面に第2回目
のイオン注入を行い、その後の熱処理を700℃以
下の温度で行う。この第2回目のイオン注入と熱
処理工程は、低不純物濃度のソース、ドレイン拡
散層に対して金属膜を低抵抗接触させるためであ
る。そしてこの後、ソース、ドレイン領域に例え
ば選択気相成長法によつて金属膜を貼りつける。
〔発明の効果〕
本発明によれば、第1図のイオン注入と高温熱
処理により形成される低不純物濃度の浅いソー
ス、ドレイン拡散層で主要なMOSFET特性が決
定される。従つて、短チヤネル効果や狭チヤネル
効果が少くなりホツトエレクトロン注入によるし
きい値変動が防止され、また表面ブレークダウン
耐圧も高いものとなる。そして第2回目のイオン
注入と低温熱処理、およびこれに続く金属膜の形
成によつて、ソースドレイン拡散層の実質的な層
抵抗を十分小さくすることができる。700℃以下
の熱処理では注入不純物の活性化は十分ではない
が、にも拘らず金属膜との良好な低抵抗オーミツ
クコンタクトが得られることは、本発明者らが初
めて明らかにしたものである。その現象と理由に
ついては、後に実験データに基づいて説明する。
そして本発明では、第2回目のイオン注入後の熱
処理温度が低いことから、この熱処理工程による
不純物再拡散が小さく、MOSFETの特性変動は
防止される。
〔発明の実施例〕
具体的な実施例の説明に入る前に、本発明のも
とになつた基礎実験データを説明する。
第1図に示したのは、6〜8Ω−cmのp型
(100)シリコン基板を用い、LOCOS法により素
子分離した後に、ヒ素(As)を加速電圧40KeV
で3×1015cm-2注入し、600〜1000℃の各温度で
熱処理して形成したn+拡散層とこの拡散層上に
スパツタ法により形成したAl−1%Si電極との
間の接触抵抗を測定した結果である。
このデータから、800〜1000℃という高温熱処
理を行つた場合には、熱処理時間にそれ程影響さ
れることなく低抵抗接触が得られている。これ
は、注入したヒ素原子がシリコン結晶格子点に入
つてキヤリア濃度が高くなること、つまり不純物
の活性化が十分になされて拡散層自体の比抵抗が
小さくなることにより、接触抵抗が小さくなつた
ものと理解される。
一方700℃以下の熱処理の場合も、短時間の熱
処理例えば、700℃では2分程度、600℃では30分
程度で1000℃の熱処理を行つたときと同程度の低
抵抗接触が得られている。この現象は次のように
理解される。
即ち、高濃度イオン注入により、注入層は非晶
質状になるが、この非晶質層は、600℃程度の低
温熱処理により非晶質−結晶界面からすみやかに
結晶化していく。この結晶化の際、注入不純物が
Si結晶格子点に入り、キヤリア濃度が高くなるの
に加えて、この熱処理で消滅しきれない微細欠陥
がキヤリアの再結合中心になつて、キヤリア濃度
を増大させる。このためSi表面の空乏層幅が狭く
なり、接触界面障壁をキヤリアが通り抜けやすく
なり、コンタクト抵抗は低下する。一方、低温熱
処理時間を長くすると、コンタクト抵抗が増大す
るのは、最大固溶度よりも多く、一たん結晶格子
点に入つた不純物が再び格子間位置に戻るのと、
微細欠陥が回復して、総体的にはその数が減るた
めである。これには、消滅しきれなかつた微細欠
陥のうち、格子間位置にあるSi原子が、格子点に
入つている不純物と置換する機構も考えられる。
第2図a〜dは本発明の一実施例の製造工程を
示す断面図である。まが6〜8Ω−cmのp型シリ
コン基板1を熱酸化してフイールド酸化膜2を形
成し、PEP工程を経て素子領域を形成した後、
ゲート酸化膜3を介して多結晶シリコンゲート電
極4を形成する(a)。ゲート酸化膜3は1000℃、乾
燥酸素中で熱酸化した200Åの酸化膜であり、ゲ
ート電極4はLPCVD法による3000Åの多結晶シ
リコン膜である。この後、ヒ素を加速電圧
40KeVで5×1014cm-2注入した後、1000℃、30分
の熱処理を行つてソース、ドレイン領域にn-
散層5a,5bを形成した後、再び加速電圧
40KeVで3×1015cm-2注入して600℃、180分の熱
処理を行つて浅いn+層6a,6bを形成する。
n+層6a,6bはそれぞれn-層5a,5bの領
域内でその表面部にのみ形成される。そして全面
にSiO2膜をCVD法により堆積した後、RIEによ
りエツチングしてゲート電極4の側壁部にSiO2
膜7を残置させる(b)。この後、WF6ガスを用い
たCVD法によりソース、ドレイン領域のn+層6
a,6bおよびゲート電極4上に選択的にW膜8
a〜8cを形成する(c)。この後、プラズマCVD
法によりSiO2膜9を堆積し、600℃熱処理した
後、コンタクトホールをあけてソース、ドレイン
を取出すAl配線10a,10bおよびゲートを
取出すAl配線(図示せず)を配設する(d)。
この実施例によれば、ソース、ドレイン領域内
の表面に浅く形成されたn+層6a,6bは、イ
オン注入後に700℃以上の熱工程が加えられない
ため不純物の再拡散がなく、従つて素子寸法を微
細化して、しかも特性変動をもたらすことなく高
集積化することができる。またソース、ドレイン
の金属電極としての下地W膜8a,8bは、n+
層6a,6bが活性化されてないにも拘らずこれ
に対して低抵抗オーミツク接触を示し、良好な
FET特性が得られる。即ち、W膜8a,8bを
n+層6a,6bのほぼ全面に低抵抗接触をもつ
て貼りつけることにより、ソース、ドレイン領域
の層抵抗を実質的に十分低いものとすることがで
きる。しかもMOSFETのソース、ドレインに係
わる主要な特性はn-拡散層5a,5bによつて
決まり、ホツトエレクトロンの注入によるしきい
値変動が防止され、また表面ブレークダウン耐圧
も高いものとなる。
なお、本発明は上記実施例に限られるものでは
ない。例えば、n型シリコン基板を用いてp型ソ
ース、ドレイン領域を形成する場合にも本発明を
適用できる。またW膜の代りに同様の選択気相成
長法でMO膜など、他の金属膜を形成してもよ
い。更にソース、ドレイン領域への金属膜貼りつ
けの工程を省略して、直接Al,Al−Si電極等を
ソース、ドレイン領域にコンタクトさせる方法の
場合にも本発明は有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のもとになる実験データを示す
図、第2図a〜dは本発明の一実施例の製造工程
を示す図である。 1……p型シリコン基板、2……フイールド酸
化膜、3……ゲート酸化膜、4……多結晶シリコ
ンゲート電極、5a,5b……n-拡散層(ソー
ス、ドレイン領域)、6a,6b……n+層、7…
…SiO2膜、8a〜8c……W膜、9……SiO2膜、
10a,10b……Al配線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 フイールド絶縁膜が形成された第1導電型シ
    リコン基板の素子形成領域にゲート絶縁膜を介し
    てゲート電極を形成する工程と、このゲート電極
    をマスクとして第2導電型を与える不純物をイオ
    ン注入し900℃以上の温度で熱処理をして低不純
    物濃度のソースおよびドレイン拡散層を形成する
    工程と、このソースおよびドレイン拡散層領域内
    の表面部に再度第2導電型を与える不純物を浅く
    イオン注入し700℃以下の温度で熱処理する工程
    と、この後前記ソースおよびドレイン拡散層表面
    に金属膜を形成させる工程とを備えたことを特徴
    とする半導体装置の製造方法。 2 金属膜の形成は、金属の選択的気相成長法に
    よ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。
JP58179551A 1983-09-28 1983-09-28 半導体装置の製造方法 Granted JPS6072272A (ja)

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