JPH0576190B2 - - Google Patents

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JPH0576190B2
JPH0576190B2 JP57216789A JP21678982A JPH0576190B2 JP H0576190 B2 JPH0576190 B2 JP H0576190B2 JP 57216789 A JP57216789 A JP 57216789A JP 21678982 A JP21678982 A JP 21678982A JP H0576190 B2 JPH0576190 B2 JP H0576190B2
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silicon nitride
channel transistor
mask
ion implantation
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Shuwaabe Ururitsuhi
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Siemens AG
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、相補型MOS電界効果トランジスタ
の高密度集積回路において、基板上のエピタキシ
ヤル成長層内にnチヤネルトランジスタとpチヤ
ネルトランジスタを収容するため隣接したp型ウ
エルとn型ウエルを製造する方法に関する。
〔従来の技術〕
基板上のエピタキシヤル成長層内に形成するウ
エルにはトランジスタのしきい値電圧を種々の値
に調節するため適当なドーパントが多重イオン注
入によつて打ち込まれ、各イオン注入の際のマス
クとして感光樹脂構造と酸化シリコン又は窒化シ
リコン構造の双方又は一方が使用される。
従来のCMOS高密度集積回路の製造工程にお
いては、回路内のトランジスタのしきい値電圧を
種々の値に調整するため各種の技術による多重イ
オン注入過程が採用されているがこれらは著しく
高度の技術であり高価となる。
L.C.Parilloその他による論文(“Twin Tub
CMOS−A Technology for VLSI Circuits”,
Techn.Dig.IEDM 1980,291.1.,p.752−755)に
よりn型ウエルとp型ウエルを自己整合法を採用
することにより単一のマスクを使用するCMOS
過程によつて形成させることが公知である。この
場合両ウエルの自己整合式イオン注入では注入区
域縁端部においての侵入深さxjが通常の値5μmで
あるときこの縁端部で広い重なり合いとnおよび
p−ドーピングの打ち消し合いを生ずる。これに
よるネガテイブ効果はフイールド酸化膜トランジ
スタのしきい値電圧が低下し、npn型およびpnp
型の寄生バイポーラトランジスタの電流増幅度が
上昇してラツチ・アツプ現象即ち寄生サイリスタ
の点弧確率の増大が起ることである。このような
厚膜酸化物層のしきい値電圧の著しい低下は回路
構成素子の破壊を招く。
両ウエルの外チヤネルイオン注入およびフイー
ルドイオン注入をも別々のマスクを使用して実施
する方法はY.Sakai其他による論文(“High
Packing Density,High Speed CMOS(Hi−
CMOS)Device Technology”,Jap.J.Appl.
Phys.18,Suppl.18−1,p.73−78)に記載され
ている。この方法の欠点は多数のマスキング工程
が必要であるため元来製作歩留りの点で問題の多
いCMOS製作工程に更に大きな負担がかかるこ
とである。
〔発明が解決しようとする課題〕 本発明の目的は、CMOS電界効果トランジス
タの高密度集積回路の製造において、できるだけ
製造工程の数が少なく、デバイスの機能を阻害せ
ず、しかもn型ウエルとp型ウエルの空間的重な
り合いとイオン注入領域の縁端における電荷の打
ち消し合いが生じないようなドーパント注入ウエ
ルの製造方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的を達成するため、本発明の製造方法
においては、 (a) n+ドープシリコン基板上にnドープエピタ
キシヤル層を設け、このエピタキシヤル層を酸
化物層で覆い、エピタキシヤル層の表面におい
てp型ウエルに対する領域を定める窒化シリコ
ンパターンを酸化物層上に作り、この窒化シリ
コンパターンを注入マスクとして用いてホウ素
イオンのイオン注入によりp型ウエルを作る工
程と、 (b) 酸化物層を溶解除去し、その際窒化シリコン
パターンの下に1〜2μmの回り込みエツチン
グが行われ、基板の表面が露出するようにする
工程と、 (c) 基板の表面に局部酸化により酸化シリコンパ
ターンを作り、ホウ素イオンをエピタキシヤル
層の厚さの範囲にある侵入深さxjp(=6μm)ま
で拡散侵入させる工程と、 (d) 窒化シリコンパターンを溶解除去する工程
と、 (e) 酸化シリコンパターンを注入マスクとして用
いてリンイオン又はヒ素イオンのイオン注入に
よりn型ウエルを作り、リンイオン又はヒ素イ
オンをホウ素イオンの侵入深さxjpの1/4以下の
侵入深さxjo(=1〜1.5μm)まで拡散侵入させ
る工程と、 (f) 酸化シリコンパターンを除去し、全面に酸化
層を形成する工程と、 (g) n型ウエルを窒化シリコン層と感光樹脂層で
覆い、p型ウエル内のnチヤネルトランジスタ
用の全区域を窒化シリコン層でマスクした後p
型ウエル内のnチヤネル・トランジスタに対す
るフイールド・イオン注入を実施する工程と、 (h) 窒化シリコン層をマスクとして局部酸化によ
りフイールド酸化物区域を作る工程と、 (i) 窒化シリコンマスク層及びその下の酸化層を
溶解除去した後表面全体を熱酸化してゲート酸
化膜の厚さを調整する工程と、 (j) pチヤネルおよびnチヤネルのドーピングと
して全面的のホウ素イオン注入を実施し、その
際イオン注入量を他のイオン注入処理に適合さ
せてnチヤネルトランジスタとpチヤネルトラ
ンジスタができるだけ対称的なしきい値電圧を
持つように選定する工程と、 (k) ゲート領域形成のためポリシリコン層を析出
させこのポリシリコン層にパターンニングを行
う工程と、 (l) nチヤネル・トランジスタのソース・ドレン
領域上の酸化膜が後で行なわれるソース・ドレ
ン・イオン注入に対してマスクとして作用しな
い厚さとなるように全表面を熱酸化する工程
と、 (m) pチヤネル・トランジスタのソース・ドレン
領域をマスクする窒化シリコン層を続くソー
ス・ドレン・イオン注入のときのマスクとなる
ように全面的に析出させる工程と、 (n) 窒化シリコン層にパターニングを行いpチヤ
ネル・トランジスタの区域が窒化シリコン層で
覆われるようにする工程と、 (o) nチヤネル・トランジスタのソース・ドレン
領域を作るためのヒ素イオン注入を実施する工
程と、 (p) nチヤネル・トランジスタのソース・ドレン
領域上の酸化膜が続くpチヤネル・トランジス
タのソース・ドレン領域を作るためのイオン注
入に対してマスクとして作用する充分な厚さと
なるまで表面を熱酸化する工程と、 (q) 窒化シリコン構造を除去する工程と、 (r) pチヤネル・トランジスタのソース・ドレン
領域を作るため全面的のホウ素イオン注入を実
施する工程と を含むものである。
Parilloの方法と異りこ発明の方法ではn型ウ
エルより先にp型ウエルにドーパントイオンが注
入され深さxjpまで拡散する。エピタキシヤル成
長層の厚さがこの侵入深さxjpに等しいかそれよ
り僅か大きい程度に選ばれていることがこの発明
の一つの要点である。Parillo法に対して別の大
きな差異はn型ウエルの侵入深さxjoがp型ウエ
ルの侵入深さxjpの1/4以下になつていること、一
つの実施例ではxjpが6μmであるのに対してxjo
1乃至1.5μmである。Pallilo法では同時に拡散侵
入し実質上等しい侵入深さ(xjp≒xjo)となつて
いるため、p型ウエルとn型ウエルの間でドーパ
ントの打ち消し合いが生ずるが、この発明の方法
ではn型ウエルの侵入深さをp型ウエルの侵入深
さの1/4以下の小さい値とすることにより両ウエ
ル間の電荷補償を防止することができ、さらに両
ウエルのオーバーラツプが極めて小さくなり、ラ
ツチアツプ現象は許容し得る程度に僅かとなる。
n型ウエルの侵入深さをp型ウエルの侵入深さの
1/4より大きい値にするとこのような効果は得ら
れなかつた。
この発明による両盆状区域の別の分離手段は酸
化物層の溶解除去の際窒化物マスクの下に回り込
みエツチング行なうことである。これによつて続
くマスク酸化処理による縁端が1〜2μmだけ外
に押し出されn型ウエルのイオン注入部分はp型
ウエルのイオン注入部分からこの長さだけ離され
る。
別の分離手段としては窒化シリコン層の下に回
り込みエツチングに追加して局部酸化処理におい
て長いくちばし形を作り、リン・イオン注入に際
してマスク作用を行なわせることである。このく
ちばし形の形成は低い温度(700℃)において高
圧(1〜2×106Pa)酸化処理を行なうことによ
つて可能となる。
n型ウエルはp型ウエルに対して自己整合式に
リン又はヒ素イオン注入によつて作ることができ
る。注入イオン面密度が9×1011cm-2であり著し
く高いためフイールドイオン注入は不必要となり
そのマスクを省略することができる。従つてp型
ウエル、n型ウエルおよびフイールド区域(pチ
ヤネル)の形状の決定には単一のマスクで足り
る。
〔実施例〕
次に図面を参照し実施例についてこの発明を更
に詳細に説明する。第1図乃至第7図に各工程に
おいて作られた構造の断面を示す。
第1図:工程の最初にp型ウエル5を作る。n
ドープされたエピタキシヤル層2(比抵抗
10乃至50Ωcm)を備えたn+ドープシリコン
結晶基板1((100)面、比抵抗0.01乃至
0.1Ωcm)を出発材料としてその上に酸化
物層3(厚さ50nm)と窒化シリコン層4
(厚さ100nm)を設け、窒化シリコン層4
に写真食刻技術により構造を作る。p型ウ
エルを作るためのホウ素イオン注入6は面
密度1.5×1012cm-2、イオンエネルギー
160keVで実施する。
第2図:酸化物層3を溶解除去し、その際窒化
シリコン層4の下に回り込みエツチングが
行われるようにする(この状態は後で第8
図に示す。)。続いて酸化処理を実施し厚さ
400nmの酸化層7を形成させる。続く拡散
過程においてホウ素イオンをエピタキシヤ
ル層2内に深さxjp=6μmまで拡散侵入さ
せる。エピタキシヤル層2の厚さはμmで
ある。
第3図:窒化シリコン層4を除去し、全面的の
リン又はヒ素のイオン注入9(面密度9×
1011cm-2、エネルギー160keV)とそれに
続く拡散処理(侵入深さxjoは1乃至1.5μ
m)によつてn型ウエル8を形成させる。
イオン注入の面密度が高いからpチヤネル
層酸化膜トランジスタのしきい値電圧を調
整するフイールドイオン注入が省略され、
そのためのマスクを節約することができ
る。
第4図:n型ウエル8のドーパント注入が終つ
た後酸化物層7を腐食除去し、層7a(厚
さ50nm)を酸化し、窒化シリコン層11
を厚さ120nmに析出させ、この窒化シリコ
ン層11に構造を作る(マスクLOCOS
法)。p型ウエル5に対するホウ素イオン
のフイールドイオン注入はn型ウエル8お
よびp型ウエル5内のnチヤネル・トラン
ジスタの全区域を窒化シリコン層11でマ
スクした後に実施する。p型ウエル5の外
側の全区域はホウ素イオン注入10が行わ
れる間感光樹脂構造12によつて覆われて
いる。ホウ素イオン注入10のイオン量と
エネルギーは1×1013cm-2,25keVとす
る。第4図に矢印13で指示した表面縁端
部は以下の図面では除かれる。
第5図:感光樹脂構造12の除去後窒化シリコ
ン層11をマスクとして局部酸化によりフ
イールド酸化膜区域14を厚さ1000nmに
形成させる。窒化シリコン層11を溶解除
去した後全表面を熱酸化し、ゲート酸化膜
15を40nmの厚さ(これは通常のCMOS
過程の場合よりも薄い)に形成する。続い
て全面的のホウ素イオン注入16によつて
pチヤネルとnチヤネルをドープする。こ
のイオン注入量は他のイオン注入に合わせ
てnチヤネルトランジスタとpチヤネルト
ランジスタができるだけ対称的なしきい値
電圧を示すようにする。一つの実施例では
ホウ素イオン注入10の注入量とイオンエ
ネルギーが6×1011cm-2と25keVに選ばれ
る。このときのしきい値電圧UTは0.8Vと
なる。このイオン注入は全面的に行なわれ
るから通常のCMOS法と異りマスクを必
要としない。
第6図:ここでは厚さ500nmのポリシリコン層
が析出し、それに構造が作られゲート17
を形成する。全表面を熱酸化し露出してい
る酸化物層部分を厚い洩れ酸化層14aに
すると共にポリシリコン層17の上に約
100nm厚さの酸化層18を作る。この熱酸
化はp型ウエル5内のnチヤネル・トラン
ジスタのソース・ドレン領域上の酸化層が
後で行われるソース・ドレンイオン注入に
対してマスク作用を行なわない厚さとなる
程度に実施する。これらの酸化層14a,
18は窒化シリコン層19の下地となるも
ので、この窒化シリコン層の厚さがn型ウ
エル8内のpチヤネル・トランジスタを形
成する際のヒ素イオン注入に対してマスク
作用を行なうように選ばれる。感光樹脂構
造20によつて窒化シリコン層19に構造
が作られ、n型ウエル8内のpチヤネル・
トランジスタ区域が窒化シリコン層によつ
て覆われる。ここでヒ素イオン注入21を
面積密度6×1015cm-2、エネルギー80keV
で実施しnチヤネルトランジスタのソー
ス・ドレン領域22を作る。Motamediそ
の他による論文(“Design and
Evaluation of Ion Implanted CMOS
Structures”,IEEE Transact.Electr.
Devices,ED−27,〔3〕,p.578〜583)に
よる方法ではn+イオン注入とp+イオン注
入にそれぞれ固有のマスクが使用され歩留
りの低下を招くが、この発明の方法ではソ
ースとドレンのイオン注入にマスクが一つ
だけ使用され、又前記のParilloの方法の
ようにソース・ドレン領域に対して二重イ
オン注入を行なうことがないから歩留りの
低下の惧はない。
第7図:ヒ素イオン注入の後で行なわれる熱酸
化においてn+領域22の酸化物層がpチ
ヤネルトランジスタ作るためのホウ素イオ
ン注入23に対して充分なマスク作用を行
なう厚さに成長する。この厚さは例えば
250nmである。この酸化処理は窒化シリコ
ン層19が猶残存しているから実質上第二
のLOCOS過程である。窒化シリコン層1
9を除去した後n型ウエル8内のチヤネ
ル・トランジスタのソース・ドレン領域形
成用の全面的ホウ素イオン注入を実施す
る。このイオン注入は注入イオン面密度4
×1015cm-2、イオンエネルギー25keVとす
る。打込まれたイオンを更に拡散させるこ
とによりpチヤネル・トランジスタのソー
ス・ドレン領域24が形成される。
絶縁分離層、接触孔および金属導体路構
成の形成は公知のCMOS技術の製造工程
に従つて行なわれる。
第8図および第9図:p型ウエル5を作るため
のホウ素イオン注入6の終了後酸化層3を
溶解除去する際窒化シリコン・マスク4の
下に深い回り込み腐食部分25を作ること
により後に続くマスク酸化処理に際して縁
端部が外に向つて移動するようになる。n
型ウエル8のイオン注入部はこの移動距離
(1〜2μm)だけp型ウエル5のイオン注
入部の縁端から離れている(矢印26参
照)。
【図面の簡単な説明】
第1図から第7図まではこの発明の製造工程の
種々の段階においてのデバイスの断面図を示し、
第8図と第9図はこの発明の方法によつて作られ
たデバイスの隣り合つたウエルが互に分離されて
いる状態を示す断面図である。 1…基板、2…エピタキシヤル層、5…p型ウ
エル、8…n型ウエル、3…酸化物層、4…窒化
シリコン層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 (a) n+ドープシリコン基板上にnドープエ
    ピタキシヤル層を設け、このエピタキシヤル層
    を酸化物層で覆い、エピタキシヤル層の表面に
    おいてp型ウエルに対する領域を定める窒化シ
    リコンパターンを酸化物層上に作り、この窒化
    シリコンパターンを注入マスクとして用いてホ
    ウ素イオンのイオン注入によりp型ウエルを作
    る工程と、 (b) 酸化物層を溶解除去し、その際窒化シリコン
    パターンの下に1〜2μmの回り込みエツチン
    グが行われ、基板の表面が露出するようにする
    工程と、 (c) 基板の表面に局部酸化により酸化シリコンパ
    ターンを作り、ホウ素イオンをエピタキシヤル
    層の厚さの範囲にある侵入深さxjp(=6μm)ま
    で拡散侵入させる工程と、 (d) 窒化シリコンパターンを溶解除去する工程
    と、 (e) 酸化シリコンパターンを注入マスクとして用
    いてリンイオン又はヒ素イオンのイオン注入に
    よりn型ウエルを作り、リンイオン又はヒ素イ
    オンをホウ素イオンの侵入深さxjpの1/4以下の
    侵入深さxjo(=1〜1.5μm)まで拡散侵入させ
    る工程と、 (f) 酸化シリコンパターンを除去し、全面に酸化
    層を形成する工程と、 (g) n型ウエルを窒化シリコン層と感光樹脂層で
    覆い、p型ウエル内のnチヤネルトランジスタ
    用の全区域を窒化シリコン層でマスクした後p
    型ウエル内のnチヤネル・トランジスタに対す
    るフイールド・イオン注入を実施する工程と、 (h) 窒化シリコン層をマスクとして局部酸化によ
    りフイールド酸化物区域を作る工程と、 (i) 窒化シリコンマスク層及びその下の酸化層を
    溶解除去した後表面全体を熱酸化してゲート酸
    化膜の厚さを調整する工程と、 (j) pチヤネルおよびnチヤネルのドーピングと
    して全面的のホウ素イオン注入を実施し、その
    際イオン注入量を他のイオン注入処理に適合さ
    せてnチヤネルトランジスタとpチヤネルトラ
    ンジスタができるだけ対称的なしきい値電圧を
    持つように選定する工程と、 (k) ゲート領域形成のためポリシリコン層を析出
    させこのポリシリコン層にパターニングを行う
    工程と、 (l) nチヤネル・トランジスタのソース・ドレン
    領域上の酸化膜が後で行なわれるソース・ドレ
    ン・イオン注入に対してマスクとして作用しな
    い厚さとなるように全表面を熱酸化する工程
    と、 (m) pチヤネル・トランジスタのソース・ドレン
    領域をマスクする窒化シリコン層を続くソー
    ス・ドレン・イオン注入のときのマスクとなる
    ように全面的に析出させる工程と、 (n) 窒化シリコン層にパターニングを行いpチヤ
    ネル・トランジスタの区域が窒化シリコン層で
    覆われるようにする工程と、 (o) nチヤネル・トランジスタのソース・ドレン
    領域を作るためのヒ素イオン注入を実施する工
    程と、 (p) nチヤネル・トランジスタのソース・ドレン
    領域上の酸化膜が続くpチヤネル・トランジス
    タのソース・ドレン領域を作るためのイオン注
    入に対してマスクとして作用する充分な厚さと
    なるまで表面を熱酸化する工程と、 (q) 窒化シリコン構造を除去する工程と、 (r) pチヤネル・トランジスタのソース・ドレン
    領域を作るため全面的のホウ素イオン注入を実
    施する工程と を含むことを特徴とするCMOS集積回路の製造
    方法。 2 工程(b)においてエピタキシヤル層上の酸化物
    層の溶解除去に際して窒化シリコン層の下に行う
    回り込みエツチングに追加して、工程(c)における
    酸化処理を圧力1〜2×106Pa、温度約700℃で
    実施することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の方法。 3 基板としてn+型にアンチモンをドープされ
    比抵抗0.01〜0.1Ω・cmのシリコンの(100)面結
    晶板を使用することを特徴とする特許請求の範囲
    第1項または第2項記載の方法。 4 基板上のnドープエピタキシヤル成長層の比
    抵抗を10〜50Ω・cmに設定することを特徴とする
    特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか1項
    に記載の方法。 5 n型ウエルをリン又はヒ素のイオン注入によ
    つて作る際イオンエネルギーが160keVのとき注
    入イオンの面密度を8〜12×1011cm-2とすること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第4項の
    いずれか1項に記載の方法。 6 ゲート酸化物層の厚さが工程(i)の終了後にお
    いて最大40nmであるように調整されることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項乃至第5項のいず
    れか1項に記載の方法。 7 酸化物層の厚さが酸化処理時間の選定により
    工程(1)の終了後において50nmから200nmの間に
    あるように調整されることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項乃至第6項のいずれか1項に記載の
    方法。 8 窒化シリコン層の厚さが工程(m)の終了後にお
    いて50nmから150nmの間にあるように調整され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第
    7項のいずれか1項に記載の方法。 9 工程(o)においてのnチヤネル・トランジスタ
    のソース・ドレン領域に対するヒ素イオン注入の
    注入イオン面密度とエネルギーが3〜6×1015cm
    -2、80keVに選定されることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項乃至第8項のいずれか1項に記載
    の方法。 10 酸化物層の厚さが工程(p)の終了後において
    100乃至300nmの範囲内にあるように酸化処理時
    間の選定によつて調整されることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項乃至第9項のいずれか1項に
    記載の方法。 11 工程(r)においてのpチヤネル・トランジス
    タのソース・ドレン領域に対するホウ素イオン注
    入の注入イオン面密度とエネルギーが2〜5×
    1015cm-2および25keVに選ばれていることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項乃至第10項のいず
    れか1項に記載の方法。
JP57216789A 1981-12-11 1982-12-09 近接して設けられるド−パントイオン注入盆状区域の製造方法 Granted JPS58107663A (ja)

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