JPH05870B2 - - Google Patents

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JPH05870B2
JPH05870B2 JP57013260A JP1326082A JPH05870B2 JP H05870 B2 JPH05870 B2 JP H05870B2 JP 57013260 A JP57013260 A JP 57013260A JP 1326082 A JP1326082 A JP 1326082A JP H05870 B2 JPH05870 B2 JP H05870B2
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JP
Japan
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forming
oxidation
mask
ion implantation
drain
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JP57013260A
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Eiji Takeda
Hitoshi Kume
Yoshinobu Nakagome
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
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    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42364Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity
    • H01L29/42368Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity the thickness being non-uniform

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Description

【発明の詳細な説明】 従来、MOSトランジスタと呼ばれるものは、
第1図に示すように、半導体基板1上に、ゲート
絶縁膜7を介してゲート導体6を形成し、そのゲ
ートの両側にソース・ドレイン2の拡散層を持つ
ている構造を有している。図中、3および5は保
護膜、4はソースおよびドレイン電極を示す。そ
のとき、拡散層の不純物濃度のピークはSi表面近
くにある。そのため、ゲート導体6の寸法が短か
くなるにしたがつて、MOSトランジスタの動作
時のドレイン端の電界が非常に大きくなり、1)
ソース・ドレイン耐圧,2)ドレイン端に発生す
るホツトエレクトロンの注入による耐圧低下が大
きな問題となる。素子寸法が小さくなることによ
り、それに伴なつて闘値電圧Vthを制御するため
にチヤネル・インプランテーシヨン10を高濃度
にしなければならないので、この傾向はさらに強
くなる。第2図は実効チヤネル長の関数とする耐
圧の変化を示し、図で21はホツトエレクトロン
耐圧を示し、22はドレイン耐圧を示し、実線が
従来のMOSトランジスタの耐圧を表わし、比較
のために後に述べる本発明によるMOSトランジ
スタの耐圧が点線で一緒に記載されている。第2
図の21の実線で示すように、実効チヤネル長さ
1μmの素子でホツトエレクトロン耐圧は4.5V程
度に低下するので、この耐圧を上げる必要があ
る。
本発明の目的は、したがつて、素子寸法が小さ
くても高い耐圧を有するMOSトランジスタを製
造するための方法を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明による半導体
装置の製造方法は、 半導体基板の主表面の所定の部分に耐酸化マス
クを形成する第1の工程と、 上記耐酸化マスクによつて被覆されていない上
記半導体基板表面を酸化することによりLOCOS
酸化膜を形成する第2の工程と、 上記LOCOS酸化膜を除去する第3の工程と、 上記LOCOS酸化膜が除去された上記半導体基
板表面に、上記耐酸化マスクをマスクとして、所
定の導電型の不純物のイオンのインプランテーシ
ヨンを行うことにより第1の不純物領域を形成す
る第4の工程と、 上記イオンのインプランテーシヨンが行われた
上記半導体基板表面の上にエピタキシヤル成長層
を選択的に形成し、その後上記耐酸化マスクを除
去する第5の工程と、 上記第5の工程の後、すくなくとも上記耐酸化
マスクが形成されていた上記所定の部分と上記エ
ピタキシヤル成長層とが接する付近にゲート絶縁
膜を形成する第6の工程と、 上記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する第
7の工程と、 上記ゲート電極のうち上記付近の部分と上記エ
ピタキシヤル成長層のうち上記付近の部分との上
にイオン打込みマスクを形成した後、該イオン打
込みマスクを用いて、該イオン打込みマスクによ
つて被覆されていない上記エピタキシヤル成長層
にイオン打込みを行うことにより第2の不純物領
域を形成する第8の工程とを含んでなり、 上記第4の工程による上記第1の不純物領域と
上記第8の工程による上記第2の不純物領域とに
よつて、MOSトランジスタのドレイン層を形成
することを特徴とする。
本発明により、不純物濃度ピークがSi表面から
離れて基板内に埋め込まれ、ドレイン端がチヤネ
ル・インプランテーシヨンからも離れることにな
り、そこの電界が著しく減少し、そのことによつ
て素子の耐圧が改善される。
以下に実施例を用いて本発明を一層詳しく説明
するがそれらは例示に過ぎず、本発明の枠を越え
ることなく、いろいろの改良や変形があり得るこ
とは勿論である。
参考例 第3図aに示すように、チヤネル・インプラン
テーシヨン10を有する100Ω・cmのp型Si基板
1上に、ゲート酸化膜7を20nm成長させ、その
上に、CVD法により多結晶Siから成る導体6
(メタルシリサイド,純メタルWまたはMoでも
よい。)を約300nm堆積する。その導体の上に、
イオン・インプランテーシヨンのストツパー8に
なるもの、ここではSi窒化膜200nmを堆積する。
その上に感光性樹脂膜9を塗り、写真蝕刻法によ
りパターンを形成し、下の積層膜7,6,8をエ
ツチングし、ゲート部分を形成する。このエツチ
ングには、μ波プラズマエツチを用いた。
つぎに感光性樹脂膜を除去し、ウエハ全体を酸
化する。この実施例では、ゲート導体6として多
結晶Siを用いたため、酸化することができるが、
もしゲート導体として純メタルMoまたはWを用
いる場合には、酸化する必要はない。この時、酸
化膜11が約20nm形成された。つぎに、この上
から、第3図bに図式的に矢印で示すように、ソ
ース・ドレイン層を形成するため、高エネルギの
イオン・インプランテーシヨンを行なう。ここで
は150keVの燐イオンを打ち込んだ。その時の形
成される不純物濃度分布のピークは、第4図の2
3で示すように、Si表面から、約0.2〜0.3μmの距
離にあつた。
つぎに、第3図cに示すように、イオン・イン
プランテーシヨンのストツパー8を除き、ウエハ
全体を燐硅酸ガラスの保護膜3で覆う。その保護
膜3に、ソース・ドレイン部にコンタクトを取る
ためのコンタクト孔をあけ、その孔を通してAs
のイオン打込みを行なう。その条件は、60keV,
5×1015cm-2であつた。このときイオン打込みに
よつて得られる不純物濃度分布を第4図に24で
示す。勿論、燐のイオンを打ち込むこともでき
る。この工程まででできあがつた素子構造は、第
3図cに示すような断面構造になつている。最後
に、第3図dに示すようにソースおよびドレイン
電極4を設ける。
以上説明したように、本参考例によれば、ドレ
イン端15はチヤネル・インプランテーシヨン1
0からも離れることになり、そこの電界は著しく
減少し、そのことによつて素子の耐圧が向上す
る。
以上において、ソース・ドレインが対称的な構
造になつているため、多少ソース側のチヤネル抵
抗が大きくなる可能性があるので、これを避ける
ためには、第5図bに示すプロセス工程を用いれ
ばよい。
第5図aまでは、前記の第3図bまでのプロセ
ス工程を用い、つぎに第5図bに示すように、感
光性樹脂膜9′をパターン形成する。この場合、
ソース部分全体には感光性樹脂膜がかぶさらない
ようにし、また、ドレイン部分は、コンタクト・
サイズと同程度の孔をあけるようにする。その
後、この感光性樹脂膜9′をマスクにして、前記
と同じ条件でAsのイオン打込みを行なう。この
プロセス工程を用いることにより第5図cに示す
ような、片方の拡散層部だけ埋め込まれたMOS
トランジスタを形成することができた。これによ
つて作られた素子の耐圧は、従来型と較べて第2
図に示す様に約2Vの耐圧向上を図ることができ
た。
上述した第3図および第5図のいずれの参考例
においても、Si半導体基板1の深い場所にソー
ス・ドレイン層2を形成するためには、150keV
程度と相当高エネルギで不純物のイオン・インプ
ランテーシヨンを行うので、このイオン・インプ
ランテーシヨンに伴つてソース・ドレイン層2お
よびその周辺のSi半導体基板1には高密度で結晶
欠陥が導入されることとなる。この高密度で結晶
欠陥は、その後のアニーリングでは充分には回復
されることができず、この結晶欠陥によつて局部
的降伏が生じ、充分なドレイン耐圧が得られない
ことが判明した。
以下に述べる実施例は、かかる問題を解消する
ことに好適なものであり、以下に詳述する。
実施例 第6図aに示すように、Si基板1上に酸化膜
7′を20nm形成し、その上にLOCOS酸化に対す
るいわゆる耐酸化マスクとしてのSi窒化膜12を
50nm堆積する。その後、第6図aに示すように
パターンニングし、第6図bのようにLOCOS酸
化を行なつた。そのLOCOS酸化膜は約0.6μmで
あつた。その後、このLOCOS酸化膜をエツチン
グして除去する。その断面図が第6図cである。
この状態で、ドレイン2を形成するため、Asの
イオン打込みを60keV,5×1015cm-2の条件で行
なう。そのときの不純物濃度分布を第7図に示
す。
その後、第6図dに示すように、Si基板が見え
ている所だけに選択的にエピタキシヤル成長を行
なう。13はこのとき得られるエピタキシヤル成
長層を示す。つぎにSi窒化膜12と酸化膜7′を
一度削除する。その後、改めて、ゲート酸化膜7
を第6図eのように約20nm形成する。その酸化
膜7を通して闘値電圧Vthを制御するために、チ
ヤネルドープ10を行なう。
つぎに、ゲート・メタル6(または多結晶Si)
300nmを堆積し、第6図fのように形成する。こ
の場合、実質的チヤネルは第6図fの14に相当
するので、ゲート・メタル6の寸法はそれほど小
さくする必要はない。
ゲート・メタル6を形成したのち、第6図gに
示すように、感光性樹脂膜9をゲート・メタルの
ドレイン側の一部を覆うようにパターニングす
る。その後、この感光性樹脂膜9をマスクにして
AsまたはPを通常のプロセス条件でイオン打込
し、ソース・ドレインを形成する。この様にし
て、ドレイン側の拡散層が埋め込まれたMOSト
ランジスタが形成され、高耐圧化が第2図に示す
ように実現された。
以上説明したように、第6図の実施例ではゲー
ト電極6の右のドレイン層2の深い部分は選択的
エピタキシヤル成長層13が形成される前のSi半
導体基板1の表面に60keVと参考例の場合よりも
低エネルギのイオン・インプランテーシヨンによ
つて形成されることができるので、ドレイン層2
の深い部分の結晶欠陥密度を低減することがで
き、その結果ドレイン耐圧を向上することができ
る。
以上説明した通り本発明によれば高い耐圧を有
するMOSトランジスタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のMOSトランジスタの断面図、
第2図は実効チヤネルと耐圧の間の関係を示す
図、第3図は本発明の参考例によるMOSトラン
ジスタの製造工程を示す断面図、第4図は第3図
に示す装置における不純物濃度分布を示す図、第
5図は本発明の他の参考例によるMOSトランジ
スタの製造工程を示す断面図、第6図は本発明の
実施例によるMOSトランジスタの製造工程を示
す断面図、第7図は第6図に示す装置における不
純物濃度分布を示す図である。 1……半導体基板、2……ソース・ドレイン、
3,5……保護膜、4……ソースおよびドレイン
電極、6……ゲート導体、7……ゲート酸化膜、
7′……酸化膜、8……ストツパー、9,9′……
感光性樹脂膜、10……チヤネル・インプランテ
ーシヨン、11……酸化膜、12……Si窒化膜、
13……エピタキシヤル成長層、14……実効チ
ヤネル長、15……ドレイン端、21……従来の
MOSトランジスタの耐圧の変化を示す曲線、2
2……本発明によるMOSトランジスタの耐圧の
変化を示す曲線、23……打ち込まれた燐イオン
濃度分布を示す曲線、24……打ち込まれた砒素
イオン濃度分布を示す曲線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板の主表面の所定の部分に耐酸化マ
    スクを形成する第1工程と、 上記耐酸化マスクによつて被覆されていない上
    記半導体基板表面を酸化することによりLOCOS
    酸化膜を形成する第2の工程と、 上記LOCOS酸化膜を除去する第3の工程と、 上記LOCOS酸化膜が除去された上記半導体基
    板表面に、上記耐酸化マスクをマスクとして、所
    定の導電型の不純物のイオンのインプランテーシ
    ヨンを行うことにより第1の不純物領域を形成す
    る第4の工程と、 上記イオンのインプランテーシヨンが行われた
    上記半導体基板表面の上にエピタキシヤル成長層
    を選択的に形成し、その後上記耐酸化マスクを除
    去する第5の工程と、 上記第5の工程の後、すくなくとも上記耐酸化
    マスクが形成されていた上記所定の部分と上記エ
    ピタキシヤル成長層とが接する付近にゲート絶縁
    膜を形成する第6の工程と、 上記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する第
    7の工程と、 上記ゲート電極のうち上記付近の部分と上記エ
    ピタキシヤル成長層のうち上記付近の部分との上
    にイオン打込みマスクを形成した後、該イオン打
    込みマスクを用いて、該イオン打込みマスクによ
    つて被覆されていない上記エピタキシヤル成長層
    にイオン打込みを行うことにより第2の不純物領
    域を形成する第8の工程とを含んでなり、 上記第4の工程による上記第1の不純物領域と
    上記第8の工程による上記第2の不純物領域とに
    よつて、MOSトランジスタのドレイン層を形成
    することを特徴とする半導体装置の製造方法。 2 上記第8の工程で、上記耐酸化マスクが形成
    されていた上記所定の部分には上記イオン打込み
    によつてイオンが打込まれ、上記ゲート電極を挟
    んで上記ドレイン層と反対側の部分にソース層が
    形成されることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載の半導体装置の製造方法。 3 上記耐酸化マスクはSi窒化膜であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項または第2項に記
    載の半導体装置の製造方法。
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