JPH07226512A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH07226512A
JPH07226512A JP16912194A JP16912194A JPH07226512A JP H07226512 A JPH07226512 A JP H07226512A JP 16912194 A JP16912194 A JP 16912194A JP 16912194 A JP16912194 A JP 16912194A JP H07226512 A JPH07226512 A JP H07226512A
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JP
Japan
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film
region
diffusion
sidewall
semiconductor substrate
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Application number
JP16912194A
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English (en)
Inventor
Masanobu Saito
雅伸 斎藤
Tamashiro Ono
瑞城 小野
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】ソースないしはドレイン領域となる拡散層が第
1,第2,第3の拡散層からなる第2の拡散層112,
113は第1の拡散層114,115のチャネル形成領
域側に隣接し、第3の拡散層110,111は第2の拡
散層112,113のチャネル形成領域側に隣接し、第
2の拡散層112,113は第1の拡散層114,11
5よりも浅く高濃度に第3の拡散層110,111は第
2の拡散層112,113よりもさらに浅く、形成され
る。これにより、短チャネル効果を押え、電流の駆動力
を向上させる。又、拡散層とゲート酸化膜間のオーバー
ラップ長を抑えることで、実効チャネル長を確保し、オ
ーバーラップ容量を抑制する。 【効果】短チャネル効果を抑制し、電流駆動力を確保
し、電極部のコンタクト抵抗ならびにリーク電流の抑制
を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置、特にMO
SFETの拡散層の構造を改良した半導体装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、チャネル形成領域近傍に比較的低
濃度で浅い拡散層を有するLDD(Lightly D
oped Drain)構造のMOSFETが知られて
いる。この構造によればドレイン端の電界を緩和できる
ため、ホットキャリア信頼性を良くすることができ、ま
た同時にドレイン拡散層まわりの空乏層のチャネル方向
への広がりを小さくすることができ、短チャネル効果を
抑制できる。この様な従来のLDD構造のMOSFET
では、2000オングストローム以下のゲート長となっ
た場合、電流駆動力を犠牲にすることなく短チャネル効
果を抑制できるチャネル領域近傍の拡散層の接合深さ、
ピーク濃度等を制御することは、従来のイオン注入では
困難となってくる。そこで、図10(d)に示すような
従来のLDD構造を改良したSPDD(Solid P
hase Diffuseed Drain)と呼ばれ
るMOSFETの構造が提案されている。図10(a)
〜(b)はその製造プロセスを示す図である。
【0003】以下、このSPDD構造のMOSFETの
製造プロセスについて説明する。まず、n型ウェルを形
成した後、寄生チャネル防止用のイオン注入を行ったシ
リコン基板401表面に選択酸化を施し、素子分離領域
としてのフィールド酸化膜402を形成する。その後、
基板401上における酸化膜402で囲まれる領域全面
に熱酸化により酸化膜を形成し、その表面全面にゲート
電極となる多結晶シリコン膜をLPCVD(Low P
ressure Chemical Vapour D
eposition)法を用い2000オングストロー
ム形成する。さらに、この多結晶シリコン膜上に常圧C
VD法によってシリコン酸化膜を形成する。そして、図
10(a)に示すようにゲート電極となる多結晶シリコ
ン膜上に、光リソグラフィによって、フォトレジストの
マスク(図示せず)を形成し、RIE法により多結晶シ
リコン膜及びこの上下の酸化膜を一度にパターニング
し、ゲート酸化膜403、多結晶シリコン膜404及び
シリコン酸化膜405からなるゲート部を形成する。
【0004】次に、図10(b)に示すように基板40
1上に全面にBSG(ボロンド−プトシリケートガラ
ス)膜(B濃度18mol%)を形成し、RIE法によ
りゲート電極の両側壁にBSG膜406,407を残置
する。
【0005】その後、図10(c)に示すように基板4
01全面に前記ゲート部及びその両側のBSG膜をマス
クとして不純物BF2 + をドーズ量3×1015cm-2
速エネルギー30KeVでイオン注入する。さらに10
00℃,20秒のRTA(Rapid Thermal
Anneal)を行い、イオン注入した不純物の活性
化を行う。このRTAの熱処理によって、BSG膜側壁
406,407中の不純物が基板401内への拡散し、
BSG膜側壁406,407下に浅いP+ 拡散層40
8,409が形成されるとともにイオン注入した不純物
からなるP+ 拡散層410,411が形成される。これ
ら浅い拡散層408,409は基板401表面から深さ
400オングストロームで1×1018cm-3ピーク位置
で5×1018cm-3のキャリア濃度の深さ方向の分布と
ある。その後、図10(d)に示すように拡散層41
0,411上にチタン等の高融点金属を形成後、熱処理
を行うことにより、前記拡散層410,411表面をシ
リサイド膜412,413とする。
【0006】この従来技術においては、固相拡散により
シリコン基板401にドープした浅いP+ 拡散層40
8,409のボロン濃度を2×1019cm-3以上にする
ことはシリコン基板に対するBSG膜の偏析係数から困
難であり、そのためゲート長が1000オングストロー
ム以下のデバイスにおいては、チャネルのON抵抗に比
してゲート側壁下の寄生抵抗が無視できないほど大きく
なり、ドレイン電流の低下を生じる。そこで、接合の深
さを抑制しつつ、従来技術よりも更に高濃度の拡散層を
形成する技術の開発が必要とされてきた。
【0007】一方、図11に示すゲート電極404近傍
の拡大図からわかるように、この従来技術におけるP+
拡散層408,409は、基板401の深さ方向に拡散
すると同時に横方向へも拡散する。例えばそのゲート長
が1000オングストロームのゲート部403,40
4,405を形成し、BSG膜側壁406,407が基
板401と接する長さを、1000オングストロームと
する。このような構造を形成した後に、その深さが40
0オングストロームのP+ 拡散層408,409を固相
拡散法により形成する場合には、拡散源より横方向に約
300オングストロームの拡散が進行し、この横方向に
拡散した部分は、ゲート酸化膜403と重なりあう。よ
ってゲート部403,404,405の両脇の拡散源か
らの拡散ではゲート酸化膜の下に約600オングストロ
ームの重なりが生じる。結果として実効チャネル長は約
400オングストロームと、ゲート長の値である100
0オングストロームの半分以下となってしまい、短チャ
ネル効果が容易に発生することとなる。加えてゲート酸
化膜403とP+ 拡散層408,409が重なる長さを
示すオーバーラップ長が増大すると、この両者の界面に
発生するオーバーラップ容量が増大し、動作特性の劣下
を生じることとなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように短チ
ャネル効果の抑制と電流駆動力の確保の観点から半導体
装置としてのMOSFETを考えると、ゲート側壁下の
ソース・ドレイン拡散層の浅さを確保しつつ、その不純
物濃度をさらに高くする必要がある。
【0009】又、十分長い実効チャネル長を確保し、ゲ
ートと拡散層のオーバーラップ容量を低減する必要があ
る。本発明の第1は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、短チャネル効果を抑制し
つつ従来技術に比して高い電流駆動力を確保するために
浅く形成し、かつ不純物濃度の高い拡散層を有する新規
なSPDD構造のMOSFETを構成する半導体装置を
提供することにある。又、本発明の第2は、前記SPD
D構造のMOSFETにおいて、十分長い実効チャネル
長を有し、オーバーラップ容量を低減する半導体装置を
提供する。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の第1の半導体装置は、半導体基板上にゲート
絶縁膜を介して設けられたゲート電極の側壁に固相拡散
源となる第1の膜とこの第1の膜とは種類が異なり、第
1の膜のさらに側壁に設けられた固相拡散源となる第2
の膜を設け、前記第1の膜と第2の膜は基板表面に形成
される拡散領域の拡散源として、それぞれが第1の拡散
領域、第2の拡散領域を形成するようにしてたものであ
る。ここで例えば、第1の側壁膜にはソース・ドレイン
を形成する導電型の不純物をドープした絶縁体を用い、
第2の側壁膜にはソース・ドレインを形成する導電型の
不純物をドープした、あるいは含んだ多結晶シリコンも
しくはアモルファスシリコンを用いることができる。
【0011】上記課題を解決するために本発明の第2の
半導体装置は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して設
けられたゲート電極の側壁に第1の膜とこの第1の膜と
は種類が異なり、第1の膜のさらに側壁に設けられた固
相拡散源となる第2の膜が設けられたのである。ここで
例えば、第1の側壁膜にはソース・ドレインを形成する
導電型の不純物が高濃度にドープされずにある絶縁体を
用い、第2の側壁膜にはソース・ドレインを形成する導
電型の不純物を高濃度にドープした材料を用いることが
できる。
【0012】
【作用】本発明の第1によれば、第2の領域が第1の領
域に比し深い接合深さで、高濃度に形成されることによ
り、微細MOSにおいて短チャネル効果を押えつつ寄生
抵抗を減少させることができるため、大きなドレイン電
流を得ることができる。又、本発明の第2によれば、拡
散された第1の側壁膜の形成を、不純物を含まないか、
もしくは低濃度に含む絶縁物により行い、拡散領域の形
成は第2の側壁膜からの拡散により行う。このことから
ゲート酸化膜と拡散領域のオーバーラップ長は抑えられ
ることとなり、十分長い実効チャネルの確保及びオーバ
ーラップ容量の抑制が可能となる。
【0013】
【実施例】
(実施例1)以下に本発明の一実施例について図面を参
照しつつ説明する。まず、図1は本発明に係る半導体装
置としてPチャネル型MOSFETを例にとり、その製
造工程を示すものである。
【0014】まず、図1に示すようにシリコン基板10
1にウェル用のイオン注入を行い、その後引伸し拡散を
行ってn型ウェルを形成し、続いて寄生チャネル防止用
のイオン注入を行い、その後、基板101表面に選択酸
化を施してフィールド酸化膜102を形成し、このフィ
ールド酸化膜102に囲まれた素子領域を形成する。次
に基板101上の素子領域全面に熱酸化によってゲート
酸化膜103を形成し、続いてその表面全面にゲート電
極材となる多結晶シリコン膜104をLPCVD法を用
いて2000オングストローム形成する。さらに、この
多結晶シリコン膜上に常圧CVD法によってシリコン酸
化膜105を形成する。そしてこのシリコン酸化膜10
5上に光リソグラフィによってフォトレジストのマスク
パターンを形成し、RIE法(Reactive Io
n Etching)によりゲート酸化膜103、多結
晶シリコン膜104及びシリコン酸化膜105からなる
ゲート部をパターニングする。
【0015】次に、図1(b)に示すように基板101
上の全面にボロン等P型の不純物が添加されたシリケー
トガラス膜としてBSG膜を常圧CVD法等の気相成長
法により形成し、続いてRIE等の異方性エッチングを
行うことにより前記ゲート部の側壁に500オングスト
ローム程度の膜厚のBSG側壁膜106,107を形成
する。
【0016】次に図1(c)に示すようにBSG側壁膜
106,107と同様にして、ボロン等のP型不純物が
添加されたポリシリコン膜をCVD法等により形成し、
続いてRIE等の異方性エッチングを行うことにより、
前記ゲート部側壁のBSG膜の側壁にさらに500オン
グストロームの膜厚のボロン添加ポリシリコン膜10
8,109を形成する。
【0017】ここで、ボロン添加ポリシリコン膜を形成
する工程にかえて、ポリシリコン膜を同様な工程で形成
した後、ボロンをイオン注入し、ボロン添加ポリシリコ
ン膜とする工程も可能であり、ポリシリコンに代えてア
モルファスシリコンを用いてもよい。又、第2の側壁膜
をCVD法で形成するとしたが、不純物を添加しないで
ポリシリコンを液相成長させてボロンを注入する工程
や、ポリシリコンを液相成長させた後に、金属ボロンを
液相成長させたポリシリコン膜の上に載せ、熱処理を施
すことにより固相拡散させ、ボロンを含む側壁膜を形成
することも可能である。
【0018】その後、基板101上に不純物BF2 +
イオンをドーズ量5×1015cm-3加速エネルギー30
KeVで注入した後、1000℃,15秒のRTA(高
温熱処理)を行うことにより、図1(d)に示すように
注入したイオンの活性化を行うと同時にBSG側壁膜1
06,107及びボロン添加ポリシリコン膜108,1
09からの固相拡散が行われ、ソース・ドレイン領域が
形成される。
【0019】以下の工程により、イオン注入により形成
されたソース・ドレイン拡散層114,115はピーク
濃度が3×1020cm-3以上を示し、ボロン添加ポリシ
リコン膜108,109からの固相拡散により形成され
た拡散層112,113は前記拡散層114,115よ
りも浅く、高濃度の拡散層として形成される。
【0020】さらにBSG膜106,107からの固相
拡散により形成された拡散層110,111は前記拡散
層112,113よりもさらに浅く形成される。これ
は、シリコン基板に対するBSG膜とボロン添加ポリシ
リコン膜の偏析係数の違いによる。つまり、ボロンはポ
リシリコン膜に比べてBSG膜から拡散しにくく、BS
G膜の固溶限が5×1021cm-3程度であってもBSG
膜からシリコン基板に形成される拡散層のボロンの濃度
は高々1019cm-3のオーダーしか得られない。これに
対して、ボロン添加ポリシリコン膜の固溶限が逆にBS
G膜よりも低く5×1020cm-3程度だとしてもポリシ
リコン膜とシリコン基板は同質のため、ボロン添加ポリ
シリコン膜からの拡散層の濃度は、前記固溶限と同程度
の1020cm-3オーダーのものが得られる。その後、通
常のMOSFETの製造工程と同様に絶縁膜を全面に形
成した後、ソース・ドレイン電極(図示せず)を加工
し、MOSFETが完成する。
【0021】図2は前記実施例1のMOSFETのソー
ス・ドレイン拡散層の深さ方向に対する不純物濃度の分
布を示す特性図である。ここで、深い拡散層114,1
15はピーク位置で3×1020cm-3の高い不純物濃度
を示すが、浅くチャネル領域に近い拡散層110,11
1はピーク位置で2×1019cm-3の高い不純物濃度で
ある。又、拡散層112,113のピーク位置での不純
物濃度の分布は、前記拡散層110,111よりも高
く、1020cm-3程度のものが得られている。このよう
に、ドレイン拡散層115,113,111及びソース
拡散層114,112,110はそれぞれチャネル領域
に向かって、連続的に浅く形成されるとともに、浅い拡
散層112,113はピーク位置で2×1019cm-3
上の高い不純物濃度にすることができる。又、ここで拡
散層112,113の不純物濃度は拡散層114,11
5の濃度より高くても構わない。
【0022】このような実施例の構造のMOSFETに
よれば、拡散層114,115と拡散層110,111
の間に拡散層112,113が形成され、これら拡散層
112,113がそれぞれ拡散層110,111に比し
高濃度に形成されることにより、短チャネル効果を押え
つつ、寄生抵抗を減少させることができ、大きなドレイ
ン電流を得ることができる。
【0023】以上はPチャネルMOSFETでP型不純
物としてボロンを用いた例を示したが、他のP型不純物
を用いても上記実施例と同様の工程を経て、同様の効果
が得られる。
【0024】又、PチャネルMOSFETの他にnチャ
ネルMOSFETも上記と同様の工程で形成可能であ
り、例えばn型拡散層用の不純物としてPを用いる場合
には、前記実施例のBSG側壁膜、ボロン添加ポリシリ
コン側壁膜に代えてそれぞれPSG側壁膜、リン添加ポ
リシリコン側壁膜を用いることができる。ここで、PS
G膜とポリシリコン膜に含まれるリンの不純物濃度が同
じ場合には、両膜からシリコン基板に形成される拡散層
の濃度は、通常PSG膜からの拡散層の方が高濃度であ
る。従って、PSG膜の濃度をリン添加ポリシリコン膜
のそれよりも低く設定することにより、ポリシリコン膜
から拡散した領域の濃度を濃く制御でき、前記Pチャネ
ルMOSFETの実施例と同様な効果が得られる。 (実施例2)図3は本発明の第2の実施例の半導体装置
を示す。本実施例においては、実施例1と同様な工程で
図1(c)まで行った後、実施例1で行ったソース/ド
レイン領域をイオン注入により形成する工程を行わず、
BSG膜106,107ボロン添加ポリシリコン膜10
8,109より固相拡散を行い、これにより形成された
拡散層110,111,112,113をソース/ドレ
インとする。
【0025】次に絶縁膜120を全面に形成した後、図
3に示すように前記ボロン添加ポリシリコン膜108,
109もしくは拡散層112,113に接続するように
ソース/ドレイン電極116を形成する。以上の工程で
図3に示す半導体装置を形成する。
【0026】本実施例においては実施例1と同様に拡散
層112,113がそれぞれ拡散層110,111に比
し、高濃度に形成されることによりドレイン領域におけ
る空冷層の拡がりを抑え、短チャネル効果を抑制しつ
つ、寄生抵抗を減じることができ、大きなドレイン電流
が得られるとともに前記実施例に比べて微細な構造のM
OSFETを得ることができる。 (実施例3)図4は本発明の第3の実施例のMOSFE
Tの製造工程を示す断面図である。本実施例は図4
(a)〜図4(c)までは図1に示した本発明の一実施
例と同様であるため詳細な説明は省略し、符号も図1と
同じものは説明を省略する。続いて、図4(d)に示す
ようにチタン膜を300オングストローム程度ソース・
ドレインの表面部分と、ボロンを添加したポリシリコン
膜壁の1部あるいは全部にスパッタリング法により形成
し、750℃,30秒間のRTAを行うことにより、選
択的にチタンシリサイド膜217,218を形成する。
その後、アンモニア過酸化水素、水の混合液、硫酸、過
酸化水の混合液により未反応のチタンをエッチングす
る。この工程を加えることで、ソース・ドレイン領域に
接続する電極を自己整合的に形成することができ、さら
に界面におけるキャリア濃度は、1×1020cm-3程度
になり、コンタクト抵抗を低くすることができる。 (実施例4)図6(a)は、本発明の第4の実施例であ
るPチャネル型MOSFETのゲート部近傍を、拡大し
た断面図である。図6(a)において第一の側壁膜9a
は不純物を全く含まないかもしくは低濃度に含む絶縁物
よりなる。又、この絶縁膜は不純物を吸収しにくい材料
であることが望ましい。他方、第二の側壁膜5aは固相
拡散源として高濃度の不純物を含み、その濃度は後の熱
処理の際に所望の濃度のソース・ドレイン拡散層を得る
ことができるように設定される。具体的には、第一の側
壁膜としてSi34 ,SiN,及びSixOyNz
(但しz≠0,x≠0,y≠0)を用い、第二の側壁膜
としてボロン濃度が18mol%程度のBSG膜を用い
る。
【0027】図6(a)からわかるように、固相拡散源
である第二の側壁膜5aから拡散したソース・ドレイン
拡散層6aは、ゲート4下のチャネル領域方向へと拡が
っているが、第一の側壁膜9aからの拡散はなく、この
側壁膜9aによって第2の側壁膜5aとゲート4との距
離が離間するので、ゲート酸化膜3とソース・ドレイン
拡散層6aとのオーバーラップ長を短く抑えることがで
きる。具体的にこの実施例のMOSFETの各部のサイ
ズは、図面に示した通りである。すなわち、ゲート長は
約1000オングストローム、第一の側壁膜9aの底面
の幅は約200オングストローム、第二の側壁膜の底面
の幅は約800オングストロームである。この第2の側
壁膜より固相拡散法により形成された拡散層6aの接合
深さは約400オングストローム、ソース・ドレイン拡
散層の片側で横方向への拡散は約300オングストロー
ムである。横方向への拡散のうち約100オングストロ
ームがゲート酸化膜3と重なる。従って、ソース及びド
レイン拡散層とゲート4とのオーバーラップ長としては
200オングソトロームとなる。このため、実効チャネ
ル長は約800オングストロームとなり、短チャネル効
果の発生を十分に抑制することが可能であるとともにオ
ーバーラップ長が抑えられ、オーバーラップ容量も低減
できる。
【0028】図7(a)〜(d)は図6(a)に示した
本実施例の製造方法を説明するための工程別断面図であ
る。まず図7(a)に示すように、基板1の表面にLO
COS法により選択的に、素子分離領域2を形成した
後、ゲート酸化膜3及びゲート電極4をパターニング
し、さらにSi34 層9を堆積する。LOCOS法に
よる素子分離2の形成は基板1の表面に形成されたSi
N膜(図示せず)をマスクとして基板を酸化することに
よってなされるが、この素子分離領域2の形成はLOC
OS法に限定されるものでなく、トレンチ溝分離法によ
って形成してもよい。このトレンチ溝分離法による場合
には、基板1の表面に絶縁膜等のマスクパターンを形成
し、これをマスクとしたエッチング処理により基板1に
溝を形成し、この溝の中を絶縁物で埋め込むことにより
形成される。また、ゲート酸化膜3の形成及びゲート電
極4の形成は、基板1に、熱処理によって酸化膜を基板
1の表面に形成し、さらにこの上にゲート電極材である
ポリシリコン層をCVD法等により堆積した後にリソグ
ラフィ工程により形成したレジストマスクとして、ゲー
ト電極4のみ残置させるように選択的にRIE法等のエ
ッチング処理を行う。ゲート絶縁膜3についてはこのゲ
ート電極4をマスクとして選択的にエッチング除去され
る。続いて後に、第一のゲート側壁膜となる不純物を含
まないかもしくは低濃度に含むSi34 層を基板1の
表面に堆積する。
【0029】続いて図7(b)に示すように、前記Si
34 膜9を選択的にゲート4の側壁に残すエッチング
を行ない、ゲート側壁膜9aを形成した後、第二のゲー
ト側壁膜となるP型の不純物を高濃度に含むシリケート
ガラス、例えば、ボロンを含むBSG層5を堆積する。
ここで、第一のゲート側壁膜9aの形成は、Si34
層9をRIE法等の異方性のエッチングを行うことによ
り形成する。又BSG層5の堆積はSi34 層9と同
様に行われ、後に行う固相拡散において所望の拡散濃度
及び拡散深さを得るために、このBSG層の濃度は適宜
調整されるが、この実施例においては18mol%とし
た。
【0030】続いて図7(c)に示すように、BSG層
5を異方性のエッチングにより第一のゲート側壁膜9a
の側壁に選択的に第二のゲート側壁膜5aを残置させ、
さらに熱処理によりこの第二のゲート側壁膜5aから基
板表面への回相拡散が行なわれ、不純物層6aを形成す
る。この熱処理は高速の熱処理のRTA(RapidT
hermal Anneal)法により行われること
で、浅く濃度の薄い拡散層6aが形成される。
【0031】さらに、図7(d)に示すように酸化膜よ
りなる層間絶縁膜7を全面に形成した後この絶縁膜7に
ソース・ドレイン拡散層6aとコンタクトするための開
口部を設け、この開口部に金属電極8を埋め込み、ソー
ス・ドレイン電源としてパターニングする。
【0032】以上の工程により本発明の第2の一実施例
であるPチャネル型MOSFETが完成する。以上、本
発明の第2の一実施例ではPチャネル型MOSFETに
ついて示したが、nチャネル型MOSFETにおいて
も、同様の構造とすることで上述の効果は得られる。但
し、第二のゲート側壁膜にはn型の不純物を含むシリケ
ートガラスを用いる。例えばリを含むPSG(Phos
phorus SilicateGlass)膜を用い
る。この場合にはリンの拡散係数を考慮して、前述した
BSG膜を用いた場合とは第1及び第2の側壁膜のサイ
ズが異なる構造とする。図6(b)にnチャネル型MO
SFETのサイズの一例を具体的に示す。ゲート長は、
約400オングストローム、第1のゲート側壁膜が基板
1と接する幅を約100オングストローム、第2のゲー
ト側壁膜が基板1と接する幅を約100オングストロー
ムとする。この第2のゲート側壁膜より不純物であるリ
ンを拡散させて、深さ約200オングストロームの拡散
層を形成すると、横方向への進行は約140オングスト
ローム程進むため、オーバーラップ長は、40オングス
トロームと短くでき、結果として実効チャネル長は32
0オングストロームと比較的長くとれる。この他、PS
G膜の代わりにAsSG膜を用いても可能である。
【0033】このようにnチャネル型MOSFETにお
いても、前述のPチャネル型MOSFETで得られた効
果と同様な効果が得られる。 (実施例5)図5は本発明の他の実施例としてCMOS
FETに適用した例で、その製造工程を示す断面図であ
る。
【0034】本実施例は、CMOSFETのうち、Pチ
ャネルMOSトランジスタを実施例1と同様に固相拡散
法を含む製造方法で形成し、nチャネルMOSトランジ
スタは、通常のイオン注入法を用いて形成したもので、
これによれば工程数の増加を伴わずにPチャネルMOS
トランジスタの浅い拡散層の形成を可能とするものであ
る。この実施例のCMOSFETの製造方法について以
下説明する。
【0035】まず、P型シリコン基板のPウェル形成領
域に例えば、Bイオンを100KeV,2.0×1013
cm-2で注入した後にNウェル形成領域に例えばPイオ
ンを16KeV,6.4×1012cm-2で注入し、その
後に1190℃,150分の熱工程を経ることによりN
ウェル領域302、Pウェル領域301を形成する。
【0036】続いてLOCOS法により前記両ウェル領
域302,301を分離するための素子分離領域311
を形成する。次にシリコン基板上にシリコン酸化膜30
3,304を形成し、さらにこの上にゲート電極となる
多結晶シリコン膜305,306を形成し、さらにこの
上に酸化膜307,308を形成する。
【0037】次に酸化膜307,308多結晶シリコン
膜305,306及びシリコン酸化膜303,304を
例えばRIE法によりエッチングし、ゲート部を形成す
る。その後、図5(a)に示すように、基板全体を80
0℃,10分で酸化し、基板全面に酸化膜309,31
0を形成し、その後、PチャネルMOSトランジスタ形
成予定領域上にレジスト層312を形成し、このレジス
ト層312をマスクにNチャネル電界効果型トランジス
タ領域上にのみAsイオンを1×1014cm-3,40K
eVでイオン注入し、浅いソース・ドレイン領域335
を形成する。
【0038】次に図5(b)に示すようにNチャネルM
OSトランジスタ形成予定領域上にレジスト312aを
形成し、これをマスクにしてPチャネルMOSトランジ
スタ形成予定領域上の酸化膜310を選択的に剥離す
る。
【0039】次にNチャネル電界効果型トランジスタ形
成予定領域上のレジスト層312aを剥離した後、基板
全面に500オングストロームの厚さでBSG膜を成膜
し、RIE法等の異方性エッチングを行うことにより、
NチャネルMOSトランジスタ及びPチャネルMOSト
ランジスタのゲート部の両側にBSG側壁膜318,3
19,322,323を形成する。さらに基板全面に5
00オングストロームの厚さでボロンドープトポリシリ
コン膜を成膜し、RIE法等の異方性エッチングを同様
に行うことにより、ゲート部の両側にボロンドープトポ
リシリコン側壁膜320,321,324,325を形
成する。
【0040】次に図5(c)に示すようにPチャネルM
OSトランジスタ形成予定領域上にレジスト層313を
形成し、これをマスクとして、Nチャネル電界効果型ト
ランジスタ領域上にのみAs+ イオンを80KeV,5
×1015cm-3でイオン注入し、深いソース・ドレイン
拡散層314,315を形成する。
【0041】次に図5(d)に示すようにNチャネルM
OSトランジスタ形成予定領域上にレジスト層334を
形成し、PチャネルMOSトランジスタ形成予定領域の
みにBF2 + イオンを40KeV,5×1015cm-3
イオン注入することにより、深いソース・ドレイン拡散
層326,327を形成する。
【0042】次に、レジスト層334を剥離した後、図
5(e)に示すように1000℃,15秒の高温アニー
ル処理を行うことによりPチャネルMOSトランジスタ
領域のBSG側壁322,323及びボロンドープトポ
リシリコン膜324,325よりシリコン基板のnウェ
ル302にボロンを固相拡散させ、浅い高濃度の拡散層
328,329,330,331を形成する。この時、
NチャネルMOSトランジスタ領域では、酸化膜309
が拡散のストッパーとなりシリコン基板のPウェル30
1へのボロンの拡散はおこらない。最後にレジスト層3
34を剥離する。
【0043】なお、上記工程では固相拡散の際のストッ
パー膜として、熱酸化膜を用いているが、この熱酸化膜
のかわりにシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の堆積膜
を用いることも可能である。
【0044】この実施例では、固相拡散を用いるのは、
PチャネルMOSトランジスタのみであるから、従来の
製造工程に比して、工程数の増加にはならないうえに、
前記実施例1と同様にPチャネルMOSトランジスタの
短チャネル効果を抑制し、ドレイン電流を大きくするこ
とが可能である。又、この実施例において前記実施例3
と同様にシリサイド工程を追加することにより、低いコ
ンタクト抵抗とリーク電流を抑えることができるように
しても、もちろん良い。 (実施例6)次に、本発明の実施例の変形例であるCM
OSFETの製造方法を図8を用いて説明する。この変
形例はPMOSFETが固相拡散源となる二重の側壁膜
を有している構造という点で実施例1と同様であるが、
前記2つの側壁膜に含まれる不純物が、お互いに逆導電
型となっている点で異なる。又、この製造方法は、前記
二重の側壁膜を有する実施例5に示した如きCMOSF
ETにおいても同様に適用でき、これにより工程の簡略
化が可能である。
【0045】まず、図8(a)に示すように、n型の基
板11の表面に素子分離領域12、P型ウェル11aを
形成し、さらにゲート酸化膜13及びゲート電極14か
らなるゲート部をパターニングする。素子分離領域12
及びゲート部13,14の形成方法は先の実施例と同様
に行う。尚、P型ウェル11aは、nチャネル型のMO
SFETの形成予定領域にP型の不純物をイオン注入し
た後、熱処理を行うことにより形成する。この際、注入
するP型の不純物は例えばボロンを用い、その注入エネ
ルギー及びドーズ量はそれぞれ、1×105 (eV)、
2×1013(cm-2)程度とする。又、基板11がP型
の場合であれば、Pチャネル型MOSFETの形成予定
領域にn型の不純物をイオン注入することにより、n型
ウェルを形成する。
【0046】さらに、基板11にP型もしくはn型の不
純物のどちらも含まれないi型の場合には、Pチャネル
型MOSFETの形成予定領域及びnチャネル型MOS
FETの形成予定領域がそれぞれnウェル、Pウェルが
形成される。前記nウェルを形成する際の不純物として
はヒ素及びリン等のn型不純物を用いる。又、イオン注
入の後の熱処理の温度及び時間は例えば、1190℃,
150分とする。これら各種のウェルの形成を行った後
に、素子分離領域12を形成し、さらに必要によりしき
い値調整のためのチャネル形成領域の濃度の調整を行
う。つまりPウェル領域には、P型の不純物、例えばボ
ロンをn基板11もしくはnウェル領域にはn型の不純
物、例えばヒ素を所定のドーズ量をもってイオン注入す
る。
【0047】続いて図8(b)に示すようにBSG膜1
5をLPCVD(Low Pressure Chem
ical Vapour Deposition)法に
より約100(nm)の厚さに全面に堆積する。
【0048】次に、図8(c)に示すようにBSG膜1
5をPチャネル型MOSFETのゲート部側壁に選択的
に残すようにエッチングし、ゲート側壁膜15aを形成
した後、P型のソースドレイン拡散層16aを形成し、
さらにPSG膜15bを全面に形成する。前記側壁膜1
5aはBSG膜15に異方性のエッチングを施すことに
より形成し、P型のソース・ドレイン拡散層16aはP
型の不純物として、例えばBF2 + イオンを約3.5×
104 (eV),3.0×1015(μm)のエネルギー
及びドーズ量をもって注入する。この時、nチャネル型
MOSFETは、BF2 + イオン注入が行なわれないよ
うにマスクをしておく。
【0049】続いて、前記マスクを除去した後、P型チ
ャネル領域にのみ例えば、レジスト(図示せず)を形成
し、n型チャネル領域に残存するBSG膜を弗酸系の処
理により剥離する。この後、基板11の表面にLPCV
D法により厚さ100nmのPSG膜156を堆積す
る。
【0050】さらに続いて、図8(d)に示すように、
PSG膜をnチャネル型MOSFETのゲート部側壁及
びPチャネル型MOSFETのBSG側壁膜15の側壁
に選択的に残すようにエッチングし、PSG側壁膜15
cを形成し、さらにNチャネル型MOSFETのソース
・ドレイン拡散層用のイオン注入を行う。PSG側壁膜
15cの形成は異方性エッチングにより行い、イオン注
入はn型の不純物、例えばヒ素等を5×104 (eV)
の注入エネルギー及び5.0×1015(cm-2)のドー
ズ量をもって行う。このイオン注入の後にRTA法によ
り、注入したイオンの活性化を行う。このRTA法は例
えば、処理温度、及び時間をそれぞれ1000℃,10
秒で行う。この時、nチャネル型及びPチャネル型のM
OSFETで共通に固相拡散法による浅いソース・ドレ
イン拡散層16c,16dが形成される。すなわち、基
板11に例えば温度を1000(℃)とした10秒間の
熱処理を加えることにより、側壁膜からnチャネル型M
OSFETではリンをPチャネル型のMOSFETでは
ボロンを拡散させる。この際、Pチャネル型MOSFE
Tのゲート部の側壁には、PSG側壁膜15cが残置さ
れ、イオン注入により形成されたP型の拡散層16aの
表面にリンが拡散され、P型不純物の濃度が低下すると
思われる。しかし、イオン注入により形成された拡散層
16aの濃度は、固相拡散法により拡散される濃度に比
して極めて高濃度であり、PSG側壁膜15cからの拡
散が若干有ったとしても16aは、トランジスタ動作的
に何等障害を及ぼさないことが確認された。
【0051】続いて、図8(e)に示すように層間絶縁
膜17及びソース・ドレイン電極18等を形成し、CM
OSFETが完成する。これらの形成方法は先の実施例
で述べたと同様であり、詳細な説明は省略する。
【0052】上記図8(d)に示す工程において、nチ
ャネル型MOSFETはPSG側壁膜15cを形成した
後に、ヒ素のイオン注入を行い、n型の拡散層16bを
形成しているが、図8(c)において説明したnチャネ
ル型MOSFET側のBSG側壁膜15a(図示せず)
をRIE法により形成した後に、このイオン注入による
拡散層16bを形成してもよい。この場合形成される拡
散層はBSG側壁15a(図示せず)がマスクとなるた
め、ゲート部13,14とは後に形成されるPSG側壁
15cと同じ間隔をもって形成されるように、BSG側
壁の幅を調節して行う。
【0053】又、図8(c)の工程において、BSG側
壁膜15aの形成を行った後に、Pチャネル型MOSF
ETのゲート部の側壁に残置されたBSG側壁膜を剥離
するが、先に、Pチャネル型のMOSFETの領域に、
レジストを形成し、nチャネル型MOSFETの領域に
あるBSG層15を剥離した後にBSG側壁膜15aを
形成することも可能である。
【0054】以上のCMOSFETの製造工程は全て、
先にBSG膜15を堆積し、さらにPチャネル型のMO
SFETのBSG側壁膜15aを形成した後に、nチャ
ネル型のMOSFETにおける固相拡散用のPSG側壁
15cを形成している。しかしながら、このPチャネル
型,nチャネル型の順序を全く逆にして、先にnチャネ
ル型MOSFETにおいてPSG側壁膜を形成し、後に
pチャネル型及びnチャネル型のMOSFETにおいて
BSG側壁膜を形成することももちろん可能である。こ
のような工程ではボロンの拡散係数が低いことから、n
型不純物が高濃度に含まれるイオン注入領域にBSG側
壁膜からの固相拡散を行うことによるn型拡散層への障
害は何等生じない。
【0055】以上に説明した様に、すでに拡散層用のイ
オン注入がされたCMOSFETのうち、−導電型のM
OSFETのための固相拡散用のゲート側壁膜を形成し
た後に他の導電型のMOSFETのための固相拡散用の
ゲート側壁膜を形成する。この際、−導電型のMOSF
ETの領域に形成された他の導電型のゲート側壁膜を除
去する工程を行わないことにより、工程の簡略化が可能
となる。
【0056】又図9に示すようにCMOSFETにおい
てPSG膜を層間絶縁膜15bとして形成することによ
り、さらに工程を簡略化することが可能である。つま
り、先の実施例の図8(a)〜(c)に示される工程を
経た後に、その膜厚が500(nm)程のPSG層15
bを形成し、このPSG層15bにPSG膜15cを形
成するためのRIE法等によるエッチング処理をせず、
ソース・ドレイン電極用のコンタクト開口を形成する。
つまりPSG膜15cを形成するための、エッチング処
理、層間絶縁膜のCVD法等による堆積等の工程は省略
され、先のCMOSFETにおける実施例よりも更に工
程の簡略化が図れる。
【0057】
【発明の効果】本発明の第1によれば、ゲート電極側壁
の第2の膜の下の第2の領域の拡散層が上述の如く浅く
かつ高濃度に形成されることから、微細MOSFETに
おいて、短チャネル効果を押えつつ、寄生抵抗を減少さ
せることができ、大きなドレイン電流を得ることがで
き、又、本発明の第2によればゲートとソース・ドレイ
ンのオーバーラップ容量を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例であるMOSFETの
製造プロセスを示す工程断面図。
【図2】 本発明の実施例のMOSFETの拡散層の深
さ方向に対する不純物濃度の分布を示す特性図。
【図3】 本発明の第2の実施例の半導体装置の断面図
を示す。
【図4】 本発明の第3の実施例であるMOSFETの
製造プロセスを示す工程断面図。
【図5】 本発明をCMOSに適用した第5の実施例の
製造プロセスを示す工程断面図。
【図6】 本発明の第4の実施例であるMOSFETの
断面図。
【図7】 本発明の第4の実施例であるMOSFETの
製造プロセスを示す工程断面図。
【図8】 本発明をCMOSに適用した第6の実施例の
製造プロセスを示す工程断面図。
【図9】 本発明の他の実施例を示す断面図。
【図10】 本発明の従来技術を説明するためのMOS
FET製造プロセスを示す工程断面図。
【図11】 本発明の従来技術を説明するためのMOS
FETのチャネル領域近傍の断面の拡大図。
【符号の説明】
1,11,101,401…半導体基板 2,12,102,402…素子分離領域 3,13,103,403…ゲート絶縁膜 4,14,104,404…ゲート多結晶シリコン膜 105,405…シリコン酸化膜 5a,15a,106,107,406,407…BS
G側壁膜 108,109,408,409…ボロン添加ポリシリ
コン側壁膜 110,111…第3のソースドレイン拡散層 112,113…第2のソースドレイン拡散層 114,115…第1のソースドレイン拡散層 8,18,116…ソース/ドレイン電極 7,17,120…絶縁膜 217,218,316,317,412,413…T
iシリサイド膜 408,409…浅いソースドレイン拡散層 410,411…深いソースドレイン拡散層 301…nウェル領域 11a,302…Pウェル領域 303,304…シリコン酸化膜 305,306…多結晶シリコン膜 307,308,309,310…酸化膜 312,312a,313,334…レジスト層 335…浅い拡散層 318,319,322,323…BSG側壁膜 320,321,324,325…ボロンドープポリシ
リコン側壁膜 314,315,326,327…深いソースドレイン
拡散層 328,329,330,331…浅いソースドレイン
拡散層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、この半導体基板上にゲー
    ト絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、このゲート
    電極の側壁に設けられた固相拡散源となる第1の膜と、
    この第1の膜とは異なり、前記第1の膜の側壁に設けら
    れた固相拡散源となる第2の膜と、前記半導体基板に設
    けられたソースまたはドレインとなる拡散領域とを備
    え、前記拡散領域は前記第1の膜の下の半導体基板表面
    に設けられた第1の領域と、前記第2の膜の下の半導体
    基板表面に前記第1の領域よりも深く設けられ、前記第
    1の領域よりも高い不純物濃度を有する第2の領域とを
    備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板と、この半導体基板上にゲー
    ト絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記ゲート
    電極の両側の前記半導体基板にそれぞれ深さの異なる第
    1、第2、第3の拡散層がゲート電極に近い方から順に
    連続的に形成され、前記第2の拡散層は前記第1の拡散
    層よりも深く設けられ、前記第1の拡散層よりも高い不
    純物濃度を有することを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 第1導電型領域を有する半導体基板と、
    素子分離領域によって囲まれる前記第1導電型領域上に
    ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲ
    ート電極の側壁に第2導電型の不純物がドープされたシ
    リケートガラスよりなる第1の側壁膜と、前記第1の側
    壁膜に隣接して設けられ、第2導電型の不純物がドープ
    されたシリコンよりなる第2の側壁膜と、前記ゲート電
    極直下の前記第1導電型領域に形成されるチャネル領域
    と、前記ゲート電極の両側の前記半導体基板に設けられ
    たソース・ドレイン領域とを備え、前記ソース・ドレイ
    ン領域は、前記第1導電型領域内であって前記チャネル
    領域に隣接し、前記第1の側壁膜下に設けられた第1の
    第2導電型拡散領域と、前記第1導電型領域内であっ
    て、前記第1の拡散領域に隣接し、前記第2の側壁膜下
    に前記第1の拡散領域よりも深くかつ高濃度に形成され
    た第2の第2導電型拡散領域と、前記第1導電型領域内
    であって、前記第2の拡散領域に隣接し、前記第2の拡
    散領域よりも深く形成された第3の第2導電型拡散領域
    とを備えていることを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置。
  4. 【請求項4】 前記第2側壁膜の1部または全部と前記
    第3の拡散領域表面は高融点金属によってシリサイド化
    されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置。
  5. 【請求項5】 半導体基板と、この半導体基板上にゲー
    ト絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、このゲート
    電極の側壁に、不純物を高濃度に含むことなく形成され
    た第1の膜と、この第1の膜とは異なり、前記第1の膜
    の側壁に設けられた不純物を高濃度に含む第2の膜と、
    前記半導体基板に設けられたソースまたはドレインとな
    る拡散領域とを備え、前記拡散領域はおもに、前記第2
    の膜より、拡散される不純物からなることを特徴とする
    半導体装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6740559B2 (en) 1997-06-17 2004-05-25 Seiko Epson Corporation Semiconductor device comprising MIS field-effect transistor, and method of fabricating the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6740559B2 (en) 1997-06-17 2004-05-25 Seiko Epson Corporation Semiconductor device comprising MIS field-effect transistor, and method of fabricating the same

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