JPH08153875A - Ｍｉｓ型半導体装置およびその作製方法 - Google Patents
Ｍｉｓ型半導体装置およびその作製方法Info
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- JPH08153875A JPH08153875A JP6315633A JP31563394A JPH08153875A JP H08153875 A JPH08153875 A JP H08153875A JP 6315633 A JP6315633 A JP 6315633A JP 31563394 A JP31563394 A JP 31563394A JP H08153875 A JPH08153875 A JP H08153875A
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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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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- H01L29/66575—Lateral single gate silicon transistors where the source and drain or source and drain extensions are self-aligned to the sides of the gate
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ゲイトオーバーラップ低濃度ドーピング不純
物領域（ＧＯＬＤ）を形成する方法をを提供する。 【構成】 酸化珪素を主成分とする材料によってゲイト
絶縁膜を、また、シリコン等によってゲイト電極を形成
したのち、低濃度不純物領域を形成し、ゲイト電極を覆
って、シリコンを主成分とする被膜を全面に形成する。
そして、ＣｌＦ3等の雰囲気において、シリコンを主成
分とする被膜を異方性エッチングもしくは準異方性エッ
チングすることによって、ゲイト電極の側面にシリコン
を主成分とするサイドウォールを形成する。このエッチ
ング工程において、サイドウォールとゲイト絶縁膜とは
十分に選択比が大きいため、ゲイト絶縁膜のエッチング
は無視できる程度となる。その後、サイドウォールをマ
スクとして高濃度の不純物をドーピングし、ソース／ド
レインを形成する。
物領域（ＧＯＬＤ）を形成する方法をを提供する。 【構成】 酸化珪素を主成分とする材料によってゲイト
絶縁膜を、また、シリコン等によってゲイト電極を形成
したのち、低濃度不純物領域を形成し、ゲイト電極を覆
って、シリコンを主成分とする被膜を全面に形成する。
そして、ＣｌＦ3等の雰囲気において、シリコンを主成
分とする被膜を異方性エッチングもしくは準異方性エッ
チングすることによって、ゲイト電極の側面にシリコン
を主成分とするサイドウォールを形成する。このエッチ
ング工程において、サイドウォールとゲイト絶縁膜とは
十分に選択比が大きいため、ゲイト絶縁膜のエッチング
は無視できる程度となる。その後、サイドウォールをマ
スクとして高濃度の不純物をドーピングし、ソース／ド
レインを形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＭＩＳ（金属−絶縁膜
−半導体）型半導体装置、例えば、ＭＯＳ型電界効果ト
ランジスタおよびその作製方法に関する。本発明による
ＭＩＳ型半導体装置は、各種半導体集積回路に使用され
るものである。
−半導体）型半導体装置、例えば、ＭＯＳ型電界効果ト
ランジスタおよびその作製方法に関する。本発明による
ＭＩＳ型半導体装置は、各種半導体集積回路に使用され
るものである。
【０００２】
【従来の技術】ＭＩＳ型半導体デバイスのデザインルー
ルが縮小するにしたがって、ドレイン−チャネル間の電
界強度の急峻さにより、ホットキャリヤ注入現象が生じ
るようになった。このようなデザインルールの縮小（す
なわち、チャネルが短くなること）による特性の劣化を
一般に短チャネル効果という。このような短チャネル効
果を抑制する方法として、図４に示すような低濃度不純
物領域（低濃度ドレイン、ＬＤＤ）４０６、４０７を有
するＭＩＳ型電界効果トランジスタが開発された。
ルが縮小するにしたがって、ドレイン−チャネル間の電
界強度の急峻さにより、ホットキャリヤ注入現象が生じ
るようになった。このようなデザインルールの縮小（す
なわち、チャネルが短くなること）による特性の劣化を
一般に短チャネル効果という。このような短チャネル効
果を抑制する方法として、図４に示すような低濃度不純
物領域（低濃度ドレイン、ＬＤＤ）４０６、４０７を有
するＭＩＳ型電界効果トランジスタが開発された。
【０００３】この種のデバイスではソース４０４とチャ
ネル形成領域、あるいはドレイン４０５とチャネル形成
領域の間に、ソース／ドレインより低濃度のＬＤＤ４０
６、４０７が設けられたために、電界を緩和する効果が
生じ、ホットキャリヤの発生を抑制することができた。
図４に示すようなＬＤＤはまず、ゲイト電極４０１を形
成した後に、ドーピングをおこない、低濃度不純物領域
を形成し、その後、酸化珪素等の材料によってサイドウ
ォール４０２を形成し、これをマスクとして自己整合的
にドーピングをおこなって、ソース／ドレインを形成す
る方法が採用された。
ネル形成領域、あるいはドレイン４０５とチャネル形成
領域の間に、ソース／ドレインより低濃度のＬＤＤ４０
６、４０７が設けられたために、電界を緩和する効果が
生じ、ホットキャリヤの発生を抑制することができた。
図４に示すようなＬＤＤはまず、ゲイト電極４０１を形
成した後に、ドーピングをおこない、低濃度不純物領域
を形成し、その後、酸化珪素等の材料によってサイドウ
ォール４０２を形成し、これをマスクとして自己整合的
にドーピングをおこなって、ソース／ドレインを形成す
る方法が採用された。
【０００４】そのため、ＬＤＤ上にはゲイト電極が存在
せず、さらなる短チャネル化によって、ＬＤＤ上のゲイ
ト絶縁膜にホットキャリヤがトラップされる現象が生じ
た。そして、このようなホットキャリヤ、特にホットエ
レクトロンのトラップによって、ＬＤＤの導電型が反転
してしまい、しきい値の変動や、サブスレシュホールド
係数の増加、パンチスルー耐圧の低下という短チャネル
効果が避けられなくなった。
せず、さらなる短チャネル化によって、ＬＤＤ上のゲイ
ト絶縁膜にホットキャリヤがトラップされる現象が生じ
た。そして、このようなホットキャリヤ、特にホットエ
レクトロンのトラップによって、ＬＤＤの導電型が反転
してしまい、しきい値の変動や、サブスレシュホールド
係数の増加、パンチスルー耐圧の低下という短チャネル
効果が避けられなくなった。
【０００５】このような問題点を解決すべく、ＬＤＤ上
をもゲイト電極で覆った、オーバーラップＬＤＤ構造
（ＧＯＬＤ）構造が提唱された。この構造を採用すれ
ば、上記のようなＬＤＤ上のゲイト絶縁膜にホットキャ
リヤがトラップされたことによる特性の劣化は避けるこ
とができる。しかしながら、ＧＯＬＤを作製することは
容易ではなかった。これまでに報告されているＧＯＬＤ
構造のＭＩＳ型電界効果トランジスタとしては、ＩＴ−
ＬＤＤ構造（Ｔ．Ｙ．Ｈｕａｎｇ：ＩＥＤＭ Ｔｅｃ
ｈ．Ｄｉｇｅｓｔ ７４２（１９８６））がある。その
作製方法の概略を図３に示す。
をもゲイト電極で覆った、オーバーラップＬＤＤ構造
（ＧＯＬＤ）構造が提唱された。この構造を採用すれ
ば、上記のようなＬＤＤ上のゲイト絶縁膜にホットキャ
リヤがトラップされたことによる特性の劣化は避けるこ
とができる。しかしながら、ＧＯＬＤを作製することは
容易ではなかった。これまでに報告されているＧＯＬＤ
構造のＭＩＳ型電界効果トランジスタとしては、ＩＴ−
ＬＤＤ構造（Ｔ．Ｙ．Ｈｕａｎｇ：ＩＥＤＭ Ｔｅｃ
ｈ．Ｄｉｇｅｓｔ ７４２（１９８６））がある。その
作製方法の概略を図３に示す。
【０００６】まず、半導体基板３０１上にフィールド絶
縁物３０２とゲイト絶縁膜３０３を形成した後、多結晶
シリコン等の導電性被膜３０４を成膜する。（図３
（Ａ）） そして、導電性被膜３０４を適度にエッチングし、ゲイ
ト電極３０６を形成する。このとき注意しなければなら
ないのは、導電性被膜３０４を全てエッチングしてしま
うのではなく、適当な厚さ（１００〜１０００Å）だ
け、残して薄い導電性被膜３０７とすることである。こ
のため、このエッチング工程は極めて難しい。（点線で
示される３０５は元の導電性被膜である。）
縁物３０２とゲイト絶縁膜３０３を形成した後、多結晶
シリコン等の導電性被膜３０４を成膜する。（図３
（Ａ）） そして、導電性被膜３０４を適度にエッチングし、ゲイ
ト電極３０６を形成する。このとき注意しなければなら
ないのは、導電性被膜３０４を全てエッチングしてしま
うのではなく、適当な厚さ（１００〜１０００Å）だ
け、残して薄い導電性被膜３０７とすることである。こ
のため、このエッチング工程は極めて難しい。（点線で
示される３０５は元の導電性被膜である。）
【０００７】このようにして、薄い導電性被膜３０７と
ゲイト絶縁膜３０３を通して、スルードーピングによ
り、ＬＤＤ３０８、３０９を形成する。（図３（Ｂ）） その後、全面に酸化珪素等の材料で被膜３１０を成膜す
る。（図３（Ｃ）） そして、従来のＬＤＤ構造を作製する場合と同様に被膜
３１０を異方性エッチング法によりエッチングすること
により、サイドウォール３１２を形成する。このエッチ
ング工程では薄い導電性被膜３０７もエッチングする。
そして、このようにして形成したサイドウォールをマス
クとして、自己整合的にドーピングをおこない、ソース
３１３、ドレイン３１４を形成する。（図３（Ｄ））
ゲイト絶縁膜３０３を通して、スルードーピングによ
り、ＬＤＤ３０８、３０９を形成する。（図３（Ｂ）） その後、全面に酸化珪素等の材料で被膜３１０を成膜す
る。（図３（Ｃ）） そして、従来のＬＤＤ構造を作製する場合と同様に被膜
３１０を異方性エッチング法によりエッチングすること
により、サイドウォール３１２を形成する。このエッチ
ング工程では薄い導電性被膜３０７もエッチングする。
そして、このようにして形成したサイドウォールをマス
クとして、自己整合的にドーピングをおこない、ソース
３１３、ドレイン３１４を形成する。（図３（Ｄ））
【０００８】その後、層間絶縁物３１５、ソース電極・
配線３１６、ドレイン電極・配線３１７を形成してＭＩ
Ｓ型電界効果トランジスタが完成する。（図３（Ｅ）） 図から明らかなように、ゲイト電極の部分が逆Ｔ字（Ｉ
ｎｖｅｒｓｅ−Ｔ）であるので、ＩＴ−ＬＤＤと呼ばれ
る。そして、ゲイト電極の薄い部分がＬＤＤ上に存在す
るため、ＬＤＤ表面のキャリヤ密度もゲイト電極によっ
てある程度制御できる。その結果、ＬＤＤの不純物濃度
をより小さくしてもＬＤＤの直列抵抗によって相互コン
ダクタンスが減少したり、ＬＤＤ上の絶縁膜中に注入さ
れたホットキャリヤによってデバイス特性が変動するこ
とが少なくなる。
配線３１６、ドレイン電極・配線３１７を形成してＭＩ
Ｓ型電界効果トランジスタが完成する。（図３（Ｅ）） 図から明らかなように、ゲイト電極の部分が逆Ｔ字（Ｉ
ｎｖｅｒｓｅ−Ｔ）であるので、ＩＴ−ＬＤＤと呼ばれ
る。そして、ゲイト電極の薄い部分がＬＤＤ上に存在す
るため、ＬＤＤ表面のキャリヤ密度もゲイト電極によっ
てある程度制御できる。その結果、ＬＤＤの不純物濃度
をより小さくしてもＬＤＤの直列抵抗によって相互コン
ダクタンスが減少したり、ＬＤＤ上の絶縁膜中に注入さ
れたホットキャリヤによってデバイス特性が変動するこ
とが少なくなる。
【０００９】これらの利点はＩＴ−ＬＤＤ構造に固有の
ものではなく、全てのＧＯＬＤ構造に共通することであ
る。そして、ＬＤＤの不純物濃度を低くできるので電界
緩和効果も大きく、また、ＬＤＤの浅くできるので、短
チャネル効果やパンチスルーも抑制できる。
ものではなく、全てのＧＯＬＤ構造に共通することであ
る。そして、ＬＤＤの不純物濃度を低くできるので電界
緩和効果も大きく、また、ＬＤＤの浅くできるので、短
チャネル効果やパンチスルーも抑制できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＧＯＬ
Ｄの作製方法としては、ＩＴ−ＬＤＤ構造以外には効果
的な方法がなく、ＩＴ−ＬＤＤ構造は上記のような利点
を多く有するものの、その作製方法が極めて難しいとい
う問題があった。特に図３（Ｂ）の導電性被膜のエッチ
ングの制御が極めて難しかった。もし、基板間、基板内
で薄い導電性被膜３０７の厚さにバラツキがあると、ソ
ース／ドレインの不純物濃度が変動してしまい、よっ
て、トランジスタの特性がバラつくこととなる。本発明
はこのような問題を鑑みてなされたものであり、より簡
便に得られるＧＯＬＤ構造を提唱することを課題とす
る。
Ｄの作製方法としては、ＩＴ−ＬＤＤ構造以外には効果
的な方法がなく、ＩＴ−ＬＤＤ構造は上記のような利点
を多く有するものの、その作製方法が極めて難しいとい
う問題があった。特に図３（Ｂ）の導電性被膜のエッチ
ングの制御が極めて難しかった。もし、基板間、基板内
で薄い導電性被膜３０７の厚さにバラツキがあると、ソ
ース／ドレインの不純物濃度が変動してしまい、よっ
て、トランジスタの特性がバラつくこととなる。本発明
はこのような問題を鑑みてなされたものであり、より簡
便に得られるＧＯＬＤ構造を提唱することを課題とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明では、サイドウォ
ールをシリコンを主成分とする（純度９５％以上のシリ
コンよりなる）材料よりなる導電性のものとし、すなわ
ち、サイドウォールをゲイト電極の一部とすることによ
り、ＧＯＬＤ構造を得る。このような構造を得るため
に、シリコンを主成分とする材料よりなる導電性被膜を
ゲイト電極の中央部となる部分を覆って成膜したのち、
フッ化ハロゲン、すなわち、化学式ＸＦn（Ｘはフッ素
以外のハロゲン、ｎは整数）で示される物質（例えば、
ＣｌＦ、ＣｌＦ3 、ＢｒＦ、ＢｒＦ3 、ＩＦ、ＩＦ
3 等）を含む雰囲気で異方性もしくは準異方性エッチン
グをおこなうことによって得る。
ールをシリコンを主成分とする（純度９５％以上のシリ
コンよりなる）材料よりなる導電性のものとし、すなわ
ち、サイドウォールをゲイト電極の一部とすることによ
り、ＧＯＬＤ構造を得る。このような構造を得るため
に、シリコンを主成分とする材料よりなる導電性被膜を
ゲイト電極の中央部となる部分を覆って成膜したのち、
フッ化ハロゲン、すなわち、化学式ＸＦn（Ｘはフッ素
以外のハロゲン、ｎは整数）で示される物質（例えば、
ＣｌＦ、ＣｌＦ3 、ＢｒＦ、ＢｒＦ3 、ＩＦ、ＩＦ
3 等）を含む雰囲気で異方性もしくは準異方性エッチン
グをおこなうことによって得る。
【００１２】本発明では、従来のＬＤＤ構造においてゲ
イト電極に相当する部分（図４の４０１）はゲイト電極
であるが、それはゲイト電極の全てではないという意味
で、ゲイト電極の中央部と称する。また、従来のＬＤＤ
構造のサイドウォールに相当する部分（図４の４０２）
は本発明ではシリコンを主成分とする材料によって構成
された導電性材料でゲイト電極の一部であるので、サイ
ドウォールという呼び名以外にゲイト電極の側部とも称
することとする。
イト電極に相当する部分（図４の４０１）はゲイト電極
であるが、それはゲイト電極の全てではないという意味
で、ゲイト電極の中央部と称する。また、従来のＬＤＤ
構造のサイドウォールに相当する部分（図４の４０２）
は本発明ではシリコンを主成分とする材料によって構成
された導電性材料でゲイト電極の一部であるので、サイ
ドウォールという呼び名以外にゲイト電極の側部とも称
することとする。
【００１３】本発明のＭＩＳ型半導体装置の作製方法
は、 （１）半導体表面上にゲイト絶縁膜を形成する工程 （２）ゲイト電極の中央部を形成する工程と （３）前記ゲイト電極の中央部をマスクとして自己整合
的に半導体に低濃度の不純物領域（ＬＤＤ）を形成する
工程 （４）シリコンを主成分とする導電性被膜を形成する工
程 （５）該被膜をフッ化ハロゲンを有する雰囲気において
異方性もしくは準異方性エッチングし、ゲイト電極の中
央部の側面にシリコンを主成分とするサイドウォールを
形成する工程 （６）前記サイドウォールをマスクとして自己整合的に
ソース／ドレインを形成する工程を有する。
は、 （１）半導体表面上にゲイト絶縁膜を形成する工程 （２）ゲイト電極の中央部を形成する工程と （３）前記ゲイト電極の中央部をマスクとして自己整合
的に半導体に低濃度の不純物領域（ＬＤＤ）を形成する
工程 （４）シリコンを主成分とする導電性被膜を形成する工
程 （５）該被膜をフッ化ハロゲンを有する雰囲気において
異方性もしくは準異方性エッチングし、ゲイト電極の中
央部の側面にシリコンを主成分とするサイドウォールを
形成する工程 （６）前記サイドウォールをマスクとして自己整合的に
ソース／ドレインを形成する工程を有する。
【００１４】また、この結果、得られるＭＩＳ型半導体
装置は、（Ａ）ゲイト絶縁膜上に形成されたゲイト電極
の中央部と、該ゲイト電極の中央部の側面に密着して形
成されたシリコンを主成分とするゲイト電極の側部と、
前記ゲイト電極の側部の下方の半導体には、ドレイン
（もしくはソース）およびチャネル形成領域に挟まれた
低濃度不純物領域とを有するという特徴を持っている。
装置は、（Ａ）ゲイト絶縁膜上に形成されたゲイト電極
の中央部と、該ゲイト電極の中央部の側面に密着して形
成されたシリコンを主成分とするゲイト電極の側部と、
前記ゲイト電極の側部の下方の半導体には、ドレイン
（もしくはソース）およびチャネル形成領域に挟まれた
低濃度不純物領域とを有するという特徴を持っている。
【００１５】ここで、ゲイト電極の中央部はシリコンを
主成分とする（純度９５％以上のシリコンよりなる）材
料とするとより好ましい。また、（Ｂ）ドレイン、ソー
ス、チャネル形成領域、低濃度不純物領域上には、同一
の酸化珪素を主成分とする絶縁膜が形成されているとい
う特徴も有する。
主成分とする（純度９５％以上のシリコンよりなる）材
料とするとより好ましい。また、（Ｂ）ドレイン、ソー
ス、チャネル形成領域、低濃度不純物領域上には、同一
の酸化珪素を主成分とする絶縁膜が形成されているとい
う特徴も有する。
【００１６】
【作用】従来のＬＤＤ構造において、単にサイドウォー
ルをシリコンを主成分とする導電性被膜で構成すること
は実用的でなかった。それは、サイドウォールを形成す
る際のエッチングが、酸化珪素を主成分とするゲイト絶
縁膜でストップさせることが難しく、基板を大きくエッ
チングする可能性があったためである。これは、通常の
ドライエッチングプロセスでは、シリコンをエッチング
する際の酸化珪素との選択比が十分に大きくないこと
と、ゲイト電極（＝サイドウォール）の厚さに比較して
ゲイト絶縁膜の厚さが１／１０程度と小さかったためで
ある。
ルをシリコンを主成分とする導電性被膜で構成すること
は実用的でなかった。それは、サイドウォールを形成す
る際のエッチングが、酸化珪素を主成分とするゲイト絶
縁膜でストップさせることが難しく、基板を大きくエッ
チングする可能性があったためである。これは、通常の
ドライエッチングプロセスでは、シリコンをエッチング
する際の酸化珪素との選択比が十分に大きくないこと
と、ゲイト電極（＝サイドウォール）の厚さに比較して
ゲイト絶縁膜の厚さが１／１０程度と小さかったためで
ある。
【００１７】本発明人の研究では、このような問題点は
フッ化ハロゲンを用いたエッチングによって解決できる
ことが明らかになった。すなわち、フッ化ハロゲンはシ
リコンをエッチングする作用は強いが、酸化珪素膜をエ
ッチングする作用は弱いためである。本発明ではサイド
ウォールの形成のためのエッチングにおいて、サイドウ
ォール材料とゲイト絶縁膜材料とのエッチングの選択比
を十分に大きくすることが可能となる。その結果、半導
体基板のオーバーエッチングが回避できるのみか、ゲイ
ト絶縁膜のオーバーエッチングも無くなる。
フッ化ハロゲンを用いたエッチングによって解決できる
ことが明らかになった。すなわち、フッ化ハロゲンはシ
リコンをエッチングする作用は強いが、酸化珪素膜をエ
ッチングする作用は弱いためである。本発明ではサイド
ウォールの形成のためのエッチングにおいて、サイドウ
ォール材料とゲイト絶縁膜材料とのエッチングの選択比
を十分に大きくすることが可能となる。その結果、半導
体基板のオーバーエッチングが回避できるのみか、ゲイ
ト絶縁膜のオーバーエッチングも無くなる。
【００１８】ただし、ガス状のフッ化ハロゲンを用いた
通常のガスエッチングでは、等方的なエッチングは容易
であったが、異方性もしくは準異方性のエッチングをお
こなうことは難しかった。本発明人は様々な条件で検討
を試みた結果、微弱なＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）モードでのプラズマ励起を併用することでエッチン
グの異方性を向上させることが可能であることを見出し
た。これは、プラズマダメージを受けた部分がよりフッ
化ハロゲンによってエッチングされやすいという特性に
基づくものであり、プラズマによるイオンや電子を基板
に対して垂直に照射することにより、エッチングの異方
性を向上させることができる。典型的には、垂直方向の
エッチング速度を水平方向のエッチング速度の２〜１０
倍とすることができた。
通常のガスエッチングでは、等方的なエッチングは容易
であったが、異方性もしくは準異方性のエッチングをお
こなうことは難しかった。本発明人は様々な条件で検討
を試みた結果、微弱なＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）モードでのプラズマ励起を併用することでエッチン
グの異方性を向上させることが可能であることを見出し
た。これは、プラズマダメージを受けた部分がよりフッ
化ハロゲンによってエッチングされやすいという特性に
基づくものであり、プラズマによるイオンや電子を基板
に対して垂直に照射することにより、エッチングの異方
性を向上させることができる。典型的には、垂直方向の
エッチング速度を水平方向のエッチング速度の２〜１０
倍とすることができた。
【００１９】このエッチングの目的には雰囲気にアルゴ
ン等のプラズマを発生させるのに有利な気体を混入する
とよい。さらには、イオンを加速・照射できる機構を設
けるとなお好ましい。ただし、過剰なプラズマ励起をお
こなうと、シリコンと酸化珪素のエッチングの選択比が
低下することに注意しなければならない。従来のドライ
エッチングにおけるプラズマの作用は、フッ素イオン等
の活性種を発生させるものであったが、本発明で用いる
エッチングにおけるプラズマの作用は、あくまでもエッ
チング表面の活性化（エッチングされやすくすること）
であり、エッチング自体はフッ化ハロゲンが担うという
特色を有する。なお、本発明はフッ化ハロゲンを用いて
異方性エッチングをおこなうことに特徴を有するのであ
り、異方性エッチングの詳細な方法は上記のプラズマを
用いた方法以外であっても構わない。
ン等のプラズマを発生させるのに有利な気体を混入する
とよい。さらには、イオンを加速・照射できる機構を設
けるとなお好ましい。ただし、過剰なプラズマ励起をお
こなうと、シリコンと酸化珪素のエッチングの選択比が
低下することに注意しなければならない。従来のドライ
エッチングにおけるプラズマの作用は、フッ素イオン等
の活性種を発生させるものであったが、本発明で用いる
エッチングにおけるプラズマの作用は、あくまでもエッ
チング表面の活性化（エッチングされやすくすること）
であり、エッチング自体はフッ化ハロゲンが担うという
特色を有する。なお、本発明はフッ化ハロゲンを用いて
異方性エッチングをおこなうことに特徴を有するのであ
り、異方性エッチングの詳細な方法は上記のプラズマを
用いた方法以外であっても構わない。
【００２０】
〔実施例１〕 図１に本実施例を示す。まず、シリコン
基板１０１上に公知のＬＯＣＯＳ形成法によって、厚さ
３０００Å〜１μｍのフィールド絶縁物１０２を形成し
た。また、ゲイト絶縁膜として、厚さ１００〜５００Å
の酸化珪素膜１０３を熱酸化法によって形成した。さら
に、熱ＣＶＤ法によって燐をドーピングして導電率を高
めた多結晶シリコン膜（厚さ２０００〜５０００Å）を
堆積し、これをエッチングしてゲイト電極の中央部１０
４を形成した。そして、ゲイト電極の中央部１０４をマ
スクとして自己整合的に燐のイオン注入をおこない、低
濃度のＮ型不純物領域（＝ＬＤＤ）１０５、１０６を形
成した。ＬＤＤの燐の濃度は１×１０16〜１×１０17原
子／ｃｍ3 、深さは３００〜１０００Åとすると好まし
かった。（図１（Ａ））
基板１０１上に公知のＬＯＣＯＳ形成法によって、厚さ
３０００Å〜１μｍのフィールド絶縁物１０２を形成し
た。また、ゲイト絶縁膜として、厚さ１００〜５００Å
の酸化珪素膜１０３を熱酸化法によって形成した。さら
に、熱ＣＶＤ法によって燐をドーピングして導電率を高
めた多結晶シリコン膜（厚さ２０００〜５０００Å）を
堆積し、これをエッチングしてゲイト電極の中央部１０
４を形成した。そして、ゲイト電極の中央部１０４をマ
スクとして自己整合的に燐のイオン注入をおこない、低
濃度のＮ型不純物領域（＝ＬＤＤ）１０５、１０６を形
成した。ＬＤＤの燐の濃度は１×１０16〜１×１０17原
子／ｃｍ3 、深さは３００〜１０００Åとすると好まし
かった。（図１（Ａ））
【００２１】そして、熱ＣＶＤ法によって燐をドーピン
グして導電率を高めた多結晶シリコン膜（厚さ２０００
Å〜１μｍ）１０７を成膜した。（図１（Ｂ）） その後、ＣｌＦ3 による異方性エッチングをおこなっ
た。エッチングは以下のようにおこなった。基板をエッ
チングチャンバー（通常のドライエッチングで用いるも
のと同じ）に設置し、チャンバーにアルゴンとＣｌＦ3
の混合気体を導入し、ＲＦ放電させた。アルゴンの流量
は１００ｓｃｃｍ、ＣｌＦ3 の流量は５０ｓｃｃｍと
し、圧力は０．１ｔｏｒｒとした。基板には−５０〜−
２００Ｖの自己バイアスが印加されるようにした。エッ
チングはほとんどゲイト絶縁膜で停止し、以下のオーバ
ーエッチングは観察されなかった。
グして導電率を高めた多結晶シリコン膜（厚さ２０００
Å〜１μｍ）１０７を成膜した。（図１（Ｂ）） その後、ＣｌＦ3 による異方性エッチングをおこなっ
た。エッチングは以下のようにおこなった。基板をエッ
チングチャンバー（通常のドライエッチングで用いるも
のと同じ）に設置し、チャンバーにアルゴンとＣｌＦ3
の混合気体を導入し、ＲＦ放電させた。アルゴンの流量
は１００ｓｃｃｍ、ＣｌＦ3 の流量は５０ｓｃｃｍと
し、圧力は０．１ｔｏｒｒとした。基板には−５０〜−
２００Ｖの自己バイアスが印加されるようにした。エッ
チングはほとんどゲイト絶縁膜で停止し、以下のオーバ
ーエッチングは観察されなかった。
【００２２】この結果、多結晶シリコン膜１０７はエッ
チングされ（図の点線１０８は元の多結晶シリコン膜を
示す）、ゲイト電極の中央部の側面にゲイト電極の側部
（サイドウォール）１０９が形成された。本実施例の条
件では、垂直方向のエッチング速度は水平方向の約２倍
の準異方性エッチングであったので、ゲイト電極の側部
の形状は完全な異方性エッチングの場合に比較して、や
や幅が狭くなった。（図１（Ｃ））
チングされ（図の点線１０８は元の多結晶シリコン膜を
示す）、ゲイト電極の中央部の側面にゲイト電極の側部
（サイドウォール）１０９が形成された。本実施例の条
件では、垂直方向のエッチング速度は水平方向の約２倍
の準異方性エッチングであったので、ゲイト電極の側部
の形状は完全な異方性エッチングの場合に比較して、や
や幅が狭くなった。（図１（Ｃ））
【００２３】その後、砒素のイオン注入によって、ゲイ
ト電極をマスクとして自己整合的にドーピングをおこな
い、ソース１１０、ドレイン１１１を作製した。砒素の
濃度は１×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3 とした。そ
して、熱アニール処理により、ＬＤＤおよびソース／ド
レインの再結晶化をおこなった。（図１（Ｄ）） その後、熱ＣＶＤ法によって、層間絶縁物として、厚さ
３０００Å〜１μｍの酸化珪素膜１１２を堆積した。そ
して、これにコンタクトホールを形成し、ソース電極１
１３、ドレイン電極１１４を形成した。このようにし
て、ＧＯＬＤ型トランジスタを作製することができた。
（図１（Ｅ））
ト電極をマスクとして自己整合的にドーピングをおこな
い、ソース１１０、ドレイン１１１を作製した。砒素の
濃度は１×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3 とした。そ
して、熱アニール処理により、ＬＤＤおよびソース／ド
レインの再結晶化をおこなった。（図１（Ｄ）） その後、熱ＣＶＤ法によって、層間絶縁物として、厚さ
３０００Å〜１μｍの酸化珪素膜１１２を堆積した。そ
して、これにコンタクトホールを形成し、ソース電極１
１３、ドレイン電極１１４を形成した。このようにし
て、ＧＯＬＤ型トランジスタを作製することができた。
（図１（Ｅ））
【００２４】〔実施例２〕 図２に本実施例を示す。シ
リコン基板２０１上に厚さ３０００Å〜１μｍのフィー
ルド絶縁物２０２と厚さ１００〜５００Åのゲイト絶縁
膜（酸化珪素）２０３を熱酸化法によって形成した。さ
らに、燐をドーピングして導電率を高めた多結晶シリコ
ン膜（厚さ２０００〜５０００Å）によって、ゲイト電
極の中央部２０４を形成し、これをマスクとして自己整
合的に燐のイオン注入をおこない、低濃度のＮ型不純物
領域（＝ＬＤＤ）２０５、２０６を形成した。（図２
（Ａ））
リコン基板２０１上に厚さ３０００Å〜１μｍのフィー
ルド絶縁物２０２と厚さ１００〜５００Åのゲイト絶縁
膜（酸化珪素）２０３を熱酸化法によって形成した。さ
らに、燐をドーピングして導電率を高めた多結晶シリコ
ン膜（厚さ２０００〜５０００Å）によって、ゲイト電
極の中央部２０４を形成し、これをマスクとして自己整
合的に燐のイオン注入をおこない、低濃度のＮ型不純物
領域（＝ＬＤＤ）２０５、２０６を形成した。（図２
（Ａ））
【００２５】そして、熱ＣＶＤ法によって燐をドーピン
グして導電率を高めた多結晶シリコン膜（厚さ２０００
Å〜１μｍ）２０７を成膜した。（図２（Ｂ）） その後、ＣｌＦ3 による異方性エッチングをおこなっ
た。エッチングは以下のようにおこなった。基板５０５
を図５に示すような構造のエッチングチャンバー５０１
のカソード５０４上に設置した。そして、チャンバー内
にアルゴンを導入し、ＲＦ電源５０７によって、アノー
ド５０２とグリッド５０３の間にプラズマを発生させ
た。一方、カソード５０４とグリッド５０７の間の電位
はアノードが負（−１００〜−１０００Ｖ）となるよう
に保った。この結果、グリッドを通して、カソード方向
にアルゴンイオンが加速され、ほぼ基板に対して垂直に
入射した。
グして導電率を高めた多結晶シリコン膜（厚さ２０００
Å〜１μｍ）２０７を成膜した。（図２（Ｂ）） その後、ＣｌＦ3 による異方性エッチングをおこなっ
た。エッチングは以下のようにおこなった。基板５０５
を図５に示すような構造のエッチングチャンバー５０１
のカソード５０４上に設置した。そして、チャンバー内
にアルゴンを導入し、ＲＦ電源５０７によって、アノー
ド５０２とグリッド５０３の間にプラズマを発生させ
た。一方、カソード５０４とグリッド５０７の間の電位
はアノードが負（−１００〜−１０００Ｖ）となるよう
に保った。この結果、グリッドを通して、カソード方向
にアルゴンイオンが加速され、ほぼ基板に対して垂直に
入射した。
【００２６】一方、グリッドとカソードの中間に設けら
れたシャワー状のガス導入口５０６からはＣｌＦ3 をカ
ソードに向けて噴射した。この結果、基板状のイオンダ
メージを受けた部分が選択的にエッチングされるため、
本実施例ではエッチングの異方性を１０：１（実施例１
では２：１）にまで高めることができた。この結果、多
結晶シリコン膜２０７はエッチングされ（図の点線２０
８は元の多結晶シリコン膜を示す）、ゲイト電極の中央
部の側面にゲイト電極の側部（サイドウォール）２０９
が形成された。（図２（Ｃ））
れたシャワー状のガス導入口５０６からはＣｌＦ3 をカ
ソードに向けて噴射した。この結果、基板状のイオンダ
メージを受けた部分が選択的にエッチングされるため、
本実施例ではエッチングの異方性を１０：１（実施例１
では２：１）にまで高めることができた。この結果、多
結晶シリコン膜２０７はエッチングされ（図の点線２０
８は元の多結晶シリコン膜を示す）、ゲイト電極の中央
部の側面にゲイト電極の側部（サイドウォール）２０９
が形成された。（図２（Ｃ））
【００２７】その後、砒素のイオン注入によって、ゲイ
ト電極をマスクとして自己整合的にドーピングをおこな
い、ソース２１０、ドレイン２１１を作製し、熱アニー
ル処理により、ＬＤＤおよびソース／ドレインの再結晶
化をおこなった。（図２（Ｄ）） さらに、層間絶縁物（厚さ３０００Å〜１μｍの酸化珪
素）２１２を堆積し、これにコンタクトホールを形成
し、ソース電極２１３、ドレイン電極２１４を形成し
た。このようにして、ＧＯＬＤ型トランジスタを作製す
ることができた。（図２（Ｅ））
ト電極をマスクとして自己整合的にドーピングをおこな
い、ソース２１０、ドレイン２１１を作製し、熱アニー
ル処理により、ＬＤＤおよびソース／ドレインの再結晶
化をおこなった。（図２（Ｄ）） さらに、層間絶縁物（厚さ３０００Å〜１μｍの酸化珪
素）２１２を堆積し、これにコンタクトホールを形成
し、ソース電極２１３、ドレイン電極２１４を形成し
た。このようにして、ＧＯＬＤ型トランジスタを作製す
ることができた。（図２（Ｅ））
【００２８】
【発明の効果】本発明によって、ＧＯＬＤ構造のＭＩＳ
型電界効果トランジスタを作製することができた。ＧＯ
ＬＤ型トランジスタが優れている点については上述の通
りであり、それらは本発明においても該当する。本発明
の作製方法が量産に適していることは、図３に示された
従来のＩＴ−ＬＤＤ構造を得る方法と比較すると明らか
であろう。
型電界効果トランジスタを作製することができた。ＧＯ
ＬＤ型トランジスタが優れている点については上述の通
りであり、それらは本発明においても該当する。本発明
の作製方法が量産に適していることは、図３に示された
従来のＩＴ−ＬＤＤ構造を得る方法と比較すると明らか
であろう。
【００２９】上記実施例では、フッ化ハロゲンを用いた
異方性エッチングの方法として、プラズマを用いた方法
を示したが、本発明においては、異方性もしくは準異方
性エッチングであるかぎり、その他の方法でも同様な効
果が得られることは明らかであろう。また、半導体基板
上に形成する例についてのみ述べたが、これ以外に、絶
縁基板上に形成されるＴＦＴに本発明を適用しても同様
な効果が得られることは言うまでもない。このように本
発明は工業上、有益な発明である。
異方性エッチングの方法として、プラズマを用いた方法
を示したが、本発明においては、異方性もしくは準異方
性エッチングであるかぎり、その他の方法でも同様な効
果が得られることは明らかであろう。また、半導体基板
上に形成する例についてのみ述べたが、これ以外に、絶
縁基板上に形成されるＴＦＴに本発明を適用しても同様
な効果が得られることは言うまでもない。このように本
発明は工業上、有益な発明である。
【図１】 実施例１によるＧＯＬＤ型トランジスタの作
製方法を示す。
製方法を示す。
【図２】 実施例２によるＧＯＬＤ型トランジスタの作
製方法を示す。
製方法を示す。
【図３】 従来法によるＩＴ−ＬＤＤ型トランジスタの
作製方法を示す。
作製方法を示す。
【図４】 従来法によるＬＤＤ構造のトランジスタを示
す。
す。
【図５】 実施例２に用いたエッチング装置の概要を示
す。
す。
１０１ 半導体基板 １０２ フィールド絶縁物（酸化珪素） １０３ ゲイト絶縁膜（酸化珪素） １０４ ゲイト電極の中央部（多結晶シリコ
ン） １０５、１０６ ＬＤＤ １０７ 多結晶シリコン膜 １０８ 多結晶シリコン膜のあった位置 １０９ サイドウォール（ゲイト電極の側部）
（多結晶シリコン） １１０、１１１ ソース／ドレイン １１２ 層間絶縁物（酸化珪素） １１３、１１４ ソース／ドレイン電極
ン） １０５、１０６ ＬＤＤ １０７ 多結晶シリコン膜 １０８ 多結晶シリコン膜のあった位置 １０９ サイドウォール（ゲイト電極の側部）
（多結晶シリコン） １１０、１１１ ソース／ドレイン １１２ 層間絶縁物（酸化珪素） １１３、１１４ ソース／ドレイン電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｃ 29/78 ３０１ Ｐ
Claims (4)
- 【請求項１】 ゲイト絶縁膜上に形成されたゲイト電極
の中央部と、 該ゲイト電極の中央部の側面に密着して形成されたシリ
コンを主成分とするゲイト電極の側部とを有し、 前記ゲイト電極の側部には、ドレイン（もしくはソー
ス）およびチャネル形成領域に挟まれた低濃度不純物領
域を有し、 ゲイト電極の側部を構成する被膜は、ゲイト電極の中央
部が形成された後に成膜され、フッ化ハロゲンを有する
雰囲気において異方性もしくは準異方性エッチングする
ことにより形成されたことを特徴とするＭＩＳ型半導体
装置 - 【請求項２】 請求項１において、フッ化ハロゲンは、
ＣｌＦ、ＣｌＦ3 、ＢｒＦ、ＢｒＦ3 、ＩＦ、ＩＦ3 の
いずれかであることを特徴とするＭＩＳ型半導体装置。 - 【請求項３】 請求項１において、ドレイン、ソース、
チャネル形成領域、低濃度不純物領域上には、同一の酸
化珪素を主成分とする絶縁膜が形成されていることを特
徴とするＭＩＳ型半導体装置。 - 【請求項４】 （１）半導体表面上にゲイト絶縁膜を形
成する工程と、 （２）ゲイト電極の中央部を形成する工程と、 （３）前記ゲイト電極の中央部をマスクとして自己整合
的に半導体に低濃度の不純物領域を形成する工程と、 （４）シリコンを主成分とする被膜を形成する工程と、 （５）該被膜をフッ化ハロゲンを有する雰囲気において
異方性もしくは準異方性エッチングし、ゲイト電極の中
央部の側面にシリコンを主成分とするサイドウォールを
形成する工程と、 （６）前記サイドウォールをマスクとして自己整合的に
ソース／ドレインを形成する工程と、を有することを特
徴とするＭＩＳ型半導体装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31563394A JP3370806B2 (ja) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | Ｍｉｓ型半導体装置の作製方法 |
| US08/561,531 US5851861A (en) | 1994-11-25 | 1995-11-21 | MIS semiconductor device having an LDD structure and a manufacturing method therefor |
| KR1019950043703A KR100294089B1 (ko) | 1994-11-25 | 1995-11-25 | Mis형반도체장치제작방법 |
| US09/383,415 US6284577B1 (en) | 1994-11-25 | 1999-08-26 | MIS semiconductor device having an LDD structure and a manufacturing method therefor |
| US09/942,859 US6468843B2 (en) | 1994-11-25 | 2001-08-31 | MIS semiconductor device having an LDD structure and a manufacturing method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31563394A JP3370806B2 (ja) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | Ｍｉｓ型半導体装置の作製方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2002210564A Division JP3866167B2 (ja) | 2002-07-19 | 2002-07-19 | Ｍｉｓ型半導体装置の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08153875A true JPH08153875A (ja) | 1996-06-11 |
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
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