JPH09321285A

JPH09321285A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH09321285A
Application number: JP13296796A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Nakanishi; 賢太郎中西; Shinji Odanaka; 紳二小田中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】高性能・高信頼性MOS型半導体装置の製造方
法を提供する。【解決手段】素子分離領域2を形成したシリコン基板1
上にCVD酸化膜3を堆積し、その後シリコン窒化膜4を堆
積する。次にエッチングにより、シリコン窒化膜を除去
し開口部5をパターン形成する。CVD酸化膜をエッチング
により除去し、シリコン基板表面を露出させる。開口部
よりしきい値電圧を設定するためチャネルドープする。
熱酸化処理によりゲート酸化膜7を開口部5に露出したシ
リコン基板表面に形成する。次にドープトポリシリコン
8を堆積し、シリコン窒化膜が露出するまでドープトポ
リシリコンをエッチングにより除去する。さらにシリコ
ン窒化膜をエッチングにより除去する。その後、ゲート
電極をマスクとして、CVD酸化膜の上から不純物注入
し、第２不純物拡散層10を形成する。引き続き、エッチ
バック法によりサイドウォール11aを形成する。最後に
ゲート電極及びサイドウォールをマスクとしてソース・
ドレイン拡散層12を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高性能・高信頼性MO
S型半導体装置の製造方法に係わり、特に、微細ゲート
電極形成が容易であり、かつゲート酸化膜の信頼性の高
い半導体装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体装置のさらなる高性能化・
高集積化を追求し、その最小加工寸法は、ハーフミクロ
ンからクォーターミクロンへと突入している。そのため
必要とされる加工技術はより一層微細かつ高精度なもの
となるが、現状の微細加工技術ではこうした要求に対応
するのが困難な状況となりつつある。

【０００３】こうした背景を踏まえた上で、以下では従
来の半導体装置の製造技術について、図面を用いて簡単
に説明する。

【０００４】まず従来例１として図6(a)に示すように、
素子分離領域32の形成されたシリコン基板31にしきい値
電圧を設定する目的でチャネルドープを施す。続いてシ
リコン基板上にゲート酸化膜33とポリシリコン膜34を形
成する[図6(b)]。さらに、ドライエッチング技術により
ゲート電極35をパターン形成する[図6(c)]。次に、一般
にLDD(Lightly Doped Drain)として周知の不純物拡散層
36を形成するために、ゲート電極をマスクとして不純物
注入を行う[図6(d)]。通常、LDD注入はチャネリング防
止の目的で、シリコン基板に対して垂直ではなく斜めに
注入を行う。引き続きCVD酸化膜を堆積し、エッチバッ
ク法によりサイドウォール37を形成する[図6(e)]。最後
にゲート電極及びサイドウォールをマスクとしてS/D注
入を行い、ソース・ドレイン拡散層38を形成し半導体装
置が完成する[図6(f)]。ここで説明した半導体装置の製
造方法は最も一般的なものであり、広く用いられている
製造方法である。この方法では、フォトリソ工程及びエ
ッチング工程を経、ゲート電極パターンのみを最終的に
残すという方法でゲート電極を形成している。しかしな
がら、こうしたゲート電極形成方法とは全く異なる製造
方法も知られている。

【０００５】従来例２[特開平7-45827号公報]として図7
(a)に示すように、素子分離領域42を形成したシリコン
基板41にゲート酸化膜43を熱酸化法で成長させる。その
後、ポリシリコン層44、CVD酸化膜45を積層する。そし
て、ゲート電極形成領域に開口を有するフォトレジスト
膜46を積層し、これをマスクとしてCVD酸化膜をエッチ
ングして、図7(b)に示すように、ゲート電極形成領域に
開口部7を形成する。その後、しきい値電圧を設定する
低エネルギーのボロン注入48と、パンチスルー劣化を防
止するために高エネルギーのボロン注入49を行う。引き
続き図7(c)に示すように、開口部にポリシリコンを埋設
してゲート電極50を形成する。

【０００６】次に図7(d)に示すように、CVD酸化膜45を
除去した後、軽いドーピングのLDD注入51を行い不純物
拡散層52を形成する。さらに図7(e)に示すようにサイド
ウォール54を形成し、最後にS/D注入によりソース・ド
レイン拡散層56を形成し半導体装置が完成する。この方
法によればゲート電極は、ゲート電極材料をCVD酸化膜
に形成した開口部に埋め込み形成することから、従来の
微細加工技術では形成困難なゲート長を有するゲート電
極を容易に形成することができる。同様にゲート電極を
埋め込み形成する方法として、従来例３[特開平5-19056
5号公報]がある。

【０００７】図8(a)に示すように、シリコン酸化膜63及
び素子分離領域62をシリコン基板61に形成する。

【０００８】次に図8(b)に示すように、シリコン酸化膜
上にレジストを塗布し、フォトリソ工程をへてシリコン
酸化膜が露出されたマスク開口部65を形成する。そし
て、このレジストマスク64を使ってS/D注入を行い、ソ
ース・ドレイン拡散層66を形成する。引き続き図8(c)に
示すようにレジストマスクを除去した後、シリコン窒化
膜67を堆積する。さらにその上に、エッチングマスクと
なるレジストを塗布した後、ゲート電極を形成する位置
にシリコン窒化膜が露出するようにゲート電極長と同サ
イズのマスク開口部69を有するレジストマスク68を形成
する。さらに図8(d)に示すように、シリコン窒化膜をエ
ッチングしてシリコン酸化膜を露出させ、ゲート開口部
70を形成する。そしてこの露出したシリコン酸化膜63を
再酸化し、所望の膜厚に制御する。最後に図8(e)に示す
ように、ゲート開口部70内をドープトポリシリコンで埋
め込み所望の形状のゲート電極71を形成することができ
る。また、図9に示すようにサイドウォール72を利用す
ることで、より一層微細なゲート長を有するゲート電極
を容易に形成できる方法も、従来例３では記述されてい
る。

【０００９】さらに同様なゲート電極の埋め込み形成方
法として、従来例４[特開平5-235343号公報]を紹介す
る。

【００１０】まず図10(a)に示すように、シリコン基板
上81に熱酸化により第1の絶縁膜82を形成する。

【００１１】ついで第1の絶縁膜をパターンニングし
て、第1の絶縁膜を選択的に除去して開口し、ゲート部
に対応するシリコン基板を露出する。

【００１２】次に図10(b)に示すように、図10(a)の工程
で得られたシリコン基板上に、第2の絶縁膜83を形成す
る。

【００１３】さらに図10(c)に示す工程で第2の絶縁膜を
エッチングし、エッチバック法によりサイドウォール84
を形成する。次に形成したサイドウォールと第1の絶縁
膜をマスクとして、シリコン基板に不純物を注入し、パ
ンチスルーストッパ領域85を形成する。引き続き図10
(d)に示すように、サイドウォールを除去し、ゲート部
に対応する領域を露出する。次に露出したシリコン基板
上にゲート酸化膜86を形成し、さらに開口部にポリシリ
コン87を埋め込む。最後に図10(e)に示すように、第1の
絶縁膜を除去し、ゲート電極88を形成し、ゲート電極を
マスクとしてS/D注入を行いソース・ドレイン拡散層89
を形成し、半導体装置が完成する。

【００１４】最後に従来例５[特開昭56-81974号公報]を
紹介する。まず図11(a)に示すようにシリコン基板91に
素子分離領域92を形成する。次に図11(b)に示すように
シリコン基板に開口部93を設け、さらに熱酸化処理を施
し開口部を含むシリコン基板全面に熱酸化膜94を形成す
る。

【００１５】引き続き図11(c)に示すようにドープトポ
リシリコン95を堆積し開口部を埋める。さらに図11(d)
に示すように、開口部以外の熱酸化膜が露出するまでド
ープトポリシリコンをエッチングし、ゲート電極97を形
成する。最後に図11(e)に示すように、シリコン基板上
の熱酸化膜を選択的に除去して開口部に残置した熱酸化
膜によりゲート絶縁膜96を形成した後、露出したシリコ
ン基板部分にS/D注入を行いソース・ドレイン拡散層98
を形成する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】最初に説明した従来例
１の半導体装置の製造方法では、ゲート電極として残す
膜種と、余分なものとして除去する膜種が同一の膜であ
る。その結果、一層微細なゲート電極を形成する場合に
おいては、エッチング工程でゲート電極そのものもエッ
チング除去されて膜の目減りする割合が顕著になり、ひ
いては微細なゲート電極そのもののパターン形成が困難
となる問題を有している。さらには前述のように、LDD
注入はチャネリング防止の目的で斜め注入が行われてお
り、また拡散層の非対称形成を避けるため代表的には４
回転注入が用いられている。

【００１７】結果として注入の工程数が増大し、また不
純物の注入によるゲート酸化膜端およびシリコン基板表
面のダメージが増大し、半導体装置の信頼性に悪影響を
与えるという問題を有している。

【００１８】一方、引き続き説明した従来例２〜５の半
導体装置の製造方法では、ゲート電極形成工程におい
て、電極材料の膜種と、ゲート形成のため開口部を形成
するマスク膜の膜種が異なるため前述のような不具合は
生じにくい。またマスク膜をエッチング工程によりパタ
ーン形成する際、パターンの細りが生じても、そのマス
クにゲート電極材料を堆積させてゲート電極を形成する
ため微細なゲート電極パターン形成が容易である。

【００１９】しかしながら従来例２では、CVD酸化膜45
に開口部47を形成した後、ゲート電極50を形成する前
に、しきい値電圧設定のための低エネルギー注入と、パ
ンチスルー劣化防止のための高エネルギー注入を開口部
を通して行っている。これらの注入により、ゲート酸化
膜43にダメージを与えるため、半導体装置の信頼性に悪
影響を及ぼす問題を有している。

【００２０】また従来例３では、ゲート電極71に対して
ソース・ドレイン拡散層66が自己整合的に形成されてい
ないため、マスクずれ余裕がない問題を有している。ま
た、図8(e)でゲート電極が形成されるまでに、図8(b)の
レジストマスク64を除去する工程と、図8(c)のシリコン
窒化膜67を除去する工程で、エッチングによりシリコン
酸化膜63にダメージを与えている。

【００２１】図8(d)の工程でシリコン酸化膜を再酸化し
てはいるが、ダメージフリーの清浄なゲート酸化膜では
ないため半導体装置の信頼性に悪影響を及ぼす問題を有
している。当然図9の構成においてもこれら同様の問題
を有している。

【００２２】従来例４では従来例２、３のようなゲート
酸化膜に対するダメージの問題はないが、図10(a)の第1
の絶縁膜82を選択エッチングする工程と、図10(c)のサ
イドウォール84を形成する工程と、図10(d)でサイドウ
ォールを除去する工程において、後の工程でゲート酸化
膜86が形成されるシリコン基板表面にエッチングにより
ダメージを与えるため、半導体装置の信頼性に悪影響を
及ぼす問題を有している。従来例５では、ゲート電極を
シリコン基板に埋め込む形態で形成しているため、サイ
ドウォールを利用して、周知のLDDなどの不純物拡散層
を形成することができない問題を有している。

【００２３】本発明はこれら従来例が有しているそれぞ
れの問題を解決する目的でなされたものであって、微細
ゲート電極形成が容易でかつゲート酸化膜の信頼性の高
い、高性能・高信頼性MOS型半導体装置の製造方法を提
供するものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】第１の発明の半導体装置
の製造方法は、図1(a)〜(f)の実施例図に示すように、
素子分離領域を形成したシリコン基板上に、第１絶縁
膜、第2絶縁膜を順に積層する工程と、前記第2絶縁膜に
開口部を形成し前記第１絶縁膜を露出させる工程と、前
記第１絶縁膜を除去し前記第1絶縁膜及び第2絶縁膜にわ
たる開口部を形成する工程と、しきい値電圧を設定する
ためにチャネルドープする工程と、前記シリコン基板表
面を熱酸化処理しゲート酸化膜を形成する工程と、前記
ゲート酸化膜の上にゲート電極材料を堆積し、前記開口
部を埋設してゲート電極を形成する工程と、前記第２絶
縁膜及び第1絶縁膜を順に除去する工程と、前記ゲート
電極をマスクとして不純物注入を行い不純物拡散層を形
成する工程と、ゲート側面にサイドウォールを形成する
工程と、前記ゲート電極及びサイドウォールをマスクと
してS/D注入を行いソース・ドレイン拡散層を形成する
工程を含むものである。この製造方法によれば、微細な
ゲート電極パターンが容易に形成でき、ダメージの少な
い清浄で薄いゲート酸化膜が形成できる。さらにはソー
ス・ドレイン拡散層をゲート電極に対して自己整合的に
形成することができる。

【００２５】第2の発明の半導体装置の製造方法は、図2
(a)〜(g)の実施例図に示すように、第1の発明の半導体
装置の製造方法と同様な工程をへてゲート電極を形成す
る工程と、第２絶縁膜を除去する工程と、第1絶縁膜の
上から不純物を注入して不純物拡散層を形成する工程
と、ゲート側面にサイドウォールを形成する工程と、前
記第1絶縁膜を除去する工程と、前記ゲート電極及びサ
イドウォールをマスクとしてS/D注入を行いソース・ド
レイン拡散層を形成する工程を含むものである。この製
造方法によれば、第1の発明の半導体装置の製造方法の
利点に加え第1絶縁膜のスクリーニング効果により、不
純物拡散層を基板表面浅く形成することができる。

【００２６】また前述のような、LDD注入の際のチャネ
リング抑制のための角度注入の必要がなく、工程数が増
えることもない。

【００２７】第3の発明の半導体装置の製造方法は、図3
(a)〜(f)の実施例図に示すように第1及び第2の発明の半
導体装置の製造方法と同様な工程をへて、第1絶縁膜及
び第2絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記開口部に
露出したシリコン基板の表面一部分を除去し第1絶縁膜
と第2絶縁膜及びシリコン基板にわたる開口部を形成す
る工程と、しきい値電圧を設定するためにチャネルドー
プする工程と、前記開口部に露出した前記シリコン基板
の表面を熱酸化処理することでシリコン基板の掘り込ま
れた部分にゲート酸化膜を形成する工程と、前記ゲート
酸化膜上に導電体の堆積層を形成して前記開口部を埋め
ゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスク
として不純物を注入して不純物拡散層を形成する工程
と、ゲート電極側面にサイドウォールを形成する工程
と、前記ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして
S/D注入を行いソース・ドレイン拡散層を形成する工程
を含むものである。この製造方法によれば、ゲート酸化
膜に対して不純物拡散層が相対的に浅い位置に存在する
ため、第2の発明の半導体装置の製造方法と同等の効果
が期待できる。

【００２８】第4の発明の半導体装置の製造方法は、図5
(a)〜(h)の実施例図に示すように素子分離領域を形成し
たシリコン基板上に第1絶縁膜と第2絶縁膜を交互に2層
ずつ積層し、二層目の第2絶縁膜に開口部を形成して二
層目の第1絶縁膜を露出させる工程と、前記開口部を形
成した前記二層目の第2絶縁膜の側面に第1絶縁膜と同じ
膜種である側壁を形成しかつ一層目の第2絶縁膜を開口
部より露出させる工程と、前記二層目の第2絶縁膜及び
前記開口部に露出している部分の前記一層目の第2絶縁
膜を除去して前記一層目の第2絶縁膜に開口部を形成す
る工程と、前記二層目の第１絶縁膜と前記側壁及び一層
目の第1絶縁膜を除去することで前記一層目の第2絶縁膜
及び一層目の第1絶縁膜にわたる開口部を形成する工程
と、しきい値電圧を設定するためにチャネルドープする
工程と、前記開口部に露出した前記シリコン基板の表面
を熱酸化処理しゲート酸化膜を形成する工程と、前記ゲ
ート酸化膜上に導電体の堆積層を形成して前記開口部を
埋めゲート電極を形成する工程と、前記一層目の第2絶
縁膜を除去する工程と、前記一層目の第1絶縁膜を除去
する工程と、前記ゲート電極をマスクとして不純物を注
入し不純物拡散層を形成する工程と、前記ゲート電極の
側面にゲート側壁を形成する工程と、前記ゲート電極及
びゲート側壁をマスクとしてS/D注入を行いソース・ド
レイン拡散層を形成する工程を含むものである。この製
造方法には、第1の発明の半導体装置の製造方法と同様
な利点があるが、より一層微細なゲート電極形成が可能
となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態における
半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説
明する。

【００３０】（実施の形態１）図１は本発明において、
第1の発明の半導体装置の工程断面図である。この製造
方法によれば、微細なゲート電極形成が容易であり、ダ
メージの少ない清浄で薄いゲート酸化膜が形成できる。
さらにソース・ドレイン拡散層をゲート電極に対して自
己整合的に形成できる。

【００３１】まず図1(a)に示すように、素子分離領域2
を形成したシリコン基板1上にCVD酸化膜3を20nm堆積
し、その後シリコン窒化膜4を185nm堆積する。次に所定
の位置にドライエッチングにより、シリコン窒化膜を除
去し幅200nmの開口部5をパターン形成する。引き続きCV
D酸化膜をウェットエッチングにより除去し、シリコン
基板表面を露出させる。

【００３２】次に図1(b)に示すように、開口部よりボロ
ンをエネルギー15keV、濃度6×1012cm-2の各条件でチャ
ネルドープする。次に図1(c)に示すように、熱酸化処理
によりゲート酸化膜を5nm、開口部5に露出したシリコン
基板表面に形成する。次に図１(d)に示すようにドープ
トポリシリコンを200nmを堆積し、シリコン窒化膜が露
出するまでドープトポリシリコンをウェットエッチング
により除去する。

【００３３】さらに図1(e)に示すようにシリコン窒化膜
をドライエッチングにより除去し、さらにCVD酸化膜を
ウェットエッチングにより除去する。その後、ゲート電
極をマスクとして砒素をエネルギー15keV、濃度1×1014
cm-2の各条件でイオン注入し、第1不純物拡散層9を形成
する。引き続き図1(f)に示すように、CVD酸化膜を全面
に100nm堆積した後、エッチバック法によりサイドウォ
ール11aを形成する。最後にゲート電極及びサイドウォ
ールをマスクとして、砒素をエネルギー30keV、濃度3×
1015cm-2の各条件でイオン注入し、ソース・ドレイン拡
散層12を形成して半導体装置が完成する。この後、必要
に応じてゲート電極、ソース・ドレイン拡散層に低抵抗
化のためのシリサイド膜を形成してもよい。またCVD酸
化膜はより緻密な熱酸化膜でもよい。

【００３４】この製造方法によれば、ゲート電極とその
マスク材が、ポリシリコンとシリコン窒化膜と違うため
図1(e)のドライエッチング工程でシリコン窒化膜を除去
する際に、ゲート電極のエッチング目減りが少ない。さ
らには、マスク膜をエッチング工程によりパターン形成
する際、パターンの細りが生じても、そのマスクにゲー
ト電極材料を堆積させてゲート電極を形成するため微細
なゲート電極パターン形成が容易である。ゲート酸化膜
は開口部形成後あらためてシリコン表面を熱酸化処理に
より形成しているので、清浄でダメージフリーの膜質と
なっている。また、ソース・ドレイン拡散層はゲート電
極をマスクとしてイオン注入しているため、自己整合的
に形成することができている。

【００３５】（実施の形態２）図２は本発明において、
第２の発明の半導体装置の工程断面図である。この製造
方法によれば、第1の発明の半導体装置の製造方法と同
様に、微細なゲート電極形成が容易であり、ダメージの
少ない清浄で薄いゲート酸化膜が形成できる。またソー
ス・ドレイン拡散層をゲート電極に対して自己整合的に
形成できる。加えて、ソース・ドレイン拡散層のチャネ
ル側の内側の不純物拡散層を浅く形成することができ
る。

【００３６】まず図2(a)に示すように、素子分離領域2
を形成したシリコン基板1上にCVD酸化膜3を20nm堆積
し、その後シリコン窒化膜4を185nm堆積する。次に所定
の位置にドライエッチングにより、シリコン窒化膜を除
去し幅200nmの開口部5をパターン形成する。

【００３７】引き続きCVD酸化膜をウェットエッチング
により除去し、シリコン基板表面を露出させる。

【００３８】次に図2(b)に示すように、開口部よりボロ
ンをエネルギー15keV、濃度5×1012cm-2の各条件でチャ
ネルドープする。次に図2(c)に示すように、熱酸化処理
によりゲート酸化膜を5nm、開口部5に露出したシリコン
基板表面に形成する。次に図２(d)に示すようにドープ
トポリシリコンを200nmを堆積し、シリコン窒化膜が露
出するまでドープトポリシリコンをウェットエッチング
により除去する。

【００３９】さらに図2(e)に示すようにシリコン窒化膜
をドライエッチングにより除去する。その後、ゲート電
極をマスクとして、CVD酸化膜の上から砒素をエネルギ
ー15keV、濃度4×1014cm-2の各条件でイオン注入し、第
２不純物拡散層10を形成する。引き続き図２(f)に示す
ように、CVD酸化膜を全面に100nm堆積した後、エッチバ
ック法によりサイドウォール11aを形成する。最後にゲ
ート電極及びサイドウォールをマスクとして、砒素をエ
ネルギー30keV、濃度3×1015cm-2の各条件でイオン注入
し、ソース・ドレイン拡散層12を形成して半導体装置が
完成する。この後、必要に応じてゲート電極、ソース・
ドレイン拡散層に低抵抗化のためのシリサイド膜を形成
してもよい。またCVD酸化膜はより緻密な熱酸化膜でも
よい。

【００４０】この製造方法によれば、第1の発明の半導
体装置の製造方法の利点に加えて、図2(e)の工程で厚さ
20nmのCVD酸化膜の上から不純物注入を行っており、こ
の膜のスクリーニング効果により注入エネルギーが緩和
され、不純物拡散層を浅く形成することができる。

【００４１】その結果、短チャネル効果抑制に効果を示
す。ただし、注入濃度を高くする必要がある。特に駆動
力を向上させる目的で第2不純物拡散層を高濃度にする
必要がある場合、この製造方法は短チャネル効果を抑制
できるため、特に有効である。

【００４２】（実施の形態３）図3は本発明において、
第3の発明の半導体装置の工程断面図である。この製造
方法によれば、第1、２の発明の半導体装置の製造方法
と同様に、微細なゲート電極形成が容易であり、ダメー
ジの少ない清浄で薄いゲート酸化膜が形成できる。

【００４３】また、ソース・ドレイン拡散層をゲート電
極に対して自己整合的に形成できる。

【００４４】加えて、ゲート絶縁膜に対して不純物拡散
層が相対的に浅い所に位置することになり第2の発明の
半導体装置の製造方法と同等の効果が期待できる。

【００４５】まず図３(a)に示すように、素子分離領域2
を形成したシリコン基板1上にCVD酸化膜3を20nm堆積
し、その後シリコン窒化膜4を185nm堆積する。次に所定
の位置にドライエッチングにより、シリコン窒化膜を除
去し幅200nmの開口部5をパターン形成する。

【００４６】引き続きCVD酸化膜をウェットエッチング
により除去し、シリコン基板表面を露出させる。

【００４７】ここで、CVD酸化膜をやや過剰にエッチン
グしておく。その後、シリコン基板表面を少しエッチン
グして開口部をシリコン基板にまで掘り込んだ状態にす
る。

【００４８】次に図３(b)に示すように、開口部よりボ
ロンをエネルギー15keV、濃度6×1012cm-2の各条件でチ
ャネルドープする。次に図３(c)に示すように、熱酸化
処理によりゲート酸化膜を5nm、開口部5に露出したシリ
コン基板表面に形成する。次に図３(d)に示すようにド
ープトポリシリコンを200nm を堆積し、シリコン窒化膜
が露出するまでドープトポリシリコンをウェットエッチ
ングにより除去する。

【００４９】さらに図3(e)に示すようにシリコン窒化膜
をドライエッチングにより除去し、さらにCVD酸化膜を
ウェットエッチングにより除去する。その後、ゲート電
極をマスクとして砒素をエネルギー15keV、濃度1×1014
cm-2の各条件でイオン注入し、第1不純物拡散層9を形成
する。引き続き図３(f)に示すように、CVD酸化膜を全面
に100nm堆積した後、エッチバック法によりサイドウォ
ール11aを形成する。最後にゲート電極及びサイドウォ
ールをマスクとして、砒素をエネルギー30keV、濃度3×
1015cm-2の各条件でイオン注入し、ソース・ドレイン拡
散層12を形成して半導体装置が完成する。この後、必要
に応じてゲート電極、ソース・ドレイン拡散層に低抵抗
化のためのシリサイド膜を形成してもよい。またCVD酸
化膜はより緻密な熱酸化膜でもよい。

【００５０】この製造方法によれば、ゲート電極とその
マスク材が、ポリシリコンとシリコン窒化膜と違うため
図３(e)のドライエッチング工程でシリコン窒化膜を除
去する際に、ゲート電極のエッチング目減りが少ない。
さらには、マスク膜をエッチング工程によりパターン形
成する際、パターンの細りが生じても、そのマスクにゲ
ート電極材料を堆積させてゲート電極を形成するため微
細なゲート電極パターン形成が容易である。また、ゲー
ト酸化膜は開口部形成後あらためてシリコン表面を熱酸
化処理により形成しているので、清浄でダメージフリー
の膜質となっている。また、ソース・ドレイン拡散層は
ゲート電極をマスクとしてイオン注入しているため、自
己整合的に形成することができている。加えて、ゲート
酸化膜を通常の製造方法のようにシリコン基板表面に形
成するのではなく、シリコン基板を少し掘り込んだ後、
シリコン基板を熱酸化処理して形成している。

【００５１】その結果、ゲート酸化膜に対して不純物拡
散層が相対的に浅い所に位置することになり短チャネル
効果抑制に効果を示す。

【００５２】（実施の形態４）図４は本発明において、
第3の発明の半導体装置の製造方法をSOI基板に適用した
ものである。

【００５３】この製造方法によれば、第1、２の発明の
半導体装置の製造方法と同様に、微細なゲート電極形成
が容易であり、ダメージの少ない清浄で薄いゲート酸化
膜が形成できる。また、ソース・ドレイン拡散層をゲー
ト電極に対して自己整合的に形成できる。加えて、ゲー
ト絶縁膜に対して不純物拡散層が相対的に基板表面から
浅い所に位置することになり第2の発明の半導体装置の
製造方法と同等の効果が期待できる。

【００５４】まず図４(a)に示すように、素子分離領域2
を形成したSOI基板13上にCVD酸化膜3を20nm堆積し、そ
の後シリコン窒化膜4を185nm堆積する。次に所定の位置
にドライエッチングにより、シリコン窒化膜を除去し幅
200nmの開口部5をパターン形成する。引き続きCVD酸化
膜をウェットエッチングにより除去し、シリコン基板表
面を露出させる。

【００５５】ここで、CVD酸化膜をやや過剰にエッチン
グしておく。その後、シリコン基板表面を少しエッチン
グして開口部をシリコン基板にまで掘り込んだ状態にす
る。

【００５６】次に図4(b)に示すように、開口部よりボロ
ンをエネルギー30keV、濃度4×1012cm-2の各条件でチャ
ネルドープする。次に図4(c)に示すように、熱酸化処理
によりゲート酸化膜を5nm、開口部5に露出したシリコン
基板表面に形成する。次に図4(d)に示すようにドープト
ポリシリコンを200nm を堆積し、シリコン窒化膜が露出
するまでドープトポリシリコンをウェットエッチングに
より除去する。

【００５７】さらに図4(e)に示すようにシリコン窒化膜
をドライエッチングにより除去し、さらにCVD酸化膜を
ウェットエッチングにより除去する。最後にゲート電極
をマスクとして、砒素をエネルギー40keV、濃度4×1015
cm-2の各条件でイオン注入し、ソース・ドレイン拡散層
12を形成して半導体装置が完成する。この後、必要に応
じてゲート電極、ソース・ドレイン拡散層に低抵抗化の
ためのシリサイド膜を形成してもよい。またCVD酸化膜
はより緻密な熱酸化膜でもよい。

【００５８】この製造方法によれば、ゲート電極とその
マスク材が、ポリシリコンとシリコン窒化膜と違うため
図4(e)のドライエッチング工程でシリコン窒化膜を除去
する際に、ゲート電極のエッチング目減りが少ない。さ
らには、マスク膜をエッチング工程によりパターン形成
する際、パターンの細りが生じても、そのマスクにゲー
ト電極材料を堆積させてゲート電極を形成するため微細
なゲート電極パターン形成が容易である。また、ゲート
酸化膜は開口部形成後あらためてシリコン表面を熱酸化
処理により形成しているので、清浄でダメージフリーの
膜質となっている。また、ソース・ドレイン拡散層はゲ
ート電極をマスクとしてイオン注入しているため、自己
整合的に形成することができている。加えて、ゲート酸
化膜を通常の製造方法のようにSOI基板のシリコン表面
に形成するのではなく、シリコン表面を少し掘り込んだ
後、シリコン表面を熱酸化処理して形成している。その
結果、ゲート酸化膜に対して不純物拡散層が相対的に浅
い所に位置することになり短チャネル効果抑制に効果を
示す。

【００５９】（実施の形態５）図５は本発明において、
第４の発明の半導体装置の工程断面図である。この製造
方法によれば、第1の発明の製造方法よりも一層微細な
ゲート電極形成が容易であり、ダメージの少ない清浄で
薄いゲート酸化膜が形成できる。さらにソース・ドレイ
ン拡散層をゲート電極に対して自己整合的に形成でき
る。

【００６０】まず図5(a)に示すように、素子分離領域2
を形成したシリコン基板1上にCVD酸化膜3を20nm堆積
し、その後シリコン窒化膜4を185nm堆積する。その後シ
リコン窒化膜上に塗布したレジスト14を所定の位置にパ
ターンニングする。次に図5(b)に示すように、レジスト
の上に層間絶縁膜のBPSG膜を全面に堆積した後、エッチ
バック法によりBPSGサイドウォール15を形成する。次に
図5(c)に示すように、膜上にサイドウォールが形成され
ておらずに露出したシリコン窒化膜をドライエッチング
により除去し、開口部5を形成する。引き続き図5(d)に
示すように、レジスト、サイドウォール、及び開口部に
露出したCVD酸化膜を順番に除去した後、開口部よりボ
ロンをエネルギー15keV、濃度6×1012cm-2の各条件でチ
ャネルドープする。次に図5(e)に示すように、熱酸化処
理によりゲート酸化膜を5nm、開口部5に露出したシリコ
ン基板表面に形成する。次に図5(f)に示すようにドープ
トポリシリコンを200nmを堆積し、シリコン窒化膜が露
出するまでドープトポリシリコンをウェットエッチング
により除去する。

【００６１】さらに図5(g)に示すようにシリコン窒化膜
をドライエッチングにより除去し、さらにCVD酸化膜を
ウェットエッチングにより除去する。その後、ゲート電
極をマスクとして砒素をエネルギー15keV、濃度1×1014
cm-2の各条件でイオン注入し、第1不純物拡散層9を形成
する。引き続き図5(h)に示すように、CVD酸化膜を全面
に100nm堆積した後、エッチバック法によりサイドウォ
ール11aを形成する。最後にゲート電極及びサイドウォ
ールをマスクとして、砒素をエネルギー30keV、濃度3×
1015cm-2の各条件でイオン注入し、ソース・ドレイン拡
散層12を形成して半導体装置が完成する。この後、必要
に応じてゲート電極、ソース・ドレイン拡散層に低抵抗
化のためのシリサイド膜を形成してもよい。またCVD酸
化膜はより緻密な熱酸化膜でもよい。

【００６２】この製造方法によれば、ゲート酸化膜は開
口部形成後あらためてシリコン表面を熱酸化処理により
形成しているので、清浄でダメージフリーの膜質となっ
ている。また、ソース・ドレイン拡散層はゲート電極を
マスクとしてイオン注入しているため、自己整合的に形
成することができている。加えて図5(a)の工程で形成し
た開口部分を、後の工程でサイドウォールを形成するこ
とでその幅を狭くしている。この幅の狭くなった開口部
の寸法がゲート電極の形成寸法となる。その結果とし
て、従来の微細加工技術を用いた場合でも、本発明の第
1〜３の発明で説明した製造方法で形成したゲート電極
よりもより、なお一層微細なゲート電極形成が可能とな
る。

【００６３】

【発明の効果】以上のように本発明は、ゲート電極とそ
のパターン形成のためのマスク材では、その膜種が違う
ためドライエッチング工程でパターン形成する場合に、
ゲート電極のエッチング目減りが少ない。さらには、マ
スク材をエッチング工程によりパターン形成する際、パ
ターンの細りが生じても、そのマスクにゲート電極材料
を堆積させてゲート電極を形成するため微細なゲート電
極パターン形成が容易である。ゲート酸化膜はゲート電
極のマスクの開口部形成後あらためてシリコン表面を熱
酸化処理により形成しているので、清浄でダメージフリ
ーの膜質となっており、半導体装置の信頼性が高い。さ
らには、マスク材の形成のための下敷き酸化膜の上から
不純物注入を行なうことにより、この膜のスクリーニン
グ効果により注入エネルギーが緩和され、不純物拡散層
を浅く形成することができる。その結果、短チャネル効
果抑制に効果を示す。このように、本発明は高性能・高
信頼性MOS型半導体装置の製造方法を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の工
程断面図

【図２】本発明の実施の形態２における半導体装置の工
程断面図

【図３】本発明の実施の形態３における半導体装置の工
程断面図

【図４】本発明の実施の形態４における半導体装置の工
程断面図

【図５】本発明の実施の形態５における半導体装置の工
程断面図

【図６】従来例１の半導体装置の工程断面図

【図７】従来例２の半導体装置の工程断面図

【図８】従来例３の半導体装置の工程断面図

【図９】従来例３の半導体装置の断面図

【図１０】従来例４の半導体装置の工程断面図

【図１１】従来例５の半導体装置の工程断面図

【符号の説明】

１シリコン基板２素子分離領域３ CVD酸化膜４シリコン窒化膜５開口部６チャネルドープ拡散層７ゲート酸化膜８ゲート電極９第１不純物拡散層１０第2不純物拡散層１１ａ，１１ｂサイドウォール１２ソース・ドレイン拡散層１３ＳＯＩ基板１４レジスト１５ BPSGサイドウォール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】MOS構造を有する半導体装置の製造方法に
おいて、素子分離領域を形成したシリコン基板上に第１
絶縁膜を堆積する工程と、前記第１絶縁膜と選択性のあ
る第２絶縁膜を前記第１絶縁膜に堆積する工程と、前記
第２絶縁膜に開口部を形成して前記第１絶縁膜を露出さ
せる工程と、前記開口部に露出した前記第１絶縁膜を除
去して前記シリコン基板を露出し前記第１絶縁膜及び第
２絶縁膜にわたる開口部を形成する工程と、しきい値電
圧を設定するためにチャネルドープする工程と、前記開
口部に露出した前記シリコン基板の表面を熱酸化しゲー
ト酸化膜を形成する工程と、前記ゲート酸化膜上に導電
体の堆積層を形成して前記開口部を埋めゲート電極を形
成する工程と、前記第２絶縁膜を除去する工程と、前記
第1絶縁膜を除去する工程と、前記ゲート電極をマスク
として第１不純物を注入して第１不純物拡散層を形成す
る工程と、前記ゲート電極の側面にゲート側壁を形成す
る工程と、前記ゲート電極及びゲート側壁をマスクとし
て前記第１不純物と同導電型の第３不純物を注入し前記
第１不純物拡散層より高濃度であるソース・ドレイン拡
散層を形成する工程をへて、半導体装置を作製すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】MOS構造を有する半導体装置の製造方法に
おいて、請求項１に記載した工程と同様な工程をへて第
1絶縁膜及び第2絶縁膜にわたる開口部を形成する工程
と、しきい値電圧を設定するためにチャネルドープする
工程と、前記開口部に露出した前記シリコン基板の表面
を熱酸化し前記第1絶縁膜よりも薄いゲート酸化膜を形
成する工程と、前記ゲート酸化膜上に導電体の堆積層を
形成して前記開口部を埋めゲート電極を形成する工程
と、第2絶縁膜を除去する工程と、前記ゲート電極をマ
スクとして第1絶縁膜の上から第2不純物を注入して第2
不純物拡散層を形成する工程と、前記第1絶縁膜を除去
する工程と、前記ゲート電極及びゲート側壁をマスクと
して前記第2不純物と同導電型の第3不純物を注入し前記
第2不純物拡散層より高濃度であるソース・ドレイン拡
散層を形成する工程をへて、半導体装置を作製すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】MOS構造を有する半導体装置の製造方法に
おいて、素子分離領域を形成したシリコン基板上に第1
絶縁膜を堆積する工程と、前記第1絶縁膜と選択性のあ
る第2絶縁膜を前記第1絶縁膜上に堆積する工程と、前記
第2絶縁膜に開口部を形成して前記第1絶縁膜を露出させ
る工程と、前記第1絶縁膜を除去して前記シリコン基板
を露出させる工程と、露出した前記シリコン基板の表面
一部分を除去し前記第1絶縁膜と第2絶縁膜及びシリコン
基板にわたる開口部を形成する工程と、しきい値電圧を
設定するためにチャネルドープする工程と、前記開口部
に露出した前記シリコン基板の表面を熱酸化することで
シリコン基板の掘り込まれた部分にゲート酸化膜を形成
する工程と、前記ゲート酸化膜上に導電体の堆積層を形
成して前記開口部を埋めゲート電極を形成する工程と、
前記第2絶縁膜を除去する工程と、前記第1絶縁膜を除去
する工程と、前記ゲート電極をマスクとして第1不純物
を注入して第１不純物拡散層を形成する工程と、前記ゲ
ート電極及びゲート側壁をマスクとして前記第1不純物
と同導電型の第3不純物を注入し前記第1不純物拡散層よ
り高濃度であるソース・ドレイン拡散層を形成する工程
をへて、半導体装置を作製することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
【請求項４】MOS構造を有する半導体装置の製造方法に
おいて、素子分離領域を形成したシリコン基板上に一層
目の第1絶縁膜を堆積する工程と、前記一層目の第1絶縁
膜と選択性のある一層目の第2絶縁膜を前記一層目の第1
絶縁膜上に堆積する工程と、前記一層目の第2絶縁膜の
上に二層目の第1絶縁膜を堆積する工程と、前記二層目
の第1絶縁膜の上に二層目の第2絶縁膜を堆積する工程
と、前記二層目の第2絶縁膜に開口部を形成して前記二
層目の第1絶縁膜を露出させる工程と、前記開口部を形
成した前記二層目の第2絶縁膜の側面に第1絶縁膜と同じ
膜種である側壁を形成しかつ前記一層目の第2絶縁膜を
開口部より露出させる工程と、前記二層目の第2絶縁膜
及び前記開口部に露出している部分の前記一層目の第2
絶縁膜を除去して前記一層目の第2絶縁膜に開口部を形
成する工程と、前記二層目の第１絶縁膜と前記側壁及び
前記一層目の第1絶縁膜を除去することで前記一層目の
第2絶縁膜及び一層目の第1絶縁膜にわたる開口部を形成
する工程と、しきい値電圧を設定するためにチャネルド
ープする工程と、前記開口部に露出した前記シリコン基
板の表面を熱酸化しゲート酸化膜を形成する工程と、前
記ゲート酸化膜上に導電体の堆積層を形成して前記開口
部を埋めゲート電極を形成する工程と、前記一層目の第
2絶縁膜を除去する工程と、前記一層目の第1絶縁膜を除
去する工程と、前記ゲート電極をマスクとして第１不純
物を注入して第1不純物拡散層を形成する工程と、前記
ゲート電極の側面にゲート側壁を形成する工程と、前記
ゲート電極及びゲート側壁をマスクとして前記第1不純
物と同導電型の第3不純物を注入し前記第1不純物拡散層
より高濃度であるソース・ドレイン拡散層をへて、半導
体装置を作製することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項５】前記第2不純物拡散層は、前記第1不純物拡
散層よりも高濃度であることを特徴とする請求項１〜４
のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記第1不純物が砒素もしくは燐であり、
前記第2不純物が砒素もしくは燐であり、前記第3不純物
が砒素もしくは燐であることを特徴とする請求項１〜５
のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記第1不純物が硼素もしくはインジウム
であり、前記第2不純物が硼素もしくはインジウムであ
り、前記第3不純物が硼素もしくはインジウムであるこ
とを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項８】前記第1絶縁膜がCVD酸化膜であり、前記第
2絶縁膜がシリコン窒化膜であることを特徴とする請求
項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。