JPH0974196A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0974196A
JPH0974196A JP7255592A JP25559295A JPH0974196A JP H0974196 A JPH0974196 A JP H0974196A JP 7255592 A JP7255592 A JP 7255592A JP 25559295 A JP25559295 A JP 25559295A JP H0974196 A JPH0974196 A JP H0974196A
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JP
Japan
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semiconductor device
oxide film
implantation
manufacturing
source
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JP7255592A
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English (en)
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Hideto Kitakado
英人 北角
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホットキャリア劣化抑制が可能であり、さら
に不純物濃度プロファイルが改善可能な、LDD構造を
有するMOS半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 シリコン基板1表面へのゲート電極3及
びゲート側壁酸化膜の形成後に、ゲート側壁酸化膜をマ
スクとしてソース/ドレイン高濃度不純物層5形成のた
めの不純物注入を行い、その後、ゲート側壁酸化膜を除
去し、さらにシリコン基板1表面を再酸化して酸化膜6
を形成させ、ついでゲート電極3をマスクとして低濃度
不純物層7(LDD)形成のための不純物注入を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
製造方法に関するものであり、特にCMOSトランジス
タ構造とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、MOS型の電界効果型半導体で
は、ドレインとチャネルの境界の不純物の濃度分布が急
峻であると、電界強度が高くなり、この電界によりホッ
トキャリアが発生し、このホットキャリアがMOS型半
導体のしきい値電圧やトランスコンダクタンスの劣化を
惹起せしめるという問題がある。このため、ソース/ド
レイン近傍のn型不純物濃度を低くして濃度分布変化を
緩やかにし、ホットキャリアによる劣化を抑制するため
低濃度不純物層(LDD層)を有する構造のMOS半導
体装置が利用されるに至っている。
【0003】このような、低濃度不純物層(LDD層)
を有するLDD構造のMOS半導体装置の製造方法とし
て、特開平3―270137号公報では、ゲート電極及
びゲート側壁膜形成後に、ゲート側壁膜をマスクとして
ソース/ドレイン高濃度不純物層形成のための不純物注
入を行い、その後、ゲート側壁膜を除去後、ゲート電極
をマスクとして低濃度不純物層(LDD層)形成のため
の不純物注入を行う方法が開示されている。
【0004】この方法では、ソース/ドレイン高濃度不
純物層の熱処理を摂氏900度以上で行い、低濃度不純
物層の熱処理を摂氏850度以下で行うことにより、低
濃度不純物層の不純物拡散を抑制するものである。
【0005】また、特開平3―204940号公報で開
示されている方法は、チャネルドープ不純物の注入をゲ
ート電極またはゲート側壁酸化膜をマスクとして斜め注
入法により形成するものであり、ソース/ドレイン近傍
のみ不純物濃度を高くすることで、しきい値電圧を高く
することなく短チャネル効果を抑制しようとするもので
ある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで前記の特開平
3―270137号公報による方法においては、図6に
示されるように、表面にゲート酸化膜52を形成したn
型半導体基板51上にゲート電極53とゲート側壁膜5
4が形成され、マスクとなった状態で高濃度イオン注入
がなされ、n型半導体基板51内に高濃度ボロン層が生
成される。この後、ゲート側壁膜54が除去されて図7
に示される状態となるが、このゲート側壁膜54除去の
際に、ゲート側壁膜54直下のゲート酸化膜52Aのエ
ッチング量を極力小さくすることによって、ゲート酸化
膜52Aの厚み減少を抑制している。
【0007】しかしながら、ゲート側壁膜54が酸化膜
以外の場合には上記方法が可能であるが、ゲート側壁膜
54が酸化膜の場合には、ゲート酸化膜52Aを均一に
残すことは非常な困難が伴う。即ち、ゲート側壁酸化膜
54をエッチングにより除去する場合には、下地のゲー
ト酸化膜52Aもエッチングされ、その結果シリコン基
板51表面が粗されるおそれがある。
【0008】本発明は、このようなエッチング時に生成
されたダメージ層及び、不純物注入プロセスで生成され
たダメージ層を除去でき、オフ状態における界面準位誘
起のドレインリーク電流抑制及びホットキャリア劣化抑
制が可能な半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【0009】さらに、特開平3―204940号公報に
よる方法においては、チャネルドープ不純物の注入をゲ
ート電極またはゲート側壁酸化膜をマスクとして斜め注
入法により形成するため、チャネル領域の横方向不純物
濃度分布を自由に変更できるものの、高濃度不純物層の
熱処理前に注入するため、高温を必要とする高濃度不純
物層の熱処理によって不純物が拡散し、このため急峻な
濃度プロファイルを形成することができない。本発明
は、このようなチャネル領域の不純物濃度プロファイル
が改善可能な半導体装置の製造方法の提供を目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を実現するため
本発明に係る半導体装置の製造方法は、シリコン基板表
面へのゲート電極及びゲート側壁酸化膜の形成後に、ゲ
ート側壁酸化膜をマスクとしてソース/ドレイン高濃度
不純物層形成のための不純物注入を行い、その後、前記
ゲート側壁酸化膜を除去し、さらにゲート電極をマスク
として低濃度不純物層(LDD)形成のための不純物注
入を行う、LDD構造を有するMOS半導体装置の製造
方法において、前記ゲート側壁酸化膜の除去後に、前記
シリコン基板表面を酸化することを特徴とする。
【0011】あるいは、本発明に係る半導体装置の製造
方法は、前記の半導体装置において、前記ゲート側壁酸
化膜の除去後に前記ソース/ドレイン高濃度層の不純物
を活性化するための熱処理を窒素雰囲気中摂氏800度
乃至摂氏850度で行い、その後、前記シリコン基板表
面を酸化することを特徴とする。
【0012】さらに、本発明に係る半導体装置の製造方
法は、前記の半導体装置において、前記ソース/ドレイ
ン高濃度不純物層表面に形成する酸化膜厚を10nm乃
至30nmとすることを特徴とする。
【0013】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、前記の半導体装置において、前記ソース/ドレイン
高濃度不純物層表面に前記酸化膜を形成後、注入角度4
5度乃至60度の回転斜め注入によりチャネルドープ注
入を行うことを特徴とする。
【0014】あるいは、本発明に係る半導体装置の製造
方法は、前記の半導体装置において、前記チャネルドー
プ注入後に不純物を活性化するための熱処理を窒素雰囲
気中摂氏800度以下で行うことを特徴とする。
【0015】あるいは、本発明に係る半導体装置の製造
方法は、前記の半導体装置において、前記ソース/ドレ
イン高濃度不純物層表面に前記酸化膜を形成後、注入角
度7度乃至45度の回転斜め注入によりソース/ドレイ
ン低濃度不純物層形成のための注入を行うことによって
も実現される。
【0016】さらに、本発明に係る半導体装置の製造方
法は、前記の半導体装置において、前記ソース/ドレイ
ン低濃度不純物層形成のための注入後に不純物を活性化
するための熱処理を窒素雰囲気中摂氏800度以下で行
うことによっても実現される。
【0017】本発明に係る半導体装置の製造方法によれ
ば、高濃度不純物層の注入とゲート側壁酸化膜のエッチ
ング除去を施した後にシリコン基板表面が酸化されるも
のであるから、エッチングダメージ層及び不純物注入ダ
メージ層が効果的に除去される。また、高温を必要とす
る高濃度不純物層の熱処理後にチャネル領域の不純物注
入を行うものであるから、チャネル領域の不純物プロフ
ァイルを急峻に形成できる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体装置の
製造方法の実施の一形態を添付図面に基づいて説明す
る。図1乃至図5は、本発明に係る半導体装置の製造方
法をNMOS型に適用した際の工程を、順次、模式的に
示す断面図である。
【0019】図1に示されるように先ず、P型シリコン
基板1(またはPウエル)上にゲート酸化膜2を形成
後、N型不純物を含んだポリシリコンを成膜し、続いて
フォトリソグラフィ及びエッチングによりポリシリコン
ゲート電極3を形成し、その後、CVD処理によりSi
2 を150nm成膜し、これにエッチングを施してゲ
ート側壁酸化膜4を形成する。次にゲート側壁酸化膜4
をマスクとして、ソース/ドレイン高濃度層5(n
+層)形成のため、ヒ素Asを注入エネルギー(加速電
圧)50keVで、ドーズ量4x1015/cm2 だけ注
入する。
【0020】このようにしてソース/ドレイン高濃度層
5(n+ 層)が形成されると、ついで図2に示されるよ
うに、ゲート側壁酸化膜4をドライエッチングにより除
去する。ここでゲート側壁酸化膜4のエッチングは、S
iO2 とSiエッチングの選択比が大きい条件で行う
が、エッチングの最終段階ではゲート電極3下のゲート
酸化膜2のエッチング量を小さくするため、異方性エッ
チングを行うことが好ましい。この場合、SiO2 とS
iのエッチングの選択比は小さくなるため、エッチング
終了時にはSi基板1の表面もエッチングされる。
【0021】ゲート側壁酸化膜4除去後、注入したヒ素
Asの活性化のため、窒素雰囲気中摂氏850度、60
分の熱処理を行う。この熱処理によって、注入時に発生
した結晶欠陥は回復するが、Si基板1の最表面の欠陥
は、完全に除去できない。これらエッチング及び注入に
より発生したSi基板1の最表面のダメージ層は、界面
準位を形成し、ゲート電圧0V時のオフ状態でのドレイ
ンリーク電流増大や、ホットキャリア劣化を増大させる
ので好ましくない。
【0022】そこで、これらの欠陥を除去するため、図
3に示されるように、Si基板1を熱酸化し、酸化膜6
を略20nm形成する。このとき同時にゲート電極3上
にも酸化膜6が形成される。次に図4に示されるよう
に、ゲート電極3をマスクとして、短チャネル効果抑制
のための不純物ホウ素Bを、注入角度45度、注入エネ
ルギー20keV、ドース量5x1012/cm2 の条件
で注入する。続いてソース/ドレイン低濃度層7(LD
D層)を形成するため、リンPを注入角度7度、注入エ
ネルギー10kev、ドーズ量2x1013/cm2 の条
件で注入する。
【0023】最後に、図5に示されるように、窒素雰囲
気中摂氏800度、30分の熱処理により不純物を活性
化する。上記方法により製造したNMOSのトランジス
タ特性によれば、界面準位誘起のオフリーク電流がな
く、またホットキャリア劣化も効果的に抑制されること
が明らかになった。
【0024】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る半導体
装置の製造方法は、請求項1については、高濃度不純物
層の注入とゲート側壁酸化膜のエッチング除去後に、シ
リコン基板表面を酸化するため、不純物注入ダメージ層
及びエッチングダメージ層の除去が可能となる。その結
果オフ状態における界面準位誘起のドレインリーク電流
が抑制でき、またホットキャリア劣化を抑制可能にな
る。
【0025】また請求項2については、ソース/ドレイ
ン高濃度層の不純物を活性化するための熱処理を、窒素
雰囲気中摂氏800度乃至摂氏850度で行うため、ウ
エル形成のために注入された不純物濃度分布を大きく変
えることなく、ソース/ドレイン高濃度層の不純物注入
による欠陥を回復させることが可能となる。さらに、ソ
ース/ドレイン高濃度層の不純物を活性化した後でシリ
コン基板表面を酸化するため、酸化による欠陥が発生し
にくいという効果がある。
【0026】請求項3については、ソース/ドレイン高
濃度不純物層表面に形成する酸化膜厚を10nm乃至3
0nmとすることにより、発生したダメージ層を除去す
ることができる。
【0027】また請求項4及び請求項5については、ソ
ース/ドレイン高濃度層の不純物を活性化するための熱
処理、そしてソース/ドレイン高濃度不純物層表面に酸
化膜を形成後、注入角度45乃至60度の回転斜め注入
によりチャネルドープ注入を行い、その後の不純物の活
性化を窒素雰囲気中摂氏800度以下で行うため、しき
い値電圧を制御するための不純物濃度分布をチャネル方
向に急峻に形成することが可能になる。その結果、ソー
ス/ドレイン近傍のみ基板不純物濃度を高くすることが
可能となり、しきい値電圧を高くすることなく短チャネ
ル効果を抑制できる。
【0028】請求項6及び請求項7については、ソース
/ドレイン高濃度層の不純物を活性化するための熱処
理、そしてソース/ドレイン高濃度不純物層表面に酸化
膜を形成後、注入角度7度乃至45度の回転斜め注入に
よりソース/ドレイン低濃度不純物層形成のための注入
を行い、その後の不純物の活性化を窒素雰囲気中摂氏8
00度以下で行うため、ソース/ドレイン低濃度不純物
層(LDD層)の不純物拡散が小さく、よってチャネル
内側への入り込みが少なくなる。その結果、実行チャネ
ル長が長くなり、短チャネル効果を起こしにくいトラン
ジスタを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形
態の工程を説明する模式断面図である。
【図2】図1に続く工程を説明する模式断面図である。
【図3】図2に続く工程を説明する模式断面図である。
【図4】図3に続く工程を説明する模式断面図である。
【図5】図4に続く工程を説明する模式断面図である。
【図6】従来の半導体装置の製造方法の工程の一部分を
説明する模式断面図である。
【図7】図6に続く工程を説明する模式断面図である。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板 2 ゲート酸化膜 3 ゲート電極 4 ゲート側壁酸化膜 5 ソース/ドレイン高濃度層(n+ 層) 6 酸化膜

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板表面へのゲート電極及びゲ
    ート側壁酸化膜の形成後に、ゲート側壁酸化膜をマスク
    としてソース/ドレイン高濃度不純物層形成のための不
    純物注入を行い、その後、前記ゲート側壁酸化膜を除去
    し、さらにゲート電極をマスクとして低濃度不純物層
    (LDD)形成のための不純物注入を行う、LDD構造
    を有するMOS半導体装置の製造方法において、 前記ゲート側壁酸化膜の除去後に、前記シリコン基板表
    面を酸化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、前
    記ゲート側壁酸化膜の除去後に前記ソース/ドレイン高
    濃度層の不純物を活性化するための熱処理を窒素雰囲気
    中摂氏800度乃至摂氏850度で行い、その後、前記
    シリコン基板表面を酸化することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の半導体装置において、前
    記ソース/ドレイン高濃度不純物層表面に形成する酸化
    膜厚を10nm乃至30nmとすることを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の半導体装置において、前
    記ソース/ドレイン高濃度不純物層表面に前記酸化膜を
    形成後、注入角度45度乃至60度の回転斜め注入によ
    りチャネルドープ注入を行うことを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の半導体装置において、前
    記チャネルドープ注入後に不純物を活性化するための熱
    処理を窒素雰囲気中摂氏800度以下で行うことを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項2記載の半導体装置において、前
    記ソース/ドレイン高濃度不純物層表面に前記酸化膜を
    形成後、注入角度7度乃至45度の回転斜め注入により
    ソース/ドレイン低濃度不純物層形成のための注入を行
    うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の半導体装置において、前
    記ソース/ドレイン低濃度不純物層形成のための注入後
    に不純物を活性化するための熱処理を窒素雰囲気中摂氏
    800度以下で行うことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
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