JPH10284727A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 〔目的〕ドレインやソースの高濃度拡散層がゲート領域
にまで達しない良好なＬＤＤ構造の電界効果トランジス
タを提供する。 〔構成〕シリコン基板(1) の素子形成領域内に、ゲート
酸化膜(8) とこのゲート酸化膜(8) 上に形成されたゲー
ト電極(9) とから成るゲート構造を２個形成し、各ゲー
ト構造をマスクとして低濃度の拡散層を形成するための
不純物をイオン注入したのち、各ゲート構造の横幅を拡
大するためのスペーサを各ゲート構造の側壁に形成し、
このスペーサによって横幅が拡大された各ゲート構造を
マスクとして高濃度の拡散層を形成するための不純物を
イオン注入し、この後熱処理を行うことにより、各ゲー
ト構造の間と各ゲート構造の外側とにＬＤＤ構造のソー
ス及びドレイン拡散領域を形成する半導体装置の製造方
法であって、上記各ゲート構造の間の上記シリコン基板
(1) の表面に、各ゲート構造の形成に先立って、凹状の
湾曲面が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の製造
方法に関し、特に、ＬＯＣＯＳ法によって素子分離され
るＬＬＤ構造の電界効果トランジスタの特性の改良に関
するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、隣接し合う素子の能動領域間を分離
する方法としてＬＯＣＯＳ法（選択酸化法）が広く採用
されている。また、能動領域内にドレインやソースの拡
散層を共通として２個の電界効果トランジスタを形成す
ることも良く行われている。さらに、ソース、ドレイン
領域とゲート領域とのオーバーラップを最小限に抑えて
特性を改良するために、ドレインやソース拡散層のゲー
トに近接する箇所に低不純物濃度の浅い拡散層を形成す
るＬＤＤ（Lightly Doped Drain)構造もよく知られてい
る。ＬＯＣＯＳ法による素子分離を用いてＬＤＤ構造の
電界効果トランジスタを能動領域内に２個形成する場合
の従来の製造方法を、図４と図５とを参照しながら説明
する。

【０００３】まず、図４の（Ａ）に示すように、シリコ
ン基板（１）の表面を酸化させてパッド酸化膜（２ａ）
を形成した後、この酸化膜（２ａ）上に耐酸化性絶縁膜
として利用する窒化シリコン膜（３ａ）を形成する。続
いて、（Ｂ）に示すように、公知のフォトリソグラフィ
ー技術を用いて素子分離領域の上に開口が形成されたレ
ジストパターン（７）を形成し、窒化シリコン膜（３
ａ）と、その下層のパッド酸化膜（２ａ）とをケミカル
ドライエッチングや、リアクティブイオンエッチングな
どを用いてエッチングし除去する。

【０００４】次に、図４の（Ｃ）に示すように、窒化シ
リコン膜（３ａ）を酸化マスクとして再度の酸化を行
い、窒化シリコン膜（３ａ）で被覆されていない素子分
離領域に大きな厚みのフィ−ルド酸化膜（６ｂ）を形成
する。引き続き、（Ｄ）に示すように、窒化シリコン膜
（３ａ）と、パッド酸化膜（２ａ）とをエッチングによ
って除去することにより、シリコン基板（１）上に素子
分離領域と能動領域とが形成される。

【０００５】続いて、（Ｅ）に示すように、ゲ−ト絶縁
膜を作成するためのシリコン酸化膜（８’）をドライ酸
化法などより能動領域に形成したのち、その上にゲ−ト
電極を作成するための多結晶シリコン膜（９’）を形成
し、引き続き、フォトリソグラフィー技術を用いてレジ
ストパタ−ンを形成する。次に、このレジストパタ−ン
をマスクとして多結晶シリコン膜（９’）と、ゲ−ト絶
縁膜（８’）とに対して異方性エッチングを行うことに
より、図５の（Ａ）に示すように、ゲート絶縁膜（８）
とゲ−ト電極（９）とから成る２個のゲート構造を形成
する。

【０００６】この後、図５の（Ｂ）に示すように、２個
のゲート構造と、フィ−ルド酸化膜（６ｂ）とをマスク
として低濃度不純物拡散層のイオン注入を行う。引き続
き、ＣＶＤ酸化膜を形成した後、周知のエッチバックを
行うことにより、２個のゲート構造の側壁にそれぞれの
横幅を拡大するためのスペ−サ（１１ｂ）を形成したの
ち、（Ｃ）に示すように、高濃度の不純物拡散層を形成
するためのイオンを注入する。次に、注入したイオンの
熱拡散を行わせることにより、図５の（Ｄ）に示すよう
な、低濃度の不純物の拡散層（１３）と高濃度の不純物
の拡散層（１４）を形成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記電界効果トランジ
スタの製造方法では、ドレインの高濃度拡散層がゲ−ト
電極の直下まで達しており、目標とするＬＤＤ構造が実
現できず、寄生容量や、ドレインコンダクタンスが増加
するなどの問題が生じる。また、ソ−ス、ドレイン間の
高濃度不純物の拡散層の間隔が狭まり、耐圧低下などの
問題も生じる。依って、本発明の目的は、ドレインやソ
ースの高濃度不純物拡散層がゲ−ト領域にまで達しない
良好なＬＤＤ構造を実現することにより、特性の改良を
図った半導体装置の製造方法を提供ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決するため本発明に係わる半導体装置の製造方法は、シ
リコン基板のフィールド酸化膜で分離された素子形成領
域内に、ゲート酸化膜とこのゲート酸化膜上に形成され
たゲート電極とから成るゲート構造を２個形成し、各ゲ
ート構造をマスクとして低濃度の不純物をイオン注入し
たのち、各ゲート構造の横幅を拡大するスペーサを各ゲ
ート構造の側壁に形成し、このスペーサによって横幅が
拡大された各ゲート構造をマスクとして高濃度の不純物
をイオン注入し、引き続き熱処理を行うことにより、各
ゲート構造の間と各ゲート構造の外側とにＬＤＤ構造の
ソース及びドレイン拡散領域を形成する半導体装置の製
造方法において、各ゲート構造の間の前記シリコン基板
の表面に、各ゲート構造の形成に先立って、凹状の湾曲
面が形成される。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、上記凹状の湾曲面は、各ゲート構造の間のシリコン
基板の表面にフィールド酸化膜を形成したのち、これを
エッチングによって除去することにより作成される。

【００１０】本発明の他の好適な実施の形態によれば、
各ゲート構造の間のシリコン基板の表面に形成されるフ
ィールド酸化膜の厚みは、素子分離のために形成される
フィールド酸化膜の厚みよりも小さな値に設定される。

【００１１】本発明の他の好適な実施の形態によれば、
各ゲート構造の外側のソース形成領域のシリコン基板の
表面にも、各ゲート構造の形成に先立って、凹状の湾曲
面が形成される。

【００１２】

【作用】各ゲート構造の間のシリコン基板の表面が凹状
に湾曲していると、各ゲート構造の側壁にエッチバック
法などを用いてスペーサ（サイドウォ−ル）を形成した
場合、シリコン基板が平坦な場合に比較してスペーサの
幅が大きくなる。このため、高濃度の不純物の注入層が
ゲート構造から遠い位置に形成され、熱拡散によって横
方向に拡散してもゲート領域に達しなくなり、目標とす
るＬＤＤ構造が実現れる。

【００１３】上記シリコン基板の表面に凹状の湾曲面を
作成する方法として、ＬＯＣＯＳ法を利用する方法が好
適である。ＬＯＣＯＳ法では、通常、４５％がシリコン
基板を浸食し、５５％が基板上に成長する。従って、シ
リコン基板の浸食の比率の膜厚の分をシリコン基板表面
から凹ませることが可能となる。この結果、ゲ−ト構造
の端部（ゲ−ト電極とドレイン領域の境界部）からドレ
イン領域にかけては、シリコン基板の表面に凹状の湾曲
面が形成される。

【００１４】

【実施例】まず、図１の（Ａ）に示すように、シリコン
基板（１）上に窒化膜のパッドの機能を果たす厚み100
Åから300 Åの酸化シリコン膜（２ａ）をドライ酸化
や、水素を燃焼し水を生成して酸化させるパイロジェニ
ック法で形成した後、窒化シリコン膜（３ａ）を1000Å
から1500Åの厚みで形成する。

【００１５】続いて、図１の（Ｂ) に示すように、電界
効果トランジスタ素子のドレイン拡散層を形成しようと
するドレイン形成箇所（５）の上方のみに開口を有する
レジストパタ−ン（４）を形成したのち、ドライエッチ
ング技術により開口内の窒化シリコン膜（３ａ）をエッ
チングして除去することにより、パッド酸化シリコン膜
（２ａ）を露出させる。このドライエッチングは、一般
に、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ ／Ｎ₂ の混合ガスを用いたドライエッ
チングとして知られている。

【００１６】次に、（Ｃ）に示すように、酸素アッシン
グや、硫酸と過酸化水素水の混合溶液などを用いたウエ
ットエッチングなどにより、窒化シリコン膜３ａ上のレ
ジストマスク（４）を除去する。

【００１７】引き続き、（Ｄ）に示すように、トランジ
スタ素子のドレイン形成箇所（５）に、第１のフィ−ル
ド酸化膜（６ａ）を形成するために、パイロジェニック
法によって酸化設定温度 950℃〜1000℃で厚みが2000Å
から3000Åのフィ−ルド酸化膜（６ａ）を形成する。

【００１８】次に、（Ｅ）に示すように、第１のフィ−
ルド酸化膜（６ａ）に対して、バッファ−ド弗酸などを
用いてエッチングを行うことにより、ドレイン形成箇所
（５）に形成された第１のフィールド酸化膜（６ａ）を
除去する。

【００１９】この後、図２の（Ａ）に示すように、素子
分離形成を目的とし、前記エッチングによって露出した
シリコン基板上に、第２のパッド酸化膜となる厚み100
Åから300 Åの酸化シリコン膜（２ｂ）をドライ酸化
や、パイロジェニック法によって形成する。引き続き、
この酸化シリコン膜（２ｂ）上に、厚み1000Åから2000
Åの窒化シリコン膜（３ｂ）を形成する。

【００２０】次に、図２の（Ｂ）に示すように、素子能
動領域のみをマスクする形状のレジストパタ−ン（７）
を、フォトリソグラフィー技術を利用して形成したの
ち、公知のケミカルドライエッチングや、リアクティブ
・ドライエッチング技術を用いて開口内（素子分離形成
領域）の窒化シリコン膜（３ａ、３ｂ）と、パッド酸化
膜（２ａ、２ｂ）とをエッチングし、除去する。

【００２１】続いて、図２の（Ｃ）に示すように、レジ
ストマスク（７）を除去した後、窒化シリコン膜をマス
クとして、パイロジェニック法による第２のフィ−ルド
酸化を行う。この例では、酸化設定温度 950℃〜1000℃
で厚みが5000Åから7000Åの第２フィ−ルド酸化膜（６
ｂ）を形成することにより、素子形成領域の周りに素子
分離領域を形成する。

【００２２】次に、図２の（Ｄ）に示すように、窒化シ
リコン膜（３ａ，３ｂ）と、パッド酸化膜（２ａ，２
ｂ）とをエッチングによって除去することにより、素子
形成領域のシリコン基板表面を露出させる。露出したシ
リコン基板（１）上にドライ酸化により厚み150 Åの酸
化膜を形成し、この酸化膜の上に厚み2000Åの多結晶シ
リコン膜を形成する。続いて、ゲ−ト電極形成領域に選
択的にレジストパターンを形成し、このレジストパタ−
ンをマスクとしてエッチングを行うことにより、厚みが
150 Åのゲート酸化膜（８）と、厚みが2000Åの多結晶
シリコン膜から成るゲート電極（９）とを形成する。

【００２３】この後、図２の（Ｅ）に示すように、低濃
度の不純物拡散層を形成するために、素子分離領域のフ
ィ−ルド酸化膜（６ｂ）と、ゲ−ト電極（９）とをマス
クとしたイオン注入（１０）を行う。

【００２４】次に、図３の（Ａ）に示すように、ゲ−ト
電極の側壁にスペーサーを形成するために、厚みが2000
Åの酸化膜（１１ａ）を形成する。引き続き、図３の
（Ｂ）に示すように、酸化膜（１１ａ）に対してエッチ
バックを行い、ゲ−ト電極（９）と配線層の側壁に、酸
化膜の側壁スペ−サ−（１１ｂ）を形成する。

【００２５】次に、図３の（Ｃ）に示すように、高濃度
の不純物拡散層を形成するのイオン注入（１２）を行っ
た後、この注入により形成された不純物拡散層を活性化
するための熱処理を行う。この熱処理は、例えば、950
℃、 Ｏ₂ ／Ｎ₂ 雰囲気中で３０分にわたって行う。こ
れにより、図３の（Ｄ）に示すように、低濃度の不純物
拡散層（１３）と、高濃度の不純物拡散層（１４）とが
形成される。

【００２６】この後、公知の従来技術に従って、層間絶
縁膜、コンタクト孔、配線層を順次形成してゆくことに
より、素子形成を完了する。

【００２７】以上、ゲート構造の間のシリコン基板表面
に凹状の湾曲面を形成する方法として、フィールド酸化
膜を形成し、このフィールド酸化膜をエッチングして除
去する方法を例示した。しかしながら、メサエッチなど
のウエットエッチングや、ドライエッチングなどの適宜
な方法によってこのような湾曲面を形成することもでき
る。

【００２８】また、シリコン基板の素子形成領域がフィ
ールド酸化膜によって分離される場合について本発明を
説明した。しかしながら、フィールドシールド素子分離
法やトレンチ素子分離法など他の適宜な方法によって素
子間を分離する製造方法にも、本発明を適用できる。

【００２９】更に、各ゲート構造の外側のソース形成領
域のシリコン基板の表面にも、各ゲート構造の形成に先
立って、予め凹状の湾曲面を形成しておくことにより、
ソース拡散層がゲート電極の直下に達しないような構造
とすることもできる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
わる半導体装置の製造方法によれば、各ゲート構造の間
のシリコン基板の表面に、各ゲート構造の形成に先立っ
て、予め凹状の湾曲面を形成しておく構成であるから、
各ゲート構造の側壁にエッチバック法などを用いてスペ
ーサ（サイドウォ−ル）を形成した場合、シリコン基板
が平坦な場合に比較してスペーサの幅が大きくなり、高
濃度の不純物の注入層がゲート構造から遠い位置に形成
される。

【００３１】この結果、熱拡散によって横方向に拡散し
てもゲート領域に達しなくなり、目標とするＬＤＤ構造
が実現され、寄生容量や、ドレインコンダクタンスの増
加や、ソース・ドレイン間の耐圧低下などの問題を回避
でき、素子の電気特性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の製造方法の工程を説明する
模式断面図である。

【図２】上記実施例の製造方法の続きの工程を説明する
模式断面図である。

【図３】上記実施例の製造方法の続きの工程を説明する
模式断面図である。

【図４】従来の製造方法の工程を説明する模式断面図で
ある。

【図５】上記従来の製造方法の続きの工程を説明する模
式断面図である。

【符号の説明】

1 シリコン基板 2a 第１のパッド酸化膜 2b 第２のパッド酸化膜 3a 第１の窒化シリコン膜 3b 第２の窒化シリコン膜 4 第１のレジストマスク 5 ドレイン形成領域 6a 第１のフィ−ルド酸化膜 6b 第２のフィ−ルド酸化膜 7 第２のレジストマスク 8 ゲ−ト酸化膜 9 ゲ−ト電極（多結晶ポリシリコン膜） 11 イオン注入（低濃度不純物拡散層） 11a 側壁スペ−サ用酸化膜 11b 側壁スペ−サ 12 イオン注入（高濃度不純物拡散層） 13 低濃度不純物拡散層 14 高濃度不純物拡散層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコン基板の素子形成領域内に、ゲート
   酸化膜とこのゲート酸化膜上に形成されたゲート電極と
   から成るゲート構造を２個形成し、各ゲート構造をマス
   クとして低濃度のドレイン，ソース拡散層を形成するた
   めの不純物をイオン注入したのち、各ゲート構造の横幅
   を拡大するスペーサを各ゲート構造の側壁に形成し、こ
   のスペーサによって横幅が拡大された各ゲート構造をマ
   スクとして高濃度のドレイン，ソース拡散層を形成する
   ための不純物をイオン注入し、この後熱処理を行うこと
   により、各ゲート構造の間と各ゲート構造の外側とにＬ
   ＤＤ構造のソース及びドレイン拡散領域を形成する半導
   体装置の製造方法において、 前記各ゲート構造の間の前記シリコン基板の表面に、各
   ゲート構造の形成に先立って、凹状の湾曲面が形成され
   たことを特徴とする半導体装置の形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記凹状の湾曲面は、前記各ゲート構造の間の前記シリ
   コン基板の表面にフィールド酸化膜を形成したのち、こ
   れをエッチングによって除去することにより作成される
   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１又は２において、 前記シリコン基板の素子形成領域はフィールド酸化膜に
   よって分離された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３において、 前記各ゲート構造の間の前記シリコン基板の表面に形成
   されるフィールド酸化膜の厚みは、前記素子分離のため
   に形成されるフィールド酸化膜の厚みよりも小さな値が
   選択される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１乃至４のそれぞれにおいて、 前記各ゲート構造の外側のシリコン基板の表面にも、前
   記各ゲート構造の形成に先立って、前記凹状の湾曲面が
   形成されたことを特徴とする半導体装置の製造方法。