JPS58178A - Ｍｏｓ型トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ・　本発明は、ＭＯ８型トランジスタの製造方法の改良
に関する。

従来、ＭＯ８型トランジスタのソース・ドレインを形成
するにあたっては、イオン注入法を使用してソース・ド
レイン形成領域に所望の導電型の不純物を導入した後、
基板全体に熱処理を施して拡散をなしていたが、レーザ
ビーム、電子ビーム、イオンビーム、フォトンビーム等
高エネルギー線照射を使用して局限された領域を瞬間的
に熱処理する技術が開発され、基板の他の領域に悪影響
を及ぼすことなくソース・ドレインを形成することが可
能１こなり、成果をあげている。ところが、この高エネ
ルギー線照射は、フィールド絶縁膜を構成する二酸化シ
リコン（ＳｉＯｚ）層をマスクとしてなされ、るが、こ
の二酸化シリコン（Ｓｉ０２）層はその端部の厚さが次
第に減少しているので、光の干渉により、具体的には反
射光最小の条件が成立する膜厚の領域において異常に深
い拡散が発生し、Ｐ−Ｎ接合の耐圧を悪化し、浮遊静電
容量を増加し、又、相補型半導体装置においてはウェル
の耐圧が悪化する等種々トランジスタ機能に悪影響を及
ぼす欠点のあることが、確認されている。この欠点を解
消する一つの手段として、高エネルギー線照射のなされ
る開口部に反射防止膜を設け、その平坦部で入射光量を
最大にする方法が提案されているが、その反射防止膜の
膜厚の制御が容易ではなく現実的には実施に困難をとも
なう。

本発明の第１の目的は、この欠点を解消することにあり
、高エネルギー線照射を使用してソース・ドレインを形
成してなすＭＯ８型トランジスタの製造方法において、
高エネルギー線照射のためのマスクとして機能するフィ
ールド絶縁膜の縁部に異常拡散が発生することがな（、
耐圧がすぐれ、浮遊容量が少な（、拡散層の抵抗が低い
等多くのすぐれた特性を有するＭＯａ型トランジスタの
製造方法を提供することにある。本発明の第２の目的は
、高エネルギー線照射を使用してソース・ドレインを形
成してなすＭＯ８型トランジスタの製造方法において、
ソース・ドレイン領域は縮少され、ゲート電極は〕、イ
ールド絶縁膜上に形成され、集積度の向上したＭＯ８型
トランジスタの製造方法を提供することにある。本発明
の第３の目的は、高エネルギー線照射を使用してソース
・ドレインを形成してなすＭＯ８型トランジスタの製造
方法であり、製造工程の簡略化されたＭＯ８型トランジ
スタの製造方法を提供することにある。

その要旨は、（イ）Ｐ型又はＮ型にドープされたシリコ
ン（Ｓｉ）基板表層の素子形成領域をマスクとして素子
分離領域に二酸化シリコン（ＳｉＵｚ）等よりなるフィ
ールド絶縁膜を形成し、（ロ）その基板表層の素子形成
領域上のマスクを除去して、改めて二酸化シリコン（５
ｉ（Ｊ２）等よりなるゲート絶縁膜を形成し、任意の導
電型に高濃度にドープされた多結晶シリコン、非晶質シ
リコン等の非単結晶シリコン（Ｓｉ）層を厚＜　４．０
００λ程度に形成してフ蒼トリソゲラフイー法を使用し
て、この非単結晶シリコン（８ｉ）層を、又は、この非
単結晶シリコン（Ｓｉ　）層とゲート絶縁層との２層を
ゲート形成領域上以外から除去し、（ハ）例えば、７０
０〜９００°Ｃの湿性酸素（０２）雰囲気中で基板全面
を酸化し、不純物含有率の差を利用して上記の非単結晶
シリコ７　（Ｓｉ）層は厚く、比較的不純物濃度の低い
シリコン（Ｓｉ）基板の露出された領域は薄く酸化し、
ドライエツチング法を使用して、上記基板の露出した領
域上に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯｚ）層のみを
除去する等の手段により、結果的に上記の高濃度にドー
プされた非単結晶シリコン（Ｓｌ）層よりなるゲート電
極がゲート領域上に二酸化シリコン層をもって包ま′れ
ることとし、（ニ）化学気相成長法又は（スパッタ）蒸
着法等を使用して基板全面上に基板の導電型とは異なる
導電型に高濃度にドープされた非単結晶シリコン（Ｓｉ
　）層を形成し、（ホ）ソース・ドレイン形成領域トソ
ース・トレインと接続される配線の形成される領域とに
高エネルギー線照射をなしてこれら領域の高濃度にドー
プされた多結晶シＩＪ　２ン（８ｉ）層と基板表層とを
瞬間的に溶融して、この非単結晶シリコン（８ｉ）を単
結晶化すると同時に、非単結晶シリコン（Ｓｉ）に高濃
度にドープされていた不純物をソース−ドレイン領域に
拡散させ、Ｎこの単結晶化された領域以外から不要の非
単結晶シリコン（８ｉ　）層を除去し、ソース嗜ドレイ
ン拡散領域からの配線電極を完成することにある。

上記の一連の工程において、（ｉｌ高エネルギー線照射
は（ホ）の工程において非単結晶シリコン（８ｉ）層上
になされ、この高エネルギー線はセ道明なシリコン（Ｓ
ｉ　ｉ層表層で吸収されるので上記の如き反射光に起因
する異常拡散は発生する余地がなく確実に防止され、（
ｉｉｌ異常拡散防止のために利用された非単結晶シリコ
ン（Ｓｌ）が転換され単結晶化シタンリコ／（Ｓｉ）層
を配線として利用することもできるため、ソース・ドレ
イン領域は極めて狭いｌ横で十分であり、（ｗ）ソース
−とレイン領域に直接アルミニュウム（Ａ１）等の金属
電極を形成するときはその予期せざる拡散を予防するた
め多結晶シリコン（Ｓｉ）層を形成する必要があるが、
本発明においてはそのような必要は全くなく配線電極と
ソース−ドレイン領域との間のオーミック・コンタクト
をとる工程も簡略化することができる。

もっとも、ゲート電橋を二酸化シリコン（ＳｉＯｚ）層
をもって包む（ハ）の工程は必須であるが、この工程は
ゲート長を短縮し、がっ、ソース・ドレインとゲートと
の重なりを防止しポットキャリヤがゲート絶縁膜中にト
ラップされることを防止する等の附随的効果を有するの
で、犀なる附加的工程とは言い難い。

以下、回向を参照しつつ、本発明の一実施例に係るＭＣ
ＪＳ型トランジスタ製造方法の各工程を説明し１本発明
の構成と特有の効果とを明らかにする。

Ｐ型にドープされたシリコン（８ｉ）基板１上に、化学
気相成長法を使用して薄い二酸化シリコン（ＳｉＯり膜
２と窒化シＩＪ　：ｌ　ン（ＳｉｓＮｎ）　膜３　（！
：ニラねて形成し、フォトリソグラフィー法を使用して
トオンジスタ素子形成予定領域上以外から窒化シリ・フ
ン（５ｉｘＮ＜）膜３と二酸化シリコン（Ｓｉｎｓ）膜
２とを除去する。

残留した窒化シリコン（ＳｉｓＮｎ）膜３と二酸化・シ
リコン（ＳｊＯｇ）膜２とをマスクとして基板１を熱酸
化し、およそ７．ｏｏｏｉ程度の厚さを有する二酸化シ
リコン（Ｂｉｔ２）層よりなるフィールド絶縁膜４を形
成する。

第２図参照 熱燐酸（ＨＩ　Ｒ）４　）と弗酸（ＨＰ）とを使用して
、夫々、ｍ化シ９ｚン（５ｉｓＮ４）膜３と二酸化シリ
コン（Ｓｔ　０２　）膜２とを除去した後、同一の領域
すなわち素子形成領域に、あらためて二酸化シリコン（
５ｉＯａ）よりなる゛ゲート絶縁膜５を形成する。

その上に、燐（Ｐ）又は嘔素（Ａｓ）を５ｘｌＯ＝／口
０３稈度に高濃度にドープされた多結晶シリコン（Ｓｌ
）層６を４．０ＯＯＡ程度の厚さに化学気相成長法を使
用して形成した後、７オ）　ＩＪソゲラフイー法を使用
してゲート領域以外からこの高濃度にドープされた多結
晶シリコン（Ｓｉ）層６とゲート絶縁膜５とを除去する
。

第３図参照 ７００〜９００°Ｃの湿性酸素（０２）中で基板１を酸
化すると、不純物濃度゛の相違により、゛高濃度にドー
プされた多結晶シリコン（８ｉ）層６の外周は４、０Ｏ
ＯＡの厚さ酸化されるに反し、低濃度にドープされたシ
リコン（Ｓｉ）基板１のソース−ドレイ／形成領域は５
００Ａの厚さ酸化されるに止まる。

結果的に、図示するように、多結晶シリコン（Ｓｌ）層
６はその周囲を約４．０ＯＯＡの厚さに二酸化シリコン
（５ｉ（Ｊｚ）層７でおおわれ、ソース−ドレイン形成
領域は５ＯＯＡ程度の厚さを有する二酸化シリコン（Ｓ
１０り層８で＃おわれる。

第４図参照 ドライエツチング法を使用して、素子形成領域上から二
酸化シリコン（８ｉ０１）　Ｍ７．　　Ｂｉｔ−約５０
ＯＡエツチする。その結果、ゲート６を包む二酸化シリ
コン（８ｉ０り層７の厚さは３５００Ａ程度に減少し、
ソース・ドレイン形成領域上の二酸化シリコン（８４０
０層８は消滅する。

第５図参照 化学気相成長法を使用して、基板全面］Ｃ，，、燐（Ｐ
）又は砒素（Ａｓ）を１０ｍ／ｃｍｓ程度に高濃度にド
ープされた、又はノンドープの多結晶シリコン（Ｓｉ）
層中に高濃度に不純物をイオン注入法等によりドープし
た多結晶シリコン（Ｓｉ　）層９を形成する。

つづいて、少なくともソース−ドレイン形成領域とソー
ス・ドレインと接続される配線の形成される領域とに例
えばＣＷＡｒ＋レーザを用い、７（Ｗ）のエネルギー、
１ｏ（ｃａｎ／５ｅｅ）　（７）　Ｘキャン速度でレー
ザ照射をなして、この領域にある高濃度にドープされた
多結晶シリコン（Ｓｉ　）層９を単結晶化するとともに
、多結晶シリコン（８ｉ）１９に高濃度にドープされて
いたＮ型の導電型の不純物を基板ｌのソース・ドレイン
形成領域に拡散してソース・ドレイン１０を形成する。

第６図参照 ソース・ドレイン１０上とソース轡ドレイント接続され
る配線１１の形成される領域上のみに単結晶化されたシ
リコン（８皿）層を残留してその他の領域から単結晶化
されたシリコン（Ｓｉ　）層を除去する。この工程はゲ
ート６上を含め不必要な導電性を有する層を除去するン
−めに必須である。

基板全面に酸化を施して薄い二酸化シリコン（ＳｉＯ２
）層よりなるブロック酸化層１２を形成し、更に、基板
全面に燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）層１３を形成する。

最後に、ソース・ドレインと接続される配線１１上の所
望の領域、好ましくはフィールド酸化膜４上の領域にお
いて燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）層１３と７”ｏツク酸化層
１２とに開口を設け、ここにアルミニュウム（Ａ１）等
所望の金属よりなる層１４を選択的に形成してＭ（ＪＳ
型トランジスタを完成する。

以上説明せるとおり、本発明によれば、レーザビーム、
電子ビーム、イオンビーム、フォトンビーム等、高エネ
ルギー線照射を使用してソース・ドレインを形成してな
すＭＯ８型トランジスタの製造方法において、（、？＋
ソース・ドレイン領域に形成された高濃度にドープされ
た非単結晶シリコン（Ｓｉ　）層を介して高エネルギー
線照射がなされるので、反射に起因する異常拡散の発生
はなく、特性のすぐれたＭＯ８型トランジスタの製造方
法を提供することができ、（ロ）ゲートは酸化によって
その寸法が縮少されるので、パターニングによって実現
されたゲート長よりも短（され、又、所望によってはソ
ース・ドレイン電極はソース・ドレイン上ではな（フィ
ールド絶縁膜上に設けられるので、集積度が向上され、
しかもソース串ドレインとゲートとの重なり領域が減少
するので、ホットキャリヤがゲート絶縁膜にトラップさ
れて特性を変化させる等の欠点もないＭ（ＪＳ型トラン
ジスタの製造方法を提供することができ、更に、（ハ）
アルミニュウム（ＡＩ）等金属よりなるソース・ドレイ
ン電極をソース・ドレイン上に設けないときは、金属電
極とソース・ドレインとの異常な合金化を防止する多結
晶シリコン（Ｓｉ）層を形成する工程を省略することも
でき、工程の簡略化されたＭＯ８型トランジスタの製造
方法を提供することができる。

又、前述の実施例においてはゲート電極の表面にのみ絶
縁層を残存させる手段として、ゲート電極に高濃度の不
純物を含有せしめて低温湿潤雰囲気中で酸化する方法を
示したが、本発明の実施はこれに限られるものではない
。即ち、ゲート電極上面部のみにマスクを設け、全面に
形成された絶縁膜を選択的にエツチングする等の方法が
適用可能である。

更に、実施例では単結晶化されたシリコン電極をソース
・ドレインからフィールド絶縁膜上まで引き出す配線と
して用いる例について示したが、これは金属電極との接
続により一層の低抵抗な電極の使用が可能であるためで
、特に金属電極との接続を行なわなければならない積極
的な理由は無い。即ち、従来の非単結晶シリコン層に比
較して本発明の単結晶化されたシリコン層では、その比
抵抗値が１／１０程度に減少されているためそのまま全
ての配線用電極として使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は本発明の一実施例に係、！ＭＯ８型トラン
゛シスタの製造方法の主要工程完了後の基板断面図であ
る。 １・・・基板、２・・ｍ：酸化シリコン膜、３・・・窒
化シリコン膜、４・・・フィールド絶縁膜、５・・・ゲ
ート絶縁膜、６・・・ゲート電極（高濃度にドープされ
た多結晶シリコン層）、７．８・・・二酸化シリコン層
、９・・・高濃度にドープされた非単結晶シリコン１ｍ
、１０・・・ソース・ドレイン、１１−・・ソース・ド
レインと接続される配線、１２・・・ブロック酸化層、
１３・・・燐珪酸ガラス層、１４・・・ソース・ドレイ
ン電極（金属層）。 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１−導電型にドープされたシリコン基板表層の素子
   分離領域にフィールド絶縁膜を形成し、該基板表層の素
   子形成領域にゲート絶縁膜を形成し、該ゲート絶縁膜上
   にその表面を絶縁膜で包み込まれたゲート電極を形成し
   、ソース・ドレイン形成領域のみの前記シリコン基板を
   表出させ、前記基板全面上に他の導電型に高濃度にドー
   プされた非単結晶シリコン層を形成し、前記ソース・ド
   レイン形成領域とソース・ドレインと接続される配線の
   形成される領域とに高エネルギー線照射をなして該領域
   のシリコン層を瞬間的に溶融して該シリコン層を単結晶
   化するとともに、前記非単結晶シリコン層に高濃度にド
   ープされていた他の導電型の不純物を前記ソース・ドレ
   イン形成領域に拡散してソース・ドレインを形成し、前
   記ソース・ドレイン上と前記ソース会ドレインと接続さ
   れる配線の形成される領域上とをのぞきその他の領域か
   ら前−記シリコン層を除去し、ソース・ドレイン配線電
   極を形成してなすＭＯ８型トランジスタの製造方法。 （２）前記単結晶化されたシリコン層からなるソース・
   ドレイン電極が前記フィールド絶縁膜上に引き延ばされ
   、該フィールド絶縁膜上で他の金属電極と接続されるこ
   とを特徴とする特許請求あ範囲第１項記載のＭＵＳ型ト
   ランジスタの製造方法っ