JPS58200576A - Ｍｏｓ型電界効果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】 この発明は、超高集積回路に好適なＭＯＳ電界効果トラ
ンジスタおよびその製造方法ｔｉｃ関する。

従来、半導体集積回路の基本構成素子としてＭＯＳ（金
橘−酸化膜−手導体）構造からなる電界効果トランジス
タが用いられてきている。これは簡集積化が容易であり
、高密度なＩＣ金大鎗に安価に製造できる特徴がある。

一般にＭＯＳ電界効果トランジスタ（以下ＭＯＳトラン
ジスタと永う）は相互コンダクタンス（以下ｇｍと云う
）か大きい程スイッチングスピードが速くなるのでｇｌ
ｌｌが大であることが望ましい。

ところで、ｇｎｌは ｇｍ＝　（Ｗ／Ｌ　）μｎｃｉＶｏ（未飽和領域）ｇｍ
＝　（Ｗ／Ｌ　）μｎｃｉ　（ＶＧ　−ＶＴ’　）　（
飽和領域）Ｌはチャンネル長、ＷはチャネルＱｉｉ　ｒ
　Ｃｉ　ｈ　入力容ｉｔ　ｒ　Ｖｏねドレイン電圧＋　
ＶＣはｆ−）電圧＋　ｖＴ；は閾ｆ１を電圧 の式で示される。

仙記式によればｇｔｎを大きくするＫ　ｉＪ、チャネル
長りを短かくするとよいことが理解できる。

しかしながら、通常のＭＯＳ）、５ンジスタの構造では
チャネル長りを短かくすると所１１１１−４ンチスルー
の現象が発生し易くなシソース・ドレイン間の耐圧が低
）する。

そこで、従来、ソース書ドレイン間の耐圧を低下させる
ことなく、チャネル長りを短かくしてｇ９□を大きくす
る試みがなされている。第１図はそ、の−例を説明する
ための製造方法の工程説明図である。この第１図におい
て、ｌはシリコン基板、２はソース領域、３は（゛レイ
ン領域、４は二酸化シリコンの絶縁ｂ、ｓｉｔ二酸化シ
リコどのｆ−）絶に膜である。

このり０−ト絶嶽膜５の下面側において、ソース領域２
、ドレイン領域３間３にそれぞれ＃級してＴイルツショ
ン領域６および７が形成されており、また、ダート絶に
膜５上にはグー）ｍ＆８が形成され−Ｃいる、 上舵ソース領域２ＶＣｉｉソース′ＦＭ極９が接続され
、ドレイン領域３にはドレイン電［！１０か接続されて
いる。

このような構成において、ｆイグレッション領域６およ
び７はり゛−ト賜極８金マスクとするセルフ・アライメ
ントカ式を利用したイオン区入ｅこより形成するもので
ある。

第１図に示したＭＯＳ）ランヅスタの狙らいはチャネル
長りはデ１ｆレツション領域６および７の開νＣｊｂる
エンハンスメント領域の長さであって極めて短かくする
ことができ、一方ソース領域２とドレイン領域３との距
１１１ｉＬ’ｔゴチャネルｌ５ｃｌ、に比較して充分に
長＜−ｒることができる１、その結果、ｇｍｉ１大きく
、そしてソース領域２およびドレイン領域３間の耐圧も
扁＜１゛ることができるであろうとするのが主旨である
。

ところが、第１図の構造のものではｒイプレツション領
域６および７の上Ｖこはグー）１に４１８が存在しない
ので、このＭＯＳ）ランジスタを安定に動作きせるには
ｒイルツション領域６および７における不純物一度をか
なり高くしなり７ればならない。したがってｒイグレツ
ション領域６および７はソース領域２やドレイン領域３
が［長されたものになる可能性がある。このため、ンー
スドレイン間耐圧を大きくすることが困難であるという
欠点がある。

さらに・従来シリコンゲート電界効果トランジスタにお
けるソース鳴ドレインコンタクト孔をり９−トに対して
七ルアアライメント（自己整合的）に形成する方法とし
ては以下のような方法が用いられでいる。

嶋１図においてダート電極８用のＩリシリコンを形成し
た後前記ポリシリコンをマスクとしてその下のダート絶
縁膜５をエツチングしてソース。

ドレインに相当する領域のＳｉを紐出させ、その鋭Ｍ＋
ＪΔＣシリコン基板１を酸化させる。

このときｆ−）電極８の部分のポリシリコンは不純物と
して高濃度のリンを含んでいるためソース・ドレインに
相当する領域２，３の表面のＳｉより速く（ル＜）ａ化
される（第１図の１１）。

次ＶＣ全面にわたって二酸化−／′：１．リコン膜をエ
ツチングするとソース・ドレインに相当する佃域の８１
（ｈ　膜が先にエツチングされ、ゲートポリシリコン上
の酸化膜は残っている状態を実現できる。

その結果ソース・ドレインコンタクト刊をダートに幻し
てセルフアライメント的に形成できる。

しかしながら、この方法ではゲートポリシリコン８へ１
上部の皺化ル（厚を十分厚く形Ｉｎｋすることが困難で
ある。すなわち酸化膜をｊＶ＜形成するとソース・ドレ
インとの曲のセルフアライメントのｆれを生じる場合が
あるから、である５、シたがってソース令ドレインとｆ
−）間の耐圧低下をもたらすという欠点がある。

この発明は、上記従来の欠点を除去するためｒ（なされ
たもので、チャンネル長か組〈て尚ｇｍでありながら、
ソース・ドレイン間耐圧が大であり、製法が簡単でしか
も構造も簡単なＭ（ＪＳ型ζ界効果トランジスタおよび
その製糸方法を床供することを目的とする。

以下、この発φｊＯＭＯ８型電界効果トランノスタおよ
びその製糸方法５．、の実施例について図面に基１ づき脱明する。第２図１（ａ）ないし第２図（ｋｌはそ
の−・実施例の工程説８Ｉ＋凶である。この第２図では
ＮザヤンネルＷＭＯ８）ランソスタの場合を示している
。

まず、第２図（ａ）に示すごとく面方向（１００）、比
抵抗５〜２０Ω−伽のＰ−型シリコン基板４１１２は二
酸化シリコン膜（＊、さはおよそａ　ｏ　ｏ　’ｈ　）
　４２、窒化シリコン膜４３（膜厚はおよそ１５００Ｘ
）を形成した挟、この窒化シリコン膜４３の素子形成部
にホトリソグラフィによシ、レジストパターン４１１１
を形成する。

次に、このレジストノやターン４１１１　ｆ　Ｗ　Ｘ　
クトして％ＣＦ４を用いた反応性プラズマにより窒化シ
リコン膜４３を選択エツチングした後、レゾストパター
ン４１１１およびこの直下の絶縁膜（窒化シリコン膜４
３）をマスクとして、ドーズ１１５Ｘ１０”個／−の条
件でボロンイオンをイオン注入し、Ｐ＋反転層４１３を
形成する。

次に、レジストパターン４１１１を除去した後、高＠酸
化雰囲気（１０００℃〜１２００　ＵＷｅｔ　Ｏ２ガス
中）に前記基板を放置し第２図（ｂ）に示すように、素
子分離絶縁膜である二酸化シリコン１！ｉ　４１１を形
成する。

次いで、絶縁膜と［７ての二酸化シリコン験４２および
窒化シリコン＆４３を除去した恢、再度酸化雰囲気に前
記基板を放置し、約５００Åのへさの二酸化シリコン験
４１２を形成する。

この後、前記基板にポリイミド樹脂を代表とする熱硬化
性樹脂膜Ｉｖ疲を塗布し、１００〜４００℃の温度で空
気中′またｔま不活性ガス中で加熱することにより硬化
させ２メリイミド樹脂験を〜さ１〜５μｍ形成する。

その後、周知のホトリソグラフィ技術を用いて前記窒化
シリコン験４３上のＰ−）部分にレゾストマスクパター
ンあるいは酸化膜／ｆターン埜たはアルミニュウムパタ
ーンなどのポリイミド膜の選択性エツチングが０１−能
なるマスクパターンを形成した後、平行平板型リアクテ
ィブエツチング装置またｅユイオンエッチング装纒−に
より当山ノロファイル形状のポリイミド膜パターン４４
を形成する次いで、矢印で示ｒようＶＣＣイオン注入性
行。

イオン注入はＮチャネルの場合Ｉ　Ｘ　ｌ　Ｏ”個／ｃ
ｌＩ以］のドナーを用いる。ダート絶縁膜４１２上を（
はポリイミド膜／やターン４４が設けられているため、
このポリイミドｌｌ！１！パターン４４の直下以外にド
ナーイオンがＭｆＪ　ｇｕシリコン基＆４１に注入され
ディルッションモード領域４５（ソース領域）および４
６（ドレイン領域）が形成される。

次に、第２図（ｃンに示すように、創８ｃ基板全面にポ
リシリコン膜４７を堆積する前記ポリシリコン膜４７の
形成方法としては、プラズマによるシリコンデヂジショ
ン方法ＣＰＲＤＣＶＤ法）がこの発明には適している。

何故ならば、削Ｍｄポリイミド膜パターン４４の耐熱性
はおよそｓｏｏ’ｃであるため、５ｏｏ℃以下でのポリ
シリコン膜形成が望ましいからである。

ＰＲＤＣＶＩ）法によると３００〜４００’Ｃ（７［［
Ｔシリコン膜が形成できる。

その候、Ｎｉｌ　ＭＣ基板ヶ方向性エツチング特性を有
するドライエツチング装置’＊とえばＣＦ４ガスを用い
たりアクティグイオンエツチング装置あるいはＡｒイオ
ンエツチング装置を用いて全面エツチングする。

このとき、１１１＾（、Ｉリシリコン膜４７はポリイｉ
ドＢＱパターン４４の供１１先部分はポリイミド験岸に
け厚く堆積され１いるためｉＩＩ配ｌ１ｉＳ板＆開が鮎
出しエツチング終了した時点においても、ボリイばド膜
〕ぞターン４４の世り壁部のポリシリコン膜４７は第２
席１（ａｔに示すような構造に形成される１、さらに、
ポリイミド映ノゼターン４４もその構造を糾持する。そ
の恢Ａ１１　＠己基板上にドナーであるリンイオンを第
２１１％１（ｄ）の矢印で示すよシにイオン注入し、す
なわちＮ’ｌのソース領域４８　、Ｎ−’のドレイン領
域４９を形成する。

この彼、第２１！Ｓ１［ｅ）のようにｈｌＪ記基板基板
全面リコン窒化膜５０′（ｌ：形成する。シリコン象化
膜５０）ｈｂ’ｔｐｒｃＶｉ、ｉシズマｅこよるシリコ
ン窒化膜形成がこの発明でｔ、ｌＬ　Ｖ　−ｆ　Ｌいの
はｓ　＝＋１配ポリシリコン１］Ｋ４７の形成ＰＣＬけ
る場合と同様な理由であり、ＰＲＤＣＶＤ　ｈ’ｔ’１
．ｈ　おＪ：そ３００〜４００℃ノｕｉでシリコン窒化
験汐ｉ形成される１、 シリコン窒化膜５０の形成後、ｎｉｌ　ｆｉｔ、：左板
を方向性を有する平行ザ赦型すアクテイグエッチング装
置あるいしＪ、イオンエツチング装置にてシリコン窒化
膜５０を全面エツチングする。

このエツチング終了後の素子プロファイルとしては、前
記ポリシリコン膜４７のエツチング膜（第２図（１）と
同様に＝ｉＪ記ポリシリコン膜４７の側壁部のシリコ、
ン窒化膜５ｏはエツチングされずに残る。

次に、前Ｈピポリイミド膜パターン４４をヒドラヅン糸
エツチング溶液にて除去する。このときの素子ノロファ
イルが第２図（ｇ）ＶＣ示される。

次忙、第２−（ｈ）のようにｍ１１ｉｆピｉ板全面にリ
ンを高ｆｌＩ＃度（５Ｘ　ｌ　０２３個／−）に含むド
ープドポリシリコン膜５１を堆積する。その彼ボトレジ
ストを塗布し、Ｆｆｒ足のホトリソグラフィによりｒ−
）部分にレジストパターン５２を形成する。

次いで、ｓｉｌ紀方肉方向性エツチング方法る平行平板
型リアクティプス／４′ツクエッチンク装置あるいはイ
オンエツチング装置にて、前記基板を全面エツチングす
る。そのノｏファイルを第２１ｉ４（ｉ）［示す。

そのに１前ｄビレ７ノストパターン５２を除去した′ｆ
ｋ削記基板を酸化社高温雰囲気に放−し、別記ポリシリ
コン膜５１の表面′ｔｌ−第２図（ｊｌのようｅ（酸化
ポリシリコン膜５３に転換する。

次いで、ソース領域４８、ドレイン領域４９およびｆ−
）領域（ダリシリコン１ｌｋ５１）上に開口部を設けた
後、金ｋｉ４験５４を堆積し、Ｒ１定のホトリソグラフ
ィにより金桐配線パターンを形成する。

以上によりＭＯＳ）ランソスタか光成する。

上ｎＣのこの発明の第１の笑施秒りにおｔ７’るポリシ
リコン膜４７の肱Ｎは数ｔｏｏＸ〜数μｍに形成するこ
とが可能であり、Ｍ＋＋記堆槓堆積ポリシリコン膜４７
のｇ＄Ｐｃより第２図（ｄ）に示すごとくソー２４８　
ト）”レイン４９１’１ＪＪＬと、ディ／レーション領
域４５とｒイグレーション餉域４６間し′との差、即ち
（Ｌ−１，’）ｆ決定することができる。。

さらに、前記第２図（ｉ）および第２図（ｊ）に示すご
とく、リン（またはヒ素）を高濃度（およ・そ５×１０
２３個／ｃｄ）Ｋぎむ、ポリシリコンの酸化工程では窒
化シリコン族５０によシ窒化シリコン膜内部のポリシリ
コンの酸化は防止され過度の酸化においてもｓ　ｇピｒ
イプレーション領域４５と４６さうＶＣエンハンスメン
ト餉職域上ぼりシリコン膜４７と５１は酸化されること
はなく、ディシレージョン領域４５と４６、さらにエン
ハンスメント領域の素子寸法の変動はない。

このため、ポリシリコン膜５１上の酸化膜厚は５０００
Ａ以上を得ることは容易であり、その後のりアクティブ
イオンエツチング法（ガスはＣＦｃ糸）ＶＣよって基板
を全面エツチングすることにより、ソース領域４８、ド
レイン領域４９上のＳｔ衣面が紐出されて、コンタクト
穴が形成される。

このとき、ポリシリコンｌ］ｉ４７．５１上の酸化膜は
５０００Ａ以上の膜厚が形成きれているため、少くとも
前１シ：エッチング終了時点においても３５００Ａ以上
の酸化膜厚が残存する。

また、に：記ゲート側壁の酸化膜はエツチング以：１１
＼ Ｍｕの膜厚はそのまま残る。

この結果、ダート領域となるポリシリコン膜４７．５１
とドレイン電極との出１のミラー効果の増大を防ぐこと
かできる。

このようにし−Ｃ、ソースドレインコンタクト孔をケ゛
−ト１／（、？Ｊ　Ｌ−（セルフアライメント（１己ｉ
□・合）的に形成することができる。

以上説明したようｔｆｆ、この発明の第１のＳｋｈし１
」−Ｃは、ポリイミド和）脂膜のｌ巳、１−Ｆｊとプ″
ラス゛マｒボッジョン法ＶＣよる低ｉ験Ｊト成方法およ
び平行平板型２ノアクティブエツフングあるいはイオン
エツチング法を利用したもＣ，’Ｃ１その目的は小型ｅ
こしてρ・つセルフアライメントにて製作でさる方ぬお
よび構造を提案するものであり、特にこの発明のＭＯＳ
トシンソスタにふシブる閾飯亀圧はデインルツション・
モード領域４５．４６上にはり°−ト領域となるポリシ
リコン１１Ｗ’４７．５１かカッイー芒れているたＫ）
、このｒイ／レツション領域の不純物Ｉ２１ｋ肚よりも
低くできるたに〕（たとえは、イオン注入＆１１度Ｉ　
Ｘ　１０１３（””１１／−］　Ｌｕ−ト）　ソース領
ｋＲｋｘ（、＞ドレイン領域間の１１）′圧も筒くする
ことかｙきる。

まｆｃ　、ゲート領域となるポリシリコン膜の４４・１
縁はサイドウオールンリコン窒化膜５０をマスクにして
ポリシリコン膜の表面を酸化できるためデイグレツショ
ン領域４５．４６上のｒ−）領域のＩリシリコン恥部分
は安定に形成できることが特徴である。

しかも、このときのレソストパターン５２の位置合せは
、ＭｉＪｉｅｌ、たサイドウオール窒化膜をマスクとし
て酸化することができるため、余裕をもってアライメン
トがＩ５Ｊ能であるようにケ°−ト長ｔＳ択することが
できることも大きな特徴である。

以上の説明でわかるように、この発明によれば半導体基
６　ｃ’ｃソース領域とドレイン領域を形成するととも
に、このソース領域とドレイン領域間の半導体基板の表
面にダート絶縁膜を形成し、このン゛−ト絶縁股の下の
ソース領域とドレイン領域間にエンハンスメントモード
領域を形成する部分を除いてイオン注入によりソース領
域とドレイン領域に接する部分Ｖｃｒイ／レツションモ
ード領域を形成するようにしたので、極めて微細なるチ
ｘｌＪｔし長を壱［７またソース領域とドレイン領域間
距離を自由に如＋御できる。これにともない、ｇｍが大
で（７かもソーストし・エン間耐圧のＩＩ上り）エンＩ
・ンスメントモード型のＭＯ８）ランソスタとノ゛るこ
とかできるとともに、νめて小形なるＭＯＳ　ｌ−ラン
ソスタを形成できる利点があり、超−１巣槓回路累−ｊ
′に利用することかぐきるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＭ　ＯＳ構造による市界幼米トランジス
タの製造力ぬをｂ発明するための図、第２図（ａ）ない
し第２図Ｉ　Ｑ（Ｉ　ｉ、、Ｌこの発明のＭ　ＯＳ型霜
界幼果トランジスタおよびそのに！進方Ｖ、の−夷Ｍ１
４秒りを説明するためのＩＩＪＩｌト）である。 ４１・・・シリコンｈ（桧、４２・・・素−子分陶比杷
鹸Ｈ・、４３・・・−！化シリコン膜、４４・・・ポリ
イミド膜、４５．４６・・・ｒイツデＬ・ツションモー
ド領域、４７．５１・・・・ドリンリコン膜、４８・・
・ソース領域、４９　・ドレインｆｉＬＩ城、５０・・
・シリコン窒化し・、５２・・・レソｘドパターン、５
３・・・酸化ポリシリコン膜、５４・・・金属膜。 第１図 第２図 第２図 手続補正書 昭和５７年９月３日 特許庁長官着　杉　和夫殿 １、事件の表示 昭和５７年特　許　願第　８２４７６　　号２、発明の
名称 ＭＯ８ｍ電界効果トランジスタおよびその製造方法３、
補正をする者 事件との関係　　　　　特　許　出願人（０２９）沖電
気工業株式会社 ４、代理人 ５、補市命令の１−１付　　昭和　　年　　月　　日（
自発）６、補＋Ｅの対象 明細誓の発明の詳細な説明の欄 ７、捕市の内容 別紙の通り 「４１に」とｔ１正する。 （２）同１２貞６　ｒｊ　ｒ　Ｍ　２図（ａ）」を「第
２図（ｂ）」と訂正する。 （３）同１３頁１７ｆ′Ｔ「スパック」を「スノくツタ
」と訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１；−導電型のシリコン基板表面に形成された低温度
   の前記シリコン基板に対して逆導電型不純物を廿む第１
   のソース領域と、前記第１のソース領域から所定の距離
   だけ離間して、前記シリコン基板表面に形成された第１
   のドレイン領域、と、前記第１のソース領域と前Ｈピ第
   １のドレイン領域間に形成されたチャンネル領域より外
   方向に位置しがつＦＭＪ　ｉＧ第１のソース領域よシ深
   く形成された高濃度の逆導電型不純物を含む第２のソー
   ス領域と、前記チャンネル領域より外方向に位置しかつ
   前記第１のドレイン領域よＶ深く形成された高濃度の通
   導１１型不純物を含む第２のドレイン領域と、前記シリ
   コン基板表ｄｎＫ形成された前８ｃシリコン基板の熱成
   長酸化物からなる第１の？−ト絶縁層と、ｎｕ　ｌ！Ｌ
   ：第１ダート給縁層の表面に形成された窒化物からなる
   第２のｒ−）絶縁層と、前記泥２のケ°−ト絶縁層の表
   面に配じされかつＳｉｔ糺第２のソース領域の端部から
   Ｍｉ＋記第２のドレイン領域の端ｄ１Ｊ位−まで延在す
   る４Ｍ度の不純物を廿むポリシリコ゛ンから形成された
   ケ゛−ト電極と、Ｒ＋ＪΔＣり・−トル極の両龜部に形
   Ｒされた窒化膜と、前１１ｃケ“−ト１榛の表面および
   前記ｒ−）ｔ４ｉｋの前記墾化顧の表面に形成された酸
   化シリコン層を真偽して成るＭＯ８Ｏ８型電界効果トラ
   ンジス タ２）前記−導電型１の不純物がＰ型不純物であり、前
   記逆導電型の不純物がＮ型不純物であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１ｒｊ４記載のＭＯ８型電界効果ト
   ランジスタ。 （３）−導−′型を壱する半導体基板Ｖこそれとは反対
   の導電型を壱するソース領域およびドレイン領域を形成
   する工程と、このソース領域とドレイン領域の間の半導
   体基板の表面にゲート劃縁膜を形成する１柳と、このグ
   ゛−ト動縁験上Ｖ（熱硬化性樹脂または金−酸化物のマ
   スクを配設して前８１り゛−ト絶に齢下に前紅：ソ・−
   ス餉域とドレイン論域間の工ンハンスメントモード領域
   とナベき部分を除いて反対の導１１′型のイオン注入を
   行って前記ソース領域とドレイン領域にそれぞれ接する
   ディルッションモード領域を形成する工程と、前記基板
   上にポリシリコン膜を形成した後に前記マスクの側面に
   ポリシリコン膜を形成する工程と、前８ピマスクの１１
   １１１Ｉｉｉ［ｌにシリコン窒化膜を形成した彼前記マ
   スクを除去する工程と、前記基板上にポリシリコン膜を
   堆積する工程と前記ポリシリコン膜およびシリコン窒化
   膜上にホトレジストパターンをマスクとして前記ポリシ
   リコン膜をエツチングするとともに、前記ホトレジスト
   パターンを除去した彼に前記シリコン窒化膜をマスクと
   して前記ポリシリコン膜を酸化する工程と、前記ダート
   絶に膜上に前記ソース領域とドレイン領域およびエンハ
   ンスメントモード領域に電極を形成する工程を有するこ
   とを特徴とするＭＯ８型蝋界効果トランジスタの製造方
   法。