JPS582067A - 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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JPS582067A
JPS582067A JP9820381A JP9820381A JPS582067A JP S582067 A JPS582067 A JP S582067A JP 9820381 A JP9820381 A JP 9820381A JP 9820381 A JP9820381 A JP 9820381A JP S582067 A JPS582067 A JP S582067A
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drain
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Sunao Shibata
直 柴田
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
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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】 本発明は半導体装置の製造方法(二係り特C二、高性能
の黴、8MO8)ラソジスタの装造方法に関する。
近時、リソグラフィ及びエツチング技術・の進歩C−伴
いMOSトランジスタはますます微刑化さ1tている。
この様に1℃を細化が進み、特Cニトランジスタのチャ
ネル処が短くなると、それに伴ってトランジスタの閾値
が低くなる、いわゆるショートチャネル効!が生じる。
又、チャネル長の短いトランジスタでは°シリコン表面
【:形成された反転層(チャネル)V!れる電流丈でな
く、基板中をソースからドレインへ直接蒲れるいわゆる
パンチ・スルー電流が流れるなiゲート電位で制御出来
ない電流成分が増加する。この様な間組を解決する為現
在ではトランジスタのチャネル領域のドーピングレベル
をイオン注入感:よって増やすこと(−よりショートチ
ャネル効果の抑制、パンチスルー防止を行っている。
咀下第1図(a1〜(diに従って従来の製造方法−二
ついて説明する。例えば50Ω・aのP型シリコン基板
(101)上の素子分離領域(:フィールド酸化膜(1
02) 、ゲート酸化膜(103)をそれぞれ例えば7
oooX、 300人形成する。次C;、ボロンイオン
を例えば50KeVの加速電圧でI X 10”(It
 ”イオン注入することC:より基板表面のチャネル領
域にボロン濃度の比較的高い領域(104)を形成する
($1図−1)っ次に第2図rb)の様1ニリンをドー
プした多結晶v9コン(105)を全面一=堆積する。
そしてゲートとなる部分にのみ多結晶シリコンを残して
他をエツチング除去しこのゲート部&:残した多結晶シ
リコン(106)をマスクとしてゲート酸化膜をエツチ
ング除去し且つ、例えばA8が5QKeVで3X10”
r”イオン注入されてソース及びドレイン(107)が
形成される(第1図(c) )。次−二例えばCVD8
i0゜よりなる絶縁層(108)、コンタクトホール(
109)AI 配線(110) 、 P2O膜(112
)等が順次形成されてMO8)ランジスタが完成される
(第1図(d))。
以上の工程−二従って形成したMO8)ランジスタのゲ
ート下の領域(111)即ちチャネル領域の不純物濃度
の分布を深さX(μm)の関数として示したのが第2図
(a)である。図から明らかな様−:vリコン表面より
0.4μ程度の深さまでボロン濃度が2〜3X 1Q”
ca*−” l二なっている。こ・れ・に−よってショ
ートチャネル効果、パンチスルー電流などを極めて効果
的に防止することが出来る。第2図(blはソーース・
ドレイン部(107) j”:於ける不純物分布を示す
同様の図である6A1と先述Bの分布曲線がX中0.3
μmで交叉しているがこれがPN接合面の位置(xj)
である。このxjc於けるボロン濃度は約2.〜3 X
IO’・13と楊めて高く、従って、この部分での空乏
層の幅はバイアスがOvの場合i−約0.3μmと非常
に小さい。、これ−はPN接合の空乏層容量を非常感−
大きくし素子の動作速度を著るしく一減じる結果・とな
る。又、ドレイン空乏層内での電界が大きくなり。
ホットエレクトロンの発生率が増大、する。このホット
エレクトロンはゲート酸化膜ロニトラツプされて、MO
8)ランジスタの閾値なシフトさせたり、又基板へ流れ
出し、てダイナミーツタ・jモリの記憶内容を変えるな
ど信頼性上多大な問題を引き起こす。
本発明は上記事情−二鑑みて為されたもので、ゲート電
i層を少なくとも有する被膜を選択的−二形成した後、
基板と同導電型の不純物をイオン注入して前記被膜下の
基板及びソース、ドレイン下−二基板と同導電型の不純
物層を形成することによってソース・ドレインの領域の
基板−一深くイオン注入が行なえる様にし、ショートチ
ャネル効果、ノ(ンテスルーを防止しつつ動作速度、信
頼性の改善を図る様Cした半導体装置の製造方法を提供
するものである。□ 以下本発明の一実施例を第3図(a1〜ldを用いて説
明する。例えば第3図(工)の様−一比抵抗50Ω・傭
、P型のシリコン基板(301)の(100)面−上に
フィールド酸化膜(302)を形成した後1例えばゲー
ト酸化膜(303)を厚さ約300人、リンをドープし
た多結晶シリコンからなるゲート電fit (304)
を例えば5ooo X選択的に形成する。次いで例えば
$1の不純物として基板と反対導電型のA、を5QKe
Vで3 X 1011 am−” イオン注入すること
C二よりソース・ドレイン(305)を形成する。この
後例えば10o0℃の炉I:於てN、雰囲気で約20分
熱アニールするとイオン注入によって生じたソース・ド
レイン部の結晶欠陥が回復し、再び単結晶シリコンとな
りA、  が活性化される。次1;第3図ff1lt二
示した如く基板と同導電型の第2の不純物例えばボロン
を300KeVでI X 10” tx−”をウェハー
全面city注入する。この時に例えばイオン注入の方
向を基板シリコンの結晶軸方向である(100)方向≦
−一致させて行ういわゆるチャネリング・イオン注入を
行うと、単結晶シリコンの露出しているソース・ドレイ
ン部ではシリコン表面下約1μn1のところに分布のピ
ークを持つ様なボロンの分布(306)が得られる。一
方、多結晶シリコンゲー) (304)部ではチャネリ
ングを生じない為ゲート絶縁膜直下の部分(307) 
l二のみボロンのイオン注入層が出来る。
次いでウェハーを例えば900℃で約30分例えばN、
雰囲気中でアニールする。以下は、従来例第1図(di
で述べたものと同様の工程でAtosトランジスタが完
成される(第3図(cl)。かかる装置は、例えば基板
(301) &びソースを接地、ドレインーー+5Vを
印加し、ケ−) (304) 1−)10 又ハ+ 5
 Vを印加して使用される。
本発明C:よるチャネル部分(307)のボロンの製電
分布は、−4図(a)’ C示した如くなっており従来
例の場合と同様t:i/−3−)チャネル効果及びパン
チスルー現象が効果的(−押さえられている。然し、ソ
ース・ドレイン部に於ける不純物分布は第4図1b)に
示した如く、従来例(第2m−))とは非常に異ってい
る。つまりXj(”:0.3μm)C於けるボロンの濃
度が約2〜3 ×l Q”cIL−”と従来例C二くら
べて2ケタ以上も低くな?ているのが大きな特徴である
。これは83図(blの工程で5ボaンを300KeV
という高いエネルギでしかも、チャネリングイオン注入
したため8i表面から約1/jmという深いところに分
布のピークが来たことによる。この場合ドレインのPN
接合−一かかるバイアスOvでの空乏層幅は約0.9〜
1.2μmであ、、す、従来例(0,3μm)の約3〜
4倍となりこの為空乏層容量は約173〜1/4C二小
さくすることが出来た。つまり、空乏層容置1二起因す
る信号伝播の遅延は従来例の約173〜1/4に減少さ
せることが出来た。
又この様(;空乏層幅が減少した為、空乏層内での電界
も小さくなりホットエレク)aンの発生率も大幅ζ二減
少することが出来た。又@ 3 図(CIより明らかな
様Cニソース及びドレイン(305) In域がボロン
の高濃度不純物層(306) (307)でとり囲まれ
た構造になっておりこれがドレイン頭載で発生したホ゛
ソトエVクトaン感二対してポテンシャル・バリヤを形
成して基板に流れ込むのを妨ぐ為、ダイナミック・メモ
リの誤動作などの問題を非常に有効6二防止できるよう
になった。
以上の様g二本発明I:よるとショートチャネル効果や
パンチスルー電流の発生など素子微細化ととも一二生じ
る重大な問題を解決出来る丈でなく、ソース−・ドレイ
ンの空乏層容量を小さくして素子の11作速度を改善出
来る他、素子の信軸性を大幅亀;向上させられるなど数
だのすぐれ、た特徴を有していることが分る。
以上の実施例では、ボロンのイオン注入をチャネリング
・イオン注入する場合(二ついてのみ述べたが、これは
通常の(チャネリングでない)イオン注入を用いても同
様の効果を得ることが出来る。
又、ソース・ドレイ゛ン形成の為のイオン注入を行って
からボロンのイオン注入を行ったがこれらの順序を入れ
かえても何らさしつかえはない。又、ゲート電iをパタ
ーニングした時のマスクを残してイオン注入を行なって
も良く、即ちゲート電極層を少なくと4有する被膜であ
れば良い。又イオン注入層を1ニールする方法として炉
−二よる熱アニールの場合のみを述べたがこれはいわゆ
るレーザアニールでもよい。ボロン、Asのイオン注入
後レーザアニールのみを用いると濃度分布の変化がげと
んどなく非常C:制御よくこの技術を用いることができ
る。父上!2実施例ではP型の(100)クエ?−を例
に説明したがその他いかなる面方位を用いても又N型つ
ニへ−を用いてもよい。又不純物イオンはλs、Bt二
限らず第1のイオンが基板と反対導伝型、第2のイオン
が基板と同導伝型であれば何でもよい。又ゲート電極材
料もポリシリコンー二限らずシリ夛イド、■タルその他
いかなる材料な用いても本発明の主旨を免税するもので
はない。
【図面の簡単な説明】
の不純物分布を示す従来例の図、第3図(al〜(cl
は図である。 図(−於いて、 101.301・・・シリコン基板、 102.302・・・フィールド酸化膜、105.30
4・・・多結晶シリフン、107.305・・・ソース
・ドレイン、104.306.307・・・ボロンの高
濃度不純物層。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名) 第  1  図 第2図 第 8 図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) 半導体基板表面Cニゲート絶縁躾な介してゲー
    ト電楊層を少なくとも有する被膜を選択的−二形成し、
    この被膜をマスクとして基板と反対導電型の第1の不純
    物を導入してソース、ドレインを形成する半導体装置や
    製造方法C二於いて、前記被膜を選択的に形成した後、
    基板と同導電型の@2の不純物をイオン注入して前記被
    膜下の基板及びソース、ドレイン下≦二基板と同導電型
    の不純物層を形成する事を特徴とする半導体装置の製造
    方法。 +21  第2の不純物のイオン注入がソース、ドレイ
    ンの領域の基板(二対しチャネリ・ングイオン注入とな
    る如く行うことを特徴とする特許 の範囲′@l項記載の半導体装置の製造方法。 (3)  ソース、ドレインの領域の基板C;於て、第
    1の不純物の濃度分布のピークの位醪が@2の不に近く
    設置されたことを特徴とする前e特許請求の範囲第1項
    記戦の半導体装荷の製造方法。 (4)笥1の不純物の導入をイオン注入C;よって行い
    ,このイオン注入i:よって生じた基板の損傷をアニー
    ルし、その後第2の不純物のイオン注入を行うことを特
    撮とする前記特許請求の輸囲第1項記載の半導体装置の
    製造方法。 (51 第2の不純物のイオン注入を行った後、第1の
    不純物の導入をイオン注入C:よって行シ1、この@1
    及び第2の不純物のイオン注入によって生じた基板の損
    傷をアニールする工程を同一の工程で行うことを特徴と
    する前記特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製□
    造方法。 16)第1、及び第2の不純物のイオン注入シニより生
    じた基板の損傷をアニールする手段として少くとも1回
    CWv−ザあるいはCW電子ビームの照射を用いると・
    とを特徴とする前ε特許請求の範囲第4項又は第5項1
    載の半導体装置の製造方法。
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