JPS594866B2 - 絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は集積回路、特にＭＩＳ−ＦＥＴ（絶縁ゲイト型
電界効果トランジスタ）を一個又は複数個を一体とした
半導体装置の作製方法に関するも５ のである。

従来、半導体装置特にＭＩＳ−ＦＥＴはその構造および
作製方法により区別して幾つかの型が知られているが、
その代表的なものとしてはシリコンゲイト・セルフアラ
イン型ＭＩＳ−ＦＥＴがあ１０る。

これはゲイト電極のみをシリコンで構成するものであり
、その作製順序は、アクティブエレメント外周辺の絶縁
物を作るゲイト絶縁膜及びその上に密着してシリコン半
導体をゲイト電極として構成し、更に、フォトエッチで
ソース、ドレイン１５穴を作りこれら全体を熱拡散する
。このときゲイトがあらかじめ作られているため、ソー
ス、ドレインのゲイトとの位置は自動的に決められる。
即ち、セルフアライン方式になる。更に、これら全体に
酸化珪素被膜を形成し、ソース、ドレイン用２０電極穴
を作り、最後にアルミニウムでソース、ドレインのリー
ドを作製するものである。この方式の長所はゲイト電極
がセルフアライン方式になつている点である。また、ゲ
イト導体がソース、ドレインを構成する不純物領域の導
電型と同一であΣ つてかつその導電型がＰ型を有する
ドーブドシリコンであるため基板との間に仕事関数差が
少ない、シリコンとアルミニュームとの二層配線が可能
であるといつた特徴が指摘でき。現在知られているＭＩ
Ｓ−ＦＥＴの最も優れた構造及び作製方法で３０あると
されている。しカルながら、このＭＩＳ・ＦＥＴはＰチ
ャネル方式のＩＣのみしかできない。さらにソース、ド
レインのリードがソース、ドレインの電極部分で段差が
大きいため断線しやすい、二層配線のみのため高密度集
積化が不可能であり、３５特にキャパシタのようなチッ
プ内に大面積を必要とするＩＣの作製には不適当である
、ゲイトを作製した後１１００℃〜１２００℃で装処理
するたｉご１＝−−めゲイトに特殊な物質を用いること
ができない等少なからぬ欠点を有する。

本発明は従来のＭＩＳ−ＦＥＴの特長を有するばかりで
なく、かかる欠点を除去したものであつて、その技術思
想として、フイールド絶縁物上に第１の半導体を主成分
とする電極またはリードを設けたこと、および、第２の
半導体を主成分とする電極またはリードを絶縁物を介し
て第１の電極またはリード上に設けたことにある。

本発明の特長としては以下のことが示される。即ち、第
１図の実施例においては、フオトマスク５枚で三層配線
が可能である。また、コンデンサー（キャパシタ）をＭ
ＩＳ−ＦＥＴの作製と同時に作ることが可能である。こ
のため大規模集積回路（ＬＳＩ）構成が可能である。第
１および第２の半導体を主成分とする電極またはリード
が全く独立した別工程で作製しうるため、それぞれの導
電型を同一にもまた実施例のように異種導電型とするこ
とも可能である等の、多くの特長を有するものであつて
以下に実施例に従つて詳しくその作製方法を説明する。
第１図はｎチャネルＭＩＳ−ＦＥＴの例である。

図面においてはＭＩＳ−ＦＥＴを一つ及びリード、コン
デンサー（キャパシタ）、更にはリードとその接点又は
電極の部分を示してあるが、これらの要素が半導体装置
の基本であつて、ＩＣ又はＬＳはこれらの構造を複合化
したのみであることを附記する。そして本発明製法によ
るＭＩＳ・ＦＥＴを基本として、さらに、従来より知ら
れたＭＩＳ−ＦＥＴ，たとえば本発明者による特公昭５
０−３７５００号等に示されている第１の半導体をゲイ
ト電極として用いてＭＩＳ−ＦＥＴとを同一基板に組合
せるというような自由度を有している。又、図面の説明
において、「リード」とは不純物がドープされる等によ
り導電性の極めて優れた状態、即ちそのままリードとし
て用い得る場合を称し、［リードの構成体」とはアンド
ープの半導体又は多層用の金属が密着して形成されてい
ない状態、即ち図面の構造上では実質的にリードである
が、機能的にはリードとしてよりも抵抗として働き得る
状態を示す。尚、本実施例においては、半導体とはシリ
コンを用いたが、本発明の技術思想はその他の半導体、
例えばゲルマニウム、ヒ化ガリウム、その他の化合物半
導体等に対しても適用されるものである。

又、ゲイト絶縁物としては酸化珪素、窒化珪素、酸化ア
ルミニウムをその基本材料としているが、その他酸化チ
タン、酸化タンタル等他の材料を用いてもよいことは同
様であり、又後述する如くこのゲイト絶縁物の内部に金
属又は半導体クラスタ又は薄膜を介在させてもよく、そ
の他この薄膜をあたかもゲイト形状としたいわゆるフロ
ーテイングゲイト構造としてもよい。いずれにしてもこ
れらゲイトに多くの変形が行ない得ることが本発明の特
長の一つである。実施例 １ 第１図に本発明の作製方法が示してある。

基板材料としてはＰ型シリコン（結晶方位（１００）、
比抵抗１〜１０Ω（Ｖ７！）を用いた。基板材料及びそ
の導電型は必要に応じて選べばよい。作製方法をまず記
す。

第１図Ａに示される如く、充分清浄された基板１表面上
に７００℃〜９５０℃の温度範囲でまず窒化珪素被膜を
１０００〜３０００Ａの厚さにシランとアンモニアの反
応により形成し、更にその上面にシランと酸素との反応
により酸化珪素被膜を１０００〜３０００Ａの厚さに形
成した。次に、素子（半導体装置）の部分の外周辺のフ
イールドに相当する部分の酸化珪素、および窒化珪素を
第一のフオトマスク１を用いて選択用に除去する。この
後、フオトレジストを熱硫酸中にサンプルを浸して除去
した。次に、窒化珪素膜は酸素又は酸化物気体に対する
マスク作用があるため、この性質を用いて第１図Ａの２
の部分にのみ５０００Ａ〜２μの厚さに半導体基板を選
択的に酸化してフイールド絶縁物２を半導体基板にその
一部を埋置して設けた。これは湿酸素中１１００℃〜１
２５０℃の加熱にて行なつた。次に、このフイールド絶
縁物２以外の部分、即ち図面においては中央部分の基板
上に形成されている酸化珪素、窒化珪素被膜を弗酸系の
エツチ液及び熱燐酸液で除去した。こうした後、これら
の上部にｎ型の導電型を有するシリコン膜３を０．５〜
２μの厚さにシランの気相法により形成した。更にこの
上面に高融点金属、例えば白金、タンタル、タングステ
ン、モリブデン、ニツケル、クロム、またはチタン等の
少くとも一種を蒸着、スバツタ法又は気相法により形成
してもよい。この第１の半導体層３がソースまたはドレ
インを構成する不純物領域にコンタクトしたりリードに
なる。次に、フオトマスクを用い第１図Ｂを作製する。
即ち、フオトエツチ法により第１の半導体層３を選択的
にエツチ、除去することにより、ソースまたはドレイン
を構成する不純物領域にコンタクトを構成し、それより
延在するリードまたはキヤパシタの一方の電極等の設計
上有効な領域を半導体基板に一部を埋置したフイールド
絶縁物２上に形成した。この第１の半導体被膜３の残置
した部分はその他複合半導体の場合と同様に、その他の
機能部のリード又は電極をも兼ねるように設計上の必要
にしたがつて構成できる。第１図Ｂにおいて、４はソ―
スの電極、５はドレインの電極に相当する。もし被膜３
が高濃度のゲルマニウムを用いた場合はこれら４，５は
異種物資の接面であるため、いわゆる電極的になるが、
基板と同一物質の場合は被膜３を作製する際、４，５は
合成温度が、９００〜１２００℃にあつてはエピタキシ
ャル成長するため、電極という言葉は必ずしも適当では
ないであろう。次に、本実施例は通常のスイツチまたは
増巾機能を有するＭＩＳ−ＦＥＴの作製例であるため、
まず全体を熱酸化し酸化珪素被膜６を１００〜２０００
Ａ作る。次に、信頼性を向上させるため窒化珪素被膜７
を５０〜２０００Ａ作製する。この被膜は、半導体基板
１上のみならず、第１の半導体の上面にも同時に形成さ
れる。図面に示した実施例では被膜６，７の上面に、更
に酸化珪素被膜を１０〜１００Ａ作製した。これは従来
窒化珪素被膜は多くの不純物、特にナトリウムに対しマ
スク作用があるにもかかわらず、その中にはシリコンの
クラスタの存在によると思われる電子、ホールの捕獲中
心が存在し、このためゲイトを基板と同一物質であるシ
リコンで作製した場合このゲイトシリコンと窒化膜との
間に電荷のやりとりが行なわれる。この作用を除去する
ためこの両者の間にトンネル電流が起こらない厚ざ以上
、実際は５０Ａ以上の酸化珪素被膜を作製したもので、
かくの如くにして窒化珪素被膜をゲイト絶縁物として用
い、更にシリコンゲイトの構造をとることができるよう
になつた。勿論このゲイト絶縁物としては酸化珪素のみ
、酸化珪素及びリンガラス又は酸化アルミニウム等の多
層構造としてもよい。図面に示されている如く、本実施
例における第２の半導体はＰ型の導電型を有する高濃度
シリコンの半導体９をシランの熱分解法により形成せし
めた。ソース、ドレインを構成する不純物領域の作製を
熱拡散法でなくイオン注入法で行なう場合は、ゲイトの
半導体を他の半導体材料、たとえばｐ＋型のゲルマニウ
ムとしてもよい。更に、本実施例ではこの上面にマスク
作用のある被膜１０、例えばモリプデンを５００〜４０
００Ａ形成し、半導体を主成分とする被膜９をみかけ上
、より導電性とせしめムかくの如くにして第１図Ｂを構
成させた。次に、第１図Ｃに示されている如くソースま
たはドレイン及びそれらを含めたリードの作製をフオト
マスク３を用いて行なう。

この際、化学エツチ液は既に公知のものを用いればよい
。例えば、酸化珪素は弗酸、弗化アンモニウム及び水の
混合液を、窒化珪素は熱燐酸を、又シリコンはパツフア
エツチ液を用いればよい。かくの如くにして窓あけがな
された総てに対しフオスヒンをドーパントとして熱拡散
法によりソース、ドレイン用の不純物領域１３，１４を
作製する。かくして、ゲイト電極の両端と、その両端を
概略一致させて、ソース、ドレイン用の不純物領域を対
をなして設けた。加えて、この不純物領域の側周辺は、
埋置したフイールド絶縁物の一部側面に隣接して形成さ
せることができた。この結果、トランジスタの小型化ひ
いては、高速化が可能となり、加えて、第１の半導体を
ゲイトとしたＭＩＳ−ＦＥＴのみではなく、第２の半導
体をゲイトとしたＭＩＳ・ＦＥＴを同一基板に設けるこ
とができるため、ＩＣ−ＬＳＩとしてきわめて高密度化
が可能となつた。この時、本実施例では１０はマスク作
用がある必要がある。なぜならば、もしない場合はゲイ
ト１５の電極はｐ＋及びｎ＋の混合になつてしまうため
、初期の目的であるＭＩＳ−ＦＥＴのスレツシユホール
ド電圧を下げることができなくなるからである。もちろ
ん、第１、第２の半導体が同一導電型である場合は、こ
の限りでない。かくの如くにしてｎチャネルＭＩＳ−Ｆ
ＥＴが形成される。然る後、第１図Ｄに示すようにこれ
ら総てを酸化珪素膜１６で覆い、必要部分にコンタクト
用の穴あけ（例えば１７）をフオトマスク４で作り、更
に全面にアルミニウムを真空蒸着法で作製し第３の金属
リード１８をフオトマスク５で形成した。

このようにして、第１の半導体を主成分とする電極リー
ド５と電気的に接続するリード１８および、第２の半導
体を主成分とするリード１９と電気的に接続する金属リ
ードを作製した。かかる場合、１９はキャパシタになる
ため実質的にハイブリツト構造になつたことがわかる。
又、１６のオーバーコート用の酸化珪素を作る場合ナト
リウム等の汚染に強いようこれを窒化珪素被膜との多層
構造とし、これら半導体装置を構成する総ての信頼性の
向上に努めてもよい。かくの如くにした場合、プラスチ
ツクモールドのないいわゆるベアＩＣを作ることが可能
となる。勿論５００℃以下で窒化珪素膜を合成し、金属
アルミニユームのリード１８を含む第１図Ｄの上面総て
にこれを形成してもよい。第１図Ｄにおいては、ソース
またはドレインの電極・リード４，５は主成分がシリコ
ンよりなる第１の半導体であり、ソース１３、ドレイン
１４とは完全にオート接触をしている。

同時に、図面より明らかなように１〜５で示した５回の
フオトマスクで三層配線が可能となつた。又、半導体を
主成分とするリードはそのシート抵抗が必ずしも小さく
ないため、例えば相互接続用のリードなどは構成物の総
てがアルミニユームのような金属からできている第３の
リード１８を、配線材料として用いているため、実質的
に半導体を主成分とするリードのシート抵抗は何ら問題
とならなかつた。この実施例においては、二層目の配線
を構成する第２の半導体の電極またはリードは必ずしも
第一層目の配線を構成する第１の半導体の電極またはリ
ードとは独立ではなくキャパシタ１９により容量的には
結合している構成を有する。このように、本発明製法に
よる絶縁ゲイト型ＭＩＳ−ＦＥＴはソース、ドレインの
リードとソース、ドレインが完全にオーム接続であるた
め、従来から言われているソース、ドレインの電極はみ
かけ上または実質的にはなくなつてしまつている点であ
る。

以上の説明よりわかるように、本発明は単一の半導体装
置として用いるよりもむしろ複数個を組合わせた集積回
路又は複合集積回路とした方が優れている特徴を有する
ものである。

特に、本発明の特徴とする、半導体基板上のフイールド
絶縁物上に設けられた第１の半導体の電極またはリード
と、この電極またはリードまたはフイールド絶縁物を介
して設けられた第２の半導体の電極またはリードとが設
けられたこと、さらにそれらの第１、第２の電極または
リードがＭＩＳ−ＦＥＴの不純物領域またはゲイト電極
に連続していること等の点は、高密度集積回路を設ける
とききわめて有効であつて、工業上必要かくべからざる
ものと信じられる。

さらに本発明製法を利用することによりＭＩＳ型１Ｃの
作製の容易さ及び従来最も不良品の生じやすかつたソー
ス、またはドレインを構成する不純物領域の電極が除去
されたことは本発明方法の工業的価値を高めるものと信
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のＭＩＳ−ＦＥＴの作製方法を示した
ものであつて、ｎチャネルの場合を示している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体基板上に第１のマスクを用いて選択的にフィ
   ールド絶縁物を形成する工程と、該フィールド絶縁物上
   に半導体を主成分とするリードまたは電極を第２のマス
   クを用いて選択的に形成する工程と、該リードまたは電
   極上に層間絶縁物と、前記半導体基板上にゲイト絶縁物
   とを形成する工程と、前記層間絶縁物上に第３のマスク
   を用いて選択的にマスク作用のある半導体または金属の
   被膜と、前記ゲイト絶縁物上にゲイト電極とを同一材料
   にて同時に形成する工程と、不純物領域を前記半導体基
   板上部に形成する工程とを有することを特徴とする絶縁
   ゲイト型電界効果半導体装置の作製方法。