JPS596073B2 - ゼツエンゲ−トガタデンカイコウカトランジスタノ セイゾウホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、製造工程を簡略化した絶縁ゲート形電界効果
トランジスタの製造方法に関するものである。

絶縁ゲート形電界効果トランジスタは、半導体基板上に
ゲート絶縁膜を形成し、この上に被着したゲート電極に
より、半導体表面の導電度を制御するトランジスタで、
一般的には、半導体基板として、シリコン・ゲート絶縁
膜として、シリコン基板を熱酸化して得られる二酸シリ
コン・ゲート電極としてアルミニウムが多用されている
。

ゲート電極として、モリブデン、タングステン等の高融
点金属、シリコンなどを使用すれば、ゲート電極をマス
クとしてゲート絶縁膜のパターニング及びソース・ドレ
イン拡散が行える結果、いわゆるゲートとソース・ドレ
イン領域の自己位置合せ（アルファライン）ができ、小
形のトランジスタが製作できるので、最近の高密度集積
回路では、シリフンゲートトランジスタが用いられる傾
向にある。トランジスタの小形化のためには、別の方策
も考えられており、一つの解決法は、ソース・ドレイン
の拡散深さを小さくして、ゲート下への横方向拡散を抑
制し、ショートチャンネルとするものである。

このショートチャンネル、シリコンゲート、トランジス
タの製造工程を図面により説明すると、第１図はこのト
ランジスタの断面図であつて、１はＰ型シリコン基板、
２は二酸化シリコンのフィールド絶縁膜、３は薄い二酸
化シリコンのゲート絶縁膜、４は多結晶シリコンのゲー
ト電極、５は燐シリケートガラス（ＰＳＧ）膜、６はノ
ース領域、１はドレイン領域である。

このトランジスタの製造工程は次の通りである。

（ハ Ｐ型シリコン基板１を用意し、熱酸化で厚い二酸
化シリコンのフィールド絶縁膜２を全面に、生成する。
（２）トランジスタを形成すべき表面領域にて絶縁膜２
をフォトエッチングにより選択除去し、再酸化により、
およそ１０００λの厚さの二酸化シリコンを生成してゲ
ート絶縁膜３とする。

（３）気相成長法を適用して、多結晶シリコンを全面に
生成する。シリコンのソースは通常はモノシラン（Ｓｉ
Ｈ４）である。フォトエッチングにより、多結晶シリコ
ンを選択除去し、ゲート電極４を形成する。この際ゲー
ト絶縁膜３はエッチングせずに残しておく。）− （４）フオトレジストを塗布し、電極コンタクトを形成
すべき部分にてレジストを除去し、ゲート絶縁膜に開口
９を設ける。

（５）表面に拡散すべき不純物としての燐を含んだＰＳ
Ｇ膜５を気相成長法により被着する。

燐のソースはフオスフイン（ＰＨ３）であり、シリコン
のソースはＳｉＨ４で酸素雰囲気中で反応させることに
よりＰＳＧが生成する。後述するが、このＰＳＧは次工
程で軟化溶融させるため、燐濃度は比較的高く選ぶ。Ｐ
Ｈ３の流量と（ＰＨ３の流量＋ＳｉＨ４の流量）の比が
２０〜３０％であるようにする。（６）ンース・ドレイ
ン領域の形成のため加熱処理を施す。

シリコン基板に直接ＰＳＧが付着しているコンタクト部
では、比較的深く拡散されるが、ゲート近傍にはゲート
絶縁膜を残してあるので、上層にあるＰＳＧと反応が進
んでシリコン表面に達するまでシリコンへの拡散を生ぜ
ず従つて、比較的浅いソース領域６ａとドレイン領域７
ａが形成できる。このような拡散はメルト・スルー方式
と称されている。（７）フオトエツチングを適用して、
開口９内のＰＳＧ５を除去し、電極コンタクト窓１０を
設ける。

（８）窓１０の断面をなめらかにして電極配線の断線を
防止するため、およそ１１００℃で所定時間アニールを
施し、ＰＳＧ５を軟化溶融させると、ＰＳＧ５の表面は
なめらかとなり、かつ窓１０ではその角がとれてなめら
かとなる。

この結果を第２図に示す。上記の製造工程をみると、工
程数が多く、小形で高性能のトランジスタを得るには長
時間を要し、生産性が悪い。

また開口９内に窓１０を位置合せしなければならず、又
上記の工程（８）で、熱処理が入ると先に浅くソース・
ドレインの浅い拡散領域６ａ，７ａが再拡散してその深
さを広げるので、より一層のシヨートチャンネル化の障
害となる。本発明は、かかる欠点に鑑みて、製造工程の
簡略化された絶縁ゲート形電界効果トランジスタの製造
方法を提供することを目的とするものである。また本発
明は、ソース・ドレインの拡散と同時にコンタクト窓に
傾斜を付すことのできるトランジスタの製造方法を提供
せんとするものである。更に、本発明はソース・ドレイ
ンの形成後に高温度の熱処理が入らず、従つてより一層
のシヨートチヤンネル化が図れるトランジスタの製造方
法を提供せんとするものである。この目的のため、本発
明では、ゲート絶縁膜を備える半導体基板のソース・ド
レイン領域を形成すべき半導体表面を露出した後、不純
物を含む絶縁膜を付着し、該ソース・ドレイン領域内の
電極コンタクト部を露出すべく該絶縁膜に開口を設けこ
の後、ソース・ドレインを形成する不純物と同じ導電型
の不純物をイオン注入し、次いで非酸化性雰囲気中での
加熱処理により、該絶縁膜中の不純物を拡散して、ソー
ス・ドレイン領域を形成すると共に、該絶縁膜を軟化し
て、該開口の断面をなめらかに傾斜させ、次いで、該開
口に電極コンタクトを設ける工程が含まれることを特徴
とする絶縁ゲート形電界効果トランジスタの製造方法と
するものである。

以下図面を参照して本発明を詳細に説明しよう。第３図
乃至第６図は本発明実施例になるシリコンゲート形電界
効果トランジスタの製造過程を示す断面図である。

第３図 （１） Ｐ型シリコン基板１１を用意し、表面に熱酸化
で厚いフイールド酸化膜１２を生成する。

（２） トランジスタを形成すべき表面領域にて絶縁膜
１２をフオトエツチングにより選択除去し、１１００℃
、５０分の加熱処理を乾燥酸素雰囲気中にて施せば、厚
さ１０００λの二酸化シリコンが生成し、これをゲート
絶縁膜１３とする。（３）気相成長法を適用して、多結
晶シリコンを、５０００λの厚さで全面に生成する。気
相成長は０．２Ｔ０ｒｒ以下の減圧系で行えば、多数枚
の基板に均一な膜厚で成長を行える。フオトエツチング
により多結晶シリコンを選択除去し、ゲート電極１４を
形成する。

この際ゲート絶縁膜１３はエツチングしない。（４）フ
オトレジストを塗布し、電極コンタクトを形成すべき部
分にてレジストを除去し、エツチングしてゲート絶縁膜
に開口１９を施ける。

第４図（５）表面に拡散すべき不純としての燐を含んだ
ＰＳＧ膜１５を気相成長法により１μの厚さに被着する
。

燐濃度は前記のパーセント表示で、３０％のものを生成
した。フオトエツチングを適用して、開口１９内に電極
コンタクト窓２０を設ける。

第５図 （６）イオン注入法を適用して燐イオンを１５０ｋｅＶ
・１０１５ｃｒ１ｉのドーズ量にて打込む。

この場合、ピーク濃度位置はシリコン表面より、１９０
０λの位置にある。この注入条件では、次の拡散条件で
は、表面濃度１０２０ｃｍ−３に達するものである。尚
注入層は２１で示す。第６図（７）非酸化性の乾燥窒素
雰囲気中で１１００℃、１０分の加熱処理を施す。

酸化膜１３によつて拡散の制限された浅いソース領域１
６ａ、ドレイン領域１７ａの深さは０．５μであるが、
他のソース領域１６、ドレイン領域１７はおよそ２μの
深さとなる。この加熱処理で、ＰＳＧｌ５は軟化、溶融
するから表面はなめらかとなると共に、窓２０の角部も
とれてゆるやかとなる。

また加熱雰囲気は非酸化性雰囲気であるから窓２０内で
露出しているシリコン表面は酸化されず、且つ表面不純
物濃度は上記の通り１０２れｃｍ−３に達するものでこ
こに直接アルミニウム等の電極材料を被着し必要あれば
アニールを施せば良好なオーミツクコンタクトが形成で
きる。上記の工程において、イオン注入工程を省き、拡
散処理を通常のガス拡散を用いれば、上記と同じ接合形
状が実現されるが、この場合、窓２０内のシリコン表面
は酸化され、従つてコンタクト窓あけには再度のエツチ
ングが必要となる。

高密度の集積回路ではコンタクト窓内に更に窓あけをす
るのは技術的に極めて困難であり、従つて全面エツチン
グを適用するが、このときＰＳＧも極めて早くエツチン
グされるので安定な特性のトランジスタを得る上で好ま
しくない。さて、上記の工程を振返つてみると本発明の
工程ではイオン注入装置を必要とするが、この装置は現
在では各種半導体デバイスの製造に用いられており、特
種のものである必要はないものであつて、第１図及び第
２図に関連して説明した工程（８）は完全に不要となつ
ており、工程（７）におけるような高度の位置合せ操作
も不要となつている。即ち第１図の窓１０を設けるため
には窓１０は開口９内に位置させる必要があり、窓１０
が開口９にまたがるときは、浅い拡散領域６ａ，７ａ上
に電極材料であるアルミニウムが付着することになり、
このアルミニウムはシリコンと容易に反応して、シリコ
ン内にアルミニウムが侵入してゆき、浅い接合を破壊す
る危険がある。これに対して上記の本発明においては、
窓２０が開口１９にまたがるとしても、ＰＳＧのエツチ
ングプレートは熱酸化膜に比べて約１０倍に調製できる
から、実質的に酸化膜１３のエツチングを防げるもので
あり、仮りに酸化膜１３がエツチングされたとしても、
該部にはイオン注入が施されて深い位置に接合が形成さ
れ、且つ浅い領域１６ａ，１７ａの長さが変るだけで特
性上は何等さしつかえない。一層簡略化された製造法を
次に示す。

第７図は、この製造方法を示す断面図で、最も基礎的な
シリコンゲート、トランジスタの製造方法である。

（１） Ｐ型シリコン基板２２を用意し、表面に熱酸化
で厚いフイールド酸化膜２３を生成する。

（２） トランジスタを形成すべき表面領域にて絶縁膜
２３をフオトエツチングにより選択除去し、１１００℃
、５０分の加熱処理を乾燥酸素雰囲気中にて施せば厚さ
１０００λの二酸化シリコンが生成し、これをゲート絶
縁膜２４とする。（３）気相成長法を適用して多結晶シ
リコンを５０００λの厚さで全面に生成する。フオトエ
ツチングにより多結晶シリコンを選択除去し、ゲート電
極２５を形成する。

続いて多結晶シリコンのゲート２５をマスクとして弗酸
系エツチング液で露出しているゲート絶縁膜２４を全て
除去する。（４）気相成長法によりＰＳＧ膜２６を１μ
の厚さに被着する。

燐濃度は前記のパーセント表示で３０％のものを生成し
た。フオトエツチングを適用して、電極コンタクト窓２
７をＰＳＧ膜２６に設ける。

（５）以後、第５図の工程（６）、第６図（７）を施せ
ば第６図と同様のシヨートチヤンネルＭＯＳトランジス
タが製作でき、この方法では一層製造工程が簡略化され
ていることは明らかである。

上記の如く、本発明では、ソース・ドレイン拡散に先立
ち、ソース・ドレインのコンタクト窓あけを行ない、該
部にイオン注入を施した後、非酸化性雰囲気中で拡散処
理と共に固体一固体拡散に用いた絶縁膜を軟化溶融せし
めるようにしたのでコンタクト窓の角がゆるやかとなり
、且つ表面は平担となるので電極配線の断線は生ぜずク
ロスオーバー個所での断線障害も発生しないで、シヨー
トチヤンネルトランジスタを簡略化された工程で製作で
きる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来のシリコンゲート形ＭＯＳトラ
ンジスタの製造過程を示すシリコン基板の各断面図、第
３図乃至第６図は本発明の一実施例になるトランジスタ
の製造過程を示すシリコン基板の各断面図、第７図は他
の実施例になるトランジスタの製造過程を示すシリコン
基板の断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ゲート絶縁膜を備える半導体基板のソース・ドレイ
   ン領域を形成すべき半導体表面を露出した後不純物を含
   む絶縁膜を付着し、該ソース・ドレイン領域内の電極コ
   ンタクト部を露出すべく、該絶縁膜に開口を設けこの後
   、ソース・ドレインを形成する不純物と同じ導電型の不
   純物をイオン注入し、次いで非酸化性雰囲気中での加熱
   処理により該絶縁膜中の不純物を拡散して、ソース・ド
   レイン領域を形成すると共に、該絶縁膜を軟化して該開
   口の断面をなめらかに傾斜させ、次いで該開口に電極コ
   ンタクトを設ける工程が含まれることを特徴とする絶縁
   ゲート形電界効果トランジスタの製造方法。