JPS60124972A - 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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JPS60124972A
JPS60124972A JP23386883A JP23386883A JPS60124972A JP S60124972 A JPS60124972 A JP S60124972A JP 23386883 A JP23386883 A JP 23386883A JP 23386883 A JP23386883 A JP 23386883A JP S60124972 A JPS60124972 A JP S60124972A
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JP
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film
oxide film
gate
forming
thin film
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JP23386883A
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Masataka Horai
正隆 宝来
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268

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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】 産業上の利用分野 本発明は半導体装置の製造方法とくに微細化MQS F
ETの製造方法に関するものである。
従来例の構成とその問題点 MOSLSIの集積度および動作速度の向上のため、M
OS FETの微細化が指向され電子ビーム露光技術な
どの導入により、実効チャネル長1μm程度のLSIが
実現されつつある。MOSFETのチャネル長の微細化
に伴い、ゲート酸化膜中へのホットエレクトロンの放出
およびしきい値電圧の低下現象が問題となる。従来一般
にMOSLSIのゲート材料として、不純物(例えばP
)を高濃度にドープした多結晶シリコン1が用いられて
きた(第1図)。またドレイン2の構造として第1図に
示すような。十拡散層を有する一層構造が用いられてき
た。3はシリコン基板、4はフィールド酸化膜、5はゲ
ート酸化膜である。
第1図に示す従来のMO3FETは、実効チャネル長2
.5μη1程度まではホットエレクトロンによる影響は
問題ではなかっだが、MO3LSIの微細化に伴い実効
チャネル長は2.5μm以下では、ドレイン2の電界が
微細化と共に極めて強くなり、しきい値電圧の経時変化
が相互コンダクタンスの劣化を引き起こすに至った。こ
のホットエレクトロン効果を緩和するには、ドレイン2
の近傍の電界を緩和する必要があり、このためLDD(
ライト・ドープト・トルイン)構造や2重拡散層構造が
提案されている。
第2図および第3図によってLDD構造を実現する製造
方法を説明する。捷ずシリコン基板3上に従来のL O
S OS 7’ロセスにょし、フィールド酸化膜4およ
びゲート酸化膜5を形成したのち、N+拡拡散多結晶シ
リコ脱膜6よびCV D S 102膜7を形成する(
第2図A)。
次にホトリンおよびエツチング技術を用いてゲート電極
部8を形成(第2図B)したのち、イオン注入によって
低濃度のP+を注入しN−拡散領域9を形成する(第2
図C)。
次にCvDSlo2膜1oを堆積(第2図D)したのち
、反応性イオンエツチング技術を用いてCV D S 
z 02膜10に縦方向異方性エツチングを施しゲート
電極部8の側面にCV D S 102によるサイドウ
オールスペーサ11を形成する(第2図E)。前記ゲー
ト部8およびサイドウオールスペーサ11をマスクとし
て高濃度As+をイオン注入しN++散領域12を形成
し、熱処理によってN−拡散領域13およびN+ 拡散
領域12を熱拡散させかつ不純物を活性化する(第2図
F)。
上記方法では、サイドウオールスペーサ11を形成する
ために複雑な工程を必要とし、特に反応性イオンエツチ
ング技術を用いているため、エツチングの終点を知るこ
とが困難である。またウェーハ内およびウェーハ間での
エツチングのバラツキが大きいため前記サイドウオール
スペーサ11の横方向の長さtにバラツキが生じ不安定
な工程である。また動作速度を向上させるためにより低
抵抗のゲート材料(例えば高融点金属のTi、Ta。
Mo、Wやそのシリサイド)を用いる場合ゲート部8の
厚みdは従来の多結晶シリコンゲート1の厚みより薄く
なることが予想される。前記サイドウオールスペーサ1
1の横方向長さtはゲート部80厚みd[対してt T
h O,6dの関係がある。このためdが薄くなるとl
も比例して短くなるためN−拡散領域13は小さくなり
ホットエレクトロン効果をより受けやすくなる。
次にLDD構造を実現するだめの第2の従来例を第3図
によって説明する。上記方法と同様にしてノリコン基板
3上にフィールド部4.ゲート酸化膜5および高濃度に
不純物を拡散した多結晶シリコンゲート1を形成する(
第3図A)。次に低濃度P+イオン15をイオン注入し
てN−拡散領域9を形成する(第3図B)。次に02お
よびH2雰囲気中または水蒸気雰囲気中で上記基板を酸
化する。この場合高ドープ多結晶シリコン1は基板シリ
コン3より酸化速度は大きく5〜6倍であシゲート側壁
部16が約0.2μtriになるように酸化する(第3
図C)。
次に高濃度As+イオン17をイオン注入してN++散
領域12を形成したのち熱処理を施してN++散領域1
2およびN−拡散領域13を熱拡散させると共に活性化
する(第3図D)。
上記方法は高濃度ドープ多結晶シリコン1の酸化速度が
基板シリコンより大きいことを利用しており、MOS 
FETの高速化のためにゲー1−41料をより低抵抗の
高融点金属(例えばTi、Ta、MO。
W)やそのシリサイドを用いる場合上配力法は使用でき
ない。
発明の目的 そこで本発明は従来のような多結晶シリコンゲートおよ
びN+一層のドレイン構造を有するM O5FETで微
細化を図る際に障害となるホ、7トエレクトロン効果を
防ぎ、サイドウオールスペーサーによるLDD構造形成
方法の経済性およびプロセス上の安定性の欠点を克服し
、また多結晶シリコンゲートを酸化することによってL
DD構造を形成する方法の高速化を図る際の障害を克服
する方法を提供することを目的とする。
発明の構成 本発明は半導体基板上に絶縁分離形成およびフィールド
部形成後ゲート酸化膜を形成し、高融点金Fj4膜、 
(例エバT1.i 、”Ta 、MO,W’) ’):
 タハソcDシ’)サイド膜と高濃度の不純物を含んだ
多結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜との2
層からなるゲートを形成し、これをマスクとして低濃度
戸イオンを注入してN−拡散領域形成後、上記多結晶シ
リコン膜またはアモルファスシリコンiを熱酸化してゲ
ート側壁部を形成し、これをマスクとして高濃度へ8+
イオン注入でN+拡散領域を形成したのち熱処理によっ
て上記2層の拡散層を活性化することで、!、DD構造
を有するMO8FETを形成する方法を提供するもので
ある。本発明者は上記方法により、LDD構造を有する
低抵抗ゲートMO8LSI を安定でしかも制御性よく
形成できることを見い出した。
実施例の説明 本発明の実施例を第4図を用いて詳細に説明する。実施
例としてP型シリコン基板でnチャネルMO3FETを
形成する場合について説明する。
半導体基板3上にLOCO8法によって約0.6□7.
のフィールド領域4および約25鳩のゲート酸化膜5を
形成した後、CVD法によシ約0.1μ?ILのTi(
チタン)膜18を被着し、次に減圧CVD法によシ約0
.2μmの多結晶シリコン膜16を形成した後、前記多
結晶シリコン膜19中に950℃。
PoCt3雰囲気中でリンを拡散させ不純物濃度を約8
×1o crn とする(第4図A)。次にホトリソ技
術およびドライエツチング技術を用いて多結晶シリコン
膜19.Ti膜18およびゲート酸化膜603層膜から
なるゲート部8をゲート長約1.2μmで形成する(第
4図)。
次にイオン注入技術を用いてエネルギー約80KeVで
注入量が約1.0X10 cm でP イオン16を注
入することでN−拡散領域9を形成する(第4図C)。
次に850℃で02およびへ雰囲気中で上記半導体゛基
板を酸化しN−拡散領域9上に約60nmの酸化膜20
を形成する。この時多結晶シリコン膜19aは同時に酸
化されしかもN−拡散領域9上の酸化膜20に対して約
6倍の厚みの酸化膜21が成長する。すなわちtlすt
2さQ、35μη?でありこのためグー)Ti膜18a
の両端の側面部23の上には約t1×−Σo、21μt
rrのひさし部22が成形される(第4図D)。
次に前記ひさし部22を有する多結晶シリコン酸化膜2
1をマスクとして、イオン注入技術を用いてエネルギー
約80KeVで注入量約4.OX1015m のAs 
イオン17を注入することでN+拡散領域12を形成す
る(第4図F)。
次に約900℃でN2雰囲気中で約30分間の熱処理を
施こしてN〜拡散領域13およびN+拡散領域12を熱
拡散させると共に不純物の活性化を行なう。次に酸化膜
2oおよび多結晶/リコン酸化膜21と多結晶シリコン
19bを除去したのちCV D S z 02膜24を
形成し、ホトエッチ技術を用いてコンタクトホール26
およびアルミ配m26を形成する(第4図F)。
上記方法ではひさし部22を形成するために高濃度にP
をドープした多結晶シリコンの熱酸化を利用したが、多
結晶シリコンの換りにアモルファスシリコンを用いても
良い。しかもひさし部22の長さは酸化膜21の膜厚t
1よt2で決定され、再現性は熱酸化であるため極めて
秀れており、またウェーハ内およびウェーハ間でのバラ
ツキもほとんどなく制御性は極めて良い。また上記方法
はゲート材料にほとんど依存することなくまプζゲート
の厚さにも影響を受けることがないため広範囲のゲート
材料に適用町名である。
第2の実施例としてグー11料にポリサイドを用いた場
合を第6図を用いて説明する。第1の実施例と同様にし
て半導体基板3上にフィールド領域4.ゲート酸化膜5
を形成後、約0.1μ7+1の多結晶シリコン膜19c
bよびTi シリサイド(T I S 12 )膜18
bを約0.1μ?+1の2層からなるゲート部8をホト
リンおよびドライエツチング技術を用いて形成する。上
記ゲート部8をマスクとして第1の実施例と同一条件で
p”イオ715を注入しN−拡散領域9を形成する(第
5図A)。
次に第1の実施例と同様に850℃で02.H2雰囲気
中で」二記半導体基板3を酸化することで約0.35n
mの側壁部22bを形成する(第5図B)。
上記側壁部22bを有するゲート部8をマスクとして第
1の実施例と同一の条件でAs+イオン17を注入し、
炉拡散領域12を形成し熱処理によって不純物を活性化
する(第5図C)ことで第1の実施例と同様のLDD構
造を形成することができた。
第3の実施例として、第4図Bに示したようにゲート部
8を形成したのち、熱濃硫酸および過酸化水素水混合液
に第4図Bに示す半導体基板を浸すことにより、Tl膜
18aはその両端部が浸食されて第6図に示すようにサ
イドエッチ部26ができる。このような構造を有する半
導体基板を第1の実施例と同様に熱酸することで多結晶
シリコン膜19bの横方向への酸化膜の成長は促進され
より制御性が増すことを見い出した。
発明の効果 以上のように本発明によれば自己整合的にLDD構造の
ドレインを形成することが可能であり、また側壁部とし
て熱酸化膜を用いているため、側壁部のウェーハ内およ
びウェーッ・間での寸法バラツキはほとんどなく極めて
安定で均一な制御性が得られる。しかも本発明によれば
ほとんどゲート材料やその厚みに依存することな(LD
D構造のドレインが形成できるため、微細でかつ高速の
MOS FETに適用でき、捷だ工程も単純であるため
経済性」二も秀れているため、今後の半導体集積回路に
重用な価値を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のMOSFETの断面図、第2図(A)〜
(F)は従来のサイドウオール法によるLDD構造ドレ
インの形成のだめの工程断面図、第3図(A)〜(DM
従来の多結晶シリコンゲートの酸化によるLDD構造ド
レイン形成のだめの工程断面図、第4図(へ〜(F)、
第6図tAI−(Cl−、第6図は本発明の実施例にか
かわるLDD構造形成のだめの工程断面図である0 3・・・・半導体基板、4・・・・フィールド・・・・
ゲート酸化膜、8・・・・・ゲート、9・・・・・・N
−拡散領域、12・・・・・・N+拡散領域、13・・
・・・活性イヒしたN−拡散領域、18b・・・・・・
高融点金属ゲート。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ?175・1
名23 第 ryA 第4図 第5図 9/3

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上にゲート電極形成用薄膜と被酸化性
    マスク形成用薄膜との2層からなる薄膜を形成する工程
    と、前記2層薄膜を選択除去しゲート電極を形成する工
    程と、前記ゲート電極を介して第1のイオン注入する工
    程と、前記被酸化性マスク形成用薄膜を酸化して第2の
    イオン注入用マスクを形成する工程と、前記マスクを介
    して第2のイオン注入をする工程とを含む半導体装置の
    製造方法。
  2. (2) ゲート電極形成用薄膜として、高融点金属ある
    いは高融点金属ソリサイドを用いることを特徴とするI
    Fir+請求の範囲第1項に記載の半導体装置の製造方
    法。
  3. (3) 被酸化性マスク形成用薄膜として、不純物を高
    濃度に含んだ多結晶シリコンあるいはアモルファスシリ
    コンを用いることを特徴とする特許請求め範囲第1項に
    記載の半導体装置の製造方法。
  4. (4)第1のイオン注入は低ドーズ量で行ない、第2の
    イオン注入は高ドーズ量で行なうことを特徴とする特許
    請求の範囲第1号に記載の半導体装置の製造方法。
JP23386883A 1983-12-12 1983-12-12 半導体装置の製造方法 Pending JPS60124972A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6230378A (ja) * 1985-07-31 1987-02-09 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
JPS6344767A (ja) * 1986-08-12 1988-02-25 Mitsubishi Electric Corp 電界効果型トランジスタ及びその製造方法
JPS6344768A (ja) * 1986-08-12 1988-02-25 Mitsubishi Electric Corp 電界効果型トランジスタ及びその製造方法
JPS63164368A (ja) * 1986-12-26 1988-07-07 Nec Corp 絶縁ゲ−ト型半導体装置

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