JPS61224459A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPS61224459A
JPS61224459A JP60065428A JP6542885A JPS61224459A JP S61224459 A JPS61224459 A JP S61224459A JP 60065428 A JP60065428 A JP 60065428A JP 6542885 A JP6542885 A JP 6542885A JP S61224459 A JPS61224459 A JP S61224459A
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oxidation
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Riichiro Aoki
利一郎 青木
Katsuya Okumura
勝弥 奥村
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置およびその製造方法に係り、特にＬ
　Ｄ　Ｄ　（１ｊｏｈｔｌｙ　ｎｏｄｅｄ　Ｄｒａｉｎ
　）構造を有するＭＯＳトランジスタおよびその製造方
法に関する。
（発明の技術的背景とその問題点〕 周知のＮチャンネルＭＯＳトランジスタを第３図に示す
。このＭＯＳトランジスタは次のように製造される。ま
ずＰ−型のシリコン基板１上に熱酸化膜４を形成した後
、しきい値電圧のショートチャネル効果抑制のため、例
えばホウ素（Ｂ）をシリコン基板１にイオン注入してチ
ャネル領域２を形成する。次に熱酸化膜４上にゲート電
極３を形成した後、このゲート電極３をマスクとして熱
酸化膜４を選択的にエツチング除去してゲート酸化膜４
を形成する。次にこのゲート電極３をマスクとしてシリ
コン基板１に、例えばヒ素（ＡＳ）をイオン注入してＮ
＋型のソース領域５、ドレイン領域６を形成する。
しかしながら、このようにして製造されたＮチＶネルＭ
ｏＳトランジスタを動作させると、ドレイン領域６近傍
に電界が集中して、正孔−電子対が発生するため基板電
流が増大し、電子がゲート電極に注入し、このトランジ
スタの特性が劣化するという問題があった。
このことを防止するため、第４図に示すように、ゲート
電極近傍に低濃度のソース領域７、ドレイン領域８を設
けたＬＤＤ構造のＭＯＳトランジスタが提案されている
。ごれらソース領域７、ドレイン領域８の不純物濃度が
ソース領域５、ドレイン領域６より低いため、ドレイン
領域６近傍での電界集中を緩和することができる。
かかるＬＤＤ構造のＭＯＳトランジスタは、従来第５図
に示すようにして製造される。まずシリコン基板１上に
ゲート酸化膜４とゲート電極を形成した後、このゲート
電極をマスクとしてシリコン基板１に例えばリン（Ｐ）
やヒ素（ＡＳ）を低濃度イオン注入する（第５図（ａ）
）。次に酸化してソース領域７、ドレイン領域８を形成
し、ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により酸化膜９を約３０００Ａ
の厚さ形°成する（第３図（ｂ））。次にこの酸化膜９
を反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）法により異方性エ
ツチングし、ゲート電極３の側壁部に酸化膜９のスペー
サ１０を形成する（第５図（Ｃ））。次にこのゲート電
極４とスペーサ１０をマスクとして高濃度の例えばヒ素
（Ａｓ）をイオン注゛入し、高濃度のソース領域５、ド
レイン領域６を形成する（第５図（Ｄ））。
このような従来の方法ではスペーサ１０を精度よく形成
することができない。すなわち、スペーサ１０を作るた
めのＣＶＤ酸化膜９の形成は、通常、常圧下で、４００
〜５００℃でおこなわれる。
このたＣＶＤ酸化膜９のステップカバレッジが悪く、ゲ
ート電極３の側壁部上の酸化膜９の厚さが、　　　　　
まゲート電極３上面上の酸化１１９の厚さよりも薄くな
る。またＣＶＤ酸化膜９の膜厚が均一でない上に、反応
性イオンエツチングによりエツチングされるエツチング
鐙も均一ではない。このため、スペーサ９の幅を精度よ
く製造することが極めて困難である。したがって低濃度
のソース領域７、ドレイン領域８の幅ΔＷを制御するこ
とが困難であり、製造されるＭＯＳトランジスタの特性
に大ぎなバラツキがあった。
（発明の目的） 本発明は上記事情を考慮してなされたもので、特性にバ
ラツキの少ないＬＤＤ構造のＭＯＳトランジスタとその
製造方法を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために本発明による半導体装置は、
半導体基板と、この半導体基板上に形成されゲート絶縁
膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
このゲート電極上に形成された耐酸化膜と、前記ゲート
電極の壁側に形成された第１の酸化膜と、前記半導体基
板上に形成された第２の酸化膜と、前記第１の酸化膜下
の前記半導体基板中に形成された低濃度不純物領域と、
前記第２の酸化腰下の前記半導体基板中に形成され、前
記低濃度不純物領域に接する不純物領域とを備えたこと
を特徴とする。
また本発明による半導体装置の製造方法は、半導体基板
上に絶縁膜を形成する第１の工程と、この絶縁膜上に導
電性膜を形成する第２の工程と、この導電性膜上に耐酸
化膜を形成する第３の工程と、これら絶縁膜と導電性膜
と耐酸化膜の一部をエツチング除去して、ゲート絶縁膜
とゲート電極を形成する第４の工程と、前記ゲート電極
をマスクとして不純物を低濃度イオン注入して前記半導
体基板中に低濃度不純物領域を形成する第５の工程と、
熱酸化して前記ゲート電極の側壁と前記半導体基板上に
酸化膜を形成する第６の工程と、前記ゲート電極および
前記側壁に形成された酸化膜をマスクとして不純物を高
濃度イオン注入して前記半導体基板中に高濃度不純物領
域を形成する第７の工程とを有することを特徴する。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例による半導体装置を第１図に示す。Ｐ
−型のシリコン基板１１上の素子領域を分離するためフ
ィールド酸化膜１２が設けられている。この素子領域内
にはゲート酸化ＷＡ１６を介してゲート電極１５が形成
されている。このゲート電極１５上には耐酸化性でかつ
導電性の窒化チタン（ＴｉＮ）膜１６が形成されている
。ゲート電極１５上の窒化チタン膜１６以外部分、すな
わち、ゲート電極１５の側壁部分およびシリコン基板１
１表面には熱酸化膜２４．２５が形成されている。ゲー
ト電極１５の側壁上の熱酸化膜２４下のシリコン基板１
１中にはＮ”型の低濃度不純物領域１８．１９が形成さ
れ、熱酸化膜２５下にはＮ＋型の高濃度不純物領域２０
．２１が形成されている。低濃度不純物領域１８と高濃
度不純物領域２０でソース領域２２が形成され、低濃度
不純物領域１９と高濃度不純物領域２１でドレイン領域
２３が形成されている。フィールド酸化１１１２、熱酸
化膜２４、窒化チタン膜１６上に絶縁膜２６が形成され
、ソース領域２２、ドレイン領域２３上の一部にコンタ
クトホールが形成され、アルミニウムーシリコン合金か
らなる配線層２７が形成されている。最上層には全面に
保護膜２８が形成されている。
次に本実施例による半導体装置の製造方法を第２図を用
いて説明する。まずシリコン基板１１上に厚さ約１．０
μのフィード酸化膜１２とともに、厚さ約３００Ａの酸
化１１１３を形成する。つづいてしきい値電圧の制御の
ため、ホウ素（Ｂ）を加速電圧３０ＫｅＶ、ドースｆｆ
ｉ　２　Ｘ　１０１１ｃｒｓ−２の条件でシリコン基板
１１にイオン注入する（第２図（ａ））。次にシリコン
基板１１全面に、ρ５＝３０Ω／Ｄ、厚さ４０００人の
ポリシリコン膜を堆積する。このポリシリコン膜上全面
に、窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスを用いた反応性
スタッタリング法により、厚さ１０００人の窒化チタン
（ＴｉＮ）膜を形成する。次にパターニングされたレジ
スト膜１４をマスクとし、窒化チタン膜、ポリシリコン
膜、酸化膜１３を反応性イオンエツチング法によりエツ
チングし、長さ１．５μｍの窒化チタン膜１７、ゲート
電極１５、ゲート酸化膜１６を形成する（第２図（ｂ）
）。次にレジスト膜１４を除去し、ゲート電極１５をマ
スクとして、リン（Ｐ）を加速電圧４０ＫｅＶ、ドーズ
吊１×１０１３ＣＩ１１−２の条件でイオン注入し、続
いて乾燥酸素雰囲気中で熱処理をおこない。これにより
Ｎ−型の低濃度不純物領域１８．１９が形成されるとと
もに、シリコン基板１１の露出した部分及びゲート電極
１５の側壁部に膜厚５００へのシリコン酸化膜２４．２
５が形成される。このときゲート電極１５の上面は、耐
酸化膜である窒化チタン膜１７により被覆されているた
め酸化されない（第４図（Ｃ））。次にゲート電極１５
とシリコン酸化膜２４をマスクとして、ヒ素（Ａｓ）を
加速電圧６０ＫｅＶ、ドーズ量５　Ｘ　１．　Ｏ１５ａ
ｓ（１）条件でシリコン基板１１にイオン注入した後、
窒素雰囲気中で９００℃で熱処理する。すると、ρＳ　
−５００／Ｄ、深さ０．２μ風のＮ　型の高濃度不純物
領域２０．２１が形成される。この結果、高濃度不純物
領域２０．２１が低濃度不純物領域１８．１９に隣接し
て形成されたＬＤＤ構造が得られ（第２図（ｄ））、そ
の後、絶縁膜２６を形成し、この絶縁膜２６と熱酸化膜
２５にコンタクトホールを形成し、アルミニウムーシリ
コン合金からなる配線層２７を形成する。そして最後に
全面に保護１１２８を形成する（第２図（ｅ））。
このように本実施例では、ゲート電・極１５の側壁部に
形成されたシリコン酸化膜２４をスペーサとして用いて
いる。このシリコン酸化膜２４は熱酸化膜により形成で
きるため、スペーサの膜厚を精密に制御することができ
る。また酸化膜の膜厚はウェーハ面内で均一性が非常に
すぐれているため製造されるＭＯＳトランジスタの特性
のバラツキが少ない。またスペーサを形成するための製
造工程は、一度の熱酸化工程という極めて簡単な工程だ
けでよく、従来の製造方法に比べ極めて簡略化できる。
さらに窒化チタンのバルクは、抵抗率２２〜２３μΩ−
１であり、通常のスパッタリング法で形成されて膜厚１
０００Ａの窒化チタン膜１７の場合、抵抗率１００μΩ
−１の導電性を有している。したがってゲート電極１５
と配線層とのコンタクトをとる場合でも、この窒化チタ
ン膜１７を除去する必要がないという利点がある。
なお、上記実施例ではポリシリコン膜のゲート電極に窒
化チタン膜を直接被膜形成したが、ポリシリコン膜上に
、チタン（Ｔ　ｉ　）　、タングステン（Ｗ）等の金属
の膜またはこれら金属のシリサイド化合物（Ｔ　ｉ　Ｓ
　ｉ　　　Ｗ　Ｓ　ｉ　２等）の膜を形成した後、窒化
チタン膜を形成してもよい。ゲート電極の抵抗率が下が
り高速動作可能である。
また窒化チタン膜を、窒化チタン合金をターゲット材料
として通常のスパッタリング法で形成してもよい。
さらに上記実施例の窒化チタン膜の代わりに、耐酸化性
でかつ導電性を有する窒化タングステン、窒化タンタル
等を用いてもよい。また、耐酸化性のみ有する材料、例
えば、窒化シリコン、酸化タンタル等を用いてもよい。
この場合は、熱処理後、この膜を除去すφ工程が必要で
ある。
なお、ＮチャンネルのＭＯＳトランジスタにも本発明を
適用することができる。
〔発明の効果〕
以上の通り本発明によれば、極めて簡単な工程で、均一
な厚さのスペーサを形成できるため、製造されたＬＤＤ
ｉｌｌ造のＭＯＳトランジスタの特性のバラツキが少な
く、結果的にこれらトランジスタを用いた回路のドライ
ブ能力が向上する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例による半導体装置の断面図、
第２図は同半導体装置の製造方法を示す工程図、第３図
は従来のＭＯＳトランジスタの断面図、第４図はしＤＤ
構造のＭＯＳトランジスターの断面図、第５図はＬＤＤ
構造のＭＯＳトランジスタの従来の製造方法を示す工程
図である。 １１・・・シリコン基板、１２・・・フィールド酸化膜
、１３・・・酸化膜、１４・・・レジスト膜、１５・・
・ゲート電極、１６・・・ゲート絶縁膜、１７・・・窒
化チタン膜、１８．１９−・・低濃度不純物領域、２０
．２１・・・高濃度不純物□領域、２２・・・ソース領
域、２３・・・ドレイン領域、２４．２５・・・熱酸化
膜、２６・・・絶縁膜、２７・・・配線層、２８・・・
保護膜。 出願人代理人　　猪　　股　　　　溝 第２図 第２図 第３図 ス 第４図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板と、 この半導体基板上に形成されゲート絶縁膜と、このゲー
    ト絶縁膜上に形成されたゲート電極と、このゲート電極
    上に形成された耐酸化膜と、前記ゲート電極の壁側に形
    成された第１の酸化膜と、 前記半導体基板上に形成された第２の酸化膜と、前記第
    １の酸化膜下の前記半導体基板中に形成された低濃度不
    純物領域と、 前記第２の酸化膜下の前記半導体基板中に形成され、前
    記低濃度不純物領域に接する不純物領域と を備えたことを特徴とする半導体装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記耐
    酸化膜は導電性を有していることを特徴とする半導体装
    置。 ３、特許請求の範囲第２項記載の装置において、前記耐
    酸化膜は窒化チタン膜であることを特徴とする半導体装
    置。 ４、半導体基板上に絶縁膜を形成する第１の工程と、 この絶縁膜上に導電性膜を形成する第２の工程と、 この導電性膜上に耐酸化膜を形成する第３の工程と、 これら背絶縁膜と導電性膜と耐酸化膜の一部をエッチン
    グ除去して、ゲート絶縁膜とゲート電極を形成する第４
    の工程と、 前記ゲート電極をマスクとして不純物を低濃度イオン注
    入して前記半導体基板中に低濃度不純物領域を形成する
    第５の工程と、 熱酸化して前記ゲート電極の側壁と前記半導体基板上に
    酸化膜を形成する第６の工程と、 前記ゲート電極および前記側壁に形成された酸化膜をマ
    スクとして不純物を高濃度イオン注入して前記半導体基
    板中に高濃度不純物領域を形成する第７の工程と を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 ５、特許請求の範囲第４項記載の方法において、前記第
    ６の工程より後、前記ゲート電極上の前記耐酸化膜を除
    去する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造
    方法。 ６、特許請求の範囲第４項記載の方法において、前記耐
    酸化膜は導電性を有していることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。 ７、特許請求の範囲第６項記載の方法において、前記耐
    酸化膜は窒化チタン膜であることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
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