JPS61226968A - Mos型半導体装置の製造方法 - Google Patents

Mos型半導体装置の製造方法

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JPS61226968A
JPS61226968A JP6781185A JP6781185A JPS61226968A JP S61226968 A JPS61226968 A JP S61226968A JP 6781185 A JP6781185 A JP 6781185A JP 6781185 A JP6781185 A JP 6781185A JP S61226968 A JPS61226968 A JP S61226968A
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JP
Japan
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conductivity type
impurity diffusion
gate electrode
diffusion region
oxide film
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JP6781185A
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English (en)
Inventor
Masayuki Yoshida
正之 吉田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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M OS型半導体装]Nの製造方法に関するも
ので特に高集積度のMO8O8型半導体装置造方法に使
用されるものである。
(発明の技術的背Hどその問題点) 微細なM OS ’l’1半導{4装首においては空乏
層がドレイン、ソース間でつながったパンチスルーや実
効ヂャネル長が知くなることによりしぎい値電圧VT1
1が低下するショートデシネル効果を防止するために種
々の方法が採用される。
その1つとしてトランジスタの導電型ど逆導電型の不純
物をチャネル領域に深くイオン注入する方法があり、逆
導電型不純物拡散領域がドレイン空乏層の拡張をm +
l二Mることによりバンプスルー等を防止する′bので
ある。この方法では基板8度の変化に、にり特性の変化
が生じ(りるという問題がある。
これを解決するため、D I −L D D (口ou
bleInplanted ligh口y Doped
 Drain)ど称される構造が開発されており、これ
は例えばIEEEの技術誌IEDM  1982年、7
18〜721頁に記載されているものである。これは第
4図にその断面構成が示されており、nチャネルMO8
t−ランジスタにおいてはp型シリ:1ン基板1のフィ
ールド酸化膜6で囲まれた素子形成領域内の基板上にゲ
ート電極2 J3 にびその両側の基板内にソース、ド
レイン領域となるn型不純物高濃度拡散(n+)領域3
を形成するど共にこれらのチャネルに面した部分にゲー
ト電極をマスクとして深い部分にP型不純物拡散領域5
を、浅い部分にソース、トレイン領域よりは低濶石のn
型不純物拡散領域4を設置ノるようにしたものであり、
pポケットと称される]ニ記p型不純物拡散領hi5が
空乏層の拡張を抑制Jるため基板濃度を低く維持したま
までパンデスルーやショートチャネル効果を防11:り
るものである。
このl)I−LDD4M@による半導体0冒を製造づる
場合にはゲート電極2を形成した後、これをマスクとし
てpボケッ1〜5を形成するためのホウ素イAンど浅い
n型拡rIi領域4を形成するためのリンまたはヒ素イ
Aンの双方を同時にイオン注入し、その後ゲート2の周
囲に絶縁膜7をゲート幅を増加させた上でソース、ドレ
イン形成領域にn型不純物を高濃度拡散するJ:うにし
ている。
しかしながら、このようなりI−IDD法においても種
々の欠点がある。
まず、DI−LDDI造ではρポケット5は浅いn型領
域4の下部に形成されているにすぎむいため、ソースド
レイン間のパンチスルーやシ」−トチャネル効果がゲー
ト2からやや離れた深いn]−領域3で発生し得る条伺
のとぎは有効に防止できるが、ゲート2に近い浅いn型
領域で発生し得る条件のときは有効な防止手段とは成ら
ない。
一方、浅いn型領域4の深さが0.1μ程度と浅い場合
には、パンデスルー等の防IF効果は大きい。
しかし、n型領域4が浅いとその部分の寄生抵抗が大き
くなり、電流駆動能力が減少して回路のスピード低下等
の性能の低下が見られ、また、ドレインチャネル間の電
界集中によって電子とシリコン原子が衝突し、シリコン
原子中の電子がはじき飛ばされてキI7リアとなってし
まう、いわゆるインパクトアイオニゼーションが不純物
プロファイルの急峻に起因して生じる。
このため寄生抵抗を小さくし緩やかな不純物プロファイ
ルをもたせるために浅いn型領域形成の際にリンを用い
である程痩深く注入するようにしているが、その深さが
0.2μm以上になると前述のようにパンチスルー等は
浅いn型領域で発生するようになり防止効果が1−分で
はなくなる。
これを解決するため、pポケット5を形成するだめのホ
ウ素イA−ンの注入後熱処理を行い、続いて浅いn !
l’、! fF4域4を形成JるIζ:めのn型不純物
イオンを注入覆るようにしてpポケット領域5をチャネ
ル内部にまで拡散させることも考えられるが、工程増を
招くばかりでなく、素子のmS化に伴って加熱プロセス
の加熱温度が低温化している状況からI;L−1分な効
果は期待できない。また、0MO8型の半導体装置に上
述のDI−1−DDI造を適用する場合にはpポケット
および浅いn型形成のための不純物イオン注入はレジス
トマスクを使用して行なわれるため、熱処理を行うため
にレジスト剥離とレジストの再パターニングが必要どな
り、工程増を招き、コストを上昇さゼるという欠点があ
る。
〔発明の目的〕
本発明はこのにうな従来技術の問題を解決するためなさ
れたもので、熱処理等の工程増を伴うことなくパンチス
ルーやジョートチ1?ネル効果を防止できる半導体装置
の製造方法を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
上記目的達成のため、本発明においては一導電型の半導
体基板上の素子形成領域にゲート電極を形成する工程ど
、このゲート電極をマスクとして素子形成領域の基板内
に逆導電型不純物を半導体基板に対して第1の角度で注
入し逆導電型不純物拡散領域を形成する工程ど、グー]
・電極をマスクとして素子形成領域の基板内に一導電型
不純物を半導体基板に対して第1の角度より小ざい第2
0角瓜で注入し、逆導電型不純物拡散領域よりも拡散深
さの深い一導電型不純物拡散領域を形成する工程と、ゲ
ート電極近傍を除いた素子形成領域の前記半導体基板内
に逆導電型高温度不純物拡散領域を形成する工程と、を
備え、また他の本発明においては不純物注入工程に先立
って素子形成領域をエツチングして当初の基板面よりも
陥没した基板面とゲート電極下方に傾斜壁を形成する工
程をさらに含むようにしている。
この結果、本発明により製造された半導体装置では安定
したポケットが形成され、パンチスルーおよびショー1
〜ブVネル効宋の発生を有効に防11−することができ
る。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら詳細に説
明する。
nチャネルMO3型タランジスタを形成する場合を例に
とって説明すると、比抵抗10Ω・cIllのp型シリ
コン基板11を1000℃の水素(1−12)および酸
素(02)の混合雰囲気中で酸化して厚さ8000Aの
素子間分離用酸化i!12を形成し、素子形成領域の素
子間分離用酸化膜を、パターニングしたフォトレジスト
をマスクとしてエツチングすると素子形成領域の基板面
が露出した状態となる(第1図(a))。続いて熱酸化
により素子形成領域の基板」:にゲート酸化膜13を形
成し、全面に多結晶シリコンをCVD法により厚さ30
00八に珀積する。これにリンをイオン注入、拡散して
低抵抗n形多結晶シリコン層とし、パターニングするこ
とによりゲート電極14を得る。
次にこのゲート電極をマスクとしてソース、トレイン領
域のゲート酸化膜13をフッ化水素(+−I F )水
溶液でエツチング除去しく第1図(C))、750℃の
水酸、酸素混合雰囲気中で70分間酸化を行うと、基板
面上には厚さ200人のシリコン酸化1!15が多結晶
シリコン層12十には厚さ1500人のシリコン酸化膜
16が形成される(第1図(b))。
次にフレオン系ガスを用いて反応11イAンエツチング
(RIE)を行うと、基板面上のシリコン酸化膜は完全
に除去され、ソース、トレイン形成領域の基板表面が露
出する(第1図(e))。
続いて水酸化カリウム(K OH)水溶液どイソプロピ
ルアル:1−ルの混合液中で基板面を1ツブングすると
シリコン基板面は異方竹二1−ツヂングされ、ゲート1
4およびフィールド酸化膜12の境界部にテーパを有し
、かつ当初の基板面よりも陥没した陥没部17が得られ
る(第2図(r))。
次にグー1〜14およびフィールド酸化膜12をマスク
としてリン(P)イオンを加速型1120 KeVで注
入し、【1領域18を形成する(第1図(0))、、続
い(グー1〜電iii i /Iをマスクどし−Cホウ
素(11)イΔンを人q・1角30°、加速電圧30 
KcVで?1入り−るど入用の正面に不純物が注入され
、特に第1図(hlに示すJ、うにゲート14下のブI
!ネル形成領域の右側側壁にはn領域18よりも内側に
1)領域が形成される(第1図(h) )。
同様の傾斜イオン21人を反対側からも行うどn領域1
E3のづべての側面および土面を取囲む形でn領域19
 FiおJ、び19bが形成される(第1図(i))、
次に7AI−1ノジス1〜20をパターニングしてゲー
ト1/lの周囲に形成し、これをマスクとしてヒ素(A
、)イAンを高淵疫に注入覆るとソース、ドレインとな
るrl  領域21が形成される(第1図(1))。
最後にシリ−1ン酸化膜22をOV D法で全面に11
1積りる(第1図(11)。ゲート、ソース、ドレイン
の各領域の所定の場所に]ンタク1へ孔をRl li−
法等で形成1ノ、アルミニラ11を蒸着しlこれをパタ
ーニング1れば「1ブllネルMO8型半導装置が完成
づ−る。
第2図は上述の第1図(h)にお()る不純物ブ【]フ
ァイルの石組を示した拡大断面図であ−)で、同図にJ
:れば、グー1〜電極14下方の異方1Q■ツヂングに
より形成された傾斜壁にお【ノる拡散は、基板面に対し
て垂直に注入されたn型不純物拡散J:りも傾斜しで注
入されたp形不純物拡散の方が深くなっており、この拡
散領域が後にpポケットどなるため、チャネルの深さい
かんにかかわらずパンチスルーやシ」−1〜ヂVネル効
果を有効に防止することになる。
第3図はこれを裏付りる実測データを示すグラフであっ
て、従来例では実効チ17ネル艮Laffが1.5um
J:り短くなるど急速にゲーテしきい値電圧vT11が
低下しているが、本発明を適用1ノだ場合は実効ヂャネ
ル長1.effが1.0/1m以下でも低下率が小さい
以」二の実施例においてはnチャネルMO3型タランジ
スタについて説明しているが、各不純物について逆導電
型の:t)のを用いればpチャネルII     − M (’) 、’、:i !l’!タランジスタにも同
様に適用でき(If用すればに M O、Sに1))内
用する(二とがて・きる。
まに1ボケツl〜を形成りるための基板ど同一導電型不
純物のイオン注入は逆導電型不純物のイA−ンン1人J
、りはL< Miに対する角度を小さくかつ拡散深さを
深く形成づれば、J: < 、実施例のJ:うに基板ど
同一・導電型の不純物拡散を基板に対して常に直角にり
る必要はイfい。
ざらに、グー1〜下I)の傾斜ζ!はイオン>1人の角
以を適当に選択りることにより必ずしら形成する必要は
なく、この二[稈を含まない場合が第1発明を、含む場
合が第2発明をぞれぞれ構成する。
:[t: 、ゲート電極+A利として高融点金属や高融
点金属の珪化物を用いる等の通常の半導体装置に−)い
τ適用されるあらゆる変形が可能である。
〔発明の効果) 以上のJ、うに本発明によれば、ゲート電極をマスクど
じlこ半導体jib板への基板ど同−伝導型の1323
1人を逆導電型の13231人より基板面に対し小さな
角度でかつ深く(Iっているので、確実C安定なボケッ
1−を形成することができ、バンプスルーやショーI−
ヂrネル効宋を一1分抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかるMO8型半導体装置の製造方法
の一実施例を示すJ程別断面図、第2図は途中コー程に
おける不純物ブロフi/イルを示り一拡人断面図、第3
図は本発明の効果を示すグラフ、第4図は従来のl) 
I −L D I)構造を示J断面図である。 11・・・p型シリコン基板、12・・・素子間分離用
酸化膜、13・・・グー1へ酸化膜、14・・・グーI
・電極、17・・・陥没部、18・・・n領域、19a
、19b・・・領域、21・・・n 領域、22・・・
シリコン酸化膜。 出願人代理人  猪  +1Q     清第1図 第1図 第1図 第2図 第3図 実)カナでネル長、  Leff (pm)第4図 手続補正用 昭和60年5月2 日 特Vr庁長官 志賀  学 殿 1 事flの表示 昭和60年 特許願 第67811号 2 発明の名称 MO8型半導体装置の製造方法 3 補iEをする者 事件どの関係  特許出願人 (307)  株式会ネ1 東 芝 4  代  理  人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一導電型の半導体基板上の素子形成領域にゲート電
    極を形成する工程と、 このゲート電極をマスクとして前記素子形成領域の基板
    内に逆導電型不純物を前記半導体基板に対して第1の角
    度で注入し逆導電型不純物拡散領域を形成する工程と、 前記ゲート電極をマスクとして前記素子形成領域の基板
    内に一導電型不純物を前記半導体基板に対して前記第1
    の角度より小さい第2の角度で注入し、前記逆導電型不
    純物拡散領域よりも拡散深さの深い一導電型不純物拡散
    領域を形成する工程と、 前記ゲート電極近傍を除いた素子形成領域の前記半導体
    基板内に逆導電型高濃度不純物拡散領域を形成する工程
    と、 を備えたMOS型半導体装置の製造方法。 2、第1の角度が直角である特許請求の範囲第1項記載
    のMOS型半導体装置の製造方法。 3、一導電型の半導体基板上の素子形成領域にゲート電
    極を形成する工程と、 前記素子形成領域をエッチングして当初の基板面よりも
    陥没した基板面と前記ゲート電極下方に傾斜壁を形成す
    る工程と、 前記ゲート電極をマスクとして前記素子形成領域の基板
    内に逆導電型不純物を前記半導体基板に対して第1の角
    度で注入し逆導電型不純物拡散領域を形成する工程と、 前記ゲート電極をマスクとして前記素子形成領域の基板
    内に一導電型不純物を前記半導体基板に対して前記第1
    の角度より小さい第2の角度で注入し、前記逆導電型不
    純物拡散領域よりも拡散深さの深い一導電型不純物拡散
    領域を形成する工程と、 前記ゲート電極近傍を除いた素子形成領域の前記半導体
    基板内に逆導電型高濃度不純物拡散領域形成する工程と
    、 を備えたMOS型半導体装置の製造方法。 4、ゲート電極下の傾斜壁を得るエッチングが異方性エ
    ッチングである特許請求の範囲第3項記載のMOS型半
    導体装置の製造方法。 5、第1の角度が直角である特許請求の範囲第3項記載
    のMOS型半導体装置の製造方法。
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