JPS62122170A - Ｍｉｓトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

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ＭＩ’Ｓトランジスタの構造及び製造方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

微細ＭＩＳトランジスタにおいては、ドレイン近傍に強
電界の集中する領域が生じるため、何らの対策をも講じ
ない場合は、電圧降伏の問題や、いわゆるホットキャリ
ア発生と、ホットキャリアのゲート酸化膜への注入によ
る電圧電流特性の長期的な変動の問題が生じる。これを
防ぐために、ドレインのゲート端近傍の不純物濃度を低
減し、電界集中を緩和する構造のＭＩＳ）ランジスク、
即ち、いわゆるＬＤＤ−Ｍ　ｌ５ＦＥＴ　（Ｌｉｇｔｌ
ｙ　−Ｄｏｐｅｄ　−Ｄｒａｉｎ　！Ｊｅｔａｌ　Ｉｎ
５ｕｌａｔｏｒ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌ
ｄ　　Ｂｆｆｅｃｔ　　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、　　Ｐ
、　　Ｊ、　　Ｔｓａｎｇ　　ｅｔ　　ａｌ　　：ＩＥ
ＥＥトランザクション、エレクトロンデハイスＥＤ−第
２９巻（１９８２年））が提案されている。

第４図にＬＤＤ−Ｍ　Ｉ　Ｓ　トランジスタの構造を、
また第５図にその製造方法の概略を示ｙ０まず、第５図
に従って、従来法のＬＤＤ−Ｍ　ＩＳトランジスタの製
造方法を簡単に説明する。第５図（ａ）は素子分離領域
形成のためのフィールド酸化膜形成工程と、チャネルイ
オン注入を行なったのちのゲート酸化膜７の形成工程の
のちのシリコン基板１の断面を示す図である。ただし、
フィールド酸化膜は明示していない。ＣＶＤ法によって
ゲート酸化膜７上にゲートポリシリコン膜を堆積し、リ
ソグラフィ法によってパターン化し、ゲートポリシリコ
ン電極８を有する第５図ら〕の構造を得る。次にＬＤＤ
−構造を形成するために、前記ゲートポリシリコン電極
８をマスクとして低加速電圧のイオン注入法によって浅
い接合の、将来ドレイン延長部となるべきシリコン基板
内の領域５を形成する。このとき、ソースとドレインの
対称性のために将来ソース領域となるべきシリコン基板
内の領域においても対称的なソース延長部となるべき領
域１４が形成される（第５図（Ｃ））。次に側壁形成の
ために、等方性の強いＣＶＤ法による５ＩＯ２膜１３を
堆積する（第５図（ｄ））。次に側壁形成のために、反
応性イオンエツチング法をＳｉＣ２のＳｉに対する選択
比が充分大となる条件で用いる。このエツチング法の異
方性のためゲートポリシリコン電極８の全側壁において
前記のＣＶＤ５１０２膜１３の一部がエツチングされず
に残り、側壁ＳｉＯ□膜１５を形成する（第５図（ｅ）
）。次に側壁５ＩＯ２膜１５をスペーサとして高い加速
電圧のイオン注入法によって深い接合のドレイン領域３
とソース領域４を形成する。また、スペーサによって隔
離された部分に、浅い接合のドレイン延長部５及び浅い
接合のソース延長部１４が残存する（第５図（ｆ））。

エツチングによって側壁５１０２膜１５を除去したのち
（第５図（ｇ））、フィールドＣＶＤ酸化膜６及びドレ
イン配線９．ソース配線１０．ゲート配線１１を形成し
て（第５図（社））、第４図に示すような、いわゆるＬ
ＤＤ−Ｍ　Ｉ　Ｓ　トランジスタを形成するのが、従来
の微細ＭＩＳトランジスタの製造方法である。なお、第
４図において、２は素子分離のためのフィールド酸化膜
を、１２はパッシベーション膜を示している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第４図の従来法によるＬＤＤ−Ｍ　Ｉ　Ｓ　トランジス
タにおいては、浅い接合のドレイン延長部５の一部及び
浅い接合のソース延長部１４の一部は、ゲート酸化膜７
及びゲートポリシリコン電極８よりなるゲート部２重層
の側壁を形成しているフィールド酸化膜６の直下に存在
しているため、浅い接合のドレイン延長部５付近から注
入されるホットキャリアの一部はフィールド酸化膜６に
も注入される。フィールド酸化膜６は膜厚が厚く、かつ
膜質が劣るため、フィールド酸化膜６と浅い接合のソー
ス延長部１４との界面に高密度の界面準位が発生し、か
つ注入キャリアがフィールド酸化膜６に捕獲されるため
に固定電荷により浅い接合のドレイン延長部５及び浅い
接合のソース延長部１４の実効的な抵抗率が増加し、デ
バイス特性に悪影響を及ぼすという欠点を従来法のＬＤ
Ｄ−Ｍ　Ｉ　Ｓ　トランジスタは有している。従って浅
い接合のドレイン延長部５及び浅い接合のソース延長部
１４とフィールド酸化膜６とが面しないことがデバイス
の長期信頼性の向上の点で望ましい。

しかしながら、第５図に示した従来のＬＤＤ−ＭＩＳト
ランジスタ製造工程においては、浅い接合のドレイン延
長部５及び浅い接合ソース延長部１４を形成する方法と
して、ゲート側壁の堆積膜１５をスペーサとして用いる
方法をとるため、ドレイン延長部５及びソース延長部１
４とドレイン領域３及びソース領域４との境界の位置は
、ゲート側壁スペーサの外側からイオン注入及びその後
の押し込みによって形成せざるを得ない。従って、従来
のＬＤＤ−Ｍ　Ｉ　Ｓ　トランジスタ製造方法には、ド
レイン延長部５及びソース延長部１４を、側壁スペーサ
膜１５もしくはフィールド酸化膜６と面しないようにす
る、即ち、上記の境界をゲート側壁の内側にもっていく
のは制御上、難しいという欠点があった。

本発明の目的は、ソース延長部及びドレイン延反部の長
期的な劣化を防止することのできるＬＤＤ−Ｍ　Ｉ　Ｓ
　トランジスタの構造及びかかる構造を実現するための
ＬＤＤ−Ｍ　Ｉ　Ｓ　トランジスタ製造方法を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のＭｌ、Ｓ）ランジスクは、半導体基板上に形成
されるＭＩＳトランジスタにおいて、低濃度の浅い接合
ソース−ドレイン延長領域と高濃度の深い接合のソース
−ドレイン領域との境界面がゲート電極端面と整合する
構造を有することを特徴としている。

本発明のＭＩＳトランジスタの製造方法は、ゲート絶縁
膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極パターン
を形成し、前記ゲート電極パターンをマスクとしてゲー
ト絶縁膜をエツチングすることによって、ソース−ドレ
イン領域の基板表面を露出させ、前記ゲート電極と前記
ゲート絶縁膜の２層膜をマスクとして、基板面方位と注
入方位とのなす角をチャネリング臨界角内とする高ドー
ズ量の第１のイオン注入と、これに引き続く、基板面方
位と注入方位とのなす角をチャネリング臨界角外とする
低ドーズ量の第２のイオン注入とによりソース−ドレイ
ン領域を形成することを特徴としている。

〔作用〕

まず、本発明の構造のＭＩＳ、トランジスタの作用につ
いて説明する。

第３図は本発明のＭＩＳトランジスタの構造上の特徴を
明示するため、ドレイン端近傍の構造を、従来構造と本
発明とで比較するための概略断面図である。第３図（ａ
）は従来構造を、第３図（ｂ）は本発明の構造を示す。

本発明の特徴は、浅い接合のドレイン延長部５がゲート
酸化膜７の直下に存在し、フィールド酸化膜６と接して
いないことである。

従来構造の場合（第３図（ａ））には、ドレイン端のホ
ットキャリア（ホットエレクトロン）２３の一部はフィ
ールド酸化膜６に注入される。フィールド酸化膜６の膜
質はゲート酸化膜７の膜質より桁違いに劣る。即ち、フ
ィールド酸化膜は界面準位密度や酸化膜内の捕獲準位密
度が高く、膜厚が厚いために注入キャリアの捕獲確率も
高いので、フィールド酸化膜にホットキャリアが注入さ
れることによって、フィールド酸化膜内及び界面にキャ
リア捕獲による固定電荷を発生させる。ドレイン延長部
５の接合深さは浅く、かつ、不純物密度も低いので、上
述の固定電荷の発生により、界面がら空乏化し、ドレイ
ン延長部５の直列抵抗が増大し、素子のトランスコンダ
クタンスが劣化する。

本発明のＬＤＤ−Ｍ　Ｉ　Ｓ　トランジスタのドレイン
構造においても（第３図う））、ドレイン端からのホッ
トキャリア２３の注入は従来構造（第３図（ａ））と同
様に存在するが、ドレイン延長部５がゲート酸化膜７の
直下にのみ存在するため、第１にホットキャリアがドレ
イン領域３とフィールド酸化膜６の界面付近には、従来
構造のＬＤＤ−Ｍ　Ｉ　Ｓ　）ランジスクのドレイン延
長部５とフィールド酸化膜６の界面付近においてよりも
少ないこと、即ち固定電荷の発生量が少ないこと、第２
にドレイン領域３の接合深さは深く、かつ、不純物密度
も高いので、空乏化の進み方が従来構造より桁違いに小
さいことにより、ドレインの直列抵抗の増加を防止する
ことができ、ＬＤＤＭＩＳトランジスタの長期安定性を
得ることができる。

次に、本発明のＭＩＳトランジスタの製造方法の原理に
ついて説明する。本発明の製造方法の特徴的な点は、ソ
ース−ドレイン領域を形成するイオン注入工程を改善し
た点にある。従来法によるＬＤＤ−Ｍ　Ｉ　Ｓ　トラン
ジスタのソース−ドレイン領域形成工程はゲート側壁の
スペーサ膜の存在によって浅い延長部と深いソース−ド
レイン領域を空間的に分離しているが、本発明において
はイオン注入工程によってのみ、これらの両者を分離す
る。従来法においては浅い接合のソース、ドレイン延長
部を先に形成し、そののち、スペーサを用いて深い接合
のソース−ドレイン領域を形成するが、本発明において
はこの順序を逆にし、かつ、スペーサは用いない。第１
のイオン注入においては、基板面方位と入射イオンビー
ムの方向とを正確に、少なくともチャネリング臨界角（
通常７゜程度）以内に一致させる。そうすることによっ
て大部分（９５〜９９％）の入射イオンはチャネリング
を起こし、ＬＳＳ理論で予想される深さよりもはるかに
深い深さのところまで到達する。チャネリングイオンに
対する制動機構はほとんどが電子による非弾性散乱であ
り、これはイオンの瞬時のエネルギーの１／２乗に比例
するから、接合深さが設定値と一致するように、逆に、
入射エネルギーをあらかじめ適当な低い値に設定してお
くことができる。このようなチャネリング効果が存在し
、かつ均一に実現し得ることは、例えば、１９７８年の
ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Ｊｏｕｒ
ｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）誌、
第４９巻（第２号）の第６０８ページに掲載されている
。この第１のイオン注入によって深い接合の高濃度ソー
ス−ドレイン領域をまず形成する。このように形成され
たソースドレイン領域は、接合の深さがこれと等しいよ
うなランダムイオン注入によって形成されるソース−ド
レイン領域と比べ、入射イオンの大部分がチャネリング
しているために、換言すれば、ビームの方向をほぼ面方
位の方向に保っているために、横方向の拡がりがほとん
どないことが特徴的な点である。

次に、第２のイオン注入を、入射角を少なくともチャネ
リング臨界角より大きく傾け、ランダムイオン注入条件
で行ない浅い接合のソース−ドレイン延長部を形成する
。これらの２回のイオン注入は共にゲートポリシリコン
膜をマスクとして自己整合的に行なう。本発明のソース
−ドレイン形成方法の特徴はチャネリングイオン注入と
ランダムイオン注入の注入イオン分布の横方向拡がりの
差を利用している点である。即ち、深いソース−ドレイ
ン領域は第１のチャネリングイオン注入によって形成さ
れるため、ソース−ドレイン領域の端部の位置はゲート
ポリシリコン膜の側壁の位置に一致するのに対し、第２
のイオン注入がランダムであるのでこれによって形成さ
れるソース−ドレイン領域の端部は、ＬＳＳ理論で予測
される横方向拡がりの大きさの程度だけ、ゲートポリシ
リコン膜の側壁より内側、即ち、チャネル領域に人った
位置となる。最終的なソース−ドレイン領域は、この両
者の並包領域となる。従って、第１のチャネリングイオ
ン注入を高ドーズ量で、かつ第２のランダムイオン注入
を低ドーズ量で行なうことによって第３図（ｂ）に示す
、目的とするＬＤＤ−ＭＩＳトランジスタのドレイン構
造を得ることができる。この構造は、従来のＬＤＤ−Ｍ
　Ｉ　Ｓ　トランジスタ製造工程によっては実現不可能
であり、かつ、スペーサを用いず自己整合的に形成でき
るので、工程を大幅に簡略化でき、高信頼微細ＬＤＤ−
ＭＩＳ−ＬＳＩ実現に卓絶した寄与を及ぼすものである
。

〔実施例〕

以下、第２図（ａ）〜Ｑ′１）の一連の工程図と、第１
図の構造図を用いて、本発明を用いたＭＩＳトランジス
タの構造及び製造方法の典型的な一実施例について説明
する。

第２図（ａ）は不純物濃度１×１０１５／Ｃｒｄのｐ形
（１１０）基板上にＬＯＣＯ３法等の素子間分離法を用
いて素子間分離領域を形成したのち、厚さ２００　人の
ゲート酸化膜７を形成し、ボロンを加速電圧１５０ｋｅ
Ｖ、　　ドーズ量１×１０１３／ｃＩ１１の条件でチャ
ネルイオン注入した状態を示す断面図である。次に、ポ
リシリコンをＣＶＤ法により５０００人堆積したのち、
一連のリングラフィ工程によってゲートポリシリコン電
極８を形成して第２図ら〕の構造を得る。ゲートポリシ
リコン電極８をマスクとして下地のゲート酸化膜７をエ
ツチングし、第２図（Ｃ）に示すようにシリコン基板１
を露出させる。次に、平行走査型イオン注入装置を用い
て、加速電圧５０ｋｅＶ。

ドーズ量２．２　ＸＩＱ１５／ｃｍでチャネリングイオ
ン注入を行ない、第２図（ｄ）の構造を得る。接合の深
さはおよそ０．３　μｍであり、ランダムイオン注入の
約３倍である。横方向の拡がりは無視し得る。次に入射
角約７°にてランダムイオン注入により、リンを加速電
圧３０ｋｅＶ、　　ドーズ量ｌＸｌ０１３／ｃｎｆの条
件で注入し、浅い接合のドレイン延長部５及び浅い接合
のソース延長部１４を形成し、第２図（ｅ）の構造を得
る。ドレイン延長部５及びソース延長部１４の接合の深
さはおよそ０．１　μｍ、ゲート下の横波がりはおよそ
０．０５μｍであり、ＬＤＤ構造を得る。次にアニール
とパッシベーションを兼ねた薄い熱酸化膜形成工程のの
ち、フィールドＣＶＤ酸化膜６を約３０００人形成し、
第２図（ｆ）の構造を得る。次に、リソグラフィ法によ
ってコンタクトホールを形成し第２図（（イ）の構造を
得、金属膜形成ののち、リソグラフィ法によって、ドレ
イン配線９゜ソース配線１０．ゲート配線１１を形成し
て第２図（５）の構造を得る。最後にパッシベーション
膜１２を形１戊して第１図の本発明のＭＩＳトランジス
タの構造の一実施例を得る。第１図では素子間分離のた
めのフィールド酸化膜２も示しである。

尚、本発明の構造及び製造方法に関する上記の実施例で
はｎ−チャネルＭ　Ｉ　Ｓ　ト、ランジスタを想定した
が、ｐ〜チャネルＭＩＳトランジスタの構造及び製造方
法も本質的に同等である。また、ゲート絶縁膜は酸化膜
に限るものではなく、あらゆる絶縁材料によるゲート絶
縁膜を含むことは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明の構造によれば、ＬＤＤ−Ｍ　Ｉ　Ｓ　）ランジ
スクにおいてフィールド酸化膜へのホットキャリア注入
によるドレイン抵抗の増加を防止することができ、ＬＤ
Ｄ−Ｍ　Ｉ　Ｓ　トランジスタの長期的な信頼性の実現
に対して卓絶した効果を発揮するものである。

本発明の製造方法によれば、従来のＬＤＤ構造において
有害であった、ドレイン延長部とフィールド酸化膜の接
触部の形成を防止することができ、上記の本発明の構造
のＭＩＳＩ−ランジスタを、簡便にかつ確実に実現する
上で著しい効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構造のＭＩＳトランジスタの一実施例
を示す断面図、 第２図は本発明のＭＩＳトランジスタの製造方法の一実
施例を示す一連の工程図、 第３図は本発明のＭＩＳトランジスタの動作原理を示す
ための概念図、 第４図は従来のＬＤＤ構造のＭＩＳトランジスタの構造
を示す断面図、 第５図は従来のＬＤＤ構造のＭＩＳトランジスタの製造
方法を示す一連の工程図である。 １　・・・・・・・・・・・・・・・・・・　シリコン
基板２　・・・・・・・・・・・・・・・・・・　素子
間分離のためのフィールド酸化膜 ３　・・・・・・・・・・・・・・・・・・　ドレイン
領域４　・・・・・・・・・・・・・・・・・・　ソー
ス領域５　・・・・・・・・・・・・・・・・・・　浅
い接合のドレイン延長部６　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・　フィールドＣＶＤ酸化膜７　・・・・・
・・・・・・・・・・・・・　ゲート酸化膜８　・・・
・・・・・・・・・・・・・・・　ゲートポリシリコン
電極９　・・・・・・・・・・・・・・・・・・　ドレ
イン配線１０　　・・・・・・・・・・・・・・・・・
・　ソース配線１１　　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・　ゲート配線１２　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・　パッシベーション膜１３　　・・・・
・・・・・・・・・・・・・・　側壁を形成するための
Ｃ■ＤＳｉ０２膜 １４　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・　浅い
接合のソース延長部１５　　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・　側壁５ｉＣｈ膜２３　　・・・・・・・
・・・・・・・・・・・　ホットエレクトロン代理人　
弁理士　　岩　佐　義　幸 （ａ） （ｂ） （Ｃ） （ｄ） 第２図 （ｆ） （ｈ） 第２図 （ａ） （ｂ） 第３図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 只 （ｄ） 第５図 （ｅ） （ｆ） （ｈ） 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に形成されるＭＩＳトランジスタに
   おいて、低濃度の浅い接合ソース−ドレイン延長領域と
   高濃度の深い接合のソース−ドレイン領域との境界面が
   ゲート電極端面と整合する構造を有することを特徴とす
   るＭＩＳトランジスタ。
2. （２）ゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲ
   ート電極パターンを形成し、前記ゲート電極パターンを
   マスクとしてゲート絶縁膜をエッチングすることによっ
   て、ソース−ドレイン領域の基板表面を露出させ、前記
   ゲート電極と前記ゲート絶縁膜の２層膜をマスクとして
   、基板面方位と注入方位とのなす角をチャネリング臨界
   角内とする高ドーズ量の第１のイオン注入と、これに引
   き続く、基板面方位と注入方位とのなす角をチャネリン
   グ臨界角外とする低ドーズ量の第２のイオン注入とによ
   りソース−ドレイン領域を形成することを特徴とするＭ
   ＩＳトランジスタの製造方法。