JPH01302861A - 絶縁ゲート電界効果型トランジスタの製造方法 - Google Patents

絶縁ゲート電界効果型トランジスタの製造方法

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JPH01302861A
JPH01302861A JP13380788A JP13380788A JPH01302861A JP H01302861 A JPH01302861 A JP H01302861A JP 13380788 A JP13380788 A JP 13380788A JP 13380788 A JP13380788 A JP 13380788A JP H01302861 A JPH01302861 A JP H01302861A
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JP
Japan
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film
gate electrode
mask
diffusion layer
conductivity type
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Application number
JP13380788A
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English (en)
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Naoki Kasai
直記 笠井
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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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、絶縁ゲート電界効果型トランジスタの製造方
法に関する。
〔従来の技術〕
半導体デバイスの高集積化および高性能化を図るために
、半導体素子の微細化が押し進められている。既に設計
ルールは1ミクロン以下のサブミクロンとなっており、
今後更に微細化が進むことが予想される。サブミクロン
寸法の素子を高精度に加工すること自体も困難になって
いることは言うまでもないが、サブミクロン寸法に形成
された素子の長期信顛性に問題があることが指摘されて
いる。例えば、ホットキャリアによる闇値電圧やドレイ
ン電流の変動、或はゲート電極直下の高濃度ドレイン領
域において生じるバンド間トンネルによるリーク電流な
どである。これらの問題点は、電源電圧を5■一定にし
たまま幾何学的な寸法と不純物濃度をスケーリングした
ためにドレイン近傍での高電界によって生じるものであ
る。電源電圧も併せてスケーリングすれば信頬性は保た
れるが、システムの互換性や動作速度の低下といった別
の問題点がある。
高電界効果を緩和する方法の一つに、ライトリ−・ドー
プト・ドレイン構造(LDD)がある。
即ち、高濃度拡散層に加えて低濃度拡散層を形成したド
レイン構造とすることでドレイン端での電界を緩和させ
、ホットキャリアによる劣化を抑制する方策である。L
DD構造の欠点は、単純に低濃度拡散層領域を長くして
電界を十分に緩和すると低濃度拡散層領域における抵抗
が増大するために素子の駆動能力が低下し、デバイスの
動作速度が低下してしまうことである。
電界の緩和と素子の駆動能力を両立させる素子構造とし
て、井沢龍−らによって1988年1月25日に電子情
報通信学会技術研究報告87巻No、343の31〜3
6頁に「高耐圧・高速5■動作サブミクロンデバイスG
OLDJと題した発表があり、第2図に示す構造のnチ
ャネル電界効果型MoSトランジスタ(nMO3FET
)を製造する方法を提案した。この方法の特徴は、第2
図(a)に示すように、p形シリコン基板31上のゲー
ト酸化膜32上に、間に自然酸化薄膜34を有する2層
多結晶シリコン膜(第1多結晶シリコン膜33.第2多
結晶シリコン膜35)を堆積し、第1 CVD5 i 
O□膜36をマスクに第2多結晶シリコン膜35をエツ
チングする。
この際、自然酸化薄膜34でエツチングを止めるために
高選択性の条件でエツチングする必要があり、第1 C
V D S i Oを膜36の両端下において第2多結
晶シリコン膜35がサイドエツチングされる。続いて、
第2図(b)に示すように、イオン注入法によって低濃
度n膨拡散層37を形成する。再びCVDSiO2を堆
積後、第2図(C)に示すように、反応性イオンエツチ
ング(RIE)によってゲートパターン側壁にのみ第2
 CV D S i Oz膜38を形成し、これをマス
クにして第1多結晶シリコン膜33をエツチングする。
次に、第2図(d)に示すように、イオン注入法によっ
て高濃度n膨拡散N39を形成した後、800℃ウェッ
ト酸化条件で選択的に第1多結晶シリコン膜33の両端
を酸化してSin、膜40を得る。
以上の製造工程を用いると、十分に長い低濃度n膨拡散
層37がゲート電極両端直下に存在し、高濃度n膨拡散
層39はゲート電極より外側に形成される。その結果、
ドレイン端において横方向電界が緩和されるとともに、
低濃度n膨拡散層37においてはゲート電界によってゲ
ート酸化膜32の界面にキャリアが誘起されて抵抗が減
少する。即ち、電界の緩和と素子の駆動能力を両立させ
ることが可能となった。
〔発明が解決しようとする課題〕
第2図において説明した従来の製造方法では、第2多結
晶シリコン膜35をエツチングする際に、第1多結晶シ
リコン膜33をエツチングしないためのエツチングスト
ッパーとして極めて薄い自然酸化薄膜34を用いている
ために、第1 CV D S i Oz膜36の両端下
に第2多結晶シリコン膜35がサイドエツチングされる
。更にゲート電極の微細化を行おうとすると、第1 C
V D S i Oz膜36の幅とサイドエツチング幅
が同等或はそれ以下になってしまい、第1CVDSiO
□膜36を支えることができなくなる。そのことを防ぐ
には第2多結晶シリコン膜35の膜厚を薄くすればよい
が、ゲート電極の抵抗が大きくなってしまい、デバイス
動作速度が低下する。また、自然酸化薄膜34は薄いと
はいうものの、絶縁層が間に存在するのは高速動作上好
ましくない。
本発明の目的は、このような問題点を解決した絶縁ゲー
ト電界効果型トランジスタの製造方法を提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の絶縁ゲート電界効果型トランジスタの製造方法
は、 少なくとも表面にゲート絶縁膜を有する第1導電型半導
体基板上に第1伝導体膜と第2伝導体膜を連続して堆積
する工程と、 マスクパターンを用いて所望の領域に前記第2伝導体N
uからなる上層ゲート電極を形成し、前記上層ゲート電
極をマスクに前記第1導電型半導体基板上に第2導電型
の低濃度拡散層を形成する工程と、 前記上層ゲート電極の側壁に第1絶縁体側壁膜を形成し
、前記マスクパターンと前記第1絶縁体側壁膜をマスク
に前記第1伝導体膜からなる下層ゲート電極を形成する
工程と、 前記第1絶縁体側壁膜の外側に第2絶縁体側壁膜を形成
し、前記マスクパターンと前記第1絶縁体側壁膜と前記
第2絶縁体側壁膜とをマスクに前記第1導電型半導体基
板上に第2導電型の高濃度拡散層を形成する工程とを含
むことを特徴としている。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。
第1図は、本発明の一実施例によって製造されるnMO
3FETの各製造工程での断面構造を順を追って示す模
式図である。
p形シリコン基板1上に後に形成される半専体素子を誘
電体分離するための素子分離SiO□膜2を形成し、熱
酸化によってゲー]・酸化膜3を堆積すると第1図(a
)の構造が得られる。
次に、500人のタングステン膜4と1500人のモリ
ブデン膜5を連続してスパッタ堆積し、モリブデン膜5
上の所望の位置にCV D S i Otマスク6を形
成すると第1図(b)の構造が得られる。
次に、CV D S i Otマスク6をマスクとして
モリブデン膜5をRIEによってCVD5iQ□マスク
6の直下にのみ残し上層モリブデンゲート電極7を形成
した後、イオン注入法によって低濃度n膨拡散層8を形
成すると第1図(c)の構造が得られる。
次に、1500人のCVD5iO□を全面に堆積し、R
IEによって上層モリブデンゲート電極7の側面にのみ
第1CVDSiOz側壁膜9を形成する。
次に、CVD5 i Ox 7ス’)6と第1CVDS
iO2側壁膜9をマスクとしてタングステン膜4をRI
Eによってエツチングし下層タングステンゲート電極1
0を形成すると第1図(d)の構造が得られる。
第1 CVD5 i Q□側壁膜9を形成した同様の方
法によって第2CVDSiO□側壁膜11を形成し、イ
オン注入法によって高濃度n膨拡散N12を形成すると
第1図(e)に示すような低濃度n膨拡散層8が下層タ
ングステンゲート電極10の端部直下に存在し、高濃度
n膨拡散層12が下層タングステンゲート電極10の端
より外側に形成されている構造のn M OS F E
 Tが得られる。
次に、高濃度n膨拡散層12の表面に’]’1Siz膜
13を形成し、全面にCVD5iO□層間膜14を堆積
すると第1図(f)の構造が得られる。
次に、コンタクトホール開口後アルミニウム配線15を
形成すると第1図(g)に示す絶縁ゲート電界効果型ト
ランジスタが得られる。
以上の実施例においてはnMO3FETの製造方法を示
したが、本発明の製造方法はpMO3FETやCMO3
の製造にも適用できる。また、ゲート電極として上層に
モリブデン膜を下層にタングステン膜を用いた2層とし
たが、実施例に示した膜厚や物質に限定するものではな
く、下層膜に対するエツチング選択比が大きい組合せで
あればかまわない。また、側壁絶縁膜としてSiO□膜
を用いたが、膜厚や物質はこれに限定するものでない。
〔発明の効果〕
本発明の製造方法をとることによって、上層ゲート電極
のサイドエツチングがなくなった。その結果、ドレイン
端において横方向電界が緩和されるとともに、低濃度拡
散層においてはゲート電界によってゲート絶縁膜界面に
キャリアが誘起されて抵抗が減少し、電界の緩和と素子
の駆動能力を両立させることがゲート長を更に縮小した
場合においても可能となった。
また、ゲート電極と高濃度拡散層が重なり合わないため
にゲートとソース・ドレイン間の寄生容量が低減され動
作速度の高速化が図られるとともに、ゲート電界による
ドレイン領域におけるバンド間トンネル電流が低減され
た。
また、下層ゲート電極に対して通常用いられる適度の選
択比を有し且つサイドエツチングの少ない異方性エツチ
ング条件によって上層ゲート電極を形成すれば、ゲート
長の縮小に対応することができた。
また、高濃度拡散層の端の位置は第2絶縁体側壁膜の厚
さによって容易に制御することができた。
また、上層ゲート電極と下層ゲート電極の間には絶縁膜
を必要としないため、動作上同等問題を生じない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例における絶縁ゲート電界効
果型トランジスタの各製造工程での断面構造を順を追っ
て示す模式図、 第2図は、従来例における絶縁ゲート電界効果型トラン
ジスタの各製造工程での断面構造を順を追って示す模式
図である。 1.31・・・p形シリコン基板 2・・・・・素子分離SiO□膜 3.32・・・ゲート酸化膜 4・・・・・タングステン膜 5・・・・・モリブデン膜 6・・・・・CVD5iO□マスク 7・・・・・上層モリブデンゲート電極8.37・・・
低濃度n膨拡散層 9・・・・・第1 CVD5 i Ot側壁膜10・・
・・・下層タングステンゲート電極11・・・・・第2
CVDSiOz側壁膜12、39・・・高濃度n膨拡散
層 13・・・・・TiSi、膜 14・・・・・CvDSi02層間膜 15・・・・・アルミニウム配線 33・・・・・第1多結晶シリコン膜 34・・・・・自然酸化薄膜 35・・・・・第2多結晶シリコン膜 36・・・・・第1 CV D S i Oz膜38・
・・・・第2CVDSiOz膜 40・・・・・多結晶シリコンを酸化して得られたSi
O□膜 (a) (bン (C) 第1図 (e) (fン 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも表面にゲート絶縁膜を有する第1導電
    型半導体基板上に第1伝導体膜と第2伝導体膜を連続し
    て堆積する工程と、 マスクパターンを用いて所望の領域に前記第2伝導体膜
    からなる上層ゲート電極を形成し、前記上層ゲート電極
    をマスクに前記第1導電型半導体基板上に第2導電型の
    低濃度拡散層を形成する工程と、 前記上層ゲート電極の側壁に第1絶縁体側壁膜を形成し
    、前記マスクパターンと前記第1絶縁体側壁膜をマスク
    に前記第1伝導体膜からなる下層ゲート電極を形成する
    工程と、 前記第1絶縁体側壁膜の外側に第2絶縁体側壁膜を形成
    し、前記マスクパターンと前記第1絶縁体側壁膜と前記
    第2絶縁体側壁膜とをマスクに前記第1導電型半導体基
    板上に第2導電型の高濃度拡散層を形成する工程とを含
    むことを特徴とする絶縁ゲート電界効果型トランジスタ
    の製造方法。
JP13380788A 1988-05-31 1988-05-31 絶縁ゲート電界効果型トランジスタの製造方法 Pending JPH01302861A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100238201B1 (ko) * 1996-08-12 2000-01-15 윤종용 2중 스페이서를 구비하는 트랜지스터 및 그 제조방법

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