JPH02162761A - Mosfetの製造方法 - Google Patents

Mosfetの製造方法

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JPH02162761A
JPH02162761A JP1217164A JP21716489A JPH02162761A JP H02162761 A JPH02162761 A JP H02162761A JP 1217164 A JP1217164 A JP 1217164A JP 21716489 A JP21716489 A JP 21716489A JP H02162761 A JPH02162761 A JP H02162761A
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はMOSFETS特に、軽くドーピングされたド
レンを有するMOSFETに関する。詳細には、本発明
はゼロドレンオーバーラツプpチャンネル装置又は軽く
ドーピングされたドレンを有するpチャンネル装置に対
し軽くドーピングされたドレンを有するnチャンネルデ
バイスが相補的に配置された相補自己整合MOSFET
の製造方法に関する。
(従来の技術) 従来のドレン構造を有するnチャンネルMOSデバイス
はチャンネル長が短いとホットキャリアの効果により信
頼性が低下することは良く知られている。この問題を解
決する一つの方法はドレンの端でのピーク電界が減少す
るようにドレン構造を変更することである。これは、ド
レン端でのドレンドーピング濃度を下げてNMOSデバ
イス内に軽くドーピングされたドレン(LDD)構造を
形成させることにより達成出来る。このN Fvl 0
 SデバイスのLDD構造はゲート材料上に側壁スペー
サを用いることにより形成出来る。
(発明が解決しようとする課題) CMOS技術におけるnチャンネルLDDMOSFET
の代表的な形成プロセスにおいては、n及びp形つェル
がシリコン内に限定されそして分離酸化物により分離さ
れる。ゲート酸化物が次に形成され、そしてこのゲート
酸化物上にポリシリコンゲートのパターンが形成される
。ゲート材料及びソースとドレンは次憾酸化されて厚さ
300−500人のシリコン二酸化物層が形成される。
次にp形シリコン層がマスクされ、pチャンネルソース
及びドレンにp ドーパントが注入される。このマスク
を除去し次にn形ドーパントをデバイス全体に注入する
。厚さ2000−3000Aのシリコン二酸化物の層が
このデバイス全面に付着され、そしてこのシリコン二酸
化物が異方的にエツチングされてゲート材料上に酸化物
の側壁スペーサを形成する。厚さ400人迄0シリコン
二酸化物層がソース/ドレン領域上に成長する。これら
n形シリコン領域はマスクされてn ドーパントがnチ
ャンネルのソースとドレンに注入される。CMOS製造
プロセスでのLDDnチャンネルデバイスの製造にこの
周知の側壁スペーサ技術を用いるに際しての一つの問題
は、LDD注入が製造中のCMOSデバイスのマスクさ
れていない領域のすべてに行われるため、LDDプロセ
ス中、pチャンネルデバイスをマスクしておかねばなら
ないことである。従って、nチャンネルデバイスのソー
スとドレン以外のCMOSデバイスの領域を保護するた
めの余分なマスク層が必要となる。
I EEEエレクトロンデバイスレターズ、vol。
9、磁4,1988年4月、ジェームス アール。
ブフイースター “ヂスポーザブル サイドウオール 
スペーサ テクノロジーを用いるLDDMOSFETs
”には他のプロセスが示されている。この文献は酸化さ
れたポリシリコンゲートを覆う薄いポリシリコンバッフ
ァー層の上に除去I’ll能な側壁スペーサを設けるよ
うになったLDDMOSFETデバイスの製造が示され
ている。軽重両方のソース/ドレン注入に同一のマスク
が用いられている。しかしなから、ポリシリコンバッフ
ァー層は除去しなければならない。その結果、すべての
側壁スペーサも除去しなければならない。
これは、例えば米国特許節4471374及びヨーロッ
パ特許節0197871に示されるSRAMセル負荷の
ような、ドレン注入を受けるようにはなっていないゲー
ト内・に領域を組入れるデバイスにこのプロセスを用い
るときには大きな欠点となる。このポリシリコンバッフ
ァー層の除去を熱酸化で行うとすれば、デバイス上に厚
さが一般に600−700人の酸化物層が成長する。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段及び作用)本発明は上記従
来技術の問題を解決することである。
本発明は、ソース、ドレン及びゲートの上に伸びて不純
物拡散バリアとして作用する絶縁層を設け、この絶縁層
の上に、絶縁材料からなる側壁スペーサを形成すること
を含む、ゲートに隣接して側壁スペーサを有するMOS
FETの製造方法を提供する。
本発明は下記段階から成るMOSFETの製造方法を提
供する。
(a)  一つの導電形式の不純物でドーピングされた
シリコン領域の上に伸びる酸化物層の上にゲートを設け
る段階 (b)  シリコンでの不純物拡散に対するバリアとし
て作用する絶縁層をこのゲート及び上記酸化物層の隣接
露出部分の上に形成する段階(c)  上記絶縁層の上
に第2の酸化物層を形成する段階 (d)  上記絶縁層の上であって上記ゲートに隣接し
て上記第2酸化物層の側壁スペーサをIjえるようにこ
の第2酸化物層を異方的にエツチングする段階 (e)  上記側壁スペーサをそのドの領域部分に対す
るマスクとして用いて、上記シリコン領域に第2の導電
形式のドーパント不純物を注入する段階 本発明は更に下記段階からなる、相補形pチヤンネル及
びnチャンネルMOSFETの製造h゛法を提供する。
(a)  夫々n又はp形不純物でドーピングされたシ
リコン領域の上に伸びる酸化物層の上に配置され、絶縁
酸化物領域で分離されているpチャンネル及びNチャン
ネルMOSFET用ゲートを与える段階 (b)  シリコン内での不純物拡散に対するバリアと
して作用する絶縁層をこれらゲート及び上記酸化物層の
隣接した露出部分の上に形成する段階 (c)  上記絶縁層の上に絶縁材料からなるエツチン
グ可能な層を形成する段階 (d)  上記絶縁層の上であって上記ゲートに隣接し
て上記エツチング可能な層の側壁スペーサを与えるよう
にこのエツチング可能な層を異h゛的にエツチングする
段階 下記段階により軽くドーピングされたドレンをaするn
チャンネルMOSFETを形成する段階(e)  上記
nチャンネルシリコン領域をマスクする段階 (f)  上記側壁スペーサの下にある上ua p形領
域の部分をこの領域内の側壁スペーサがマスクするよう
にして、マスクされないシリコンのp形領域にn+形ド
ーバント不純物を注入する段階(g)  上記絶縁層か
ら上記側壁スペーサを異方的にエツチングする段階 (h)  上記p形領域の上記部分にn−形ドーパント
不純物を注入する段階 (i)  シリコンの上記n形領域を露出する段階 更に下記段階により上記nチャンネルMO3FETの前
又は後にpチャンネルMOSFETを形成する段階 (j)  シリコンの上記p形領域をマスクする段階 (k)  上記側壁スペーサの下にある上記n形領域の
部分を上記n領域内の上記側壁スペーサがマスクするよ
うにして上記シリコンの露出されたn形領域にp 形ド
ーパント不純物を注入する段階 (j?)  シリコンの上記p形領域を露出する段′階 本発明はまた夫々ソース、ドレン及びゲートの上に伸び
る、不純物拡散バリアとして作用する絶縁層を有する、
軽くドーピングされたドレンをaするnチャンネルMO
SFETとゼロドレンオーバーラツプロチヤンネルMO
SFETからなる相補形MOSFETを含む半導体装置
を提供する。
〔実施例〕
第1図は本発明においてはじめに用いられる従来のゲー
ト酸化物層の上にCMOSゲートを形成するためのCM
OSプロセスにおける4段階後のシリコン構造を示して
いる。シリコン層2が設けられ、その中に口形ウェル4
とp形つェル6が夫々nドーパントとpドーパントの注
入により限定される。分離酸化物領域8はシリコン層2
の上に成長し、ゲート酸化物層10はシリコン層2の上
の、分離酸化物領域8間に形成される。次にポリシリコ
ンゲート12がゲート酸化物層10の上に形成され、続
いてnドーパントでドーピングされる。これらすべての
段階は従来のCMOSプロセスで用いられるものである
。図ではn及びpウェルを有するCMOSを示している
が、これら段階はnウェル、2ウエル又はpウェルであ
るCMO8構造の選択には無関係である。又、図では一
対のCMOSデバイスによる相補形デバイスを示してい
るが、本発明によれば1個のシリコン基体にその様なデ
バイスをアレイとして製造することが出来る。ゲート材
料は本発明の方法に必要な以後の付着およびエツチング
と両立しうるちのであれば任意である。一般にn又は、
p形ポリシリコン、シリサイド又はポリサイドのいずれ
でもよい。
第2図において、絶縁バリア層14がこの構造の上に付
着される。この実施例では絶縁バリア層14はシリコン
窒化物であり、厚さは一般に200−400人である。
この絶縁バリア層14はドーパント不純物に対するバリ
アとして作用する。次にシリコン酸化物層16が一般に
厚さ2000−4000人としてこのシリコン窒化物層
14の上に付着される。
第3図に示すように、この酸化物層16は窒化物層14
迄異方的にエツチングされてゲート12上に側壁スペー
サ18を形成する。この酸化物層16のエツチングは3
:1の窒化物に対する選択度をもって酸化物を異方的に
エツチングしうるプラズマエツチングシステムにより行
うことが出来る。
第4図はn形シリコン領域がホトレジスト層20により
マスクされそしてn+ソース及びドレン22がゲート1
2、側壁スペーサ18又は分離酸化物領域8によりマス
クされていないp形シリコンの領域に注入された後の構
造を示している。
側壁スペーサ18はゲート12に隣接するp形シリコノ
をn ドハーントの注入に対しマスクするように作用す
る。
第5図において、p形シリコン領域内の側壁スペーサ1
8は緩衝フッ化水素酸溶液のような湿エッチャントに漬
けることにより等方的にエツチングされる。次に、軽く
n でドーピングされたドレン24がこの構造のマスク
されない領域、特に側壁スペーサ18により前にマスク
されていたp形シリコンの領域24にn−ドーパントを
注入して形成される。
第6図に示すように、n形シリコンの上のホトレジスト
層20が次に剥がされ、そして第2のホトレジスト層2
6がp形シリコンの上にマスクとして与えられる。
第7図はゲート12、側壁スペーサ18又は分離酸化物
領域8によりマスクされないn形領域の領域27へのp
 ソース及びドレンの注入後の構造を示している。側壁
スペーサ18はゲート12に隣接するn形シリコンをp
 ドーパントの注入に対しマスクするように作用する。
第8.9図は本発明の第1実施例による方法のこれ以降
の段階を、第10図は本発明の第2の実施例による方法
の以降の段階を示している。
第8図は前述のように異方的なエツチングによる側壁ス
ペーサ18の除去とそれに続くこの構造のマスクされな
い領域そして特に側壁スペーサ18により前にマスクさ
れていたn形シリコンの領域28へのp−ドーパント注
入後の第7図の構造を示している。p−ドーパント注入
で軽<p−でドーピングされたドレン28が形成される
第9図は第2ホトレジスト層26が除去された後の最終
構造を示す。この構造はn及びpチャンネルLDD  
MOSFET30.32からなる。
第10図はp形シリコンからの第2ホトレジスト層26
の直接除去後の第7図の構造を示している。この構造は
p 注入物の拡散後のnチャンネルLDD  MOSF
ET34とZDO形の従来のドレンを有するpチャンネ
ルMO3FET36からなる。
本発明のこれら実施例について、その最終構造にドーピ
ングされたガラスが付着され、このガラスを介してMO
SFETのゲート、ソース及びドレンへの金属化接続が
なされる。
本発明の方法はLDD領域につき1個のマスクのみを用
いてLDD  CMOS構造の製造を可能にするが、更
にZDO形の従来のドレンのpチャンネルデバイスを与
えるべく1)チャンネルデバイスに側壁スペーサを残す
ことも出来る。更に、これらスペーサはCMOS構造に
例えばスタチックRAM抵抗負荷のような他の回路エレ
メントをレジストマスク20,26でそれらエレメント
をマスクすることで組入れようとする場合にはそのまま
残してもよい。これらマスクはソース/ドレン及びLD
D注入に対しこれらエレメントを保訛する。
第11図は第9図と同様であるが、ポリシリコン抵抗と
組合せてn及びpチャンネルLDDMOSFET30.
32が形成されたものを示す。
ドーピングされないポリシリコン構造38が、シリコン
窒化物の絶縁バリア層14の付若前に分離酸化物領域8
に形成される。この構造38は次に絶縁バリア層14そ
して続いて酸化物層16により覆われる。この酸化物層
16は次に前述のように異方的にエツチングされてポリ
シリコン構造38に隣接して側壁スペーサ40を形成す
る。前述のLDD  MOSFETを形成する段階にお
いて、このポリシリコン構造38は、それらの側壁スペ
ーサ40と共にレジストマスク20.26により覆われ
る。このように、ポリシリコン構造38は注入を受ける
ことはなく、例えばスタチックRAMセル負荷にしばし
ば使用される形式のドーピングされないポリシリコン抵
抗としてそれらを用いることを可能にする。ポリシリコ
ン構造38はゲート12から側壁スペーサ18を除去す
るための異方性エツチング段階においてもマスクされる
から、最終構造において側壁スペーサ40はポリシリコ
ン構造38に残留する。
好適にはシリコン窒化物であるこの絶縁バリア層は側壁
スペーサを形成する酸化物層のエツチング中にエツチン
グ停止1−作用を有する。この絶縁バリア層は、それ故
、酸化物層のエツチングに用いられる異方性エッチャン
ト及び等方性エッチャントの両方に対して抵抗性をHす
るものでなくてはならない。この絶縁バリア層はガラス
層からの不純物がCMOSエレメントに拡散しないよう
にする不純物拡散バリア層として作用する。これはデバ
イスの不安定性を抑圧することが出来る。また、この絶
縁バリア層はCMOS構造用の表面保護層として作用し
、そしてデバイス表面をプラズマによる損傷から保設す
ることが出来る。これはデバイスの信頼性を高めるもの
である。
〔発明の効果〕
本発明は絶縁バリア層がデバイスのエツチング中の寄生
デバイスの酸化物の厚みの減少を防I卜するという利点
を与える。これら寄生デバイスとはLOCOS又は5I
LOのような酸化物分離技術で形成されるものでありう
る。
更に、本発明は、シリコン窒化物層の使用により軽くド
ーピングされたドレンに対するゲートのオーバーラツプ
が減少するという利点もりえることが出来る。厚さ約4
00人のこの窒化物層がゲートの側に配置されているか
ら、これがスペーサとして作用し、軽くドーピングされ
たドレンがゲートから約400八分離されることになる
。これにより、ゲートと軽くドーピングされたドレンと
の間に拡散距離が生じ、それによりデバイスの作動のた
めLDD注大の拡散が生じる。
本発明における材料の選択により、通常のCMO3のマ
スキング要求を越える付加的なマスクを必要とすること
なくLDDnチャンネル及びZDO又はLDDpチャン
ネルデバイスからなる相補形MO3FETをポリシリコ
ン抵抗のような他のエレメントと共に製造することが可
能となる。
好適にはシリコン酸化物である側壁スペーサの材料は一
般にはプラズマである異方性エッチャント及び一般には
湿エッチャントである等方性エッチャントの両方により
エツチングされうるしのでなければならない。
前述のように、ゲート材料は杆々であり、一般にはn又
はp形ポリシリコン、シリサイド又はポリサイドである
。好適にはnチャンネルデバイスについては、ゲートは
n形ポリシリコンである。
nチャンネルデバイスのソースとドレンの形成前に充分
なnドーパントをポリシリコンに含めておき、あるいは
ソースとドレンへのn+ドーパントの注入中ゲートに注
入されるnドーパントがゲート内に必要なnドーパント
を与えるようにしてもよい。好適には、pチャンネルデ
バイスもポリシリコンゲートを有し、これは埋込みチャ
ンネルデバイスについてはn形、表面チャンネルデバイ
スについてはp形とすることが出来る。埋込チャンネル
デバイスについては1、ゲートはまず高い11ド一パン
ト濃度であり、これがp ドーパント注入段階において
幾分減少する。表面チャンネルデバイスについては、p
チャンネルデバイスのソースとドレンの形成前に充分な
pドーパントがポリシリコンに注入され、あるいはソー
スとドレンへのp ドーパントの注入中にゲートに注入
されるpドーパントがゲートに必要なpドーパントを与
えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】 第1図は分離酸化物領域間のウェルを覆うゲート酸化物
層にポリシリコンゲートを形成した後のCMOSプロセ
スにおけるシリコンウェハー構造の断面図、 第2図は上記構造に絶縁バリア層と酸化物層を配置した
後の第1図の構造を示す図、 第3図は側壁スペーサの形成のための酸化物の異方的エ
ツチング後の第2図の構造を示す図、第4図はn形シリ
コン面へのマスクの付与及びその後のn ソースとドレ
ンへの注入後の第3図の構造を示す図、 第5図はp形シリコンの上の側壁スペーサの除去とその
後のnで軽くドーピングされたドレンへの注入後の第4
図の構造を示す図、 第6図はn形シリコン面のマスクの除去とその後のp形
シリコン面へのマスクの付与後の第5図の構造を示す図
、 第7図はp ソースとドレンの注入後の第6図の構造を
示す図、 第8図はn形シリコンの上の側壁スペーサの除去とその
後のp で軽くドーピングされたドレンの注入後の第7
図の構造を示す図、 第9図はLDDp又はnチャンネルデバイスを有するC
MO8構造を与えるため、p形シリコン面のマスクの除
去後の第8図の構造を示す図、第10図はp形シリコン
面のマスクが、注入及び拡散後にLDDnチャンネルデ
バイス及びゼロドレンオーバーラツプ(ZDO)pチャ
ンネルデバイスを有するCMO3構造を与えるために第
7図の構造から直接に除去されるようになった本発明の
他の実施例を示す図、 第11図はLDDp及びnチャンネルデバイスに抵抗が
組入られるようになった本発明の他の実施例を示す図で
ある。 2・・・シリコン層、4・・・n形つェル、6・・・p
形つェル、8・・・分離酸化物層、10・・・ゲート酸
化物層、12・・・ポリシリコンゲート、14・・・絶
縁バリア層、16・・・シリコン酸化物層、18・・・
側壁スペーサ、20・・・ホトレジスト、22・・・ソ
ース/ドレン、24・・・軽くドーピングされたドレン

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ソース、ドレン及びゲートの上に伸びて不純物拡散
    バリアとして作用する絶縁層を設け、この絶縁層の上に
    、絶縁材料からなる側壁スペーサを形成することを含む
    、ゲートに隣接して側壁スペーサを有するMOSFET
    の製造方法。 2、前記絶縁層はシリコン窒化物から成る請求項1記載
    の方法。 3、前記側壁スペーサはシリコン酸化物から成る請求項
    1又は2記載の方法。 4、下記段階から成るMOSFETの製造方法。 (a)一つの導電形式の不純物でドーピングされたシリ
    コン領域の上に伸びる酸化物層の上にゲートを設ける段
    階 (b)シリコンでの不純物拡散に対するバリアとして作
    用する絶縁層をこのゲート及び上記酸化物層の隣接露出
    部分の上に形成する段階 (c)上記絶縁層の上に第2の酸化物層を形成する段階 (d)上記絶縁層の上であって上記ゲートに隣接して上
    記第2酸化物層の側壁スペーサを与えるようにこの第2
    酸化物層を異方的にエッチングする段階 (e)上記側壁スペーサをその下の領域部分に対するマ
    スクとして用いて、上記シリコン領域に第2の導電形式
    のドーパント不純物を注入する段階 5、下記段階を更に含む請求項4記載の方法。 (f)前記絶縁層から前記側壁スペーサを異方的にエッ
    チングする段階 (g)前記シリコン領域の前記部分に前記第2導電形式
    のドーパント不純物を注入する段階6、前記段階(e)
    及び(g)を軽くドーピングされたドレンを有するMO
    SFETの製造に用いるごとくなった請求項5記載の方
    法。 7、前記絶縁層はシリコン窒化物からなる請求項4乃至
    6の1に記載の方法。 8、前記第2酸化物層はシリコン酸化物である請求項4
    乃至7の1に記載の方法。 9、下記段階からなる、相補形pチャンネル及びnチャ
    ンネルMOSFETの製造方法。 (a)夫々n又はp形不純物でドーピングされたシリコ
    ン領域の上に伸びる酸化物層の上に配置され、絶縁酸化
    物領域で分離されているpチャンネル及びNチャンネル
    MOSFET用ゲートを与える段階 (b)シリコン内での不純物拡散に対するバリアとして
    作用する絶縁層をこれらゲート及び上酸化物層の隣接し
    た露出部分の上に形成する段階(c)上記絶縁層の上に
    絶縁材料からなるエッチング可能な層を形成する段階 (d)上記絶縁層の上であって上記ゲートに隣接して上
    記エッチング可能な層の側壁スペーサを与えるようにこ
    のエッチング可能な層を異方的にエッチングする段階 下記段階により軽くドーピングされたドレンを有するn
    チャンネルMOSFETを形成する段階(e)上記nチ
    ャンネルシリコン領域をマスクする段階 (f)上記側壁スペーサの下にある上記p形領域の部分
    をこの領域内の側壁スペーサがマスクするようにして、
    マスクされないシリコンのp形領域にn^+形ドーパン
    ト不純物を注入する段階(g)上記絶縁層から上記側壁
    スペーサを異方的にエッチングする段階 (h)上記p形領域の上記部分にn^−形ドーパント不
    純物を注入する段階 (i)シリコンの上記n形領域を露出する段階 更に下記段階により上記nチャンネルMOSFETの前
    又は後にpチャンネルMOSFETを形成する段階 (j)シリコンの上記p形領域をマスクする段階 (k)上記側壁スペーサの下にある上記n形領域の部分
    を上記n領域内の上記側壁スペーサがマスクするように
    して上記シリコンの露出されたn形領域にp^+形ドー
    パント不純物を注入する段階 (l)シリコンの上記p形領域を露出する段階 10、下記段階を前記段階(k)と(l)の間に更に含
    む請求項9記載の方法。 (k′)前記絶縁層から前記側壁スペーサを異方的にエ
    ッチングする段階 (K″)シリコンの前記n形領域の前記部分にp^−形
    ドーパント不純物を注入し、それにより軽くドーピング
    されたドレンを有するpチャンネルMOSFETを形成
    する段階 11、下記段階を前記段階(l)の後に更に含む請求項
    9記載の方法。 (l′)前記夫々のゲートに向いp^+注入物を拡散さ
    せ、ゼロドレンオーバーラップpチャンネルMOSFE
    Tを形成する段階 12、前記段階(b)の前に、抵抗エレメントを形成す
    る構造を分離酸化物の前記領域の上に付着させる段階を
    更に含み、上記段階(b)において前記分離酸化物と上
    記構造の上に前記絶縁層が形成されるごとくなった請求
    項9記載の方法。 13、前記絶縁層はシリコン窒化物からなる請求項9乃
    至12の1に記載の方法。 14、前記エッチング可能な層はシリコン酸化物からな
    る請求項9乃至13の1に記載の方法。 15、夫々ソース、ドレン及びゲートの上に伸びる、不
    純物拡散バリアとして作用する絶縁層を有する、軽くド
    ーピングされたドレンを有するnチャンネルMOSFE
    TとゼロドレンオーバーラップpチャンネルMOSFE
    Tからなる相補形MOSFETを含む半導体装置。 16、前記ゼロドレンオーバーラップpチャンネルMO
    STFETのゲートに隣接する前記絶縁層の上に配置さ
    れた側壁スペーサを更に含む請求項15記載の半導体装
    置。 17、前記半導体装置の分離酸化物領域の上で前記絶縁
    層の下に配置された抵抗エレメントを更に含む請求項1
    5又は16記載の半導体装置。
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