JPH02309665A

JPH02309665A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH02309665A
Application number: JP1130173A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Fuji; 藤　博道
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1989-05-25
Filing date: 1989-05-25
Publication date: 1990-12-25
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JP2500318B2

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）この発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に
電離放射線を受ける環境下で使用される半導体装置にお
いて、その素子領域の構造を改良した半導体装置および
その製造方法に関する。

（従来の技術）以下、第３図および第４図を参照して、従来技術による
ＭＯ５型半導体装置について説明する。

第３図（ａ）は、従来技術による耐放射線素子の断面図
、第３図（ｂ）は、第３図（ａ）に示した断面の構造を
線Ｂ−Ｂの部分に有する平面図である。

まず、第３図（ａ）において、ｐ型のシリコン半導体基
板３０に素子分離領域として、例えばＬ　ＯＧ　ＯＳ　
（Ｌ　ｏｃａｌ　Ｏｘｌｄａｔｉｏｎ　Ｓ　１ｌｌｃｏ
ｎ）法にてフィールド絶縁膜３１を形成し、素子分離が
行われている。この分離された領域、即ち素子領域３２
には、例えば熱酸化法によりゲート絶縁膜Ｖ　ａｐｏｕ
ｒ　Ｄ　ｅｐｏｓｉｔｌｏｎ）法にてポリシリコンを堆
積し、写真蝕刻法等により所定形状にバターニングして
ゲート電極３４を形成する。またフィールド絶縁膜３１
の下部にはｐ型シリコン半導体基板３０よりも不純物濃
度の高いｐ十型ガードバンド３５が設けられている。

第３図（ｂ）において、素子領域３２に、この図では図
示されるｎ型ソース／ドレイン領域３６が形成され、コ
ンタクト孔３７を介してソース／ドレイン電極３８に接
続されている。またこのｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴの周
囲を囲うようにして、ｐ＋型のガードバンド３５が形成
されている。

第４図は、ガードバンド３５の形成位置が、フィールド
絶縁膜３１の下から素子領域３２内に変更された装置の
断面図を示している。

このように、ガードバンド３５は、素子領域３２内に形
成されてもよい。またこのガードノ〈ンド３５は、第３
図（ａ）、および第３図（ｂ）に示した装置同様、ｐ型
の素子領域に形成されるｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴの周
囲を囲うように形成されているか、またはゲート電極３
４下だけにる。この反転とは、フィールド絶縁膜３１上
部のゲート電極３４に電圧がかかるとこのフィールド絶
縁膜３１をゲート絶縁膜として素子領域３２に形成され
る第３図（ａ）では図示されないｎ型のソース／ドレイ
ン領域と、ｐ型シリコン基板３０を介して、同様に図示
されない隣りの素子領域に形成されるｎ型のソース／ド
レイン領域間にｎチャネル型の寄生トランジスタが形成
され、基板３０の表面に反転層ができるということであ
る。

通常、フィールド絶縁膜３１はある程度の厚さを有する
ことから、しきい値もある程度高い。従って、上記のよ
うな寄生ＭＯ８ＦＥＴ形成によるｐ型基板３０の反転に
よるリーク電流の発生は、ゲート電極３４にかかる電圧
を極端に高くならないようすれば防ぐことができる。し
かしながら、通常の環境よりも多量の放射線が存在する
環境下、例えばγ（ガンマ）線のような放射線が多量に
存在する環境下では、このγ（ガンマ）線の照射により
、フィールド絶縁膜３１のような酸化膜中に正の固定電
荷が通常の環境よりも多量に蓄積されがかかるとこのフ
ィールド絶縁膜３１を介して、ゲート電極３４直下のｐ
型基板３０が反転し、寄生トランジスタがオンしてリー
ク電流を発生する。

このような、多量の放射線の照射による酸化膜のしきい
値低下によるリーク電流を防止するために、ｐ型基板３
０よりも、不純物濃度の高い領域、即ちガードバンド３
５を設ける。これは、ｐ型基板３０に、さらにｐ型の不
純物を高濃度にドープすることにより、反転をしにくく
する。即ち酸化膜ではなく、基板の方のしきい値を上げ
ることにより、反転を防止する。このような構造のＭＯ
８型半導体装置は、通常の環境よりも多量の放射線が存
在する環境下、例えば宇宙空間や原子炉近傍等で使用す
るのに最適である。

尚、上記のような問題は、ｐ型頭域にｎチャネル型の寄
生トランジスタが形成される場合に対して発生する。こ
のことは、フィールド酸化膜３１のような酸化膜中には
正の電荷が蓄積されることから、基板３０には正の電圧
がかかっているのと等価になり、反転しやすい状態とな
るからである。

ｊ′を通常、１μｍ程度以上必要とし、装置の集積度向
上のためには、大きなネックとなる。その幅を縮めるた
めに、ｐ型不純物の濃度をさらに濃くすればよいとも考
えられるが、これは基板中に多量の結晶欠陥をもたらし
、歩留りの面や装置の信頼性の面で影響を及ぼすので現
実的ではない。

（発明が解決しようとする課題）この発明は上記のような点に鑑み為されたもので、充分
な放射線反転耐性を有し、かつ集積度の向上に有利な素
子領域構造を持つ半導体装置およびその製造方法を提供
することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明による半導体装置およびその製造方法にあって
は、素子領域に接するフィールド酸化膜の端面に選択的
（こガードバンドを垂直方向に製造する。このように、
反転防止のためのガードバンドを従来の平面方向から、
垂直方向（高さ方向）にその領域を形成することにより
、平面方向において、集積度の向上を図り得る。さらに
素子領域においても垂直方向にその領域が広がることか
ら、必要なガードバンドの幅を垂直方向に取れる。よっ
て、平面においてはみかけ上、面積が縮小されたかたち
となり、集積度が向上される。模式的に述べると、素子
領域を垂直方向に湾曲させたようなかたちで平面方向の
集積度が向上される。

（実施例）以下、第１図、および第２図を参照して、この発明の実
施例に係わる半導体装置の製造方法について説明する。

第１図（ａ）乃至第１図（ｄ）は、この発明に係わる半
導体装置の製造方法を製造工程順に示した製造工程図で
ある。

まず、第１図Ｃａ＞において、ｐ型シリコン半導体基板
１０上に熱酸化法により、熱酸化膜１１を形成する。次
に、フィールド反転防止用として、例えば図示されない
ｐ型のホウ素（Ｂ）をイオン注入する。次に、全面に窒
化シリコン（Ｓ　ｉ　Ｎ）膜１２を、例えば減圧ＣＶ　
Ｄ　（Ｌ　ｏｗ　　Ｐ　ｒｅｓｓｕｒｅＣｈｅｍｌｃａ
ｌ　Ｖ　ａｐｏｕｒ　Ｄ　ｅｐｓｌｔｌｏｎ）法により
形成する。そして、この窒化シリコン（ＳｉＮ）膜１２
（Ｓ　ｉ　Ｎ）膜１２とホトレジスト１３との間に隙間
１４を設けるようにして除去する。次に、この隙間１４
から不純物濃度の高いガードバンド形成用として、再度
ホウ素（Ｂ）イオン１５を加速電圧６０　ＫｅＶ　、ド
ーズ量ｌＸ１０１５Ｃ１１″″２の条件でイオン注入す
る。１６はホウ素（Ｂ）が高濃度に注入されていること
を示す。

次に、第１図（ｂ）において、ホトレジスト１３を除去
し、窒化シリコン（Ｓ　ｉ　Ｎ）膜１２を酸化マスクと
するＬＯＧＯＳ（ＬｏｃａｌＯｘｌｄａｔｉｏｎ　　Ｓ
　１ｌｉｃｏｎ）法にて選択酸化を行い、素子分離領域
としてフィールド絶縁膜１７を形成する。次に、窒化シ
リコン（ＳＥＮ）膜１２を除去する。さらにこの窒化シ
リコン（ＳｉＮ）Ｉｌ１１２除去の際、保護膜となった
熱酸化膜１１も除去し、素子領域において、シリコン半
導体基板１０の表面を露出する。ここで、前述の工程で
イオン注入を行なったホウ素（Ｂ）は、前記の選択酸化
工程の熱によりフィールド絶縁８１７の斜面に沿って拡
散し、不純物濃度の高いｐ＋９のガータに、第１図（ｃ
）において、基板１０の表面を露出させた素子領域に、
この基板１０の単結晶シリコンを種結晶にして、単結晶
シリコンを１０００℃、Ｈ（、ｌ／Ｈ２（３％）混合ガ
ス中にて選択的に、例えば１５００ｎ１１だけエピタキ
シャル成長させ、エピタキシャルシリコン層１９を形成
する。

次に、第１図（ｄ）において、例えば熱酸化法によりゲ
ート絶縁膜２０を形成する。この時、ガードバンド１８
のホウ素（Ｂ）が、さらにエピタキシャルシリコン層１
９内にまで熱拡散することにより、ガードバンド１８が
基板１０に対して垂直方向にも形成される。次に、全面
に、例えば減圧ＣＶ　Ｄ　（Ｌ　ｏｖ　　Ｐ　ｒｅｓｓ
ｕｒｅ　Ｃｈｅｉｌｃａｌ　Ｖ　ａｐｏｕｒＤ　ｅｐｓ
ｌｔｉｏｎ）法によりポリシリコン層を形成し、図示し
ないホトレジストを用いて所定の形状にバター二°ング
してゲート電極２１を形成する。次に、図示されないｎ
型のソース／ドレイン領域を、例えばゲート電極２１を
マスクにしてヒ素（Ａｓ）をイオン注入し、熱拡散させ
ることにより形成すを有し、かつ装置の微細化に有利な
素子領域の構造を持つ半導体装置が製造される。

また、第２図に第１図（ｄ）に示す構造を持つ装置を線
Ａ−Ａに沿って切断した時の平面図を模式的に示す。

第２図において、第１図（ａ）乃至第１図（ｄ）では図
示されなかったｎ型のソース／ドレイン領域２２と、コ
ンタクト孔２３を介して接続されたソース／ドレイン電
極２４が図示される。さらに素子領域２５は基板１０の
垂直方向に突出し、ガードバンド１８はｎチャネル型Ｍ
Ｏ３ＦＥＴの周囲を囲うようにして形成されている。こ
の高濃度のｐ＋型ガードバンド１８の部分では、基板１
０のしきい値が上がる。従って、通常の環境より多量の
放射線が存在する環境下、例えば宇宙空間や原子炉近傍
で使用しても、図示されない隣りの素子との間に、寄生
トランジスタ形成によるリーク電流の発生を抑制できる
。

尚、このガードバンド１８は、ｐ型基板、あるいはｐ型
井戸状領域にて有効であることは勿論でれる。また、素
子領域を垂直方向にも広げたことで、同様に素子領域の
平面方向に関する集積度が向上される。従って、放射線
反転耐性を有しながらも装置の集積度の向上にも有利な
素子領域の構造を持つ半導体装置およびその製造方法が
提供される。

［発明の効果］以上説明したようにこの発明によれば、装置の素子領域
の平面方向の広がりを垂直方向にも広げたことにより平
面方向の集積度が向上する。さらに耐放射線素子におい
て、平面方向の集積度向上のネックとなっていたガード
バンドをこの垂直方向にも広げることにより集積度の向
上が可能となる半導体装置およびその製造方法が提供さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至第１図（ｄ）は、この発明の実施例に
係わる半導体装置の製造方法について製造工程順に示し
た断面図、第２図は、その製造方法により製造された装
置の平面図、第３図（ａ）および第３図（ｂ）は、従来
技術の装置の断面図、トレジスト、１４・・・イオン注
入用の隙間、１５・・・Ｂ（ホウ素）イオン、１６・・
・基板中のＢ（ホウ素）イオン、１７・・・フィールド
絶縁膜、１８・・・ガードバンド、１９・・・エピタキ
シャルシリコン層、２０・・・ゲート絶縁膜、２１・・
・ゲート電極、２２・・・ソース／ドレイン領域、２３
・・・コンタクト孔、２４・・・ソース／ドレイン電極
、２５・・・素子領域、３０・・・ｐ型半導体基板、３
１・・・フィールド絶縁膜、３２・・・素子領域、３３
・・・ゲート絶縁膜、３４・・・ゲート絶縁膜、３５・
・・ガードバンド、３６・・・ｎ型ソース／ドレイン領
域、３７−・・コンタクト孔、３８−・・ソース／ドレ
イン電極。特許出願人　工業技術院長飯塚幸三（ａ）（ｂ）（Ｃ）（ｄ）第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シリコン半導体基板に設けられた素子領域と、こ
の素子領域の垂直方向に選択的に設けられたエピタキシ
ャルシリコン層と、このエピタキシャルシリコン層、お
よびシリコン半導体基板にまたがって垂直方向に設けら
れたガードバンドと、前記エピタキシャルシリコン層に
設けられた能動素子とを具備することを特徴とする半導
体装置。
（２）シリコン半導体基板上に酸化膜を形成する工程と
、この酸化膜上に窒化膜を形成する工程とこの窒化膜を
シリコン半導体基板上の素子領域にのみ残し他は除去す
る工程と、この素子領域に残留している窒化膜から離間
して素子領域以外にホトレジストを形成する工程と、こ
の離間部分から基板に対し、不純物イオンを注入する工
程と、前記ホトレジストを除去する工程と、前記窒化膜
を酸化マスクにして選択的酸化を行ない素子分離領域を
形成する工程と、前記窒化膜を除去する工程と、前記酸
化膜を除去し素子領域においてシリコン半導体基板表面
を露出させる工程と、この基板の露出した素子領域に選
択的にエピタキシャルシリコン層を形成する工程とを具
備することを特徴とする半導体装置の製造方法。