JPH09162393A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH09162393A
JPH09162393A JP31903295A JP31903295A JPH09162393A JP H09162393 A JPH09162393 A JP H09162393A JP 31903295 A JP31903295 A JP 31903295A JP 31903295 A JP31903295 A JP 31903295A JP H09162393 A JPH09162393 A JP H09162393A
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JP
Japan
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impurity
gate electrode
sidewall spacer
semiconductor device
layer
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Pending
Application number
JP31903295A
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English (en)
Inventor
Kazuya Honma
運也 本間
Katsuto Aoki
勝人 青木
Yoshisue Jitsuzawa
佳居 実沢
Hideki Mizuhara
秀樹 水原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明の目的は、簡単な手法で、SCD−
LDD構造のトランジスタを製造することにある。 【解決手段】 p型Si基板1上にゲート電極4を形成
し、このゲート電極4をマスクとして、Si基板1内に
Pイオンを注入してn-層5を形成し、ゲート電極4の
側壁に、Si酸化膜6を介して、BSGからなるサイド
ウォール・スペーサ8を形成し、このサイドウォール・
スペーサ8をマスクとして、Si基板1内にAsイオン
を注入してn+層を形成し、更に、サイドウォール・ス
ペーサ8からn-層5の表面にBを熱拡散させて、n--
層10を形成する。これにより、SCD−LDD構造の
トランジスタが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係り、更に詳細には、低濃度ドープドレイン(L
DD)構造のトランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】MOSトランジスタに代表されるIGF
ET(Insulated Gate FET)において、素子の微細化に
伴ってホットキャリアの問題が重要になっている。ホッ
トキャリアとは、半導体基板である固体内において、結
晶格子と熱平衡していない電子又は正孔のキャリアであ
って、高いエネルギーを持ったものである。ホットキャ
リアが、MOSトランジスタのゲート酸化膜中に注入さ
れたり、表面準位を作ったりすると、トランジスタの特
性を劣化させることになる(具体的には、トランジスタ
のしきい値電圧を正方向に移動させたり、相互コンダク
タンスを低下させたりする)。このホットキャリアによ
るトランジスタの特性劣化は、特に、ゲート長がサブミ
クロン(1μm)以下のNMOSトランジスタにおいて
顕著である。
【0003】これを回避するには、ドレイン領域近傍の
電界を緩和して基板電流を減少させるのが効果的であ
り、その代表的な方法にLDD構造がある。このLDD
構造の製造方法として広く用いられている通常の方法は
次の通りである。すなわち、ゲート電極作成後、低濃
度のn-層形成のためにリンをイオン注入する。ゲー
ト電極側壁に、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの
絶縁物からなるサイドウォール・スペーサを形成する。
サイドウォール・スペーサをマスクとして、高濃度の
n+層形成のためのヒ素(又はアンチモン)をイオン注
入する。サイドウォール・スペーサを用いたセルフア
ライン・コンタクト法により、ドレイン電極及びソース
電極を形成する。
【0004】このLDD構造では、ドレイン近傍に設け
た濃度の低いn-(又はp-)層によって、ドレイン近傍
の電界を緩和することができ、ホットキャリアの発生を
抑制することが可能になることから、MOSトランジス
タの耐圧改善に有効である。しかしながら、より優れた
デバイス特性を得るために、ホットキャリア耐性を更に
向上させることが望まれている。
【0005】そこで、LDD構造よりも更にホットキャ
リア耐性を向上させる目的で考えられたのが、SCD−
LDD構造(Surface Counter Doped-LDD)である(例
えば、JJAP,vol 32,(1993) pp.L1203-1205参照)。これ
は、低濃度不純物層の表面濃度を更に低くする構造で、
例えば、リンイオンを注入して形成したn-領域の表面
に、BF2イオンを注入することによりホウ素を導入す
ることで、n-層よりも更に濃度の低いn--層を形成す
る。
【0006】これにより、ドレイン領域の電界強度の最
大点がドレインの拡散深さの深いところになり、ドレイ
ン領域の電界強度の最大点が電流パスからずれる上にゲ
ート酸化膜から離れるため、ホットキャリアがゲート酸
化膜中に注入されるのを防ぐことができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、LD
D構造のトランジスタにあっては、サイドウォール・ス
ペーサの下にn-層(又はp-層)が存在する。従って、
この低濃度層の表面濃度を低下させるためのイオン注入
は、図6のように斜め方向から行う必要がある。ところ
が、このような斜めイオン注入にあっては、イオンを基
板内に注入するために高い加速エネルギー(例えばBF
2イオンであれば約30〜50KeV)を必要とする。
【0008】このような高いエネルギーでは基板の表面
付近に注入することが困難であり、注入エネルギーの設
定が非常に難しい問題がある。本発明は、半導体装置の
製造方法に関し、斯かる問題点を解消するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の半導体
装置の製造方法は、LDD構造のトランジスタにおい
て、ゲート電極の側壁にドレイン領域を構成する不純物
とは逆の導電型の第2の不純物を含む絶縁物からなるサ
イドウォール・スペーサを形成し、このサイドウォール
・スペーサから半導体基板方向に第2の不純物を熱拡散
させたものである。
【0010】また、請求項2に記載の半導体装置の製造
方法は、半導体基板上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、半導体基板内に第1の
不純物をイオン注入する工程と、前記ゲート電極の側壁
に第1の不純物とは逆の導電型の第2の不純物を含む絶
縁物からなるサイドウォール・スペーサを形成する工程
と、このサイドウォール・スペーサをマスクとして、半
導体基板内に前記第1の不純物と同種又は同じ導電型の
第3の不純物をイオン注入する工程と、前記サイドウォ
ール・スペーサから半導体基板内に第2の不純物を熱拡
散させて、前記第1の不純物の領域の濃度を低下させる
工程とを含むものである。
【0011】また、請求項3に記載の半導体装置の製造
方法は、半導体基板とサイドウォール・スペーサとの間
に、不純物を含まない絶縁層を形成したものである。ま
た、請求項4に記載の半導体装置の製造方法は、サイド
ウォール・スペーサとして、p型不純物を拡散させる場
合はBSGを、n型不純物を拡散させる場合はPSGを
用いたものである。
【0012】すなわち、本発明にあっては、LDD構造
を製造するのに必要なサイドウォール・スペーサとし
て、BSGやPSGなどの不純物を含む絶縁物を用い、
このサイドウォール・スペーサから、下方の低濃度不純
物層に逆導電型の不純物を熱拡散させることで、この低
濃度不純物層の表面濃度を低下させる。特に、請求項3
に記載の発明にあっては、不純物の熱拡散を、処理温度
以外に、絶縁層の膜厚によっても調整することができ
る。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明を具体化した実施形態を図
1〜図4に基づいて説明する。 工程1(図2参照):p型単結晶シリコン基板1に、通
常のLOCOS法を用いて素子分離膜2・・を形成した
後、活性領域にゲート酸化膜3及びポリシリコンゲート
電極4を順次形成する。
【0014】そして、このゲート電極4をマスクとし
て、加速エネルギー:20〜50KeV、ドーズ量:1
〜5×1013/cm2の条件で、Si基板1にリン
(P)をイオン注入して、低濃度不純物拡散領域として
のn-層5、5を形成する。 工程2(図3参照):基板の表面に、適宜な膜厚(例え
ば、膜厚4nm)の薄いシリコン酸化膜6を形成する。
このSi酸化膜6の形成には、例えば、熱酸化法を用い
ることにより、基板表面の凹凸形状に従って薄い膜を得
ることができる。
【0015】そして、Si酸化膜6の上に、適宜な膜厚
(例えば100〜200nm)のBSG(Boro-Silicat
e Glass)膜7を形成する。このBSG膜7は、Si酸
化膜の一種で、膜中に不純物としてホウ素(B)が含ま
れる。BはB2O3の形で膜中に含まれる。形成方法は、
例えば(SiH4+B2H6+O2)ガスによるCVD法を
用いる。
【0016】工程3(図4参照):Si酸化膜6及びB
SG膜7を異方性全面エッチバックすることにより、ゲ
ート酸化膜3及びゲート電極4の側壁にサイドウォール
・スペーサ8を形成する。そして、このサイドウォール
・スペーサ8をマスクとして、加速エネルギー:30〜
50KeV、ドーズ量:3〜5×1015/cm2の条件
で、Si基板1にヒ素(As)をイオン注入して、高濃
度不純物拡散領域としてのn+層9、9を形成する。
【0017】工程4(図1参照):最後に、温度:85
0〜900℃、時間:30〜60分の条件で、熱処理を
行うと、サイドウォール・スペーサ8に含まれているホ
ウ素がSi酸化膜6を通って低濃度拡散領域5、5の表
面層に拡散する。ホウ素はp型であるため、n-層5、
5の表面層の不純物濃が薄められ、n--層10、10と
なる。
【0018】このように、本実施形態にあっては、LD
D構造において、n-層5、5の表面層に、不純物濃度
がさらに低いn--層10、10を形成したので、ドレイ
ン領域の電界強度の最大点がドレインの拡散深さの深い
ところになり、ドレイン領域の電界強度の最大点が電流
パスからずれる上にゲート酸化膜3から離れるため、ホ
ットキャリアがゲート酸化膜3中に注入されるのを防ぐ
ことができる。
【0019】また、Si酸化膜6は、BSG膜8からB
を熱拡散させる際の条件を、温度以外に自身の膜厚によ
っても調整可能とする。しかも、ゲート電極4とサイド
ウォール・スペーサ8との間にも介在しているため、B
の熱拡散がゲート電極4に影響しにくい。尚、以上の実
施形態は以下のように変更してもよく、その場合でも同
様の作用、効果を得ることができる。
【0020】1)pチャネルMOSトランジスタについ
ても、上記と同様に製造する。その場合は、p型単結晶
Si基板1をn型単結晶Si基板又はnウェル層に、n
型不純物をp型不純物(ホウ素イオンなど)にそれぞれ
置き換える。この場合は、BSG膜8に代えて、n型不
純物を含むPSG(Phospho-Silicate Glass)膜を用いれ
ばよい。PSGは、Si酸化膜の一種で、膜中に不純物
としてリン(P)が含まれる。大部分のPはP2O5の形
で膜中に含まれる。形成方法は、例えば(SiH4+P
H3+O2)ガスによるCVD法を用いる。
【0021】2)図5のように、Si酸化膜6を省略す
る。Si酸化膜6の膜厚による拡散制御はできないが、
Si酸化膜6堆積のための工程を省略することができ
る。
【0022】
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法にあって
は、簡単な手法で、SCD−LDD構造のトランジスタ
を製造することができる。特に、請求項3に記載の発明
にあっては、不純物の熱拡散を、処理温度以外に、絶縁
層の膜厚によっても調整することができるので、製造条
件の自由度を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施形態における半導体装置の製
造工程の一部を示す断面図である。
【図2】本発明に係る実施形態における半導体装置の製
造工程の一部を示す断面図である。
【図3】本発明に係る実施形態における半導体装置の製
造工程の一部を示す断面図である。
【図4】本発明に係る実施形態における半導体装置の製
造工程の一部を示す断面図である。
【図5】本発明に係る他の実施形態における半導体装置
の断面図である。
【図6】従来例における半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
1 Si基板(半導体基板) 3 ゲート酸化膜 4 ゲート電極 5 n-層(第1の不純物領域) 6 Si酸化膜(絶縁層) 7 BSG膜 8 サイドウォール・スペーサ 9 n+層(第3の不純物領域) 10 n--層
フロントページの続き (72)発明者 水原 秀樹 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 LDD(Lightly Doped Drain)構造の
    トランジスタにおいて、ゲート電極の側壁にドレイン領
    域を構成する不純物とは逆の導電型の第2の不純物を含
    む絶縁物からなるサイドウォール・スペーサを形成し、
    このサイドウォール・スペーサから半導体基板方向に第
    2の不純物を熱拡散させたことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板上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、半導体基板内に第1の
    不純物をイオン注入する工程と、 前記ゲート電極の側壁に第1の不純物とは逆の導電型の
    第2の不純物を含む絶縁物からなるサイドウォール・ス
    ペーサを形成する工程と、 このサイドウォール・スペーサをマスクとして、半導体
    基板内に前記第1の不純物と同種又は同じ導電型の第3
    の不純物をイオン注入する工程と、 前記サイドウォール・スペーサから半導体基板内に第2
    の不純物を熱拡散させて、前記第1の不純物の領域の表
    面濃度を低下させる工程と、を含むことを特徴とした半
    導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記半導体基板とサイドウォール・スペ
    ーサとの間に、不純物を含まない絶縁層を形成したこと
    を特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造
    方法。
  4. 【請求項4】 前記サイドウォール・スペーサとして、
    p型不純物を拡散させる場合はBSG(Boro-Silicate
    Glass)を、n型不純物を拡散させる場合はPSG(Pho
    spho-Silicate Glass)を用いたことを特徴とする請求
    項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方
    法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003100771A (ja) * 2001-09-21 2003-04-04 Oki Electric Ind Co Ltd 高耐圧mosトランジタ
US6951793B2 (en) 2002-05-29 2005-10-04 Toppoly Optoelectronics Corp. Low-temperature polysilicon thin film transistor having buried LDD structure and process for producing same
JP2009004493A (ja) * 2007-06-20 2009-01-08 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法

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