JPH10270375A - イオン注入方法およびこれを用いたｍｏｓ型トランジスタの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一回のイオン注入のみでＬＤＤ構造を形成可
能なイオン注入方法を提供すること。 【解決手段】 被処理物１１表面にマスク２１を形成
し、このマスク２１を介してイオンを打ち込むイオン注
入方法において、端部に向かうにつれて、厚さが薄くな
るように形成されたマスク２１を用いてイオン注入を行
うことを特徴とするイオン注入方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハなど
の被処理物の表面にイオンを注入するイオン注入方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路を形成するためには、微
小なＭＯＳ型トランジスタが用いられている。一般にこ
のＭＯＳ型トランジスタは、ソース、ゲート、ドレイン
を有しており、またゲートは下方側が酸化膜であるゲー
ト絶縁膜、上方側がゲート電極となっている。そしてこ
のソースとドレインの間に所定の電圧を付与し、さらに
ゲート電極に対してしきい値電圧を付与すれば、基板の
上方に設けられたＳｉ層内部の空乏層の広がりが変わる
ことにより、電流が電圧によって制御できるようになっ
ている。

【０００３】ここで、ＭＯＳ型トランジスタの微細化が
進むにつれ、このソースとドレインの間隔が短くなり、
そのためこの間の電界が強くなる。しかしながら、この
電界が強くなった状態でＭＯＳ型トランジスタを長時間
作動させると、いわゆるホットキャリアが発生して上記
ＭＯＳ型トランジスタの特性が次第に悪化するという不
良が発生する。

【０００４】このホットキャリアは、ソース、ドレイン
間の電界が強くなると、この電界によって加速された電
子が、Ｓｉのバンドギャップエネルギーである例えば
１．１ｅＶを越えてしまい、この電子がＳｉ格子と衝突
して電子−正孔対を形成し、この電子−正孔対がゲート
絶縁膜に捕獲されて特性を悪化させるようになってい
る。

【０００５】すなわち、上記電子−正孔対のうち正孔は
主にＳｉ基板に流れて基板電流として観測され、また電
子はゲート電圧によって引き寄せられ、必ずしもＳｉ−
ＳｉＯ₂ の電位障壁を越えるエネルギを持たずとも、ゲ
ート絶縁膜へと向かい、その一部が捕獲されるようにな
っている。

【０００６】捕獲された電子は、ゲート電極のしきい値
電圧を変動させ、そのため上記ゲート電極へ所定の電圧
値を付与しても、所定の電流制御が行えない虞が生じ
る。このようなホットキャリアの発生を抑制するため
に、従来、基板のＳｉ層へのイオン注入では、ソースお
よびドレインのそれぞれの領域に低濃度領域を形成し、
電界の高い部分においてこの電界を緩和するようにし
て、上記高濃度領域からのホットキャリアの発生を抑制
している。

【０００７】この低濃度領域を形成するためには、ＤＤ
Ｄ（二重ドレイン）やＬＤＤ（低濃度ドレイン）と呼ば
れる方法が存在するが、このうちＬＤＤにおいては、従
来、図４に示すような方法が用いられていた。

【０００８】従来、Ｓｉ層１にイオンを打ち込むために
は、図４（ａ）に示すようにイオン注入層であるＳｉ層
１の上部にレジストなどのマスク材２を生成し、このマ
スク材２の上部に所定の第１の露光用マスク３を形成す
る。

【０００９】この後、図４（ｂ）に示すように上記第１
の露光用マスク３をマスクとして、露光および処理液で
の処理を行い、上記マスク材２を所定の形状に加工し、
そしてレジストパターン３も剥離して第１のマスク４を
形成する。この第１のマスク４が形成された後に、図４
（ｃ）に示すように上記Ｓｉ層１に対して高濃度のイオ
ン注入を行うと、Ｓｉ層１に高濃度領域５が形成され
る。

【００１０】このイオン注入が終了した後に、図４
（ｄ）に示すように上記第１のマスク４の上部に先程の
レジストパターン３よりも小面積の第２の露光用マスク
６を設け、そして上記と同様のマスク加工およびレジス
ト剥離を行い、図４（ｅ）に示すように上記Ｓｉ層１上
に第１のマスク４よりも小面積の第２のマスク７を形成
する。そして、図４（ｆ）に示すように上記Ｓｉ層１に
対して低濃度のイオン注入を行い、上記ソースおよびド
レイン近傍に低濃度領域８を形成する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なイオン注入方法によりＬＤＤ構造を形成する場合に
は、以下のような欠点があった。すなわち、上記のよう
なイオン注入方法においては、イオン注入を行うため
に、第１のマスク４および第２のマスク７を形成する必
要があったが、この場合には、マスクを二回形成しなけ
ればならず、またこの第１のマスク４および第２のマス
ク７の生成に応じて、その度ごとにイオンの注入を行わ
なければならないという不具合を生じている。そのた
め、必要となる工程数が多くなり、上記イオン注入に時
間を要するという不具合を生じている。

【００１２】また、上記イオンの注入を行う場合、工程
数が多くなるばかりではなく、例えばマスク材２を加工
する工程数が多くなることにより、マスク材質と下地材
料の加工時の選択が厳しく要求されるという問題をも有
している。

【００１３】本発明は上記の事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするところは、一回のイオン注入のみ
でＬＤＤ構造を形成可能なイオン注入方法およびこれを
用いたＭＯＳ型トランジスタの形成方法を提供しようと
するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
被処理物表面にマスクを形成し、このマスクを介してイ
オンを打ち込むイオン注入方法において、マスク形状を
端部に向かうにつれて厚さが薄くなるように形成したこ
とを特徴とするイオン注入方法である。

【００１５】請求項２記載の発明は、上記被処理物表面
には予め材質を異にする層状部が設けられており、この
層状部を通過させて上記被処理物にイオンを注入するこ
とを特徴とする請求項１記載のイオン注入方法である。

【００１６】請求項３記載の発明は、上記マスクは、加
熱処理により端部に向かうにつれて薄くなるように形成
したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のイ
オン注入方法である。

【００１７】請求項４記載の発明は、基板表面にマスク
を形成し、このマスクを介してイオンを打ち込んでＬＤ
Ｄ構造を形成するＭＯＳ型トランジスタの形成方法にお
いて、上記基板表面に形成されたマスクを加熱して、こ
の形状を端部に向かうにつれて薄くなるように形成する
加熱工程と、上記基板にイオン注入を行うイオン注入工
程と、を具備したことを特徴とするＭＯＳ型トランジス
タの形成方法である。

【００１８】請求項１の発明によると、上記マスク形状
を端部に向かうにつれて厚さが薄くなるように形成して
いるため、上記被処理物に対してこのマスクを介してイ
オン注入を行うと、マスクが厚い位置ではイオンが阻止
されて被処理物まで到達することがなく、またマスクが
薄い位置では所定量のイオンがマスクを突き抜けて、被
処理物にイオンが注入される。そのため、一回のイオン
注入のみで被処理物に高濃度注入領域と、低濃度注入領
域とを形成することが可能となっている。よって、従来
のイオン注入方法のように、例えばマスクを二回形成
し、このマスクに応じて複数回のイオン注入を行う必要
がなくなる。

【００１９】請求項２の発明によると、上記被処理物表
面には予め材質を異にする層状部が設けられており、こ
の層状部を通過させて上記被処理物にイオンを注入する
ため、ＭＯＳ型トランジスタを形成する工程が削減可能
であり、かつ被処理物へのイオン注入も層状部を通過さ
せて所定量だけ被処理物に注入することが可能であり、
良好なトランジスタを形成することが可能である。

【００２０】請求項３の発明によると、上記マスクは加
熱処理により端部に向かうにつれて薄くなるように形成
したため、微細なマスクにおいても上記マスクの形状の
加工を容易に行うことが可能となる。

【００２１】請求項４の発明によると、上記被処理物表
面に形成されたマスクを加熱して、この形状を端部に向
かうにつれて薄くなるように形成する加熱工程と、上記
被処理物にイオンを注入するイオン注入工程と、を具備
しているため、加熱工程によってこのマスクが微細であ
る場合でも端部に向かうにつれて薄くなる形状に容易に
加工であり、またこのマスクを用いてイオン注入を行え
ば、一回のイオン注入のみで、被処理物へのイオン注入
領域を、高濃度領域から低濃度領域まで段階的に形成す
ることが可能である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、図１ないし図３に基づいて説明する。図２に示す
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の一種であるＭＯＳ型
トランジスタ１０は、基板１１上面のＳｉ層１２にソー
ス１３、ドレイン１４が設けられている。また、このソ
ース１３、ドレイン１４間にはゲート１５が設けられて
いる。このゲート１５には、Ｓｉ層１２と接触して、例
えば材質をＳｉＯ₂ とするゲート絶縁膜１６、さらにこ
のゲート絶縁膜１６の上方に金属製のゲート電極１７が
形成されている。

【００２３】このようなＭＯＳ型トランジスタ１０を形
成するために、上記Ｓｉ層１２にマスクを形成して高濃
度のイオン注入を行うが、このＭＯＳ型トランジスタ１
０が微細になるにつれてホットキャリアの発生が問題と
なる。このホットキャリアは、上記ソース１３、ドレイ
ン１４間のチャネル１８の距離が短くなることによって
このチャネル１８での電界が大きくなるために生じ、上
記チャネル１８内での電界によって加速された電子がＳ
ｉ格子と衝突して電子−正孔対を形成し、これが酸化膜
に捕獲されることによって特性が劣化するものである。

【００２４】このホットキャリアの発生を防止するため
には、高濃度イオン注入領域１９に近接して低濃度イオ
ン注入領域２０を形成することで高い電界を緩和するよ
うにしている。

【００２５】そのため、本発明においては、以下のよう
なイオン注入方法を用いて、高濃度イオン注入領域１９
の近傍に低濃度イオン注入領域２０を設けるようにして
いる。

【００２６】図１（ａ）に示すように、イオン注入領域
であるＳｉ層１２の上面には、フォトリソグラフィー工
程によりマスク２１となるレジストパターンが形成され
ている。このような通常のリソグラフィ工程によってマ
スク２１が形成された後、このマスク２１に対して例え
ば略１８０℃での加熱処理を行う。すると、このマスク
２１の形状は、図１（ｂ）に示すように特に端部で大き
く変形し、このマスク２１の端部に向かうにつれて薄肉
となる緩やかな傾斜を有したテーパ部２２に形成され
る。

【００２７】このようなテーパ部２２を有するマスク２
１が表面に形成されたＳｉ層１２に対して、イオン源、
質量分析器、加速管、イオン偏向系、イオン打込み室を
構成として有している図示しないイオン打込み機器を用
いて、図１（ｃ）に示すような所定のイオンの注入を行
う。この場合、イオン源としては例えばボロンやリン
（以下の説明では、一例としてｎ型のリンについて説明
する。）のハロゲン化合物、水素化合物あるいは水素な
どとの混合ガスが用いられる。これらは質量分析器によ
り、特定のイオンを取り出して加速、あるいは加速して
から分離し、純度の高いイオンのビーム電流を用いて上
記Ｓｉ層１２へ所定濃度のイオンの打ち込みを行う。

【００２８】このイオン打込み機器により、イオンビー
ムが所定の放射エネルギに制御されて上記Ｓｉ層１２に
注入される。すると、マスク２１が形成されていない部
分においては、一定の濃度でイオンの注入が行われ、上
記Ｓｉ層１２内部で不純物であるリンが拡散されること
になる。

【００２９】ここで、図３に示すように、上記マスク２
１が上面に形成されているＳｉ層１２においては、この
マスク２１の厚さに応じて注入されるイオンの量が決定
される。すなわち、上記マスク２１が設けられていない
部分では、イオン注入の障害となるマスク２１が存在し
ないために、直接Ｓｉ層１２にイオンが導入され、この
部分が高濃度イオン注入領域１９（ｎ+ 領域）となる。

【００３０】しかしながら、上記テーパ部２２において
は、上記マスク２１を通過しなければ、上記Ｓｉ層１２
にイオン注入を行うことができない。ここで、上記テー
パ部２２では、この膜厚が厚くなるに従ってイオンがこ
のテーパ部２２を通過するために必要なエネルギが大き
くなる。そのため、このテーパ部２２において膜厚が所
定の厚さ以上になると、イオンがマスク２１を通過する
ことができず、上記Ｓｉ層１２にイオン注入を行うこと
ができなくなる。

【００３１】そのため、上記テーパ部２２の下方のＳｉ
層１２においては、膜厚に応じて上記Ｓｉ層１２に注入
されるイオンの量が減少し、このテーパ部２２の下方
が、低濃度イオン注入領域２０（ｎ- 領域）となる。

【００３２】そして、このテーパ部２２が一定以上の厚
さを有する場合には、このテーパ部２２でイオンの注入
が阻止されて、上記マスク２１下方のＳｉ層１２にイオ
ンを打ち込まないようになる。

【００３３】このような方法により、上記Ｓｉ層１２へ
のイオン注入が行われた後は、図１（ｄ）に示すように
上記マスク２１が除去され、この後の所定の工程によ
り、上記Ｓｉ層１２のチャネル１８の上方にゲート絶縁
膜１６、およびゲート電極１７が形成される。これによ
って、上記ＭＯＳ型トランジスタ１０が構成されるよう
になっている。

【００３４】このような構成のイオン注入方法による
と、上記マスク２１は端部に向かうにつれてこの厚さが
薄くなるテーパ部２２を有して形成されているため、こ
のテーパ部２２においては厚さに応じてイオン注入され
るイオンの量が決定されることになる。そのため、一回
のイオン注入で上記Ｓｉ層１２のマスク２１が設けられ
ていない位置に高濃度イオン注入領域１９（ｎ+ 領
域）、および上記マスク２１のテーパ部２２の位置に低
濃度イオン注入領域２０（ｎ- 領域）が形成されること
になる。

【００３５】これにより、従来のイオン注入方法のよう
に、上記高濃度イオン注入領域１９（ｎ+ 領域）、およ
び低濃度イオン注入領域２０（ｎ- 領域）を形成するた
め、これに応じたマスク２１を例えば二回形成し、この
マスク２１に応じて複数回のイオン注入を行う必要がな
くなる。

【００３６】また、上記マスク２１のテーパ部２２は、
このマスク２１を略１８０℃などの所定温度に加熱する
ことにより形成することが可能なため、ＭＯＳ型トラン
ジスタ１０が微細な場合においても、このマスク２１に
対してテーパ部２２を良好に形成することが可能となっ
ている。

【００３７】以上、本発明の一実施の形態について説明
したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となってい
る。以下それについて述べる。上記実施の形態において
は、単にＳｉ層１２にイオン注入を行う場合について述
べたが、このＳｉ層１２に例えばイオン注入によって予
めＳｉＯ₂ の層状部をＳｉ層１２の表面近傍に形成し、
このＳｉＯ₂ の層状部の表面にマスク２１を形成する構
成としても良い。この場合、上記イオン注入時のエネル
ギを制御すれば、このＳｉＯ₂ の層状部を通過して上記
Ｓｉ層１２にイオンを良好に注入することが可能であ
る。またＳｉ層１２の表面近傍には、ＳｉＯ₂ 以外の層
状部が設けられる構成であっても構わない。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によると、上記マスク形状を端部に向かうにつれて厚
さが薄くなるように形成しているため、上記被処理物に
対してこのマスクを介してイオン注入を行うと、マスク
が厚い位置ではイオンが阻止されて被処理物まで到達す
ることがなく、またマスクが薄い位置では所定量のイオ
ンがマスクを突き抜けて、被処理物にイオンが注入され
る。そのため、一回のイオン注入のみで被処理物に高濃
度注入領域と、低濃度注入領域とを形成することが可能
となっている。よって、従来のイオン注入方法のよう
に、例えばマスクを二回形成し、このマスクに応じて複
数回のイオン注入を行う必要がなくなる。

【００３９】請求項２記載の発明によると、上記被処理
物表面には予め材質を異にする層状部が設けられてお
り、この層状部を通過させて上記被処理物にイオンを注
入するため、ＭＯＳ型トランジスタを形成する工程が削
減可能であり、かつ被処理物へのイオン注入も層状部を
通過させて所定量だけ被処理物に注入することが可能で
あり、良好なトランジスタを形成することができる。

【００４０】請求項３記載の発明によると、上記マスク
は加熱処理により端部に向かうにつれて薄くなるように
形成したため、微細なマスクにおいても上記マスクの形
状の加工を容易に行うことができる。

【００４１】請求項４記載の発明によると、上記被処理
物表面に形成されたマスクを加熱して、この形状を端部
に向かうにつれて薄くなるように形成する加熱工程と、
上記被処理物にイオンを注入するイオン注入工程と、を
具備しているため、加熱工程によってこのマスクが微細
である場合でも端部に向かうにつれて薄くなる形状に容
易に加工であり、またこのマスクを用いてイオン注入を
行えば、一回のイオン注入のみで、被処理物へのイオン
注入領域を、高濃度領域から低濃度領域まで段階的に形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係わるイオン注入方法
を示す工程図。

【図２】同実施の形態に係わるイオン注入されたＭＯＳ
型トランジスタを示す図。

【図３】同実施の形態に係わる図であり、（ａ）はＳｉ
層へのイオン注入の状態を示す図、（ｂ）はＳｉ層水平
方向でのイオン注入濃度の変化を示すグラフ。

【図４】従来のイオン注入方法を示す工程図。

【符号の説明】

１０…ＭＯＳ型トランジスタ １２…Ｓｉ層 １３…ソース １４…ドレイン １５…ゲート １８…チャネル １９…高濃度イオン注入領域 ２０…低濃度イオン注入領域 ２１…マスク ２２…テーパ部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理物表面にマスクを形成し、このマ
   スクを介してイオンを打ち込むイオン注入方法におい
   て、 マスク形状を端部に向かうにつれて厚さが薄くなるよう
   に形成したことを特徴とするイオン注入方法。
2. 【請求項２】 上記被処理物表面には予め材質を異にす
   る層状部が設けられており、この層状部を通過させて上
   記被処理物の下方にイオンを注入することを特徴とする
   請求項１記載のイオン注入方法。
3. 【請求項３】 上記マスクは、加熱処理により端部に向
   かうにつれて薄くなるように形成したことを特徴とする
   請求項１または請求項２記載のイオン注入方法。
4. 【請求項４】 基板表面にマスクを形成し、このマスク
   を介してイオンを打ち込んでＬＤＤ構造を形成するＭＯ
   Ｓ型トランジスタの形成方法において、上記基板表面に
   形成されたマスクを加熱して、この形状を端部に向かう
   につれて薄くなるように形成する加熱工程と、 上記基板にイオン注入を行うイオン注入工程と、 を具備したことを特徴とするＭＯＳ型トランジスタの形
   成方法。