JPH10326875A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
半導体素子の製造方法Info
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- JPH10326875A JPH10326875A JP9365613A JP36561397A JPH10326875A JP H10326875 A JPH10326875 A JP H10326875A JP 9365613 A JP9365613 A JP 9365613A JP 36561397 A JP36561397 A JP 36561397A JP H10326875 A JPH10326875 A JP H10326875A
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Abstract
洩を減少させ、DRAMセルのリフレッシュ特性を改善
する半導体素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 第1導電型のP型基板に形成されたP型
ウェルと第2導電型のN型ソース領域との接合境界面
に、第1導電型または第2導電型の不純物領域を形成
し、ソース領域をプラグイオン注入することでソース領
域の空乏の長さを増加させ、プラグイオン注入後にソー
ス領域をカウンタドーピングする半導体素子の製造方法
とする。
Description
法に関し、特に、DRAM(Dynamic random access mem
ory)セルの接合漏洩(junction leakage)を減少させてリ
フレッシュ特性を改善する半導体装置の製造方法の技術
に関する。
で構成されるDRAMにおいては、通常、トランジスタ
はキャパシタに電荷を保存し、または放電するスイッチ
ング素子としての作用を行う。DRAMセルのキャパシ
タは時間の経過とともに電荷を自然放電するので、周期
的に電荷を再充電する必要があり、これを“リフレッシ
ュ”操作という。DRAMセルのリフレッシュ操作のた
めにはリフレッシュ回路を設けてメモリセルに連結す
る。
ウェル(well)1Aを備えた半導体基板1の一部に、公知
のロコス(LOCOS) 技術によりフィールド酸化膜2を形成
する。このフィールド酸化膜2の間の半導体基板1上面
の一部にゲート絶縁膜3Aを形成した後、ゲート電極用
物質、例えば不純物がドーピングされたポリシリコンを
所定の厚さに蒸着してパターニングを行い、ゲート電極
3を形成する。次いで、ゲート電極3の両側基板に、当
該基板と反対タイプの不純物、例えば2×1013ion/cm
2 の濃度を有するリンイオンのイオン注入を行い、ソー
ス領域及びドレイン領域4A,4Bを形成する。次い
で、ゲート電極3と、以後に形成されるキャパシタとを
絶縁するために層間絶縁膜5を、トランジスタが形成さ
れた基板全面に形成する。
を施し、トランジスタとキャパシタのストレージノード
(storage node)を連結するためのコンタクトホール6を
形成する。このコンタクトホールの形成工程時におい
て、充分なコンタクトホールの幅を確保するために、フ
ィールド酸化膜の形成時にフィールド酸化膜2の両側端
に形成されたバーズビーク(bird's beak) の一部がエッ
チングされるようにする。また、コンタクトホール6の
形成時に発生するシリコン基板の欠陥を補償するため、
当該コンタクトホール6を形成した後に所定のプラグイ
オン(plug ion)、例えばリンイオンのイオン注入を行
う。
ンをドーピングしたポリシリコンを形成してパターニン
グを行い、ストレージノード電極(図示せず)を形成す
る。以後、公知の方法にて、ストレージノード上面に誘
電層を形成する工程と、誘電層上面にプレートノード(p
late node)電極を形成する工程とを実施する。
のソース領域の深さによる不純物の濃度分布を表したグ
ラフである。横軸はソース領域の深さを、縦軸は不純物
の濃度を表す。A曲線は第1導電型の不純物を使用した
場合であって、P型ウェルのドーピングプロファイル(d
oping profile)を表し、B曲線は第2導電型の不純物を
使用した場合であって、基板の接合領域のドーピングプ
ロファイルを表し、C曲線はA曲線とB曲線との濃度差
を表す。A曲線は半導体基板の所定の深さまでは類似し
た水準の不純物濃度分布をしているが、B曲線は半導体
基板表面では不純物濃度がピーク値を示し、基板の深さ
が深くなるにつれて低下する。C曲線はA曲線とB曲線
との交差する部分、すなわち接合境界面の近くでは急激
に低下し、以後、Pウェルと同様の不純物濃度を有す
る。
まれた不純物濃度が基板の接合領域の濃度より高いの
で、ストレージノードの不純物が接合領域に外方拡散す
る。この際に、ストレージノード電極内の不純物はプラ
グイオンの注入された部分に大部分広がって、通常にお
いて対称のソース領域4Aが非対称になり、この非対称
の部分には強い電界が形成され、この強い電界は衝突イ
オン化(impact ionization) によって多量の漏洩電流を
発生させる。この発生した漏洩電流はDRAMセルのリ
フレッシュ特性を低下させてDRAMセルの製造上の歩
留りや動作上の信頼性を低下させる。
鑑みて創案されたものであり、DRAMセルの漏洩電流
を減少させてリフレッシュ特性を改善することができる
半導体素子の製造方法の提供をその目的としている。
するために、半導体基板に第1導電型のウェルを形成す
る段階と、前記ウェル内の所定部分に不純物領域を形成
する段階と、前記ウェルの形成された前記半導体基板上
面の所定部分にゲート電極を形成する段階と、前記ゲー
ト電極の両側のウェル内に第2導電型のソース及びドレ
イン領域を形成するとともに、前記ソース領域は、前記
不純物領域と前記基板表面との間に形成する段階と、前
記ゲート電極,前記ソース領域及び前記ドレイン領域の
形成された前記半導体基板全面に層間絶縁膜を形成する
段階と、前記層間絶縁膜の所定部分をエッチングしてス
トレージノードコンタクトホールを形成する段階と、前
記ソース領域に第2導電型の不純物をプラグイオン注入
する段階と、前記層間絶縁膜上面に前記ソース領域とコ
ンタクトするストレージノード電極を形成する段階とを
備えるものである。
記ストレージノード電極形成の段階前に、前記ソース領
域の電界を弱化させるために前記ソース領域に対してカ
ウンタドーピングを実施する段階を備え、前記第1導電
型はP型であり、第2導電型はN型であり、前記不純物
領域の形成段階は、前記ウェルの形成された半導体基板
上に前記ソース領域を露出させるマスクパターンを形成
する段階と、前記露出された領域に不純物をイオン注入
する段階と、前記マスクパターンを除去する段階とを有
し、前記不純物は第1導電型の不純物であり、前記不純
物はホウ素であり、当該ホウ素の濃度は1×1011乃至
7×1011ion/cm2 、ホウ素のイオン注入エネルギーは
30乃至100 KeVであることを特徴とするものであ
る。
あり、前記不純物はリンであり、リンの濃度は1×10
11乃至7×1011ion/cm2 、リンのイオン注入エネルギ
ーは50乃至300KeV であることを特徴とし、前記プ
ラグイオン注入時のイオンは第2導電型であることを特
徴とするものである。
を形成する段階と、前記ウェルの形成された前記半導体
基板の所定部分にフィールド酸化膜を形成する段階と、
前記フィールド酸化膜との間の前記半導体基板上面の所
定部分にゲート電極を形成する段階と、前記ゲート電極
の両側のウェル領域に第2導電型のソース領域及びドレ
イン領域を形成する段階と、前記ゲート電極、前記ソー
ス領域及び前記ドレイン領域の形成された前記半導体基
板全面に層間絶縁膜を形成する段階と、前記ソース領域
が露出されるように前記層間絶縁膜をエッチングしてス
トレージノードコンタクトホールを形成する段階と、前
記ソース領域に第2導電型の不純物イオンをプラグイオ
ン注入する段階と、前記プラグイオン注入の段階後に前
記ストレージノードコンタクトホールの形成された基板
全面に不純物をイオン注入し、前記ソース領域と前記ウ
ェル領域との接合境界面に不純物領域を形成する段階
と、前記不純物領域の形成された結果物全面にストレー
ジノード電極を形成する段階とを備えるものである。
前記ゲート電極の形成段階との間で前記ソース領域の電
界を減少させるために前記ストレージノードコンタクト
ホールの形成時に使用されたマスクを用いて、前記ソー
ス領域に対してカウンタドーピングを実施する段階を備
え、前記第1導電型はP型であり、第2導電型はN型で
あり、前記不純物領域の形成段階で、前記不純物は第1
導電型の不純物であり、前記不純物はホウ素であり、当
該ホウ素の濃度は1×1011乃至7×1011ion/cm2 、
ホウ素のイオン注入エネルギーは30乃至100KeV で
あり、前記不純物領域の形成段階で、前記不純物は第2
導電型の不純物でありことを特徴とするものである。
度は1×1011乃至7×1011ion/cm2 、リンのイオン
注入エネルギーは50乃至300KeV であり、前記プラ
グイオン注入時のイオンは第2導電型であることを特徴
とするものである。
実施の形態を説明する。本発明は、ストレージノード電
極とコンタクトするソース領域の損傷で、ソース領域に
強い電界がかかることにより発生する漏洩電流を最大限
に減少させるために、ソース領域の空乏領域の長さを増
大させ、ソース領域にプラグイオンを注入し、カウンタ
ドーピングを実施することによリ、ソース領域にかかる
電界を弱める技術である。
1導電型、すなわちP型の不純物の含まれたシリコン基
板にP型の不純物をイオン注入した後に熱処理を行い、
P型ウェル11Aを形成する。このP型ウェル11Aの
形成された半導体基板11の所定部分に、公知のロコス
方式によりフィールド酸化膜12を形成する。このフィ
ールド酸化膜12の両先端にはバーズビークDが形成さ
れる。
3を、ストレージノード電極にコンタクトする半導体基
板部分を除外して基板全面に形成する。ソース領域の空
乏領域を増大させるため、マスクパターン13を用い、
基板全面に不純物イオンの注入を行って不純物領域14
を形成する。この実施の形態で使用される不純物はホウ
素であって、1×1011乃至7×1011ion/cm2 の濃度
及び30乃至100KeV のエネルギー条件でイオン注入
が行われる。
ための不純物イオンとして、リンイオンを使用する。こ
のリンイオンのイオン注入は1×1011乃至7×1011
ion/cm2 の濃度及び50乃至300KeV のエネルギー条
件で実施される。ここで、前記不純物領域14が、ソー
ス領域とP型ウェルとの境界面(ソース領域下部)に位
置するように不純物のイオン注入濃度及びエネルギーが
調節される。
ッシング(plasma ashing) により除去し、図3に示すよ
うに、公知の方法で半導体基板上面にゲート電極15,
ソース領域とドレイン領域16A,16B及び層間絶縁
膜17を形成する。ソース領域16Aはストレージノー
ド電極にコンタクトする領域であり、ドレイン領域16
Bはビットラインにコンタクトする領域である。また、
ソース領域16Aは、その下部の不純物領域14と接す
るように形成される。次いで、ソース領域16Aの一部
が露出するように層間絶縁膜17をエッチングし、コン
タクトホール19を形成する。ストレージノード電極の
コンタクトのためのコンタクトホール19の形成工程時
において、フィールド酸化膜を形成する際に必然的に発
生するバーズビークD(図1参照)をエッチングして充
分なマージンを有したコンタクトホール19を形成す
る。この際に、バーズビークD領域のエッチングでソー
ス領域16Aが損傷し、この損傷を補償するためにプラ
グイオン、例えばソース領域と同一な不純物タイプのリ
ンイオンをソース領域16Aに注入する。次に、ソース
領域16Aの電界を弱化させるために当該ソース領域1
6Aにカウンタドーピング(counter doping)を行う。
れたポリシリコンを、層間絶縁層17が形成された基板
全面に形成してパターニングを行い、ソース領域16A
とコンタクトするストレージノード電極18を形成す
る。このように、ソース領域16AとP型ウェル11A
との間の境界面に空乏領域を増大させるための不純物領
域を形成し、ソース領域16Aの所定部分にプラグイオ
ンを注入し、ソース領域に対してカウンタドーピングを
することにより、ソース領域にかかる電界を弱化させ
る。これにより強い電界による漏洩電流を減少させるこ
とができる。
明の他の実施の形態を示す。この実施の形態において
は、空乏領域の幅を増大させるための不純物イオン注入
工程をソース及びドレイン領域の形成後に実施する点が
第一の実施の形態と異なる。
P型の不純物イオンを含むシリコン基板に、第1導電型
のP型不純物を半導体基板にイオン注入を行った後、熱
処理によりP型ウェル21Aを形成する。次いで、この
P型ウェル21Aが形成された半導体基板21の所定部
分に、公知のロコス方式にてフィールド酸化膜22を形
成する。このフィールド酸化膜22の両先端には、前記
バーズビークD′が形成されている。次いで、次に形成
されるソース領域の電界を弱化させる目的でソース領域
が形成される部分を露出させるマスクを用いてカウンタ
ドーピングを実施する。
酸化膜22により限定された半導体基板21上面に、公
知の方法を用いてゲート電極25及びコンタクトホール
29を備えた層間絶縁膜27を形成し、当該基板にソー
ス及びドレイン領域26A,26Bを形成する。前記コ
ンタクトホール29を通じてソース領域26Aとストレ
ージノード電極が電気的に連結される。コンタクトホー
ル29の形成時にコンタクトホールのマージンを充分に
確保するために、フィールド酸化膜22のバーズビーク
D′がエッチングされるが、このバーズビークD′のエ
ッチングでソース領域26A、すなわち接合領域も損傷
を受けることから、このエッチング損傷を補償するため
に、ソース領域の不純物と同一な型の不純物イオンであ
るリンイオンをソース領域にプラグイオン注入を行う。
ためにイオン注入工程を実施し、ソース領域26AとP
ウェル21Aとの接する境界面に所定の不純物領域30
を形成する。この空乏領域を増大させるためのイオン注
入工程で使用された不純物は第1導電型、例えばホウ素
イオンであり、イオン注入条件は、1×1011乃至7×
1011ion/cm2 の濃度及び30乃至100KeV のエネル
ギーである。他の例として、前記空乏領域を増大させる
ための不純物イオンとして第2導電型のリンイオンを用
い、イオン注入条件は、1×1011乃至7×1011ion/
cm2 の濃度及び、50乃至300KeV のエネルギーで行
う。次に図7を参照して、基板全面にポリシリコンの蒸
着によりパターニングを行い、ソース領域26Aと接触
するストレージノード電極28を形成する。
り、本発明の実施の形態により形成された半導体素子の
ソース領域の深さによる不純物イオンの濃度分布を表し
たグラフである。A′曲線は半導体基板の深さによる第
1導電型のPウェルのドーピングプロファイルを表し、
B′曲線は半導体基板の深さによる第2導電型のソース
領域のプロファイルを表し、C′曲線はA′曲線とB′
曲線との濃度分布差を表している。
定の深さまでは同様の水準で分布することを示すが、ソ
ース領域のドーピングプロファイルを表すB′曲線は、
半導体基板表面では不純物イオンの濃度がピーク値を有
し、徐々に減少する濃度分布を示している。C′曲線で
はA′曲線とB′曲線との交差する部分で急激に降下
し、以後はA′曲線に近接する。すなわち、Pウェルと
ほとんど同一な不純物濃度を示す。この時、C′曲線で
急激に下降する部分、すなわちソース領域とPウェルと
の接合境界面には不純物領域14,30が形成されてい
るので、図10に示す空乏領域Lに比べて増加した空乏
領域L′を有する。したがって、ソース領域16A,2
6Aに印可される電界が弱くなり、前記接合漏洩が減少
する。
なく、請求の範囲に記載された技術思想の射程内におい
て、当業者において様々な実施の形態を採りうるもので
あることはいうまでもない。
した空乏領域によりストレージノード電極がコンタクト
されるソース領域にかかる強い電界が緩和されて衝突イ
オン化現象が防止される。これにより、接合漏洩が減少
してDRAM素子のリフレッシュ特性が改善されるよう
になる。
を示す工程断面図である。
を示す工程断面図である。
を示す工程断面図である。
法を示す工程断面図である。
法を示す工程断面図である。
法を示す工程断面図である。
法を示す工程断面図である。
純物濃度分布を示すグラフである。
面図である。
純物濃度分布を示すグラフである。
Claims (17)
- 【請求項1】 半導体基板に第1導電型のウェルを形成
する段階と、 前記ウェル内の所定部分に不純物領域を形成する段階
と、 前記ウェルの形成された前記半導体基板上面の所定部分
にゲート電極を形成する段階と、 前記ゲート電極の両側のウェル内に第2導電型のソース
及びドレイン領域を形成するとともに、前記ソース領域
は前記不純物領域と前記基板表面との間に形成する段階
と、 前記ゲート電極,前記ソース領域及び前記ドレイン領域
の形成された前記半導体基板全面に層間絶縁膜を形成す
る段階と、 前記層間絶縁膜の所定部分をエッチングしてストレージ
ノードコンタクトホールを形成する段階と、 前記ソース領域に第2導電型の不純物をプラグイオン注
入する段階と、 前記層間絶縁膜上面に前記ソース領域とコンタクトする
ストレージノード電極を形成する段階とを備えることを
特徴とする半導体素子の製造方法。 - 【請求項2】 前記プラグイオン注入の段階後、前記ス
トレージノード電極形成の段階前に、前記ソース領域の
電界を弱化させるために前記ソース領域に対してカウン
タドーピングを実施する段階を備えることを特徴とする
請求項1記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項3】 前記第1導電型はP型であり、第2導電
型はN型であることを特徴とする請求項1記載の半導体
素子の製造方法。 - 【請求項4】 前記不純物領域の形成段階は、前記ウェ
ルの形成された半導体基板上に前記ソース領域を露出さ
せるマスクパターンを形成する段階と、前記露出された
領域に不純物をイオン注入する段階と、前記マスクパタ
ーンを除去する段階とを有することを特徴とする請求項
1記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項5】 前記不純物は第1導電型の不純物である
ことを特徴とする請求項4記載の半導体素子の製造方
法。 - 【請求項6】 前記不純物はホウ素であり、ホウ素の濃
度は1×1011乃至7×1011ion/cm2 、ホウ素のイオ
ン注入エネルギーは30乃至100KeV であることを特
徴とする請求項5記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項7】 前記不純物は第2導電型の不純物である
ことを特徴とする請求項4記載の半導体素子の製造方
法。 - 【請求項8】 前記不純物はリンであり、リンの濃度は
1×1011乃至7×1011ion/cm2 、リンのイオン注入
エネルギーは50乃至300KeV であることを特徴とす
る請求項7記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項9】 前記プラグイオン注入時のイオンは第2
導電型であることを特徴とする請求項1記載の半導体素
子の製造方法。 - 【請求項10】 半導体基板内に第1導電型のウェルを
形成する段階と、 前記ウェルの形成された前記半導体基板の所定部分にフ
ィールド酸化膜を形成する段階と、 前記フィールド酸化膜との間の前記半導体基板上面の所
定部分にゲート電極を形成する段階と、 前記ゲート電極の両側のウェル領域に第2導電型のソー
ス領域及びドレイン領域を形成する段階と、 前記ゲート電極、前記ソース領域及び前記ドレイン領域
の形成された前記半導体基板全面に層間絶縁膜を形成す
る段階と、 前記ソース領域が露出されるように前記層間絶縁膜をエ
ッチングしてストレージノードコンタクトホールを形成
する段階と、 前記ソース領域に第2導電型の不純物イオンをプラグイ
オン注入する段階と、 前記プラグイオン注入の段階後に前記ストレージノード
コンタクトホールの形成された基板全面に不純物をイオ
ン注入し、前記ソース領域と前記ウェル領域との接合境
界面に不純物領域を形成する段階と、 前記不純物領域の形成された結果物全面にストレージノ
ード電極を形成する段階とを備えることを特徴とする半
導体素子の製造方法。 - 【請求項11】 前記フィールド酸化膜の形成段階と前
記ゲート電極の形成段階との間で、前記ソース領域の電
界を減少させるために前記ストレージノードコンタクト
ホールの形成時に使用されたマスクを用いて、前記ソー
ス領域に対してカウンタドーピングを実施する段階を備
えることを特徴とする請求項10記載の半導体素子の製
造方法。 - 【請求項12】 前記第1導電型はP型であり、第2導
電型はN型であることを特徴とする請求項10記載の半
導体素子の製造方法。 - 【請求項13】 前記不純物領域の形成段階で、前記不
純物は第1導電型の不純物であることを特徴とする請求
項10記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項14】 前記不純物はホウ素であり、ホウ素の
濃度は1×1011乃至7×1011ion/cm2 、ホウ素のイ
オン注入エネルギーは30乃至100KeV であることを
特徴とする請求項13記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項15】 前記不純物領域の形成段階で、前記不
純物は第2導電型の不純物であることを特徴とする請求
項10記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項16】 前記不純物はリンであり、リンの濃度
は1×1011乃至7×1011ion/cm2 、リンのイオン注
入エネルギーは50乃至300KeV であることを特徴と
する請求項15記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項17】 前記プラグイオン注入時のイオンは第
2導電型であることを特徴とする請求項10記載の半導
体素子の製造方法。
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