JPS6050069B2 - トランジスタ作成法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は基板中に第２の不純物領域から横方向に短い距
離だけ離れた第１の不純物領域を有するトランジスタの
作成法に係るものてある。

作製が容易であるため、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ
）は集積回路技術に用途を広げつつある。

最も共通なＦＥＴはチャネル領域により別けられたシリ
コンウェハ表面上のソース及びドレイン領域を用いたも
のである。チャネル中を流れる電流は薄い二酸化シリコ
ン膜で分離されたチャネル領域上のゲート電極により制
御される。これらの素子はすべてのソース及びドレイン
領域が同時に不純物拡散または注入により形成できかつ
比較的高い充てん密度が実現できるため、大規模集積回
路作成に向いている。一つの欠点はその上にゲート電極
を正確に位置合わせてきる短いチャネルを作ることが困
難なために、電子の動作速度が制限されていることであ
る。構造的にＦＥＴに似ている素子はウェハ表面上のエ
ミッタ及びコレクタ領域が短いベース領域で分離されて
いる横型バイポーラトランジスタである。

この素子の実用性はウェハ表面上に十分短いベース領域
を作ることが難しいことにより制限されている。本発明
に従うと、短いチャネルあるいは短いベース領域形成の
問題が軽減される。

すなわち、第１の垂直端部を有する第１のマスクを半導
体基板上に形成し、それによつて当該第１の垂直端部を
基準端部として後の工程においても保持し、第１の端部
の位置とは横方向に制御された距離だけ離れた第２の垂
直端部を規定するため第１のマスクの一部と制御しなが
ら除去する。基板中に第１の不純物領域の位置を規定す
るため基準端部として保持された第１の端部を用い、第
２の不純物領域を規定するため第２の端部を用いる。た
とえばＦＥＴを作製する場合、著しく短いチャネルを有
するＦＥＴはウェハ上に金属層を形成し、金属層の一部
分に二酸化シリコンを蒸着して露出した金属を酸化する
。

二酸化シリコンの一部を制御良くエッチングし、酸化さ
れていない金属一層の小さな部分を露出する。露出した
金属部分を電解メッキすると著しく狭いゲート電極が形
成されるので、蒸着したＳｌＯ２を除去すると、金属酸
化物と残つた金属層がゲート電極を形づくる。そして、
ゲート電極をマスクとして用いソース及びドレイン領域
のイオン注入を行う。ゲート電極はそのように狭くでき
るから、チャネル領域はそれに対応して短く、極めて高
周波で使用てきる可能性がてる。上に述べたことは本発
明を電解効果トランジスタの作業に応用した一例である
。本発明の方法はたとえば横型トランジスタのような他
の型のトランジスタの作製にも適用できる。第１図から
第４図は本発明を用いた一実施例に従う短チャネルＦＥ
Ｔの作製工程を示す。

第１図を参照すると、トランジスタはシリコンウェハ１
０中に作成されその上に当業者には電界効果絶縁層とし
て知られる厚い二酸化シリコン層１１が熱成長される。
その上にはゲート酸化物層として知られる薄い膜１２が
やはり熱成長される。当業者には周知のように、多数の
ＦＥＴが同時にウェハ１０上に作成されることは前提で
ある。本発明の一実施例に従うと、典型的には厚さ２０
００オングストロームのアルミニウムで良い金属層１３
が蒸着により酸化膜上に形成される。第２図を参照する
と、ウェハはマスクされ二酸化シリコンの層１４がマス
クされていない金属層１３の一部に形成される。

マスクにより層１４はほぼゲート酸化膜１２の中央に端
部１５を有することに注意されたい。形成された層１４
は金属層１３の一部を覆い一部を露出したままにする。
次に、金属層１３の露出した部分が陽極酸化により酸化
され、それによつて金属酸化膜１７、この場合二酸化ア
ルミニウムが形成される。二酸化アルミニウムはアルミ
ニウムより体積が大きいため、酸化は金属層１３の一部
を費して行われ、金属酸化膜１７の端部は図のように端
部１５に接するようになる。次に、ウェハ表面はエッチ
ング液中に露出され、二酸化シリコンの表面を選択的に
エッチングされる。

二酸化シリコン膜は図示されたように、層１４の端部が
位置１５から位置１５″へ動くのに十分な時間露出され
る。端部１５″の位置がこのように横方向に動く距離は
二酸化シリコンのエッチング速度が高度に予測されるた
め、高い精度で極めて短くすることができる。たとえば
、ウェハをあらかじめ決められた時間緩衝弗化水素酸に
露出すると、このエッチング液は１分間に１１００オン
グストロームの速度でエッチするため、端部１５および
１５″間の横方向の距離をあらかじめ決められた値にす
ることができる。なお、上記位置１５″の形成において
、位置１５は金属酸化膜１７の端部によつて保持されて
いる。

ｊ 酸化膜１４の部分的なエッチングにより、露出され
た酸化されていない金属膜１３の極めて小さな表面１８
が残る。

次に、電極１９を形成するため、表面１８上に金メッキ
をする目的て適当な溶液中にウェハを置く。表面１８は
金属がついたウ門エハの露出した部分であるから、そこ
だけが金属をメッキする部分になる。電極１９はアルミ
ニウム表面１８上に無電解メッキにより形成したニッケ
ルで良い。各種の他の金属を電解メッキ法て形成しても
良く、非水溶液を用いてアルミニウムをフアルミニウム
上にメッキすることも可能である。第４図を参照すると
、以上のように電解メッキ工程によつて著しく狭いゲー
ト電極１９ができ上る。ゲート電極１９は第３図の表面
１８上にメッキされていたものである。次の工程は選択
エッチングにより金属酸化物膜１７を除去することで、
（１９て被覆された部分を除く）再び酸化物層１１及び
１２を露出する。次にゲート電極１９及び電界印加絶縁
膜１１をイオン注入によつてウェハ１０中にソース及び
ドレイン領域２１及び２２が形成される。イオン注入は
当業者には周知の工程で多くの説明は必要ないと確信す
る。

たとえばリンのような不純物イオンはウェハに照射され
、ゲート酸化膜１２に浸透し領域２１及び２２を形成す
るために続いて拡散させても良い。電極１９のような金
属帯及び層１１のような厚い二酸化シリコン層は図示さ
れているように、ゲート酸化膜１２のみを通過して選択
的に浸透させるための効果的なマスクとして働く、すな
わち、イオンはゲート酸化膜１２を貫くのに十分なエネ
ルギーで照射されるが、電極１９あるいは電界印加用酸
化膜１１を通過するには不十分なエネルギーである。ソ
ース及びドレイン領域２１及び２２はその間にチャネル
領域２３を規定し、その長さはゲート電極１９によつて
指定されることに注意されたい。

一方、ゲート電極１９は本質的に所望の薄さに形成でき
るから、限界は第３図の酸化膜１４を選択的にエッチバ
ックする際の制御である。この選択エッチはミクロン以
下の精度でできるから、第４図のチャネル２３は同様に
ミクロン以下の寸法にでき、ゲート電極１９もチャネル
と同じ精度で位置合わせできる。イオン注入に続くソー
ス及ひドレイン領域２１及ひ２２の拡散は周知のように
、やはり接合の境界、従つてチャネル長を制御−するた
めに使用できる。更に、そのような電界効果トランジス
タの大規模なアレイは高速スイッチングシステム、理論
回路、記憶システム等を作成する際望まれるように、単
一のウェハ中に同時に作ることができる。各層の典型的
な厚さは次のとおりである。

ゲート酸化膜１２は５０ないし２０００オングストロー
ムで、たとえば一例では１５０オングストロームである
。電界印加用酸化膜１１はゲート酸化膜の厚さの１皓が
典型的である。アルミニウム層１３は２ミクロンまでの
厚さで、典型的には２０００オングストロームである。
もし所望のチャネル長が０．２５ミクロンてあると、層
１４は最初１ミクロンの厚さで、その後０．２５ミクロ
ンにエッチバックしても良い。周知のように、ゲート酸
化膜の厚さが薄ければ薄いほど、一般には基板のドーピ
ング濃度は高くする必要がある。典型的にはｐ一形基板
は３×１０１７キャリア／ａｌにドープされ、酎ソース
及びドレイン領域は１０１９キャリア／ａｌにドープさ
れる。回路動作のためにはソース、ゲート及びドレイン
は分離され金属導電体が正確にとりつけられていなけれ
ばならない。第５図及び第６図はこれを達成するための
作成法の一例の異なる工程におけ”るウェハ１０の平面
図である。第５図は第３図の本質的な平面図で、境界線
１２Ａによつて薄い酸化膜領域１２が示されており、境
界線１２Ａはそれを電界印加用酸化膜領域１１から分離
している。境界１５は形成された酸化膜１４の第２図に
おける端部１５に対応している。エッチバックの後、端
部あるいは境界は１５″に示される位置まで動いている
。この露出工程により金属表面１８はくぼんだ正方形の
形状をとる。ゲート電極の都合の良い形状を作るには、
ウェハをＬ形窓２５を有するフォトレジストで被覆する
。それによつてゲート電極金属はＬ形窓２５中の領域内
のみ表面１８が電解メッキされる。第６図を参照すると
、これによつてＬ形ゲート電極１９ができそれにはゲー
ト導電体２７が都合よくとりつけられる。

窓２８及び２９は薄いゲート酸化膜１２を通して第４図
のソース及びドレイン領域２１及び２２を露出するため
にエッチされる。これらにはそれぞれ金属導電体３０及
ひ３１がとりつけられ、それらはソース及びドレイン電
極を構成する。第７図から第１０図まては狭いチャネル
領域を規定するもう一つの方法を示す。

第７図を参照すると、ウェハ３１は二酸化シリコン３２
及びアルミニウム３３の層で被覆されている。多結晶シ
リコン層３４が形成され、これは先のようにチャネル領
域の一境界を規定する端部を有する。露出したアルミニ
ウムは陽極酸化され、端部３５に接する酸化アルミニウ
ム層３６が形成される。

しかし、シリコン層３４はやはり酸化され、二酸化シリ
コン層３７が形成される。この層３７を形成する利点は
それが容易に選択的に溶解でき、その深さが正確に決め
られることである。このように、ウェハはＳｌＯ２の溶
剤中に露出され、端部３５″を規定するため層３７を取
り除く。このとき最初の端部３５は酸化アルミニウム層
の３６の端部によつて保持されている。前述のように、
この露出により第９図に示されるように、その上にゲー
ト電極３８が電解メッキされるアルミニウムの小さな表
面が生ずる。第１０図を参照すると、層３３，３４及び
３６が除去され、ゲート電極３８が前述のように短いチ
ャネル領域４１によつて分離されたソース及びドレイン
領域３９及び４０を規定するためのマスクとして使用さ
れる。二酸化シリコン層３７は熱酸化よりも多結晶シリ
コン層３４の陽極酸化により作成することが望ましい。

これはアルミニウム層３３の陽極酸化の前、あるいは同
時または後に行つて良い。酸化アルミニウム層３６は緩
衝叩に対しより強くするため４５０゜Ｃにおいてシンタ
するのが好ましい。というのは緩衝叩を二酸化シリコン
層３７の選択エッチングに使うことを仮定しているから
である。陽極酸化及びシンタに必要な温度はアルミニウ
ムがシリコン中に拡散するのが避けられるよう十分低い
。第４図あるいは第１０図のいずれかの構造はバイポー
ラトランジスタとして使用できることは明らかで、その
場合ソース及びドレイン領域は短いベース領域で分離さ
れたエミッタ及びコレクタと考えられる。

そのようなトランジスタは横型トランジスタとして知ら
れるが、エミッタ拡散をベース領域中に行う通常の縦型
バイポーラトランジスタよりある種の利点が認められる
。横型バイポーラトランジスタを作成するもう一つの方
法は第１１図から第１３図、第１４図、第１６図までに
示されている。第１１図を参照すると、ｐ形ウェハ４４
が薄い二酸化シリコン層４５及び形成されたシリコン層
４６に被覆されている。端部４８を有する窒化シリコン
マスク４７が層４６上に通常のマスク法により形成され
る。層４７は次にｎ形コレクタ領域５０のイオン注入を
行う際のマスクとして働く。第１２図を参照すると、窒
化シリコン層４７は次に選択エッチされ、それによつて
層４７の端部を位置４『まて拡散コレクタ領域５０から
横方向の短い距離だけ移動させる。次に、第１１図のシ
リコン層４６を酸化して端部４『に接触しているシリコ
ン酸化膜５１が形成される。周知のように、窒化シリコ
ンはＨ３ＰＯ４の溶液により１６０℃において１分間７
０−８０オングストロームの速さで選択的にエッチされ
る。第１３図を参照すると、次に窒化シリコン層４７が
選択エッチにより除去される。

第２図の残つたシリコン層４６と同様である。これによ
つて第１２図中に示された同じ位置に対応した端部４８
″を有する厚い二酸化シリコン層５１と薄い酸化膜４５
のみが残る。層５１をマスクとして用い、次にイオン注
入によりエミッタ領域５２が規定される。それはコレク
タ領域５０から第１１図及び第１２図の端部４８及び４
『の横方向の距離に対応した長さだけ離れている。ゲー
ト電極は自動的に決定されるのではないから、この工程
はＦＥＴよりも横型バイポーラトランジスタを作成する
のに適している。しかし、ゲートの位置合わせはＦＥＴ
の作成にも適用できる。第１４図から第１６図までを参
照すると、本発明のもう一つの視点に沿つて、ウェハ６
０中に横型バイポーラトランジスタを作成る方法が示さ
れている。

第１に薄い酸化膜６１及び厚い金属層６２が形成される
。次に、マスク端部６４を有する厚い二酸化シリコン膜
６３が形成される。層６３をマスクとして用いるイオン
注入によりｎ形コレクタ領域６６が形成される。その後
もう一つの金属層６５が金属層６２の露出した表面部分
上にのみ電解メッキにより形成される。第１６図を参照
すると、層６５は二酸化シリコン膜６３に接しているか
ら、それは端部６４を有）する。

二酸化シリコン膜６３及び露出した金属管６２は露出し
た金属が層６５だけになるよう選択的に溶解される。次
に、もう一つの金属層６７が電界メッキあるいは無電界
工程によつて金属層６５上に選択的に形成される。電気
化学メッキによりリ形成された金属は均一な厚さの層を
つくる。従つて、層６７の端部はあらかじめ予測できる
短い距離だけ端部６４から離れる。次に、端部６８を横
方向の規定に用いたイオン注入によつて、エミッタ領域
６９が形成される。金属層６７の厚さはクもちろんエミ
ッタ６９及びコレクタ６６間の距離を規定し、やはりこ
の距離は非常に小さくかつ高い精度で作ることができる
。層６２はタングステンの非常に薄い層であることが好
ましい。層６５は電解メッキされたニッケルが好ましく
、層６７は無電解メッキにより形成されたニッケル層で
あることが好ましい。タングステンは０．１モルのフェ
リシアン化カリウム（Ｋ３ＦｅＣＮ６）、０．２５モル
のＫＨ２ＰＯ４及ひ０．２３モルのＫＯＨから成る溶液
により選択的にエッチできる。先に述べた各種の金属及
び対応するエッチング液は、導電率及び注人工程に関し
ても例として示したものである。

イオン注入よりもある種の例では拡散を用いることがて
きる。また、拡散をイオン注入とともに使うこともでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図までは本発明に従うＦＥＴトランジス
タ作成の各種工程を示す半導体ウェハの断面図、第５図
及ひ第６図は作成工程の異なる段階における第１図から
第４図に示したトランジスタの平面図、第７図から第１
０図は本発明のもう一つの点に従うＦＥＴトランジスタ
作成の各種工程を示す半導体ウェハの断面図、第１１図
から第１３図は本発明を適用する更にもう一つの例を示
す図、第１４図から第１６図は本発明を適用する−更に
もう一つの例を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 「特許請求の範囲」 「発明の詳細な説明の用語
明」中の用語半導体基板
１０シリコンウェハ（又５
は）ウェハ金属層 １３金属層（又は）アル
ミニウム層第１のマスク
１４層（又は）酸化膜第１の垂直端部 １５端部（
又は）位置第２の垂直端部 １５″端部（又は）位置
金属膜 １８表面（又は）アルミ
ニウム表面（又は）
金属表面金属層 １９電極（又は）ゲート
電極第１の不純物領域 ２１ソ
ース領域（又は） 領域第２の不
純物領域 ２２ドレイン領域（又
は）領域 第１のマスク（又 ４７窒化シリコンマスク
（又は）層は）窒化シリコン層 第２の垂直端部 ４『端部（又は）位置第１の不純物
領域 ５０ｎ形コレクタ領域 （
又は）拡散コレク 夕領域第２の
マスク ５１二酸化シリコン層二酸化シリコン
６３二酸化シリコン膜 （又は）
層 第１の不純物領域 ６６ｎ形コレクタ領域第２の端部
６８端部 第２の不純物領域 ６９エミッタ領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第２の不純物領域（たとえば２２）から横方向に短
   い距離だけ離れた第１の不純物領域（たとえば２１）を
   半導体基板（たとえば１０）中に有するトランジスタ作
   成法において、半導体基板上に第１の垂直端部（たとえ
   ば１５）を有する第１のマスク（たとえば１４）を形成
   する工程、前記第１の垂直端部の位置を保持するために
   当該第１の垂直端部の位置に基準端部を形成する工程、
   前記第１のマスクの第１の垂直端部を規定する部分を含
   んで当該第１のマスクの露出した表面の一部を制御良く
   除去し、第１の端部の位置から制御された距離だけ横方
   向に離れた第１のマスクの第２の垂直端部（たとえば１
   ５′）を規定する工程、該半導体基板上に前記第１のマ
   スクの第１の垂直端部の位置に相当する位置に第１の垂
   直端部を有し、第１のマスクの第２の垂直端部の位置に
   相当する位置に第２の垂直端部を有し、不純物を通過さ
   せることのない第２のマスクを形成する工程、及び該半
   導体基板内に互いに離れた第１および第２の不純物領域
   を、該第１の不純物領域は第２のマスクの第１の端部に
   よつて規定される位置に、該第２の不純物領域は第２の
   マスクの第２の端部によつて規定される位置に形成する
   工程とを含むことを特徴とするトランジスタ作成法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載されたトランジスタ作
   成法において、前記基準端部を保持する工程が 第１のマスクを形成する前に、基板上に金属層（たとえ
   ば１３）を形成する工程、第１のマスクの一部を除去す
   る前に、第１のマスクにより被覆されていない金属膜の
   一部を酸化する工程からなることを特徴とするトランジ
   スタ作成法。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載されたトランジスタ作
   成法において、第２の端部を規定する工程が金属膜の一
   部（たとえば１８）を露出する工程及び金属が露出した
   金属膜部分にのみ付着するよう金属層（たとえば１９）
   を被着する工程を特徴とするトランジスタ作成法。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載されたトランジスタ作
   成法において、不純物領域がイオン注入により形成され
   ること及び第２のマスクである被着された金属層がイオ
   ン注入用マスクとして使用されることを特徴とするトラ
   ンジスタ作成法。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載されたトランジスタ作
   成法において、第１のマスクが金属膜の一部分上に形成
   されたシリコン層であること及び該金属膜がアルミニウ
   ムであること を特徴とするトランジスタ作成法。 ６ 特許請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載
   されたトランジスタ作成法において、第１のマスクがシ
   リコン層から成り、除去工程が第１のマスクの形成がシ
   リコン層の一部を制御良く酸化して二酸化シリコンを形
   成し、該二酸化シリコンを選択的にエッチングする工程
   から成ることを特徴とするトランジスタ作成法。 ７ 特許請求の範囲第１項に記載のトランジスタ作成法
   において、半導体基板上の酸化物層の上に金属層を形成
   する工程、前記金属層上の一部に比較的厚い物質層を被
   着して第１の垂直端部を含む露出部分を有する第１のマ
   スクとし、これによつて前記金属層の一部を覆う工程、
   露出した金属層を酸化して前記第１のマスクの第１の垂
   直端部と境を接する金属酸化物層を形成する工程、第１
   のマスクを形成する前記被着された物質層の所望の部分
   を一様にエッチングして該第１の端部の位置から制御さ
   れた距離だけ横方向に離れた第１のマスクの第２の垂直
   端部を規定し、それによつて酸化されていない金属層の
   一部を露出する工程、ウェハ表面上に金属を被着し、当
   該金属を前記露出された金属層の上にのみに被着させる
   ことにより、前記第１のマスクの第１の垂直端部の位置
   に相当する位置に第１の垂直端部を有し、第１のマスク
   の第２の垂直端部の位置に相当する位置に第２の垂直端
   部を有するゲート電極としての第２のマスクを形成する
   工程、被着された物質層を除去する工程、 半導体基板内にイオン注入によつてウェハに不純物を注
   入することによりそれぞれ離れた第１および第２の不純
   物領域を、該第１の不純物領域は第２のマスクの第１の
   端部によつて規定される位置に、該第２の不純物領域は
   第２のマスクの第２の端部によつて規定される位置に形
   成し、前記不純物はゲート電極を貫通するには不十分な
   エネルギーを有していて、当該ゲート電極がソースおよ
   びドレイン領域を規定するための注入マスクとして働き
   をする工程、及び前記ソース、ドレイン領域およびゲー
   ト電極それぞれに対する金属接続を形成する工程とを含
   むことを特徴とするトランジスタ作成法。 ８ 特許請求の範囲第７項に記載のトランジスタ作成法
   において、該ウェハがシリコンウェハであり、 前記酸化物層が該シリコンを熱酸化することにより形成
   され、前記被着された物質層は被着された二酸化シリコ
   ンであることを特徴とするトランジスタ作成法。 ９ 特許請求の範囲第７項に記載のトランジスタ作成法
   において、被着された物質層がシリコンであり、その一
   部を被着後酸化することを特徴とするトランジスタ作成
   法。