JPS6050070B2 - Ｍｏｓ形半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は実効チャンネル長が極めて短かい、短チャンネ
ルのＭＯＳ形半導体装置の製造方法に関するものである
。

ＭＯＳ形電界効果トランジスタ（以下ＭＯＳＦＥＴと略
す）の高速動作化をはかるにはチャンネル長を短かくす
ることによつて相互コンダクタンス胛の増大化を行うこ
とが一つの有効な手段であるが、マスクパターン寸法に
よりチャンネル長を決める従来の方法ては限界があり、
１μｍ程度のチャンネル長を再現性よく実現することは
かなり困難であり、電子ビーム露光法等の新しいフォト
リソグラフィーの技術を必要とする。

そこで本発明はチャンネル長がマスタパターン’寸法に
よらずにしかも再現性よく実現できる短チャンネルのＭ
ＯＳＦＥＴの製造方法を提案しようとするものてある。

本発明の要旨とするところは、多結晶シリコンヘの不純
物の横方向拡散の寸法を利用してチヤン・ネル長を決定
しようとするもので、さらに具体的には多結晶シリコン
層の不純物が拡散された側面を選択的に除去した後、そ
の除去された寸法だけ不純物を添加してチャンネルの形
成を行うもので、チャンネル長は多結晶シリコンの横方
向からの拡散深さに依存することとなる。以下本発明の
実施例にかかるＭＯＳＦＥＴの製造方法を図に従つて詳
細に説明する。

第１図〜第８図は本発明の実施例の製造工程の概略を示
す工程図であつて、ドレインの周囲にゲート、ソースが
リング状に形成されたＭＯＳＦＥＴの作成方法を示す。
先ず第１図に示すようにＰ形半導体シリコン基板１表面
にイオン注入等の不純物添加手段を用いて、Ｎ形の薄い
拡散層２を形成する。

次に熱酸化法により厚さ５０００〜１００００Ａ程度の
フールド酸化膜３を形成し、トランジスタを形成すべき
領域を開孔する。この状態が第２図である。次いで、前
記フィールド酸化膜３が開孔された領域に約１０００Ａ
程の薄い酸化膜４を熱酸化法により形成し、全面に第１
の多結晶シリコン層５を化学蒸着法により被着して、さ
らにその上にシリコン窒化膜あるいは酸化膜等の保護膜
６を被着する。

その後、第３図に示すようにソース領域を形成すべき部
分の保護膜を開孔し開孔部７を形成する。なおこの時、
フィールド酸化膜３も開孔してさしつかえないが、この
場合は保護膜６はシリコン窒化膜を用いる方が都合がよ
い。なんとなれは、酸化膜を用いると将来除去する際に
フィールド酸化膜３も同時にエッチングされ薄くなるか
らである。シリコン窒化膜ならば酸化膜とエッチング手
段を異にすることができるために都合がよいことになる
。保護膜６を開孔した後、この保護膜６を阻止膜として
前記第１の多結晶シリコン層５をエッチングにより選択
的に除去し、第３図に示．す状態を得る。次にイオンン
注入によりＮ形純物たとえばリンを注入し、ソース形成
用領域８を形成する不純物を添加した後、たとえばリン
を含んだ雰囲気中で熱拡散を行い、第１の多結晶シリコ
ン層５の側面．からリンを拡散させ領域９を巾約２〜３
μで形成するのと同時にソース形成用領域８のドライブ
インを行う（第４図）。

なおイオン注入の時に不純物が第１の多結晶シリコン層
５内に注入されないよう保護膜６を注入イオンの平均飛
程Ｒｐに比べ・て充分厚くしておく必要がある。たとえ
ばリンを加速電圧１００Ｋｅ■（エレクトロンポルト）
で注入するとＲｐは約１２００Ａ程である。したがつて
保護膜６は少くとも３０００Ａ程の厚さにしておく必要
がある。次に第５図の如く保護膜６を除去し、第１の多
結晶シリコン層のうちリンを含んだ領域９をアミンカテ
コール水溶液（エチレンジアミン１７ｍ１１ピロカテコ
ール３ｙ１水８ｍ１）等により選択的にエッチングし、
ボロンイオンをイオン注入法により打ち込み、熱処理を
行つて基板内にチャンネル用Ｐ形領域１０を形成する。

なおこの時、イオン注入量は領域１０がＮ形のドリフト
領域２よりも高ノ濃度に、ソース領域８よりも低濃度に
なるように決定する。次に第１の多結晶シリコン層５を
除去し、薄い酸化膜４をエッチングし除去した後、再び
基板表面を酸化してゲート酸化膜７を形成し、全面に第
２の多結晶シリコン層１２を被着して、前記保護膜６を
開孔したパターンと同一パターンで開孔部７″に形成す
る。

その状態を第６図に示す。すなわち、開孔部７″の形成
に際し、シリコン窒化膜６のパターン形成と同一のマス
クを用いることが″てき、精度良く開孔部７″を形成す
ることがてきる。次に第７図に示すように第２の多結晶
シリコン層１２の開孔を再び行い、ドレイン拡散窓とな
る開孔部１３を形成し、残された第２の多結晶シリコン
層１２を阻止膜としてゲート酸化膜１１のエッチングを
行い、Ｎ形不純物たとえばリンの拡散を行つてドレイン
領域１４を形成する。この時ソース形成用領域８は規定
通りのソース領域となる。なお領域８には既に不純物が
添加されており再び不純物が拡散され高濃度になるが、
なんらさしつかえない。またソース、ドレイン拡散時の
熱処理によりＰ形チャンネル領域１０およびドリフト領
域２もいくらか拡散深さが深くなる。その結果ドレイン
領域１４とソース領域８との間にドリフト領域２および
チャンネル領域１０が存在し、しかもチャンネル領域の
長さは前記第１の多結晶シリコン層の横方向拡散領域９
の巾て決定され、さらにソース領域８の横方向への拡散
拡がりの結果チャンネル領域１０は１〜２μｍ程度とな
る。このように容易に１〜２μｍの短チャンネルＭＯＳ
ＦＥＴが構成される。最後に第８図に示す如く化学蒸着
法により酸化膜を被着し、電極取り出し用のコンタクト
窓を開孔し、金属配線１５，１６，１７を行つて完成す
る。

なお本実施例てはドレイン領域１４への不純物拡散を熱
拡散て行つたがイオン注入法を用いても同様の結果が得
られる。

またソース領域８および第１の多結晶シリコン層５内横
方向からの不純物拡散領域９を形成する他の実施例を述
べる。

第３図の状態から保護膜および第１の多結晶シリコン層
５を阻止膜として前記第１の薄い酸化膜４をエッチング
し、ソース領域の半導体表面を露出する。その後リンを
熱拡散により半導体基板内１と第１の多結晶シリコン層
５の側面に拡散し、酸化性雰囲気中て熱処理を行い、表
面を約１０００Ａ程酸化する。この時第１の多結晶シリ
コン層５の側面も酸化膜が形成されるが、その巾は１０
００Ａ程度であり、チャンネル領域１０の形成にはチャ
ンネル領域自体のドライブインによる横方向拡散がある
ために問題とならない。この方法によれば、ソース形成
用領域８と不純物拡散領域９を同時に形成することがで
きる。なお、本実施例の説明ではＮチャンネルＦＥＴの
形成についてのみ述べたが、Ｐ形をＮ形にＮ形をＰ形の
不純物にすることにより、ＰチャンネルＦＥＴの形成も
同様に可能である。また、第７図の左側と右側のソース
領域を別のＭＯＳＦＥＴのそれぞれのソースとし、ドレ
イン１４を共通とした２個のトランジスタとすることも
できる。この場合は、ソース領域はリング状ではない。
すなわちたとえば、論理回路の一部である２個のＭＯＳ
ＦＥＴの接続された部分の作成方法も添付図面の工程で
あられすことができる。さらに、本発明において多結晶
シリコン側面への不純物拡散を一方の側面のみとするこ
とも当然可能であり、この場合は一方の側面を保護膜で
覆つておけは良い。以上のように、本発明の製造方法に
よれば、マスクパターン寸法に依存しないチャンネル長
を有する短チャンネルのＭＯＳＦＥＴを実現することが
てき、ＭＯＳＦＥＴの高Ｇｍ化、高速化に大きく寄与す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本発明の一実施例にかかるＭＯＳＦＥ
Ｔの製造方法の工程を示す断面図である。 １・・・・・Ｐ形シリコン基板、２・・・・・・薄い拡
散層、４・・・・・・薄い酸化膜、５，１２・・・・・
・多結晶シリコン層、６・・・・・・保護膜、７，１３
・・・・・・開孔部、８・・・ソース形成用領域、９・
・・・・・不純物拡散領域、１０・・チャンネル用領域
、１１・・・・・・ゲート酸化膜、１４・・・・・・ド
レイン領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１導電形の半導体基板の一主面に第２導電形の浅
   い拡散層を形成し、この拡散層上に絶縁膜を形成する工
   程と、この絶縁膜上に第１に多結晶シリコン層および保
   護膜を選択的に積層形成する工程と、前記第１の多結晶
   シリコン層および保護膜をマスクとして前記半導体基板
   表面にソース領域形成用の第２導電形の不純物領域を形
   成する工程と、前記第１の多結晶シリコン層の露出した
   側面から不純物を拡散し、この不純物の拡散された第１
   の多結晶シリコンを選択的に除去する工程と、前記保護
   膜を除去し、残された第１の多結晶シリコン層をマスク
   として前記半導体基板表面に第１導電形の不純物を導入
   してソース領域と隣接したチャンネル領域を形成する工
   程と、前記第１の多結晶シリコン層および第１の絶縁膜
   を除去し、前記半導体表面にゲート酸化膜および第２の
   多結晶シリコン層を形成する工程と、前記多結晶シリコ
   ン層およびゲート酸化膜を選択的に除去し、第２導電形
   の不純物を拡散してドレイン領域を形成する工程とを備
   えたことを特徴とするＭＯＳ形半導体装置の製造方法。 ２ ソース領域を形成するに当り、第２導電形の不純物
   をイオン注入により添加し、前記第１の多結晶シリコン
   層への側面への不純物拡散を熱拡散により行うことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のＭＯＳ形半導体
   装置の製造方法。３ 保護膜と第１の多結晶シリコン層
   の２層膜の残された領域を阻止膜として絶縁膜をエッチ
   ングし、熱拡散によりソース領域を形成すると同時に第
   １の多結晶シリコン層への露出された側面からの不純物
   拡散を行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のＭＯＳ形半導体装置の製造方法。