JPS6323361A - Mis型電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

Mis型電界効果トランジスタの製造方法

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JPS6323361A
JPS6323361A JP61151686A JP15168686A JPS6323361A JP S6323361 A JPS6323361 A JP S6323361A JP 61151686 A JP61151686 A JP 61151686A JP 15168686 A JP15168686 A JP 15168686A JP S6323361 A JPS6323361 A JP S6323361A
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    • Y10S257/90MOSFET type gate sidewall insulating spacer

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は微細構造旧S(Metal In5ulato
r Sem1−conductor)型電界効果トラン
ジスタ(以下TSFETと略する)の製造方法に関する
ものである。
(従来の技術) ?ll5FETの微細化は従来比例縮小則によって達成
されてきた。これは印加電圧とデバイスの物理寸法をと
もにに分の1にし、不純物密度をに倍に増大させるとデ
バイス内の電界形状は縮小する前と同一に保たれ、更に
、スイッチング時間及び消費電流はKの2乗分の1にな
るというものである。
しかし、実際には外部回路とのインターフェースやノイ
ズマージン等の制約から物理寸法を縮小した場合でも、
電源電圧が比例して低減されることは少ない、このため
、[5FET内の電界が大きくなり、いわゆるホットキ
ャリア注入効果により闇値電圧が変動したり、相互コン
ダクタンスが低下しデバイスの信頼性を大きく低下させ
る。
ホットキャリア注入効果を緩和するための、デバイス構
造がいくつか提案されている。例えば、IEEE Tr
ansac該ons on Electron Dev
ices、vol、ED−29No、4 April 
1982 P、590−596にLDD(Ltghtl
yDoped Drain)構造のFETの製法が開示
されている。
以下、このL[lD FETについて説明する。
第2図は係る従来のLDDFETの製造工程断面図であ
る。
まず、第2図(a)において、1はシリコン基板、2は
フィールド酸化膜、3はゲート酸化膜、4は多結晶シリ
コン膜(Poly St)膜、5はCVD5iOz膜で
あり、これらが順次形成される。
次に、第2図(b) ニ示されるように、CVD5tO
膜5、多結晶シリコン膜4をバターニングする。
次に、第2図(c)に示されるように、それをマスクに
してシリコン基板1へN−層6をイオン打ち込みにより
形成する。
次いで、第2図(d)に示されるように、全面へCVD
5i(h膜7を堆積する。
次に、第2図(e)に示されるように、RIB  (反
応性イオンエツチング)法でサイドウオール8を形成す
る。
続いて、第2図(f)に示されるように、全面にN゛イ
オン打込みを行い、N°層9を形成する。
以後は通常の工程でコンタクト及びAI配線層10を形
成し、第3図に示されるようなLDDFETが得られる
このように、ゲート電極をバターニング後、ゲート電極
をマスクにして自己整合的に低濃度拡散層(N−層)6
をイオン注入で形成し、ゲート電極の側壁に絶縁物のサ
イドウオール8を作り、該サイドウオールとゲート電極
をマスクにして自己整合的に高濃度ソース・ドレイン拡
散層(N”層)9をイオン注入で形成している。このよ
うにすることにより、サイドウオール8の下部に電界緩
和のための低濃度層を形成することができる。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、以上述べた方法では旧5FETのホット
キャリア注入効果はサイドウオールの形状に大きく依存
し、サイドウオール形成プロセスがキーポイントであり
、良好なサイドウオール形状を得ることが困難であった
本発明は、上記問題点を除去し、良好なサイドウオール
の形成が可能なLDD構造を有する旧5FETを提供す
ることを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記問題点を解決するために、LDD構造を
有する旧5FETの製造方法において、半導体基板或い
は半導体薄層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、この
ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、このゲ
ート電極をマスクにしてイオン注入により低濃度拡散層
を形成する工程と、全面に不純物を含んだCvD酸化膜
を堆積させる工程と、異方性エツチングにより前記ゲー
ト電極のエツジ部にサイドウオールを形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記サイドウオールをマスクにして
高濃度ソース・ドレイン拡散層を形成する工程とを設け
るようにしたものである。
(作用) 本発明によれば、上記のように構成し、サイドウオール
を形成する際、CVD (chemical Vapo
rDeposi該on)酸化膜中の不純物濃度を制御す
ることによりゲート電極のエツジ部での酸化膜の被覆率
を小さくし、サイドウオール形状を得る。つまり、CV
D酸化膜を常圧CVOによって形成し、不純物をドープ
することにより段差部でオーバーハング状となり、そし
て、異方性エツチングにより再現性よく良好なサイドウ
オール形状を得る。また、cvn酸化膜の不純物をドー
プすることにより、熱酸化膜に対するCVD酸化膜のエ
ツチング速度が速くなり、サイドウオール形状のエツチ
ングの際、フィールド酸化膜の膜べりを抑えることがで
きる。
(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。
第1図は本発明の一実施例をを示すMISFETの製造
工程断面図である。
この実施例ではP型シリコン半導体基板を用いたNチャ
ネルMISFETについて説明する。
まず、シリコン基板11上に適当な方法、例えば、選択
酸化法により?ll5FET間を分離するフィールド酸
化膜12を形成する。次に、膜厚2On個程度のゲート
絶縁膜13を熱酸化により成長させ、その上にゲート電
極となる多結晶シリコン14をCVD法により300n
m堆積させる。その後、ホトリソグラフィー技術により
多結晶シリコン14をパターニングする。
この時、多結晶シリコン14をエツチングした部分のゲ
ート酸化膜は残しておく C第1図(a)参照〕。
次に、ゲート電極をマスクにして、電界を緩和させる目
的で低濃度N型層15をリンのイオン注入により形成す
る。ここで、リンのドーズ量を3×1013cIl″を
打ち込み、該エネルギーを50 K、Vとした場合低濃
度N型層の表面濃度は約3 XIO”cffi−”とな
った。
次に、サイドウオールを形成するため、酸化膜16をC
VD法により全面に堆積させる。この酸化膜のゲート%
を掻のエツジ部における被覆形状はサイドウオール形状
を大きく支配しているので、非常に重要である。そのエ
ツジ部で酸化膜がオーバーハング状になるように、酸化
膜の成長はモノシラ7 (SiHよ)ガスと酸素を用い
た常圧CVD法で行い、更に、不純物としてリンまたは
ボロンを用いた。
リンの導入にはホスフィン(PH3)、ボロンの導入に
はジボラン(BJa) 、ヒ素の導入にはアルミン(A
sHy)を用いる。
第4図は酸化膜中の不純物濃度エツジ部での被覆角θの
関係を表したもので、この被覆角の定義はこの図に示さ
れるように、酸化膜のエツジ部での接線とウェハ主面と
のなす角で、この角度が大きい程オーバーハングが大き
くなる。また、第5図には、この酸化膜に不純物を添加
した場合の被覆角特性が示されており、曲線(a)はリ
ンをドープした場合、曲W (b)はボロンをドープし
た場合がそれぞれ示されている。この図から明らかなよ
うに、不純物を添加することにより被覆角が大きくなる
。特に、リンをドープした場合、この効果が大きい。こ
の実施例では、ゲート電極を形成する多結晶シリコンの
膜厚T2゜L y30 n m −、hosとして4モ
ル%のリンをドープした酸化膜を400nm堆積させた
。この酸化膜中の不純物は、基板上に残存させたゲート
酸化膜があるため、基板中には拡散されない(第1図(
b)参照〕。
次に、平行平板型アノードカップル方式の異方性プラズ
マエツチャーでゲート電極のわきにサイドウオール16
′を残す。ガスはCd5とCHF、を用い、高周波電力
はI W/cutとした。酸化膜がゲート電極のエツジ
部でオーバーハング状になっていると、エツチングの際
、酸化膜自体がエツチングマスクとして働き、仕上がり
のサイドウオール16′は切り立った形となり、高濃度
N型層17を形成する時の良好なイオン打ち込みマスク
となる。また、酸化膜もサイドウオール形状に影響する
第6図はサイドウオール立ち上り角のゲート多結晶シリ
コン膜厚に対するサイドウオール酸化膜厚比の依存性を
示したもので、この図から明らかなように、この比が1
.6以下になると立ち上り角が急激に小さくなってしま
う。
更に、エツチング時CVD酸化膜に不純物がドープされ
ているので熱酸化膜に対するエツチング速度の比が大き
くなり、多少のオーバーエッチによってもフィールド酸
化膜の膜ベリが抑えられる。
次に、サイドウオール16′を形成した後、ゲート電極
及びサイドウオール16′をマスクにして、高濃度N型
層17を形成するため、イオン注入によりヒ素を5X1
0”elm−”のドーズ量で導入する〔第1図(c)参
照〕。
以降は公知の技術を用い、絶縁膜18を形成し、コンタ
クトホールを開孔し、金属配線19を施して、更に、保
護膜20を形成する〔第1図(d)参照)。
なお、上記実施例においては、半導体基板上にゲート絶
縁膜を形成する場合について説明したが、これに限定さ
れるものではなく、半導体薄層上にゲート絶縁膜を形成
するにも適用できる。
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。
(発明の効果) 以上、詳細に説明したように、本発明によれば、次のよ
うな効果を奏することができる。
(1) CVD酸化膜を常圧CvDによって形成し、不
純物をドープすることにより段差部でオーバーハング状
となり、そして、異方性エツチングにより再現性よく良
好なサイドウオール形状を得ることができ、しかも特性
のばらつきの少ないMISFETを製造することができ
る。
(2) CVD酸化膜の不純物をドープすることにより
、エツチング速度が速くなり、サイドウオール形成エツ
チングの際、フィールド酸化膜の膜ベリを抑えることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るMIS型電界効果トランジスタの
製造工程断面図、第2図は従来の?IIS型電界効果ト
ランジスタの製造工程断面図、第3図は従来のMIS型
電界効果トランジスタの断面図、第4図は酸化膜の不純
物濃度エツジ部での被覆角説明断面図、第5図は酸化膜
不純物1度対被覆角特性図、第6図はゲート多結晶シリ
コンに対するサイドウオール酸化膜厚比とサイドウオー
ル立ち上り角の特性図である。 11・・・基板、12・・・フィールド酸化膜、13・
・・ゲート絶縁膜、14・・・多結晶シリコン、15・
・・低濃度N型層、16・・・酸化膜、16′・・・サ
イドウオール、17・・・高濃度N型層。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)LDD構造を有するMIS型電界効果トランジス
    タの製造方法において、 (a)半導体基板或いは半導体薄層上にゲート絶縁膜を
    形成する工程と、 (b)該ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と
    、 (c)該ゲート電極をマスクにしてイオン注入により低
    濃度拡散層を形成する工程と、 (d)全面に不純物を含んだCVD酸化膜を堆積させる
    工程と、 (e)異方性エッチングにより前記ゲート電極のエッジ
    部にサイドウォールを形成する工程と、(f)前記ゲー
    ト電極及び前記サイドウォールをマスクにして高濃度ソ
    ース・ドレイン拡散層を形成する工程とを順に施すよう
    にしたことを特徴とするMIS型電界効果トランジスタ
    の製造方法。
  2. (2)前記(d)におけるCVD酸化膜は大気圧程度の
    圧力において成長させることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載のMIS型電界効果トランジスタの製造方
    法。
  3. (3)前記(d)におけるCVD酸化膜の不純物はリン
    で濃度がP_2O_5として2モル%以上であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載のMIS型電界効
    果トランジスタの製造方法。
  4. (4)前記(d)におけるCVD酸化膜の不純物はボロ
    ンで濃度がB_2O_3として3モル%以上であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のMIS型電界
    効果トランジスタの製造方法。
  5. (5)前記(d)におけるCVD酸化膜の不純物として
    リン、ボロン、ヒ素の少なくとも1種類を含んでいるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のMIS型電
    界効果トランジスタの製造方法。
  6. (6)前記(d)におけるCVD酸化膜の膜厚がゲート
    電極の厚さの1.6倍以下であることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載のMIS型電界効果トランジスタ
    の製造方法。
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