JP2780670B2 - エピタキシャルチャネルmosトランジスタの製造方法 - Google Patents
エピタキシャルチャネルmosトランジスタの製造方法Info
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Description
MOSトランジスタの製造方法に関する。
(MOSFET)は、図9に示すように、表面に低濃度
層26、中間に高濃度層25、深い部分に低濃度層24を形成
していたが(例えば文献:A.Horiその他、“A 0.1μm C
MOS with a Step Channel Profile FOrmed by Ultra Hi
gh Vaccum CVD and In-Situ Doped Ions”、IEDM
Technical Digest、 第909頁, 1993年、または、文
献:H.Nodaその他、“Significance of Charge Sharing
in Causing Threshold Voltage Roll-Off in HIghlyDo
ped 0.1μm Si MOSFETs and Its Suppression by Atom
ic Layer Doping (ALD)”、Extended Abstracts of t
he International Conference on Solid StateDevices
and Materials, 第23頁, 1993年、参照)、高濃度層25
が厚くゲート21からの空乏層28は高濃度層25で止まって
いた。なお、図9において、22、23はソース、ドレイン
領域、27はゲート酸化膜である。
の様子を説明する図である。
照)からゲート電圧を上げていき、図10(B)に示す
ように、しきい値電圧までゲート電圧を変化させても、
空乏層28は常に高濃度層25で止まるために空乏層幅は常
に狭く、あまり変化しない。
S共にエピタキシャル成長により形成する方式では図1
1〜図13に示すような工程が必要であった。図面を参
照して、製造工程を以下に説明する。
OCOS法等で分離領域1を作り、イオン注入によって
pウェル2とnウェル3を形成する。
にカバー酸化膜10を堆積させる。
を用いてnMOS領域のみカバー酸化膜10をエッチング
により除去する。
去し、nMOS領域のSi基板露出部に選択的に高濃度
p型Si層7と低濃度p型Si層9をエピタキシャル成
長させる。
カバー酸化膜10を除去する。
ー酸化膜11を堆積させ、レジスト12を用いてpMOS領
域のみカバー酸化膜10をエッチングにより除去する。
去し、pMOS領域のSi基板露出部に選択的に高濃度
n型Si層6と低濃度n型Si層8をエピタキシャル成
長させる。
ー酸化膜11を除去する。
チャネル部の不純物濃度を高めるとパンチスルーを抑制
できるが、チャネル部の空乏層の広がりが小さくなっ
て、サブスレッショルド特性が悪化するという問題があ
った。
は高濃度層が厚く、ゲートからの空乏層は高濃度層で止
まるために、サブスレッショルド特性はチャネルの不純
物濃度が均一なトランジスタに比べて悪化していた。
エピタキシャル成長により形成する製造方法では、p型
とn型のエピタキシャル層は同時に形成できないため、
CMOSを形成する場合には、図11〜図13に示すよ
うにエピタキシャル層形成のために2回のマスク工程が
必要となり、工程が複雑となる問題があった。
解消し、サブスレッショルド特性の優れたMOSFET
の製造方法を提供することを目的とする。
め、本発明は、チャネル部の不純物濃度がゲート酸化膜
界面では低く、中間の深さでは高濃度となり、最も深い
部分では低濃度となるような深さ方向の不純物分布を有
し、チャネルがオフの時には前記チャネルから延びる空
乏層が前記深い低濃度層中にあり、前記チャネルがオン
した際の空乏層の延びが前記深い低濃度層中のみで起こ
ることを特徴とするMOSFETを製造する方法を提供
するものである。
域及びnMOS領域のチャネル部に深い低濃度層を形成
するためのチャネル注入を行い、(b)全面をn型不純物
を含んだ酸化物を堆積し、(c)マスクを用いてnMOS
領域の前記酸化膜をエッチングにより除去し、熱処理に
て前記酸化物中の不純物をチャネル部に拡散させて前記
pMOS側に高濃度層を形成し、(d)シリコン上のみに
p型不純物を含んだシリコン膜を選択的にエピタキシャ
ル成長させて前記nMOS側にも前記高濃度層を形成
し、(e)pMOS側の酸化膜を除去してから前記pMO
Sと前記nMOS両方にノンドープのシリコン膜を選択
的にエピタキシャル成長させて前記ゲート酸化膜界面近
傍の低濃度層を形成する、上記各工程を含むことを特徴
とする。
説明する。サブスレッショルド係数Sとゲートからの空
乏層幅d、ゲート酸化膜厚Toxの間には、次式のように
dが大きいほどSを小さくできる。
するための図である。
場合には空乏層28は低濃度層24まで達しているが、大部
分は低濃度層26及び高濃度層25にある。ソース・ドレイ
ンから延びる空乏層も高濃度層25でさえぎられるため、
パンチスルーが抑制される。
をかけたときの状態を図1(B)に示す。低濃度層4の
濃度を非常に低くしておき、高濃度層5から低濃度層4
への濃度の変化が非常に急峻であることによって、空乏
層8が低濃度層4の中に大きく広がる(ゲートからの空
乏層幅dが大きくなる)。このためにしきい値付近での
サブスレッショルド特性が改善される。
MOS)を形成するときには選択エピタキシャル成長用
の酸化膜マスクをチャネルのドーピングにも使用するこ
とで工程数を削減できる。
明する。
る。図2を参照して、チャネル部の不純物濃度は、ゲー
ト酸化膜界面付近では低く、中間の深さには薄い高濃度
層25があり、最も深い部分では再び低濃度となってい
る。ここで、高濃度層25から深い低濃度層24への濃度の
変化は非常に急峻であるとする。
純物濃度分布である。図3を参照して、浅い低濃度層は
しきい値調整用、高濃度層はパンチスルー抑制用、深い
低濃度層はサブスレッショルド特性改善用である。
を工程順に説明するための図である。
COS法などで分離領域1を作り、イオン注入によって
pウェル2とnウェル3を形成する。製造工程は次のよ
うになっている。
n型不純物を含んだ酸化膜4を堆積させる。
てnMOS領域の酸化膜4をエッチングにより除去す
る。
を除去してから熱処理を行い、酸化膜4中のn型不純物
をnウェル3に拡散させ、n型高濃度層6を形成する。
固相拡散を用いることで、イオン注入に比べて薄い高濃
度層を形成できる。
露出部(nMOS領域)のみに選択的にp型不純物を含
んだSiをエピタキシャル成長させ、p型高濃度層7を
形成する。エピタキシャル法を用いることにより、イオ
ン注入に比べて薄い高濃度層を形成できる。
化膜4をエッチングにより除去し、Si基板の露出部
(nMOS、pMOS領域)に選択的に不純物を含まな
いSiをエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成
長時の基板の加熱によって、nMOS領域及びpMOS
領域の高濃度層に含まれるn型及びp型不純物がこのエ
ピタキシャル層に拡散し、n型低濃度層8及びp型低濃
度層9が形成される。
用のカバー酸化膜でチャネルへの固相拡散を行うことに
より、1回のマスク工程でチャネルの形成が可能であ
る。
とnウェル用のイオン注入のために2回のマスク工程が
必要なため、図4(C)の工程と合わせて合計3回のマ
スク工程が必要となるが、図4(A)の工程でpウェル
の注入を行わず、図4(C)の工程で行うことにより、
合計で2回のマスク工程にすることもできる。
ュレーションによって得た解析結果に基づき具体的に説
明する。
分布を持つMOSFETについて考える。ここではnM
OSの場合を考え、チャネル不純物はボロンとする。図
中(a)は本実施例に係るデルタドープ型MOSFET
で、第1の低濃度層の濃度が1×1016cm-3、高濃度層の
濃度が1×1018cm-3、第2の低濃度層の濃度が1×1016
cm-3(DELTA DOPE)、(b)は濃度が1×1017cm-3、
(c)は濃度が2×1017cm-3で均一の場合をそれぞれ示
している。
値となる。これらのMOSFETについてシミュレーシ
ョンにより、サブスレッショルド係数Sとしきい値VTH
のチャネル長L依存性を求めるとそれぞれ図7、図8に
示すようなものとなる。ゲート酸化膜厚は4nmとして
いる。
SFET(a)のサブスレッショルド係数Sは図の範囲
では、どのチャネル長でも最も小さくなっている。
果の程度は(a)でも(b)、(c)とほとんど変わら
ない。このことから本発明では短チャネル効果を悪化さ
せることなく、サブスレッショルド特性を向上できるこ
とが分かる。
よってn型不純物を固相拡散させることにより、図12
(F)、図13(G)で必要とされたn型高濃度層形成
のためのエピタキシャル成長工程とマスク工程を1回を
削除できる。
たが、本発明は上記態様にのみ限定されず、本発明の原
理に準ずる各種態様を含むことは勿論である。
高濃度層と深い低濃度層の間の不純物濃度の変化を急峻
にすることにより、チャネルがオンになったときに急速
に空乏層が延び、サブスレッショルド特性が改善され、
高濃度層により短チャネル特性は従来の不純物濃度が均
一なトランジスタ程度に保たれる。
ルド特性を改善したMOSFETを提供すると共に、高
濃度層により短チャネル特性は従Siの選択エピタキシ
ャル成長用のカバー酸化膜でチャネルへの固相拡散を行
うことにより(即ち固相拡散用の酸化膜を選択エピタキ
シャル成長にも使う)、1回のマスク工程でチャネルの
形成が可能とされ、製造工程を簡略化できるという利点
を有する。
広がりを模式的に説明する図である。 (A)チャネルオフ時の空乏層の状態を示す図である。 (B)しきい値電圧印加時の空乏層の状態を示す図であ
る。
である。
ル部深さ方向不純物分布を示す図である。
ンジスタの製造工程を工程順に説明する図である。
ンジスタの製造工程を工程順に説明する図である。
の一例を示す図である。
ブスレッショルド係数Sのチャネル長依存性を示す図で
ある。
きい値電圧のチャネル長依存性を示す図である。
である。
の広がりを示す図である。
ネルMOSトランジスタの製造工程を工程順に説明する
ための図である。
ネルMOSトランジスタの製造工程を工程順に説明する
ための図である。
ルMOSトランジスタの製造工程を工程順に説明するた
めの図である。
Claims (2)
- 【請求項1】(a)pMOS領域及びnMOS領域のチャネル部に深い
低濃度層を形成するためのチャネル注入を行い、 (b)全面をn型不純物を含んだ酸化物を堆積し、 (c)マスクを用いてnMOS領域の前記酸化膜をエッチ
ングにより除去し、熱処理にて前記酸化物中の不純物を
チャネル部に拡散させて前記pMOS側に高濃度層を形
成し、 (d)シリコン上のみにp型不純物を含んだシリコン膜を
選択的にエピタキシャル成長させて前記nMOS側にも
前記高濃度層を形成し、 (e)pMOS側の酸化膜を除去してから前記pMOSと
前記nMOS両方にノンドープのシリコン膜を選択的に
エピタキシャル成長させて前記ゲート酸化膜界面近傍の
低濃度層を形成する、 上記工程を含むことを特徴とするMOSFETの製造方
法。 - 【請求項2】シリコンの選択エピタキシャル成長用の酸
化膜でチャネルへの固相拡散を行い1回のマスク工程で
チャネルの形成を可能としたことを特徴とする請求項1
記載のMOSFETの製造方法。
Priority Applications (1)
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JP7113601A JP2780670B2 (ja) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | エピタキシャルチャネルmosトランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP7113601A JP2780670B2 (ja) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | エピタキシャルチャネルmosトランジスタの製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH08288508A JPH08288508A (ja) | 1996-11-01 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP7113601A Expired - Lifetime JP2780670B2 (ja) | 1995-04-14 | 1995-04-14 | エピタキシャルチャネルmosトランジスタの製造方法 |
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- 1995-04-14 JP JP7113601A patent/JP2780670B2/ja not_active Expired - Lifetime
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