JP3161767B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子における
縦型で二重拡散型MOSFETの製造方法に関するもの
であり、よりよい電気特性を得る方法を提供するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の半導体素子の製造方法
は、IEDM.88(1988)IEEE(米)p.8
13−816に開示されるものであり、縦型の二重拡散
型MOSFETを例に、図3(a)〜(c)に示し、以
下に説明する。
【0003】図3(a)に示すように、U型半導体基体
1の主表面上に1000ÅのSiO2 膜2、4000Å
の導電性を有するポリシリコン膜3及び8000ÅのC
VDSiO2 膜4を順次形成する。次に所望のパターニ
ングにより、前記SiO2 膜2、ポリシリコン膜3及び
CVDSiO2 膜4をエッチングして、開孔部5を開孔
することでCVDSiO2 膜4、ポリシリコン膜3及び
SiO2 膜2よりなるゲートパターンを形成する。
【0004】次に図3(b)に示すように、前記パター
ニングしたゲートパターンをマスクにP型不純物である
ボロンをイオン注入法にてU型半導体基体1内に注入
し、熱処理を施すことにより、P- 層6を形成する。次
にN型不純物であるリンを含むPSG膜を12000Å
形成した後、ドライエッチングによる異方性エッチング
を行い、PSGサイドウォール7を形成し、サイドウォ
ール開孔部8を形成する。
【0005】次に図3(c)に示すようにCVDSiO
2 膜4及びPSGサイドウォール7をマスクにイオン注
入法にてP型不純物であるボロンを、サイドウォール開
孔部8下のP- 層6内に注入する。次に熱処理を施し、
イオン注入したボロンを拡散しP+ 層10を形成すると
共に、PSGサイドウォール7中のリンが、P- 層内に
拡散し横拡りにより、ポリシリコン膜3の下に又サイド
ウォール開孔部内に拡散してN+層9が形成される。次
に、メタルを全面に蒸着することにより、サイドウォー
ル開孔部内で前記N+ 層9とP+ 層10とオーミックコ
ンタクトしたソース電極となるメタル11を形成する。
【0006】以上の工程により縦型の二重拡散型MOS
FETが得られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た製造方法では、N+ 層9の形成をPSGサイドウォー
ル7中のリンの拡散により形成している為、P- 層6中
に入るリン濃度はPSGサイドウォール形成時のリン濃
度及び、PSGサイドウォール7からシリコン中へ拡散
させる熱処理条件により決まる。この為、P- 層6中に
入るリン濃度はバラツキが大きくなり、N+ 層の接合深
さのバラツキが大きくなる。これにより、二重拡散型M
OSFETでは、VT (閾値)のバラツキが大きくなる
問題点があった。
【0008】又、N+ 層9とメタル11とのオーミック
コンタクトは、PSGサイドウォール7からP- 層6中
に拡散し、横拡りした部分で取っており、前述したリン
濃度によるコンタクト部分の面積のバラツキが大きい
為、コンタクト抵抗のバラツキが大きくなる問題点があ
った。
【0009】この発明は、以上述べた電気特性が悪くな
る問題点を除去する為、N+ 層をイオン注入法で形成し
てN型不純物濃度の制御性を良くした製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は前述の目的の
ために、半導体素子の製造方法において、開孔部とゲー
トパターンを形成した後、N+ 層形成の為のN型不純物
をP- 層中にゲートパターンをマスクにしてイオン注入
する。その後開孔部側壁にSiO2 サイドウォールを形
成した後、SiO2 サイドウォールをマスクにして、P
- 層のシリコンを0.3μm程エッチング除去して、前
記イオン注入したN型不純物を除去する。次に再度Si
2 サイドウォールをマスクにP型不純物をP- 層中に
イオン注入して、熱処理を施すことにより、N+ 層とP
+ 層を形成する。この時N+ 層は制御された不純物量が
拡散され、前記シリコン除去した部分の側壁はN+ 層と
なる。次に全面にメタルを蒸着して、N+ 層とシリコン
除去した部分の側壁を中心にコンタクトを取ると共に、
+ 層とシリコン除去した底面でコンタクトするように
したものである。
【0011】
【作用】前述したように、この発明によれば、N+ 層を
イオン注入法にて形成した為、濃度の制御性が良くな
り、N+ 層の接合深さの精度が向上する為、VT のバラ
ツキが小さくなる。又ソース電極とのコンタクト面積の
精度が向上する為、コンタクト抵抗のバラツキが小さく
なる等電気特性が向上する。
【0012】
【実施例】この発明の第1の実施例を図1(a)〜
(e)に従い説明する。
【0013】図1(a)に示すように、従来方法と同様
に、N型半導体基体1の主表面上に1000Å程の絶縁
膜としてSiO2 膜2、4000Å程の導電性を有する
膜としてポリシリコン膜3及び8000Å程の絶縁膜と
してCVDSiO2 膜4を順次形成した後、所望のゲー
トパターニングにより、前記CVDSiO2 膜4、ポリ
シリコン膜3及びSiO2 膜2をエッチング除去して、
開孔部5及びCVDSiO2 膜4とポリシリコン膜3と
SiO2 膜2よりなるゲートパターンを形成する。
【0014】次に図1(b)に示すように、前記ゲート
パターンをマスクにして、イオン注入法にてボロンを4
0keVで5×1013ions/cm2 程開孔部5内のN
型半導体基体1中に注入し、熱処理を施すことにより、
接合深さ2μm程のP- 層6を形成する。次に前記ゲー
トパターンを同様にマスクにしてN型不純物、例えばヒ
素をイオン注入法にて40keVで1×1016ions
/cm2 程、開孔部5内でP- 層6中の表面に注入し、N
+ インプラ(イオン注入)層7を形成する。
【0015】次に図1(c)のように、絶縁膜としてC
VD法にて不純物を含まないSiO2 膜を12000Å
程形成した後、ドライエッチングによる異方性エッチン
グにより横方向の長さが12000Å程のSiO2 サイ
ドウォール8を開孔部5の側壁に形成して、サイドウォ
ール開孔部9を形成する。
【0016】次に図1(d)のように、SiO2 サイド
ウォール8及び前記ゲートパターンをマスクにして、ド
ライエッチングによりサイドウォール開孔部9下のシリ
コンを0.3μm程除去して、N+ インプラ層7を除去
し、開孔部10を形成する。次に同様にSiO2 サイド
ウォール8及び前記ゲートパターンをマスクにしてイオ
ン注入法にて開孔部10内のP- 層6中に前記N+ イン
プラ層7のドーズ量より少ない量、例えば40keVで
1×1015ions/cm2 程注入し、P+ インプラ層1
1を形成する。
【0017】次に図1(e)のように、1000℃、6
0分程の熱処理を施すことにより、N+ インプラ層7及
びP+ インプラ層11が拡散されて、接合深さ0.5μ
m程のN+ 層12及び拡散深さ1μm程のP+ 層13が
形成される。この際、N+ 層12の表面濃度はP+ 層1
3の表面濃度より1桁程濃い為、開孔部10の側壁部付
近はN+ 層となる。
【0018】次に、全面にメタル14を蒸着して、開孔
部10内でN+ 層12とP+ 層13とオーミックコンタ
クトを取ってソース電極を形成する。
【0019】以上の製造方法により縦型の二重拡散型M
OSFETが得られる。
【0020】尚本実施例ではSiO2 サイドウォール8
は不純物を含まないCVDSiO2 膜で形成したが、P
SGSiO2 膜等の不純物を含むSiO2 膜であって
も、N+ 層12の接合深さに影響を与えない濃度又は入
らないように薄いSiO2 膜を形成する等のことを施せ
ば、使用してかまわないことはいうまでもない。
【0021】又本実施例でNチャンネルの二重拡散型M
OSFETを例にしたが、絶縁ゲートバイポーラトラン
ジスタ等の同構造の半導体素子やPとNを逆にしてPチ
ャンネルに適用できることはいうまでもない。
【0022】次に第2の実施例を図2(a)〜(c)に
より説明する。
【0023】図2(a)に示すように、第1の実施例の
図1(a)同様CVDSiO2 膜4を17000Å程形
成した後、図1(b)〜(c)の工程を施し、P+ イン
プラ層11の形成まで施した後、図2(b)に示すよう
に、全面にドライエッチングによる異方性エッチング又
はウェットエッチングを0.5μm程施し、SiO2
イドウォール8を0.5μm程縮小し、つまりサイドウ
ォール開孔部を片側0.5μm程拡げてN+ インプラ層
7の露出部21を形成する。
【0024】次に図2(c)のように、1000℃で6
0分程の熱処理を施し、N+ 層12、P+ 層13を形成
した後、メタル14を全面に蒸着して、露出部21と開
孔部10の側壁付近でN+ 層12と開孔部10の底部で
+ 層13とオーミックコンタクトを取るソース電極を
形成する。
【0025】以上の工程を施すことにより縦型の二重拡
散型MOSFETが得られる。
【0026】尚、本第2の実施例では、SiO2 サイド
ウォールの縮小を、N+ 層12及びP+ 層13の形成前
に行ったが、形成後に行ってもかまわないことはいうま
でもない。
【0027】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、この発明
によればN+ 層をイオン注入法にて形成した為、濃度の
制御性が良くなりN+ 層の接合深さの精度が向上する
為、VT のバラツキが小さくなる。又、ソース電極との
コンタクト面積の精度が向上する為、コンタクト抵抗の
バラツキが小さくなる等、電気特性が向上する。
【0028】又、第2の実施例に示したように、P+
散層形成のイオン注入を施した後、SiO2 サイドウォ
ールを小さくして、N+ 層の露出部を形成するようにす
ると、ソース電極とN+ 層とのコンタクト面積が大きく
なる為、コンタクト抵抗が低減すると共に露出部で確実
にオーミックコンタクトが得られる為、よりコンタクト
抵抗のバラツキが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の工程断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例の工程断面図である。
【図3】従来例の工程断面図である。
【符号の説明】
1 N型半導体基体 2 SiO2 膜 3 ポリシリコン膜 4 CVDSiO2 膜 5 開孔部 6 P- 層 7 N+ インプラ層 8 SiO2 サイドウォール 9 サイドウォール開孔部 10 開孔部 11 P+ インプラ層 12 N+ 層 13 P+ 層 14 メタル

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)第1の導電型の半導体基体の一方
    の主表面上に、第1の絶縁膜及び導電性を有する導電膜
    及び第2の絶縁膜を順次形成した後所望のパターニング
    を施し、前記第1の絶縁膜及び導電膜及び第2の絶縁膜
    からなるゲートパターン部と前記半導体基体に到達する
    第1の開孔部を形成する工程と、 (b)前記第1の開孔部内の前記半導体基中に不純物を
    拡散して、第2の導電型の第1の不純物領域を形成した
    後、第1の開孔部内の該第1の不純物領域中で表面部分
    に、前記ゲートパターン部をマスクとして第1の導電型
    の第2の不純物領域をイオン注入法により形成する工程
    と、 (c)前記第1の開孔部の側壁に絶縁膜よりなるサイド
    ウォールを形成する工程と、 (d)前記第1の開孔部内で前記サイドウォールがない
    部分の前記半導体基体の表面部分をエッチング除去し
    て、イオン注入法により形成した前記第2の不純物領域
    部分的に除去した第2の開孔部を形成し、次に、前記
    第2の開孔部内の前記第1の不純物領域中に前記サイド
    ウォール及びゲートパターン部をマスクとして第2の導
    電型の第3の不純物領域を形成する工程と、 (e)熱処理を施し、前記第2の不純物領域より拡散し
    て第4の不純物領域を、又前記第3の不純物領域より拡
    散して前記第4の不純物領域の直下を含めて第5の不純
    物領域を形成し、次にメタルを蒸着して前記第2の開孔
    部内で、前記第4及び第5の不純物領域とオーミックコ
    ンタクトを取る工程と、 を施すことを特徴とする半導体素子の製造方法。」
  2. 【請求項2】 請求項1記載の(a)ないし(d)項ま
    での工程を施した後、前記(c)項記載のサイドウォー
    ルを更にエッチングにより縮させて、前記(b)項記
    載の第2の不純物領域の露出部を形成した後、請求項1
    記載の(e)項の工程を施すことを特徴とする半導体素
    子の製造方法。
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