JP3198866B2 - Mos集積回路の製造方法 - Google Patents

Mos集積回路の製造方法

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JP3198866B2 JP06559295A JP6559295A JP3198866B2 JP 3198866 B2 JP3198866 B2 JP 3198866B2 JP 06559295 A JP06559295 A JP 06559295A JP 6559295 A JP6559295 A JP 6559295A JP 3198866 B2 JP3198866 B2 JP 3198866B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はMOS集積回路の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、MOS集積回路のソース領域、ド
レイン領域を形成するためのイオン注入工程は、ゲート
電極と半導体基板をゲート絶縁膜を介して絶縁した状態
で行なわれていた。しかしながら、素子の微細化に伴い
ゲート絶縁膜が薄くなるにつれて、この方法ではイオン
注入時のチャージアップにより、ゲート絶縁膜が劣化も
しくは破壊に到り、MOS集積回路の製造歩留りが低下
するという問題を生じてきた。イオン注入時のチャージ
アップは、ゲート電極が電気的にフローティング状態に
あるため生じる。
【0003】そこでゲート電極のチャージアップを防止
するための新たな製造方法が考案されている(特開平4
−168728号公報)。
【0004】図4はこの従来のMOS集積回路の製造方
法を工程順に示す半導体装置の断面図である。まずシリ
コンの半導体基板1上に素子分離用のシリコンの熱酸化
膜であるフィールド絶縁膜2を選択的に形成し、素子形
成領域3およびダイレクトコンタクト領域4を区画する
(図4(a))。MOSトランジスタを形成する素子形
成領域3およびダイレクトコンタクト領域4にシリコン
酸化膜のゲート絶縁膜5を形成する(図4(b))。フ
ォトリソグラフィー工程により前記の素子形成領域3以
外のゲート絶縁膜5を除去してシリコン基板を露出させ
る(図4(c))。全面にゲート電極となるシリコンの
ゲート電極膜6を形成する(図4(d))。フォトリソ
グラフィー工程によりゲート電極膜6をエッチングして
ゲート電極7を形成する(図4(e))。ただしこの時
点ではゲート電極7はダイレクトコンタクト領域4を通
じて半導体基板1に接続されている。この状態でイオン
注入を行い素子形成領域3にソース領域およびドレイン
領域を形成する(図4(f))。ただし、ソース領域お
よびドレイン領域は紙面に垂直な部分であるので図示さ
れていない。フォトリソグラフィー工程によりゲート電
極7の一部をエッチングして、ゲート電極7と半導体基
板1と接続を切断する(図4(g))。
【0005】この方法においては、ゲート電極7がダイ
レクトコンタクト領域4を通じて半導体基板1に接続さ
れている構造(図4(e))でイオン注入を行なう。こ
うすることにより、ゲート電極7に入射した正電荷は半
導体基板1に流れるため、半導体基板1とゲート電極7
はほぼ同電位となり、ゲート絶縁膜5の破壊は生じな
い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法においてはダイレクトコンタクト領域をゲート電極
の配置にあわせて配置する必要があり、これが集積化に
とって大きな障害となるという問題があった。ダイレク
トコンタクト領域をスクライブ領域上に配しても、ダイ
レクトコンタクト領域−ゲート電極間の配線長が長くな
るため集積化の障害となる問題がやはり生じる。ダイレ
クトコンタクト領域を配置することは集積回路設計が複
雑になるという問題も生じる。また、製造工程から見た
場合、ゲート電極とダイレクトコンタクト領域との接続
を切断するためのフォトリソグラフィー工程が必要であ
り、工程数が増加する問題もあった。
【0007】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたものであり、集積化の障害になることな
く、回路設計を複雑にすることなく、しかも工程数を増
加させることなく、ソース、ドレイン領域を形成するた
めのイオン注入時に生じるチャージアップによるゲート
絶縁膜破壊を防止するMOS集積回路製造方法を提供す
ることを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ゲート電極
が半導体基板と直接接触していなくても、イオン注入時
にはイオンビーム(プラズマ)を介してゲート電極とダ
イレクトコンタクト領域(従って半導体基板)との電気
的接触が可能であることに着目して本発明を完成させ
た。
【0009】すなわち、上記目的を達成するために本発
明のMOS集積回路の製造方法は、図1にその工程順に
半導体装置の断面図を示すように、以下の工程を含むこ
とを特徴とする。
【0010】半導体基板1上に選択的にフィールド絶
縁膜2を形成して素子形成領域3とダイレクトコンタク
ト領域4とを区画する工程(図1(a))。このとき、
イオン注入で半導体基板1上を走査するイオンビームの
範囲内にダイレクトコンタクト領域4が少なくとも1つ
含まれるようにダイレクトコンタクト領域4を設ける。
【0011】前記素子形成領域3上にゲート絶縁膜5
を形成する工程(図1(b)、(c)
【0012】前記ダイレクトコンタクト領域4におい
て前記半導体基板1と接触するダイレクトコンタクト電
極8を形成するとともに前記ゲート絶縁膜5上に前記ダ
イレクトコンタクト電極4とは接続しないゲート電極7
を形成する工程(図1(d)、(e))。
【0013】前記イオンビームを走査して前記半導体
基板1上にイオン注入を行いソース領域およびドレイン
領域を形成する工程(図1(f))。
【0014】
【作用】イオン注入は所定のイオンビーム径のイオンビ
ームをウェハー上を走査しつつ照射させて行われる。
【0015】図2はダイレクトコンタクト電極間距離L
がイオンビーム径Dより小さい場合のイオン注入時の半
導体装置の模式的断面図である。(a)はある時点での
図であり、(b)はその所定時間後の図であり、イオン
ビームがスキャンしていく状況を示している。当然、イ
オンビームの範囲内にダイレクトコンタクト電極が1つ
は含まれることになる。すなわち、(a)の状況におい
てはダイレクトコンタクト電極81が、(b)の状況に
おいてはダイレクトコンタクト電極82が含まれる。
【0016】この場合、例えば(a)の状況において
は、イオンビーム10を介してゲート電極71、72と
ダイレクトコンタクト電極81(従って半導体基板1)
が電気的に接続される。このため、ゲート電極71、7
2の電位とダイレクトコンタクト電極81の電位および
半導体基板1の電位の差は小さくなり、ゲート絶縁膜5
1、52に加わる電圧は小さくなる。したがってイオン
注入時のゲート電極のチャージアップによるゲート絶縁
膜の破壊が生じない。
【0017】(b)の状況においては、同様にしてイオ
ンビーム10を介してゲート電極71、72とダイレク
トコンタクト電極82(従って半導体基板1)が電気的
に接続される。すなわち、ゲート電極71、72の電位
とダイレクトコンタクト電極82の電位および半導体基
板1の電位の差は小さくなり、ゲート絶縁膜51、52
に加わる電圧は小さくなり、ゲート絶縁膜の破壊が生じ
ない。
【0018】図3はダイレクトコンタクト電極間距離L
がイオンビーム径Dより大きい場合のイオン注入時の半
導体装置の模式的断面図である。(a)はある時点での
図であり、(b)はその所定時間後の図であり、図2と
同様にイオンビームがスキャンしていく状況を示してい
る。(a)の状況においてはイオンビームの範囲内にダ
イレクトコンタクト電極が含まれているが、(b)の状
況においてはイオンビームの範囲内にダイレクトコンタ
クト電極が含まれていない。
【0019】この場合、(a)の状況においては、図2
(a)、(b)と同様、イオンビーム10を介してゲー
ト電極71、72とダイレクトコンタクト電極81(従
って半導体基板1)とが電気的に接続されて、ゲート絶
縁膜51、52に加わる電圧は小さくなり、ゲート絶縁
膜の破壊が生じない。
【0020】しかし、(b)の状況においては、イオン
ビームの範囲内にダイレクトコンタクト電極が含まれて
いないため、ゲート電極71、72、73に入射した正
電荷はこのゲート電極71、72、73に蓄積され、チ
ャージアップを生じる。このため、このゲート電極7
1、72、73と半導体基板1との間に電位差が生じ、
ゲート絶縁膜51、52、53が破壊されるおそれが生
じる。
【0021】すなわち、イオン注入のイオンビーム径以
下の間隔でダイレクトコンタクト電極を設けることによ
り、ゲート電極を半導体基板と直接接触させなくても、
イオンビーム(プラズマ)を介してゲート電極とダイレ
クトコンタクト電極(従って半導体基板)を確実に電気
的に接続させることができ、イオン注入時のゲート電極
のチャージアップによるゲート絶縁膜の破壊を防ぐこと
ができる。
【0022】こうすることにより、ダイレクトコンタク
ト電極とゲート電極を接続して配置する必要がないの
で、ダイレクトコンタクト電極を任意の位置に形成する
ことができ、スクライブ領域上の任意の位置にも形成し
てもよくなる。したがって、ゲート電極にあわせたダイ
レクトコンタクト電極(領域)の配置が不要となり、ダ
イレクトコンタクト電極(領域)を設けることは集積化
の障害にならず、設計を複雑にすることもない。
【0023】この構造とすることにより、ゲート電極の
形成工程において、同時にゲート電極とダイレクトコン
タクト電極とを切断できるので、ダイレクトコンタクト
を用いた従来の方法にあったゲート電極とダイレクトコ
ンタクト電極とを切断する工程(図4(g))を不要に
できる。
【0024】
【実施例】以下、本発明のMOS集積回路の製造方法の
実施例を図面に基づいて説明する。本実施例ではチャー
ジアップの抑制効果をより明確にするため、ゲート電極
面積2000μm×2000μm、アクティブ領域面積
2.5μm×2.5μmのアンテナMOS構造を作製し
て評価した。アクティブ領域とはゲート絶縁膜を挟んで
ゲート電極と半導体基板が対向している領域のことであ
る。また、ダイレクトコンタクト電極は電極面積10μ
m×10μm、コンタクト領域面積8μm×8μmとし
た。ここでいうコンタクト領域とはダイレクトコンタク
ト電極と半導体基板が直接接触している領域のことであ
る。
【0025】図1は本発明のMOS集積回路の製造方法
の一実施例を工程順に示す半導体装置の断面図である。
まず半導体基板1であるシリコン基板上に素子分離用の
フィールド絶縁膜2としてシリコン熱酸化膜を厚さ60
0nm選択的に形成し、素子形成領域3およびダイレク
トコンタクト領域4を区画した(図1(a))。なお、
本実施例においては、ダイレクトコンタクト領域4を3
cmの間隔で配置した。素子形成領域3およびダイレク
トコンタクト領域4にゲート絶縁膜5としてシリコン酸
化膜を厚さ10nm形成した(図1(b))。フォトリ
ソグラフィー工程により前記の素子形成領域3以外のゲ
ート絶縁膜5を除去してシリコン基板を露出させた(図
1(c))。全面にゲート電極となるゲート電極膜6と
してポリシリコンを厚さ400nm形成した(図1
(d))。フォトリソグラフィー工程によりゲート電極
膜6をエッチングしてゲート電極7を形成した(図1
(e))。このときダイレクトコンタクト領域4にはダ
イレクトコンタクト電極8をゲート電極7と切断して形
成した。したがってゲート電極7と半導体基板1との接
続は切断されている。この状態でイオン注入を行い素子
形成領域3にソース領域およびドレイン領域を形成した
(図1(f))。なおイオン注入は、Asイオンを80
keV、5×1015cm-2、イオンビーム径5cmで行
った。
【0026】このようにして作製したMOS構造につい
て、ゲート絶縁膜の耐圧特性を測定した。この結果、本
実施例においてはゲート絶縁膜の破壊は生じていなかっ
た。
【0027】これに対して、ダイレクトコンタクト領域
4を6cmの間隔で配置して、同様にイオン注入を行っ
た場合、ゲート絶縁膜の破壊が生じたものが約80%あ
った。
【0028】
【発明の効果】上述したように本発明のMOS集積回路
の製造方法によれば、ソース領域およびドレイン領域を
形成するためのイオン注入時に生じるチャージアップに
よるゲート絶縁膜破壊を防止でき、また集積化の障害
も、回路設計を複雑にすることもなく、しかも工程数を
増加させることもなくMOS集積回路を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のMOS集積回路の製造方法の一実施例
を工程順に示す半導体装置の断面図である。
【図2】ダイレクトコンタクト電極間距離Lがイオンビ
ーム径Dより小さい場合のイオン注入時の半導体装置の
模式的断面図である。
【図3】ダイレクトコンタクト電極間距離Lがイオンビ
ーム径Dより大きい場合のイオン注入時の半導体装置の
模式的断面図である。
【図4】従来のMOS集積回路の製造方法を工程順に示
す半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 フィールド絶縁膜 3 素子形成領域 4 ダイレクトコンタクト領域 5 ゲート絶縁膜 6 ゲート電極膜 7 ゲート電極 8 ダイレクトコンタクト電極 10 イオンビーム 71 ゲート電極 72 ゲート電極 73 ゲート電極 81 ダイレクトコンタクト電極 82 ダイレクトコンタクト電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/265 H01L 21/336

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に選択的にフィールド絶縁膜
    を形成して素子形成領域とダイレクトコンタクト領域と
    を区画し、イオン注入で前記半導体基板上を走査する
    オンビームの範囲内に前記ダイレクトコンタクト領域が
    少なくとも1つ含まれるようにダイレクトコンタクト領
    域を設ける工程と、前記素子形成領域上にゲート絶縁膜
    を形成する工程と、前記ダイレクトコンタクト領域にお
    いて前記半導体基板と接触するダイレクトコンタクト電
    極を形成するとともに前記ゲート絶縁膜上に前記ダイレ
    クトコンタクト電極とは接続しないゲート電極を形成す
    る工程と、前記イオンビームを走査して前記半導体基板
    上にイオン注入を行いソース領域およびドレイン領域を
    形成する工程とを含むことを特徴とするMOS集積回路
    の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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