JPH04239775A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH04239775A
JPH04239775A JP618491A JP618491A JPH04239775A JP H04239775 A JPH04239775 A JP H04239775A JP 618491 A JP618491 A JP 618491A JP 618491 A JP618491 A JP 618491A JP H04239775 A JPH04239775 A JP H04239775A
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Haruto Yoshikawa
吉川 治人
Noritomo Shimizu
紀智 清水
Bunji Mizuno
文二 水野
Yuichi Hirofuji
裕一 広藤
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法に関するものであり、さらに詳述すれば、プロセ
ス終了後に熱処理を加えることによりチャネル領域のキ
ャリア濃度を変化させ、デバイスの特性を制御すること
ができる半導体装置を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】             近年、LS
Iの大規模化及び微細化が進んでいる。一般に、しきい
値電圧や飽和電流値などのMOSデバイスの特性は、ゲ
ート酸化膜形成前のチャネル領域への不純物拡散を用い
たキャリア濃度によって制御されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、デバイス特性をソース・ドレイン電極形
成後のいかなる処理をもってしても変えることはできな
かった。そのため、マイクロ・プロセッサ等では、設計
通りの飽和電流値が得られなかった場合、所望の処理速
度が実現できず不良となり歩留を低下させることがある
。この動作はするが所望の動作規格を満足しないために
不良となったチップを救済する手段がなかった。
【0004】本発明は、上記問題点に鑑みて考案された
ものであり、プロセス終了後でもデバイス特性を変える
ことができ、デバイス特性に基づく歩留まりの低下を救
済できる半導体装置とその製造方法を提供することを目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の半導体装置は、MOS型の半導体装置であ
って、チャネル領域に酸素ドナーを発生させる高濃度な
酸素層を備えた構造を特徴とする。
【0006】また本発明の半導体装置の製造方法は、半
導体基板内のチャネル領域に高濃度の酸素を導入し、酸
素層を形成する工程と、半導体装置製造後の熱処理によ
り前記酸素層から酸素ドナーを発生させる工程とを備え
たことを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明は上記した構成によって、熱処理を行う
ことにより基板内に酸素ドナーを発生させ、キャリア濃
度を変化させることができる。この酸素ドナーの発生量
は熱処理の温度・時間により変化する。ジャーナル・ア
プライド・フィジィクス50(12)(1979年)第
8095頁から第8101頁(J.Appl.Phys
.50(12)(1979)pp8095−8101)
に発表されているように、サーマル・ドナーの場合は4
50℃前後の熱処理でドナー濃度が最大となり、それ以
上の高温ではドナーは消去される。
【0008】そのため、チャネル領域に拡散される不純
物濃度と酸素濃度の相対値を適切な値に設定すると、プ
ロセス完了後であっても熱処理によりデバイス特性を制
御できる。
【0009】
【実施例】図1は本発明の一実施例におけるn−ch.
MOSトランジスタの製造方法を示す工程断面図である
。図2はn−ch.MOSトランジスタの断面構造図で
ある。以下、図面を参照しながら実施例を詳細に説明す
る。
【0010】図1Aでは、P型の(100)面を有する
シリコン基板1の所望の位置に、周知の選択酸化法によ
り素子間分離用のフィールド酸化膜2を形成する。
【0011】図1Bでは、このフィールド領域2をフォ
トレジスト3で覆ってイオン注入マスクとし、しきい値
電圧Vtを制御するほう素をイオン注入を用いて素子形
成領域4に導入する。
【0012】図1Cでは、同様にフォトレジスト3をマ
スクとして、酸素を素子形成領域に導入し、酸素濃度の
高い領域5を形成する。酸素注入量はドナー化した時所
望のキャリア濃度が得られるように設定する。例えばC
Zシリコン基板には約2×1018atms/ccの格
子間酸素が含まれているため、それ以上の濃度とするた
めには1×1014cm−3以上の注入量が必要となる
。また、注入量が高すぎるとシリコン酸化物となってし
まうので1×1018cm−3以下の注入量でなくては
ならない。
【0013】図1Dでは、フォトレジスト3を除去後、
パイロ雰囲気を用いた900℃前後の熱酸化でゲート酸
化膜6を形成する。この酸化により酸素注入により基板
内に発生した欠陥は回復される。
【0014】図1Eでは、この上にポリシリコンを気相
成長法(減圧CVD法)により堆積した後、周知のフォ
トレジスト法によりゲート電極7を形成する。
【0015】図1Fでは、ゲート電極7とフィールド酸
化膜3をマスクとして、ソース・ドレイン領域にひ素を
注入し、n+層8、9を形成する。この時、n+層8、
9の濃度は素子形成領域に導入した高濃度酸素層5がド
ナー化しても影響が無いように設定する。その後全面に
層間絶縁膜10を堆積し、ソース・ドレイン・ゲート上
に周知の方法でコンタクト開口部11、12、13を設
け、ソース・ドレイン・ゲート電極14、15、16を
形成すると図2に示すMOSトランジスタが形成される
【0016】その後、トランジスタのしきい値電圧の特
性を測定し、所望の設計値が得られない場合、450℃
前後のN2アニールを行い、チャネル領域に導入した酸
素を酸素ドナー化することにより、キャリア濃度を変化
させることが出来る。その結果、トランジスタのしきい
値電圧や飽和電流値を変化させることができ、デバイス
特性に基づく歩留まりの低下を救済できる。その後、周
知の多層配線工程に進み、LSIを完成させる。
【0017】図3は発生ドナー濃度の熱処理時間・温度
依存性を示す図である。この図3はジャーナル・アプラ
イド・フィジィクス50(12)(1979年)第80
95頁から第8101頁(J.Appl.Phys.5
0(12)(1979)pp8095−8101)に発
表されている。図4は最低動作電源電圧とMOS型トラ
ンジスタの飽和電流値の相関図である。以下図3、図4
を用いてさらに酸素ドナー生成によるデバイス特性の制
御方法と不良チップの救済方法について説明する。
【0018】図3Aは熱処理温度を一定にした時の熱処
理時間に対する酸素ドナーの生成量の特性図である。図
3Bは熱処理温度に対する酸素ドナーの生成量の特性図
である。図3に示すように酸素ドナーの生成量は熱処理
温度・時間に依存する。特に、サーマル・ドナーの場合
は、450℃前後の熱処理で発生しそれ以上の温度の熱
処理でドナーが消去される。そのため、熱処理の温度・
時間をうまく設定することにより所望のキャリア濃度を
得ることができ、プロセス終了後であってもデバイス特
性を変化させることができる。また、サーマル・ドナー
を発生させる温度は450℃前後と低温であるため、シ
リコンの金属配線への析出によるコンタクト不良を引き
起こすこともなく実用的である。
【0019】図4に示すように、一般にマイクロ・プロ
セッサの最低動作電源電圧は飽和電流値に逆比例する。 そのため所望の最低動作電源電圧(VDD1)以上のチ
ップは不良となる。この不良となったチップを救済する
には飽和電流値を増加させなければならない。しかし、
従来のようにチャネル領域に導入されたほう素や燐を活
性化させて飽和電流値を制御する方法では、ソース・ド
レイン電極形成以降のいかなる処理を持ってしても飽和
電流値を変化させることはできない。
【0020】しかし、本発明により構成されたMOS型
トランジスタでは、チャネル領域に酸素ドナーを発生す
る高濃度な酸素層を備えているので、プロセス終了後で
あってもキャリア濃度を変化させることができる。その
結果、トランジスタのしきい値電圧や飽和電流値を変化
させることができ、デバイス特性に基づく歩留まりの低
下を救済できる。
【0021】なお、本実施例ではソース・ドレイン電極
形成直後に酸素ドナー化するための熱処理を行ったが、
ソース・ドレイン電極形成以降、また、半導体チップを
実装した後であっても、450℃前後の熱処理を行って
も同様の効果が得られる。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明は、チャネル領域に
導入した酸素をドナー化することにより、プロセス終了
後であっても熱処理を施すことによりキャリア濃度を変
化させ、デバイス特性を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるn−ch.MOSト
ランジスタの製造方法を示す工程断面図である。
【図2】本発明の一実施例におけるn−ch.MOSト
ランジスタの断面構造図である。
【図3】発生ドナー濃度の熱処理時間・温度依存性を示
す図である。
【図4】最低動作電源電圧とMOS型トランジスタの飽
和電流値の相関図である。
【符号の説明】
1    シリコン基板 2    フィールド酸化膜 3    フォトレジスト 4    素子形成領域 5    高酸素濃度領域 6    ゲート酸化膜 7    ゲート電極 8    ソース・ドレイン領域 9    ソース・ドレイン領域 10    層間絶縁膜 11、12、13    コンタクト開口部14、15
    ソース・ドレイン電極16    ゲート電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MOS型の半導体装置であって、チャネ
    ル領域に酸素ドナーを発生させる高濃度な酸素層を備え
    た構造を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板内のチャネル領域に高濃度の
    酸素を導入し、酸素層を形成する工程と、半導体装置製
    造後の熱処理により前記酸素層から酸素ドナーを発生さ
    せる工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
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