JPH04246862A - 半導体集積回路及び半導体集積回路製造方法 - Google Patents

半導体集積回路及び半導体集積回路製造方法

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JPH04246862A
JPH04246862A JP3012064A JP1206491A JPH04246862A JP H04246862 A JPH04246862 A JP H04246862A JP 3012064 A JP3012064 A JP 3012064A JP 1206491 A JP1206491 A JP 1206491A JP H04246862 A JPH04246862 A JP H04246862A
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gate
oxide film
diffusion layer
gate oxide
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Setsuo Wake
和気 節雄
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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】本発明は半導体集積回路及び半導
体集積回路製造方法,特にMOS型トランジスタの性能
の改良に関し、ゲート酸化膜の薄膜化に伴う非パンチス
ルー領域でのソース・ドレイン間耐圧の低下を防止する
MOS型トランジスタ及びMOS型トランジスタの製造
方法に関する。 【0002】 【従来の技術】半導体集積回路の微細化傾向は留まるこ
とを知らず進展しているが、平面的な寸法の縮小にとも
なって、縦方向の寸法も縮小されている。例えば、ゲー
ト酸化膜を例にとると、3ミクロンルールのデバイスで
は500A程度の膜厚が選ばれていたが、平面的に縮小
されて1ミクロンルールのデバイスとなると200A程
度の膜厚が選ばれている。これはいわゆる比例縮小則に
則り、デバイスの素子寸法を決定することによりデバイ
スのパラメータを最適化しているわけである。しかし、
これに伴う弊害も現れており以下にその一例を示す。 【0003】すなわち、図9はMOS型トランジスタの
重要なパラメータの一つであるソース・ドレイン間耐圧
(BVsd)とゲート寸法との相関関係を、ゲート酸化
膜厚をパラメータにとって現したものである。ここで、
MOS型トランジスタのソース・ドレイン間耐圧の決定
要因について簡単に説明する。ソース・ドレイン間耐圧
の決定要因としてはパンチスルーとドレイン・基板間接
合耐圧とがある。 【0004】(1)パンチスルー ゲート寸法が短い領域でのソース・ドレイン間耐圧を決
定する要因である。MOS型トランジスタにおいてはド
レインの電圧を高く(Nチャネル型トランジスタの場合
は+方向に)していくと、ドレイン・基板間のPN接合
が逆方向にバイアスされるために、空乏層が広がってい
き、ついにはソース部にまで達し、ゲートに電圧を印加
していないにもかかわらずソース・ドレイン間に電流が
流れる。この現象は当然ゲート寸法が短いトランジスタ
で顕著に発生し、パンチスルーを起こさない最小のゲー
ト寸法が、MOS型トランジスタの最小使用可能ゲート
寸法となる。この現象に対してはゲート酸化膜が薄いほ
うがゲート酸化膜とシリコン基板界面に沿う空乏層の伸
びが抑えられるために耐圧が高くなる。 【0005】(2)ドレイン・基板間接合耐圧ソース・
ドレイン間耐圧がゲート寸法に依存しない領域である非
パンチスルー領域のソース・ドレイン間耐圧要因である
。ドレイン・基板間接合耐圧は前述したドレイン・基板
間のPN接合の逆方向耐圧であるが、単純にPNの濃度
差によっては決まらない。上記(1)で述べたようにゲ
ート酸化膜が薄いとゲート酸化膜とシリコン基板界面に
沿う空乏層の伸びは抑えられるが、ゲート酸化膜を薄く
するためにドレイン電圧印加によるドレイン・ゲート近
傍の電位勾配が急になる。そのため高電界が発生しその
部分でドレイン・基板間のPN接合の逆方向耐圧が決ま
ることになる。従って、ゲート酸化膜を薄くするとドレ
イン・基板間の接合耐圧でMOS型トランジスタのソー
ス・ドレイン間耐圧が決まる非パンチスルー領域のソー
ス・ドレイン間耐圧が低くなることになる。 【0006】上記理由によりゲート酸化膜を薄くするに
つれて、MOS型トランジスタの最小使用可能ゲート寸
法は短くなって行き微細化傾向に合うが、逆にソース・
ドレイン間耐圧の絶対値は低くなっていく。具体的には
図9に示したソース・ドレイン間耐圧(BVsd)とゲ
ート寸法との相関関係の例では、非パンチスルー領域の
ソース・ドレイン間耐圧はゲート酸化膜の膜厚を220
Aから180Aに薄くすることにより、14Vから13
Vに低下している。つまり、この180Aのゲート酸化
膜厚ではゲート寸法の大きなトランジスタを用いたとし
ても13V以上のソース・ドレイン間耐圧は得られない
ことになる。 【0007】一般的なMOS型トランジスタに用いられ
る電源電圧は5V程度であり、ここで述べた程度のソー
ス・ドレイン間耐圧の低下はまったく問題とならない。 しかし、EPROM,EEPROM等のように書き込み
時に12V以上の高電圧を使用するデバイスにおいては
最大ソース・ドレイン間耐圧の低下が深刻な問題となる
。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】以上説明したように従
来のMOS型トランジスタでは、ゲート酸化膜の薄膜化
に伴い非パンチスルー領域でのソース・ドレイン間耐圧
が低くなり、EPROM,EEPROM等のように書き
込み時に12V以上の高電圧を回路内部で取り扱うデバ
イスには、そのようなMOS型トランジスタは使用でき
なくなるという問題点があった。 【0009】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので,ゲート酸化膜を薄くしても非パン
チスルー領域でのソース・ドレイン間耐圧が低くならな
いMOS型トランジスタを得ることを目的とし、さらに
その製造方法を提供することを目的としている。 【0010】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第一の発明に係わる半導体集積回路は、M
OS型トランジスタのドレイン近傍部のゲート酸化膜を
選択的に厚くすることにより(ドレイン側のゲートバー
ズビークをソース側のゲートバーズビークより厚くする
)、ドレイン電圧印加によるドレイン・ゲート近傍部の
電位勾配を緩くして非パンチスルー領域のソース・ドレ
イン間耐圧を高くするようにしたものである。 【0011】また、本発明の第二の発明に係わる半導体
集積回路の製造方法は、第一の発明の半導体集積回路を
製造するための製造方法であって、半導体ウエハの面上
に薄いゲート酸化膜を生成し、該ゲート酸化膜上にゲー
ト電極を生成した後、ゲート電極のドレイン側だけを露
出するように形成されたレジストをマスクにして等方向
性酸化膜エッチングすることによりドレイン近傍部のゲ
ート酸化膜を僅かにエッチングした後、再酸化を行うこ
とによりドレイン近傍部にのみ比較的厚い、いわゆるゲ
ートバーズビークを形成することにより選択的にゲート
酸化膜を厚くするものである。  さらに、本発明の第
三の発明に係わる半導体集積回路の製造方法は、同様に
第一の発明の半導体集積回路を製造するための製造方法
であって、半導体ウエハの面上に薄いゲート酸化膜を生
成し、該ゲート酸化膜上にゲート電極を生成した後、全
面に酸化防止のための窒化膜を形成した後、ゲート電極
のドレイン側だけを露出するように形成されたレジスト
をマスクにして窒化膜エッチングした後、再酸化を行う
ことによりドレイン近傍部にのみ比較的厚い、いわゆる
ゲートバーズビークを形成することにより選択的にゲー
ト酸化膜を厚くするものである。   【0012】 【作用】従って、本発明の半導体集積回路及び半導体集
積回路製造方法によれば、MOS型トランジスタのドレ
イン近傍部にのみ比較的厚いいわゆるゲートバーズビー
クを形成することにより選択的にゲート酸化膜を厚くで
きるようになり、それによってゲート酸化膜を薄くして
いっても非パンチスルー領域でのソース・ドレイン間耐
圧を高くすることができるようになる。 【0013】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図について説明す
る。図1は本発明の第一の発明に係わる半導体集積回路
の一実施例であるMOS型トランジスタの断面図である
。図1において、本発明のMOS型トランジスタはP型
シリコン基板(10)と、ゲート酸化膜(11)と、ゲ
ート電極(12)と、ドレイン拡散層(13)と、ソー
ス拡散層(14)と、熱酸化膜(15)と、熱酸化膜(
15)を形成する際に形成されたドレイン側の厚いゲー
トバーズビーク(16)と、熱酸化膜(15)を形成す
る際に形成されたソース側の薄いゲートバーズビーク(
17)とから構成されている。 【0014】図1から明らかなように本発明の第一の発
明によるMOS型トランジスタではドレイン側のゲート
バーズビークが厚くなっている。このようにドレイン側
のゲートバーズビークを厚くすることにより、ドレイン
電圧印加によるドレイン・ゲート近傍部の電位勾配が緩
くなり、ドレイン・基板間のPN接合の逆方向耐圧を高
くすることができる。また、ドレイン近傍部以外のゲー
ト酸化膜厚は薄くしてあるので、前述したゲート酸化膜
薄膜化のメリットが生かされ、最小使用可能ゲート寸法
は薄く、しかもソース・ドレイン間耐圧の高いMOS型
トランジスタとなっている。 【0015】つまり本発明の第一の発明のMOS型トラ
ンジスタは、ゲート酸化膜の薄膜化に伴うドレイン・基
板間の逆方向接合耐圧を改善することにより、非パンチ
スルー領域でのソース・ドレイン間耐圧を向上し、かつ
ゲート酸化膜の薄膜化によるパンチスルー領域でのソー
ス・ドレイン間耐圧向上のメリットを享受することがで
きるのである。 【0016】次に、第一の発明のMOS型トランジスタ
を製造する方法に係わる第二の発明の半導体集積回路製
造方法について図2〜図6を用いて説明する。図2〜図
6は第二の発明の半導体集積回路製造方法によるMOS
型トランジスタの生成過程を示す各工程におけるMOS
型トランジスタの断面図である。 【0017】図1に示すMOS型トランジスタの生成過
程については、まずP型シリコン基板(10)を熱酸化
することにより、ゲート酸化膜(11)を形成する。こ
の状態のMOS型トランジスタの断面図を図2に示す。 【0018】次に、3000A程度の膜厚のポリシリコ
ンゲート電極(12)をCVD法により形成し、写真製
版技術により所望の形状に形成されたレジスト(18)
をマスクにして前記ポリシリコンゲート電極(12)を
CF4 プラズマ等を用いたプラズマエッチング技術を
用いてエッチングする。続いてレジストパターン(18
)またはポリシリコンゲート電極(12)をマスクにし
てゲート酸化膜(11)をエッチングする。この状態の
MOS型トランジスタの断面図を図3に示す。次に、レ
ジストパターン(18)を除去した後、イオン注入技術
を用いてAsイオンを加速電圧40KeV程度で、4×
1015(cm−1)程度注入し、N+ ソース拡散層
(14)とN+ ドレイン拡散層(13)を形成する。 この状態のMOS型トランジスタの断面図を図4に示す
。 【0019】次に、写真製版技術によりドレイン部のみ
を露出したレジストパターン(19)をマスクにして等
方向性酸化膜エッチングすることによりドレイン側のゲ
ート酸化膜をわずかにエッチングし、ゲート酸化膜をソ
ース方向にソース・ドレイン間の距離の5〜10%程度
食い込ませる。この状態のMOS型トランジスタの断面
図を図5に示す。 【0020】その後、N+ ソース拡散層(14)とN
+ ドレイン拡散層(13)を形成するために注入され
たAsイオン注入層を活性化するために、900℃程度
の温度で窒素雰囲気中で15分程度熱処理した後、90
0℃程度の温度で酸素雰囲気中で40分程度熱処理する
ことにより再酸化を行う。すると酸化後は、ドレイン側
はゲート酸化膜をわずかに食い込ませていたことにより
、ポリシリコンゲート電極(12)及びP型シリコン基
板(10)が露出した状態で酸化雰囲気に晒されること
になるので、厚いゲートバーズビーク(16)が形成さ
れる。一方、露出されない状態で酸化雰囲気に晒された
部分は、薄いゲートバーズビーク(17)が形成される
。 この状態のMOS型トランジスタの断面図を図6に示す
。 【0021】以上説明したように、上述した製造方法に
より図1に示すようなドレイン側のみゲート酸化膜を厚
く形成したMOS型トランジスタを実現することができ
るのである。次に、第一の発明のMOS型トランジスタ
を製造する方法に係わる本発明の第三の発明の半導体集
積回路製造方法について図7,図8を用いて説明する。 図7,図8は第三の発明の半導体集積回路製造方法によ
るMOS型トランジスタの生成過程を示す各工程におけ
るMOS型トランジスタの断面図である。 【0022】第三の発明の半導体集積回路製造方法にお
いては図4に示す工程までは前記第二の発明の実施例で
示したものと同様の方法である。図4に示すMOS型ト
ランジスタに対してN+ ソース拡散層(14)とN+
ドレイン拡散層(13)を形成するためにAsイオン注
入完了後、20nm程度の酸化防止窒化膜(20)を減
圧CVD法により前記半導体ウエハの全面に形成する。 次に、写真製版技術によりドレイン部のみを露出したレ
ジストパターン(19)を形成し、これをマスクにして
、前記酸化防止窒化膜(20)をCF4 プラズマを用
いたドライエッチング技術によりエッチングする。この
状態のMOS型トランジスタの断面図を図7に示す。 【0023】その後、前記N+ ソース拡散層(14)
とN+ドレイン拡散層(13)を形成するために注入さ
れたAsイオン注入層を活性化するために、900℃程
度の温度で窒素雰囲気中で15分程度熱処理した後、9
00℃程度の温度で酸素雰囲気中で40分程度熱処理す
ることにより再酸化を行う。酸化後はドレイン部以外は
酸化防止窒化膜(20)で覆われていたので酸化される
ことはなく、ドレイン近傍部のゲート酸化膜のみが酸化
され厚いゲートバーズビーク(16)が形成される。こ
の状態のMOS型トランジスタの断面図を図8に示す。 【0024】なお、上記実施例ではNチャネル型トラン
ジスタについてのみ説明したが、Pチャネル型トランジ
スタに本発明を適用しても同様の効果が得られることは
言うまでもない。 【0025】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の第一の発
明に係わる半導体集積回路によれば、MOS型トランジ
スタのドレイン近傍部のゲート酸化膜を選択的に厚くす
るように形成したので、ゲート酸化膜の薄膜化によるメ
リットを損なうことなく、ドレイン電圧印加によるドレ
イン・ゲート間に発生する電位勾配を緩くすることによ
り、ドレイン・基板間の逆方向耐圧を高くすることがで
き、非パンチスルー領域のソース・ドレイン間耐圧を高
くすることができるという効果がある。 【0026】また、本発明の第二の発明に係わる半導体
集積回路の製造方法によれば、半導体ウエハの面上に薄
いゲート酸化膜を生成し、該ゲート酸化膜上にゲート電
極を生成した後、ゲート電極のドレイン側だけを露出す
るように形成されたレジストをマスクにして等方向性酸
化膜エッチングすることにより、ドレイン近傍部のゲー
ト酸化膜を僅かにエッチングした後、再酸化を行うこと
によりドレイン近傍部にのみ比較的厚い、いわゆるゲー
トバーズビークを形成することにより選択的にゲート酸
化膜を厚くするようにしたので、前記第一の発明のMO
S型トランジスタの構造を簡単な工程の追加によって、
精度良く形成することができるという効果がある。 【0027】さらに、本発明の第三の発明に係わる半導
体集積回路の製造方法によれば、半導体ウエハの面上に
薄いゲート酸化膜を生成し、該ゲート酸化膜上にゲート
電極を生成した後、全面に酸化防止のための窒化膜を形
成した後、ゲート電極のドレイン側だけを露出するよう
に形成されたレジストをマスクにして窒化膜エッチング
した後、再酸化を行うことによりドレイン近傍部にのみ
比較的厚い、いわゆるゲートバーズビークを形成するこ
とにより選択的にゲート酸化膜を厚くするようにしたの
で、前記第一の発明のMOS型トランジスタの構造を簡
単な工程の追加によって、精度良く形成することができ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の発明に係わる半導体集積回路の
一実施例であるMOS型トランジスタのブロック図であ
る。
【図2】第二の発明の半導体集積回路製造方法によるM
OS型トランジスタの生成過程を示すMOS型トランジ
スタの断面図である。
【図3】ポリシリコンゲート電極(12)とゲート酸化
膜(11)をエッチングした状態のMOS型トランジス
タの断面図である。
【図4】N+ ソース拡散層(14)・N+ ドレイン
拡散層(13)を形成した状態のMOS型トランジスタ
の断面図である。
【図5】ゲート酸化膜をソース方向に食い込ませるよう
に形成した状態のMOS型トランジスタの断面図である
【図6】熱処理により再酸化を行った後に厚いゲートバ
ーズビーク(16)を形成したMOS型トランジスタの
断面図である。
【図7】第三の発明の半導体集積回路製造方法によるM
OS型トランジスタの生成過程を示すMOS型トランジ
スタの断面図である。
【図8】熱処理により再酸化を行った後に厚いゲートバ
ーズビーク(16)を形成した状態のMOS型トランジ
スタの断面図である。
【図9】MOS型トランジスタのソース・ドレイン間耐
圧(BVsd)とゲート寸法との相関関係を、ゲート酸
化膜厚をパラメータにとって表した図である。
【符号の説明】
(10)  P型シリコン基板 (11)  ゲート酸化膜 (12)  ポリシリコンゲート電極 (13)  ドレイン拡散層 (14)  ソース拡散層 (15)  熱酸化膜 (16)  厚いゲートバーズビーク (17)  薄いゲートバーズビーク (18),(19)  レジストパターン(20)  
酸化防止窒化膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  MOS型半導体集積回路において、ド
    レイン近傍部のゲートバーズビークがソース近傍部のゲ
    ートバーズビークよりも厚いことを特徴とする半導体集
    積回路。
  2. 【請求項2】  請求項1記載の半導体集積回路を製造
    するための製造方法であって、半導体ウエハの面上に熱
    酸化法等によりゲート酸化膜となる酸化薄膜を生成する
    酸化薄膜生成工程と、前記酸化薄膜上にゲート電極とな
    る多結晶シリコン薄膜等の電極材料を生成するゲート電
    極生成工程と、写真製版技術により所望の形状に形成し
    たホトレジストをマスクにして前記電極材料をドライエ
    ッチング技術によりエッチングするエッチング工程と、
    所望の形状に形成された前記電極材料をマスクにして前
    記半導体基板とは逆電導型の不純物をイオン注入法等に
    より導入しソース拡散層及びドレイン拡散層を形成する
    拡散層形成工程と、写真製版技術により前記ドレイン拡
    散層のみが露出するように形成されたホトレジストをマ
    スクに等方向性酸化膜エッチングすることにより前記ゲ
    ート酸化膜のドレイン側端部をソース方向にソース・ド
    レイン間の長さの5〜10%程度の長さ分食い込ませる
    調整工程と、上記各工程により得られた半導体ウエハ全
    体を熱酸化雰囲気に晒すことによりドレイン側端部のゲ
    ートバーズビークを厚くする熱処理工程とを、少なくと
    も含むことを特徴とする半導体集積回路の製造方法。
  3. 【請求項3】  請求項1記載の半導体集積回路を製造
    するための製造方法であって、半導体ウエハの面上に熱
    酸化法等によりゲート酸化膜となる酸化薄膜を生成する
    酸化薄膜生成工程と、前記酸化薄膜上にゲート電極とな
    る多結晶シリコン薄膜等の電極材料を生成するゲート電
    極生成工程と、写真製版技術により所望の形状に形成し
    たホトレジストをマスクにして前記電極材料をドライエ
    ッチング技術によりエッチングするエッチング工程と、
    所望の形状に形成された前記電極材料をマスクにして前
    記半導体基板とは逆電導型の不純物をイオン注入法等に
    より導入しソース拡散層及びドレイン拡散層を形成する
    拡散層形成工程と、前記各工程により得られた半導体ウ
    エハの全面に酸化防止効果を有する窒化膜等の薄膜を生
    成する酸化防止膜生成工程と、写真製版技術により前記
    ドレイン拡散層のみが露出するように形成されたホトレ
    ジストをマスクに前記酸化防止効果を有する薄膜をエッ
    チングする酸化防止薄膜エッチング工程と、上記各工程
    により得られた半導体ウエハ全体を熱酸化雰囲気に晒す
    ことによりドレイン側端部のゲートバーズビークを厚く
    する熱処理工程とを、少なくとも含むことを特徴とする
    半導体集積回路の製造方法。
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JP (1) JPH04246862A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7332387B2 (en) 2003-11-14 2008-02-19 Promos Technologies Inc. MOSFET structure and method of fabricating the same
JP2009501432A (ja) * 2005-03-29 2009-01-15 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド 非対称性誘電領域を備える半導体装置の形成方法及びその半導体装置の構造
US8119474B2 (en) 2005-07-19 2012-02-21 International Business Machines Corporation High performance capacitors in planar back gates CMOS

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