JPH113993A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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Abstract
法に関し、寄生容量、寄生抵抗を低減し高速化が図れ、
しかも微細化を容易にすること。 【解決手段】素子分離用酸化膜2に囲まれた半導体基板
1の素子領域に、素子分離用酸化膜2とは異なる材料よ
りなるマスクパターン4を形成する工程と、マスクパタ
ーン4の周囲の半導体基板1の表面ににゲート絶縁膜6
を形成する工程と、マスクパターン4の上とゲート絶縁
膜6の上に導電膜6を形成する工程と、導電膜7を異方
性エッチングしてマスクパターン4の両側にゲート電極
7gとして残す工程と、ゲート電極7gを形成した後
に、マスクパターン4を選択的に除去する工程と、ゲー
ト電極7gをマスクに使用して、ゲート電極7g両側の
半導体基板1に不純物を導入してソース領域8b及びド
レイン領域8aを形成する工程とを含む。
Description
の製造方法に関し、より詳しくは、MOSトランジスタ
を含む半導体装置とその製造方法に関する。
層の高集積、高速の情報処理が要求されており、この要
求を満たすためにはコンピューターの大容量化、高速化
が必須のものとなっている。そして、大容量化、高速化
を実現するためには高速動作かつ高集積化が可能なLS
Iが必要であり、更には超微細で且つ高性能のトランジ
スタ素子が要求される。
純に回路を構成するデバイスを微細化することが最も有
効で且つ明快な手法であり、現在のMOSトランジスタ
においてはゲート長が0.3μm以下に縮小されようと
している。ここで、ゲート長とは、ゲート電極のうちの
ソースからドレイン方向への長さであり、以下の説明で
も同じである。また、ゲート長に沿ったソースからドレ
インへの長さを以下にチャネル長という。
ト電極の形成はフォトリソグラフィ及びエッチングの技
術に律速されており、ゲート長の縮小化の限界はレジス
ト露光装置、エッチング装置などの限界に委ねられてい
る。また、露光位置合わせ精度やできあがり幅のマージ
ン問題も抱えており、MOSトランジスタの安定な量産
化を図るには技術の熟成が必要となり、タイムリーな量
産化は困難となっている。
パターンを形成し、ドープトポリシリコン膜を全体に成
長した後に、その酸化膜の側部に幅の狭いドープトポリ
シリコン膜をゲート電極として残し、ついで、その酸化
膜パターンを除去するといった技術が特開平7−263
677号公報に記載されている。この場合、その酸化膜
パターンを除去する際に、同じ酸化膜で形成され素子間
分離絶縁膜も同時にエッチングされることになり、素子
分離絶縁膜の縮小化によって適正な素子分離が行えなく
なる。
できたとしても、別の問題が生じてくる。それはデバイ
スの縮小化にもかかわらず、回路の電源電圧がユーザー
側の汎用性、且つS/N比のマージン確保等を考慮し
て、従来の一般的な値である5Vを維持しようとする傾
向にあり、そのため、デバイスの高電界化という問題が
浮上する。以下に、その問題について説明する。
そのままにゲート長又はチャネル長を縮小すると、ドレ
イン層の近傍に発生する空乏層がソース層にまで達し、
ソース層の拡散電位を下げ、ソース/ドレイン間の接合
耐圧を低下させる。また、ゲート電極直下の半導体層の
チャネル領域にドレイン電界の影響が効き始めると、M
OSトランジスタのチャネル領域での反転閾値電圧をゲ
ート電圧によって制御しにくくなり、ゲート電圧の閾値
電圧(Vth)が低下したり、閾値電圧以下でのデバイス
動作にかかわるサブスレッショルド特性の劣化が生じ
る。
層を縮めるためには、ゲート電極の直下の半導体基板の
不純物濃度を高くし、更にはゲート酸化膜を薄くする方
法も採用されていてが、これられがさらに別な問題を生
むことになる。まず、半導体基板の不純物濃度を増加さ
せることはドレイン拡散層と半導体基板の間の濃度勾配
を急唆にし、ドレイン電界を更に増大させ、移動キャリ
アそのもののドリフト速度に影響を与え、キャリアの移
動度を減衰させてドレイン電流の低下を招く。更に、ド
レイン拡散層と基板の間にかかる高電界のエネルギーは
移動キャリアの平均エネルギーを上げ、ホットキャリア
を誘発させる。
膜自体にかかる実効的なゲート電界の増大を招き、ゲー
ト酸化膜の絶縁耐圧に大きな負荷をかけることになり、
ホットキャリア耐性等を低下させる。そこで、従来は、
そのような問題を解決するために、図12(a) に示すよ
うに、MOSトランジスタのゲート電極101 を半導体基
板102 上にゲート絶縁膜103を介して形成した後に、浅
い低濃度の不純物拡散層104 を形成し、その後に、ゲー
ト電極101 の両側に絶縁性サイドウォール105 を形成
し、続いて、図12(b)に示すように、ゲート電極101
及び絶縁性サイドウォール105 をマスクに使用して半導
体基板102 に深い高濃度の不純物拡散層106 を形成し、
それらの低濃度と高濃度の不純物拡散層104 ,106 によ
ってLDD(lightly doped drain )構造のソース層10
7 とドレイン層108 を形成するようにしている。
層108 によれば、ゲート電極101 に近い部分の不純物濃
度傾斜が小さくなってゲート電極101 近傍に局所的に集
中するドレイン電界が緩和されて、ホットキャリア耐性
が向上する。
ン層108 にLDD構造を形成する場合には、一般にゲー
ト電極101 の両側に絶縁性サイドウォール105 を同時に
形成する工程を経るために、その製造工程からソース層
107 の端部にも低濃度の不純物拡散層104 が付与される
ことにとなる。
純物拡散層104 は、MOSトランジスタの寄生容量や寄
生抵抗を増加させる原因となり、トランジスタ性能を低
下させることになる。つまり、LDD構造を採用した従
来のMOSトランジスタにおいては、高電界化を抑制し
且つ高性能のトランジスタ性能の両立を達成する事は困
難なものであった。
減し高速化が図れ、しかも微細化が容易なMOSトラン
ジスタを有する半導体装置と、MOSトランジスタのゲ
ート電極形成の後のマスクの除去の際に素子分離絶縁膜
の薄膜化を抑制する半導体装置の製造方法を提供するこ
とである。
離絶縁膜2に囲まれた半導体基板1の素子領域に、該素
子分離絶縁膜2とは異なる材料よりなるマスクパターン
4を形成する工程と、前記マスクパターン4の周囲の前
記半導体基板1の表面にゲート絶縁膜6を形成する工程
と、前記マスクパターン4の上と前記ゲート絶縁膜6の
上に導電膜6を形成する工程と、前記導電膜7を異方性
エッチングして前記マスクパターン4の両側にゲート電
極7gとして残す工程と、前記ゲート電極7gを形成し
た後に、前記マスクパターン4を選択的に除去する工程
と、前記ゲート電極7gをマスクに使用して、前記ゲー
ト電極7g両側の前記半導体基板1に不純物を導入して
ソース領域8b及びドレイン領域8aを形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法によっ
て解決する。この場合、前記マスクパターン4は、シリ
コン窒化膜又は金属膜の成長とパターニングを経て形成
され、前記素子分離絶縁膜2はシリコン酸化膜の成長に
よって形成されることを特徴とする。
導電膜7は、半導体を形成した後に該半導体に不純物を
導入することによって形成されるか、不純物を含む半導
体を成長することによって形成されるか、又は金属の成
長によって形成されるかのいずれかであることを特徴と
する。上記した半導体装置の製造方法において、前記マ
スクパターン4を形成する前に、前記素子形成領域Aを
囲む素子分離絶縁膜2を前記半導体基板1の上に形成す
る工程を有し、かつ前記マスクパターン4は前記素子分
離絶縁膜2の上に乗り上げていることを特徴とする。 (2)上記した課題は、図3に示すように、半導体基板
1の素子領域Aにマスクパターン4を形成する工程と、
前記マスクパターン4の周囲の前記半導体基板1の表面
にゲート絶縁膜6を形成する工程と、前記マスクパター
ン4の上と前記ゲート絶縁膜6の上に導電膜7を形成す
る工程と、前記導電膜7を異方性エッチングすることに
よって前記導電膜7を前記マスクパターン4の側部にゲ
ート電極7gとして残す工程と、前記マスクパターン4
及び前記ゲート電極7gに覆われない領域の前記半導体
基板1内に不純物を導入することにより低濃度不純物導
入領域15a,15bを形成する工程と、前記マスクパ
ターン4の側部に隣接する前記ゲート電極7gのさらに
側部に絶縁性サイドウォール16を形成する工程と、ン
前記マスクパターン4を前記半導体基板1から選択的に
除去する工程と、前記絶縁性サイドウォール16及び前
記ゲート電極7gに覆われない領域の前記半導体基板1
に不純物を導入して高濃度不純物導入領域18aを形成
する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造
方法によって解決する。
絶縁性サイドウォール16とは異なる材料により形成さ
れていることを特徴とする。また、その半導体装置の製
造方法において、前記導電膜7は、半導体を形成した後
に該半導体に不純物を導入することによって形成される
か、不純物を含む半導体を成長することによって形成さ
れるか、又は金属の成長によって形成されるかのいずれ
かであることを特徴とする。
て、前記マスクパターン4を形成する前に、前記素子形
成領域Aを囲む素子分離絶縁膜2を前記半導体基板1の
上に形成する工程を有し、かつ前記マスクパターン4は
前記素子分離絶縁膜2の上に乗り上げていることを特徴
とする。そのマスクパターン4は前記素子分離絶縁膜2
とは異なる材料によって形成されていることを特徴とす
る。
うに、半導体基板1と、前記半導体基板1の上にゲート
絶縁膜6を介して形成されたゲート電極7gと、前記ゲ
ート電極7gの一側方の前記半導体基板1に形成された
低濃度不純物領域15aと高濃度不純物領域17aから
なるLDD構造の第1の不純物導入領域18aと、前記
ゲート電極7gの他側方の前記半導体基板1に形成され
た高濃度不純物領域17bのみからなる単一構造の第2
の不純物導入領域17bとを有することを特徴とする半
導体装置によって解決する。 (3)上記した(1)と(2)の半導体装置の製造方法
において、図5、図6(a) に例示するように、前記導電
膜7を異方性エッチングする前に、前記素子分離絶縁膜
上で前記マスクパターン4の両側部に繋がるレジストパ
ターン20を形成する工程と、前記素子分離絶縁膜2の
上に形成される前記導電膜7を異方性エッチングする際
には、図8(b) に示すように、前記レジストパターン2
0の下の前記導電膜7のエッチングを防止することによ
って前記レジストパターン20の下に残った前記導電膜
4をコンタクトパッド7bとして残す工程とを有するこ
とを特徴とする。
造方法において、図9に示すように、前記導電膜7を異
方性エッチングする前に、前記素子分離絶縁膜上で前記
マスクパターン4の両側部に別々に繋がる第一及び第二
のレジストパターンを形成する工程と、前記導電膜7を
エッチングする際には前記第一及び第二のレジストパタ
ーンにより前記導電膜7のエッチングを防止することに
よって前記第一及び第二のレジストパターンの下に残っ
た2つの前記導電膜7を第一及び第二のコンタクトパッ
ドとして残す工程と、前記ゲート電極7gを前記マスク
パターン4の外周面に沿って形成した後に、図10に例
示するように、前記ゲート電極7gのうち前記第一及び
第二のコンタクトパッドに接続されない側を分離する工
程とを有することを特徴とする。 (4)上記した課題は、図3(d) に例示するように、半
導体基板1と、前記半導体基板1の上にゲート絶縁膜6
を介して形成された第一のゲート電極7gと、延期第一
のゲート電極7gと離れて前記半導体基板1の上にゲー
ト絶縁膜6を介して形成された第二のゲート電極7g
と、前記第一のゲート電極7gと前記第二のゲート電極
7gの互いに対向しない側の前記半導体基板1の2つの
領域にそれぞれ形成された低濃度不純物領域15a,1
5bと高濃度不純物領域17a,17cからなるLDD
構造の第1及び第2の不純物導入領域18a,18b
と、前記第1のゲート電極7gと前記第2のゲート電極
7gの間の領域の前記半導体基板1に形成された高濃度
不純物領域17bのみからなる第三の不純物導入領域1
7bとを有することを特徴とする半導体装置によって解
決する。この場合、図10(a) に示すように、コンタク
トパッドに接続されない端部では前記第一のゲート電極
7gと前記第一のゲート電極7gは対外に繋がっている
ことを特徴とする。さらに、図10(b) に示すように、
前記第一のゲート電極7gと前記第二のゲート電極7b
はそれらの一端または両端で電気的に分離されているこ
とを特徴とする。
発明によれば、素子分離絶縁膜に囲まれた半導体基板の
領域にマスクパターンを形成し、そのマスクパターンと
その周囲を覆う導電膜を形成した後に、略垂直方向の異
方性エッチングにより導電膜をマスクパターンの側部に
残し、その側部に残った導電膜をゲート電極として使用
するようにしている。
膜の膜厚によって決まるので、ゲート電極の幅は容易に
制御されることになる。これにより、MOSトランジス
タは微細化される。そのような方法によるゲート電極の
形状は露光限界によらず、0.3μm以下の安定したゲ
ート長を実現でき、しかも量産性に適しており、信頼性
が向上する。
は異なる材料から形成されているので、マスクパターン
を選択的にエッチングするとともに素子分離絶縁膜のエ
ッチング量を抑制することが容易となり、素子分離絶縁
膜の縮小化が防止される。また、マスクパターンを除去
する前に、マスクパターンとゲート電極に覆われない半
導体基板の領域に低濃度不純物導入領域を形成し、その
後に、ゲート電極の一方の側部に絶縁性サイドウォール
を形成し、さらにゲート電極及び絶縁性サイドウォール
をマスクにして半導体基板に不純物を導入してゲート電
極及び絶縁性サイドウォールに覆われない半導体基板の
領域に高濃度不純物導入層領域を形成しているので、ゲ
ート電極の一側方の不純物導入ドレイン層がLDD構造
となり、他側方の不純物導入ソース層がシングル構造と
なる。
りの端部の低濃度不純物導入領域を省略すると、ソース
・ドレイン間の距離が小さくなって半導体素子の高集積
化に寄与し、しかも、ソース・ドレイン間の寄生抵抗が
減り、且つソース層の表面積が小さくなってソース寄生
容量が減ることになってトランジスタ特性が向上する。
一方、ドレイン層はLDD構造となるので、ドレイン端
におけるホットキャリア発生は抑制される。また、ソー
ス層の低濃度不純物導入領域を省略した分だけLDD構
造のドレイン層の低濃度不純物導入領域を延ばすことが
でき、これによってドレイン層の電界集中をより緩和さ
れる。
を図面に基づいて説明する。 (第1の実施の形態)図1(a) 〜図1(e) は、本発明の
第1実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
程を説明する。ホウ素のようなp型不純物を含有した抵
抗10Ω・cmのシリコン基板(半導体基板)1の主面
をLOCOS法により熱酸化することによって、能動素
子領域Aを囲む位置に膜厚350nmのフィールド酸化膜
(素子分離絶縁膜)2を形成する。その主面は、シリコ
ン基板1の(100)面とする。
Aの表面を熱酸化してSiO2よりなる膜厚10nmの保護膜
3を成長する。続いて、保護膜3及びフィールド酸化膜
2の上にマスク用膜4をCVD法によって100nmの厚
さに成長する。この場合のマスク用膜4は、シリコン基
板1の酸化を防止するとともに、フィールド酸化膜2及
び後述する導電膜(7)と異なる材料であれば、特に限
定されるものではなく、SiO2以外の絶縁膜又は金属であ
る。本実施形態では、マスク用膜4として窒化シリコン
(Si3N4 )を適用した場合を例に挙げて説明している。
し、これを露光、現像して能動素子領域Aのほぼ中央を
横切ってフィールド酸化膜2に乗り上げる短冊形の第一
のレジストパターン5を形成する。続いて、マスク用膜
4のうち第一のレジストパターン5に覆われない部分を
リン酸を用いるエッチングによって除去する。これによ
り、マスク用膜4をシリコン基板1の能動素子領域A中
央を通る幅0.5μm、長さ5〜6μmの短冊形状にす
る。
マスク用膜4の端部は、図2(a) の斜視図に示すよう
に、フィールド酸化膜2に乗り上げた状態になってい
る。なお、パターニングされたマスク用膜4を以下にマ
スクパターンという。次に、マスクパターン4に覆われ
ていない部分の保護膜3を希釈フッ酸を用いて除去す
る。続いて、図1(b) に示すように、マスクパターン4
に覆われていない部分のシリコン基板1の表面を再び熱
酸化して膜厚5nmのSiO2よりなるゲート酸化膜(ゲート
絶縁膜)6を形成する。
6及びフィールド酸化膜2を覆う多結晶シリコン膜7を
CVD法により100nmの厚さに形成する。続いて、加
速エネルギー40keV 、ドーズ量4×1015atoms/cm2
の条件で、燐を多結晶シリコン膜7にイオン注入するこ
とによって多結晶シリコン膜7を導電膜に変える。次
に、フィールド酸化膜2の上において、マスクパターン
4に隣接する領域の上方の位置に第二のレジストパター
ン(不図示)を形成し、この第二のレジストパターンに
よって多結晶シリコン膜7を部分的に覆う。その詳細に
ついては、第3の実施の形態において詳述する。
ウ素(BCl3)と塩酸(Cl2 )を用いる反応性イオンエッ
チング(RIE)によって多結晶シリコン膜7をほぼ垂
直方向に異方性エッチングし、これにより図1(c) に示
すように、マスクパターン4の外周側面と第二のレジス
トパターンの下に多結晶シリコン膜7が残るようにす
る。
リコン膜7を以下に導電性サイドウォールと呼び、この
導電性サイドウォールの底面の幅Wは、多結晶シリコン
膜7の膜厚により自己整合的にほぼ決定され、マスクパ
ターン4上の多結晶シリコン膜7の膜厚とほぼ同じ値で
ある約100nmとなる。また、上記した条件で配置され
た第二のレジストパターンの下の多結晶シリコン膜7は
導電性サイドウォール7aに接続することになる。第二
のレジストパターンの下の多結晶シリコン膜7は、図2
(b) に示すように、導電性サイドウォール7aに繋がる
配線コンタクトパッド7bとして利用される。
ングを終えた後に、リン酸を用いたウェットエッチング
によってマスクパターン4を選択的に除去すると、図1
(d)に示すような状態となる。能動素子領域Aに残った
導電性サイドウォール7aは、MOSトランジスタのゲ
ート電極7gとして使用され、そのゲート電極7gの上
面は傾斜することになる。ゲート電極7gのゲート長は
ゲート電極7gの底面の幅Wに等しく、約100nmとな
って超微細な安定した形状が得られる。
になり、2つのゲート電極7gの一端は1つの配線コン
タクトパッド7bに接続されているが、その他端は分離
してもよいし、ループ状に繋がっていてもよい。なお、
マスクパターン4が除去された領域には保護膜3が露出
するが、その保護膜4を除去した後に再び熱酸化してシ
リコン酸化膜を形成してもよい。
膜2をマスクにして、能動素子領域Aにあるシリコン基
板1にn型不純物をイオン注入して2つのゲート電極7
gにより分割された3つの領域に不純物導入領域8a〜
8cを形成する。n型不純物として砒素、燐などがあ
る。例えば砒素を用いる場合には、イオン注入条件につ
いて加速エネルギーを10keV 、ドーズ量を1.0×1
015atoms/cm2 とする。この場合のイオン注入の角度
は、シリコン基板1の(100)面に対して90°の角
度、即ち垂直方向とする。これは、ゲート電極7a直下
への不純物の注入をできるだけ防止するためである。
1000℃で2秒間の加熱パルスを不純物導入領域8a
〜8cに加えることによってその不純物導入領域8a〜
8cを活性化する。2つのゲート電極7gの間に存在す
る1つの不純物導入領域8bをソース層とする場合に
は、外側の2つの不純物導入領域8a,8cはドレイン
層となる。その逆に2つのゲート電極7gの間の1つの
不純物導入領域8bをソース層として使用する場合に
は、外側の2つの不純物導入領域8a,8cはドレイン
層となる。
ズマCVDによってSiO2よりなる層間絶縁膜9を形成す
る。これに続いて、層間絶縁膜9をパターニングして3
つの不純物導入領域8a〜8cの上にそれぞれコンタク
トホール9a〜9cを形成する。次に、膜厚20nmのチ
タン(Ti)層10を層間絶縁膜9の上とコンタクトホー
ル9a〜9cの中にスパッタリングにより形成する。続
いて、Ti層10の上に膜厚100nmの窒化チタン(TiN)
層11と、膜厚150nmのタングステンよりなるブラン
ケット12をスパッタリングにより順に形成する。
てTi層10、TiN 層11及びブランケット12をパター
ニングして、3つの不純物導入領域8a〜8cに個々に
接続される3つの引出電極13a〜13cを形成する。
中央の不純物導入領域8bをソースとする場合にはその
上の引出電極13bをソース電極とし、その両側の2つ
の不純物導入領域8a、8cをドレインとする場合には
それらの上の2つの引出電極13a,13cをドレイン
電極として使用する。
7を構成する材料として不純物を含む多結晶シリコンを
用いたが、半導体に不純物を含ませた材料であってもよ
いし、金、タングステン、チタンなどの金属であっても
よい。金属とする場合には、成膜後に不純物をドープす
る手間が省ける。以上のような工程を経て形成されたM
OSトランジスタのゲートは、能動素子領域Aにおいて
2つのゲート電極7gを有するいわゆるデュアルゲート
構造となり、実効的なそのゲート長は0.2μmとな
る。
ッチングによってマスクパターン4の側部に残した導電
性サイドウォール7aから構成されているので、その導
電膜の膜厚制御によってゲート電極7gのゲート長Wを
容易に制御することができ、0.1μmよりも狭い幅、
例えば70nm、50nm程度まで小さくすることができ
る。これにより、そのようなMOSトランジスタを有す
るLSIの集積度を向上することが可能になり、しか
も、ソース・ドレイン間の距離を短くして寄生抵抗を低
減することができる。
4をフィールド酸化膜2とは異なる材料によって形成し
ているので、マスクパターン4を除去する際にはフィー
ルド酸化膜2の膜減り及び縮小化が防止される。 (第2の実施の形態)本実施の形態では、LDD構造ド
レインとLD層を省略したソース層とを有するMOSト
ランジスタの製造工程について説明する。
って、能動素子領域Aにストライプ状のマスクパターン
4を形成した後に、その両側に導電性サイドウォール7
aを形成し、そして、このサイドウォール7aをMOS
トランジスタのゲート電極7gとして使用する。さら
に、そのサイドウォール7aの形成と同時にフィールド
酸化膜2の上に配線コンタクトパッド7bを形成する。
ここまでの工程は、第1の実施形態と同じであるので、
その詳細は省略する。
7gとマスクパターン4をイオン注入防止用マスクとし
て使用してシリコン基板1の能動素子領域Aに燐をイオ
ン注入する。その燐イオン注入の条件に関しては、加速
エネルギーを20keV 、ドーズ量を1×1013atoms/cm
2 とするとともにシリコン基板1の主面に垂直の方向か
ら数度傾けて4つの方向から燐を注入する。
ちのマスクパターン4に隣接しない側の領域のシリコン
基板1には第一及び第二の低濃度不純物導入領域15
a,15bが形成される。その斜視図は図4(a) に示す
ようである。その後に、全体にSiO2膜をCVDにより4
0nmの厚さに成長した後に、このSiO2膜を垂直方向にR
IE法によりエッチングし、これにより第一及び第二の
低濃度不純物導入領域15a,15bのそれぞれの上に
存在する2つのゲート電極7gの側面にのみSiO2膜が残
る。そして、図3(b) に示すように、2つのゲート電極
7gの一側に残ったSiO2膜を以下に絶縁性サイドウォー
ル16という。この絶縁性サイドウォール16の幅Tは
SiO2膜の膜厚値とほぼ同じとなる。
4を除去することにより、2つのゲート電極7gの間の
保護膜3を露出させる。続いて、図3(c) に示すよう
に、絶縁性サイドウォール16とゲート電極7gをマス
クに使用し、これにより2つのゲート電極7gのそれぞ
れの両側のシリコン基板1に砒素をイオン注入して、第
一、第二及び第三の高濃度不純物導入領域17a〜17
cを形成する。その砒素イオン注入の加速エネルギーを
10keV 、ドーズ量を1×1015 atoms/cm2とするとと
もに、砒素イオンの注入方向を基板面に対して垂直とす
る。
第一及び第二の低濃度不純物導入領域15a,15bは
それぞれ第一及び第三の高濃度不純物導入領域17a,
17cに重なって、LDD構造の第一及び第二のドレイ
ン層18a,18bとなる。また、能動素子領域Aにお
いて2つのゲート電極7gの間ではLD(lightly dope
d )領域が存在しない第二の高濃度不純物導入領域17
bだけのシングル構造のソース層が形成されることにな
る。
に置いて温度1000℃、2秒間でパルス加熱し、これ
により第一、第二の低濃度不純物導入領域15a,15
bと第一〜第三の高濃度不純物導入領域17a〜17c
を活性化する。その活性化後のシリコン基板1の素子形
成領域Aとその周辺での斜視図を示すと図4(b) のよう
になる。
よりなる層間絶縁膜9を形成し、続いて、層間絶縁膜9
をパターニングしてソース層17b、ドレイン層18
a,18bの上にそれぞれコンタクトホール9a〜9c
を形成する。さらに、第1実施形態と同様にしてソース
層17b上のコンタクトホール9bを通るソース電極1
3bを形成するとともに、ドレイン層18a,18b上
のコンタクトホール9a,9cを通るドレイン電極13
a,13cを形成する。
第1実施形態と同様にゲート電極7gのゲート長の制御
が容易になる。しかも、上記した製造工程に従えば、ゲ
ート電極7gの一側方のドレイン層18a,18bだけ
をLDD構造にし、他側のソース層17bをシングル構
造にすることが容易となる。しかも、ゲート電極7gを
0.1μm又はそれ以下にすることが容易になる。
成されたMOSトランジスタはゲート電極7gのゲート
幅の縮小化によって超微細化されることになる。そし
て、そのドレイン層18a,18bとその周辺の電界の
傾斜はLDD構造によって緩やかになり、ホットキャリ
アの発生が抑制される。また、ソース層17bはLDD
構造を有しないために、ソース層17bとドレイン層1
8a,18bの間のチャネル領域の抵抗の上昇が抑制さ
れ、しかもソース層17bの面積が減って寄生容量も小
さくなるので、素子を微細化してもオン電流の低下が抑
制されてトランジスタの回路性能の低下が防止される。
膜2とは異なる材料によって形成しているので、マスク
パターン4を除去する際にはフィールド酸化膜2の膜減
りや縮小化が防止される。しかも、マスクパターン4を
絶縁性サイドウォール16とは異なる材料によって形成
しているので、マスクパターン4を除去する際に絶縁性
サイドウーオル16が消滅することはない。
ては、SiO2の他にSiONを用いてもよい。なお、リン酸に
よるSi3N4 膜のエッチングレートを1とした場合に、リ
ン酸によるSiON膜のエッチングレートはその1/10
倍、SiO2膜のエッチングレートはその1/100倍以下
とすることができる。一方、フッ酸によるSiO2膜のエッ
チングレートを1とした場合に、フッ酸によるSiON膜の
エッチングレートはその1/10倍、Si3N4 膜のエッチ
ングレートはその1/100倍以下とすることができ
る。
側部に更に別な絶縁性サイドウォールを形成して濃度の
異なる複数の低濃度不純物導入領域を形成してもよい。 (第3の実施の形態)上記した第1及び第2の実施の形
態において、フィールド酸化膜2上で2つのゲート電極
7gに接続される配線コンタクトパッドの形成について
以下に説明する。
ンタクトパッド7bの形成工程を説明する。まず、第1
実施形態で述べたようにマスクパターン4を多結晶シリ
コン膜7によって覆った後に、図5、図6(a) に示すよ
うにフィールド酸化膜2の上のマスクパターン4の一部
に重なる位置に第二のレジストパターン20を形成す
る。なお、図5は第二のレジストパターン20とマスク
パターン4を上から見た平面図、図6(a) はその斜視断
面図である。
ストパターン20は、ストライプ状のマスクパターン4
の長手方向に対して1.0μm以上に重なるように予め
設計することによって、第二のレジストパターン20に
通常の位置ずれが生じても第二のレジストパターン20
はマスクパターン4から完全に外れない。次に、第二の
レジストパターン20をマスクにして多結晶シリコン膜
7を異方性エッチングした後に、第二のレジストパター
ン20を除去すると、第二のレジストパターン20の下
に残った多結晶シリコン膜7は図6(b) に示すような矩
形状になる。この矩形状の多結晶シリコン膜7は、上記
した実施形態で説明したような配線コンタクトパッド7
bとなる。この配線コンタクトパッド7bは、図6(b)
の破線で囲むようにゲート電極7gに重なる部分で突起
が生じるが、この突起は第二のレジストパターン20と
配線コンタクトパッド7bが重なることによって発生し
たものであり、これによって配線コンタクトパッドとの
接続が確実になっている。
マスクパターン4の端部に重ならせることは好ましいこ
とであるが、次の示す程度の第二のレジストパターン2
0の位置ずれは許容される。即ち、図7の平面図と図8
(a) の斜視図に示すように、第二のレジストパターン2
0とマスクパターン4とが、多結晶シリコン膜7の膜厚
値よりも小さいギャップGで離れている場合には、少な
くとも配線コンタクトパッド7bとゲート電極7gとの
接続は一応確保される。
リコン膜7が垂直方向にエッチングされることにより、
マスクパターン4の両側部に残る多結晶シリコンシリコ
ン膜7、即ち導電性サイドウォール7aが配線コンタク
トパッド7bと第二のレジストパターン20の間にも残
り、これによりゲート電極7gと配線コンタクトパッド
7bが接続するからである。
した配線コンタクトパッド7d,7eを形成して、これ
らを2つのゲート電極7gに別々に接続するような構造
を採用してもよく、この場合には、2つのMOSトラン
ジスタは図1(e) 、図3(d)に示すように1つの不純物
導入領域8b,17bを共通にして互いに並列に接続さ
れる状態となっている。それらの2つの配線コンタクト
パッド7d.7eを形成するためには、図5に示すよう
に、レジストパターン20を一点鎖線で示す部分で予め
2分割して第一及び第二のレジストパターン20a,2
0bとする必要がある。
OSトランジスタのそれぞれのゲート電極7gは、形成
直後の状態では図10(a) に示すように、配線コンタク
トパッド7bと反対側の端部で繋がることになる。この
構造は、第1及び第2実施形態で示したように、デュア
ルゲート構造に適用される。これは、短冊形のマスクパ
ターン4の周囲に沿って導電性サイドウォール7aが形
成されるからである。
場合には、ゲート電極7gのうち配線コンタクトパッド
7d,7eに接続されない側のゲート電極7gの端部を
図10(b) に示すように分断する必要がある。なお、1
つのMOSトランジスタで2つのゲート電極を有する構
造、即ち、デュアルゲート構造を採用する場合には、ゲ
ート電極の分離のためのパターニングはあってもよい
し、なくてもよい。
有するMOSトランジスタにおいても、一点鎖線の部分
で配線コンタクトパッド7bを2分割して、これらを2
つのゲート電極7gのそれぞれに個々に接続するように
してもよい。 (第4の実施形態)上記した実施形態では、ゲート電極
を形成する際に、能動素子領域Aの中央を通る短冊形の
マスクパターン4を用いたが、その中央を通る開口を有
する形状にしてもよい。
子領域Aの中央を通る領域に開口部21aを有する窒化
シリコンよりなるマスクパターン21を形成する。その
マスクパターン21はフィールド酸化膜2の上で配線コ
ンタクトパッドを形成する領域とその周囲でフィールド
酸化膜2を露出するような平面形状にしておく必要があ
る。
を除去し、再びその領域を熱酸化してゲート酸化膜(ゲ
ート絶縁膜)22を形成する。次に、全体に多結晶シリ
コン膜を形成し、この多結晶シリコン膜に不純物を導入
した後に、多結晶シリコン膜をRIE法によって垂直方
向に異方性エッチングを行う。これにより、図11(b)
に示すように、マスクパターン21の開口部21aの内
側面に導電性サイドウォール23gを形成する。このサ
イドウォール23gは、素子形成領域Aにおいてゲート
電極として適用される。続いて、マスクパターン21を
リン酸溶液によって除去する。
極23gの両側方のシリコン基板1にソース、ドレイン
形成用の不純物をイオン注入して不純物導入領域24a
〜24cを形成する。ついで、結晶回復及び不純物活性
化のために1000℃程度の窒素雰囲気中でシリコン基
板1をアニールする。そのイオン注入条件は第1実施形
態に示す不純物導入領域8a〜8cと同じ条件とする。
縁膜9を形成し、コンタクトホールを形成した後に、そ
のコンタクトホールを通して不純物導入層24a〜24
cに接続する電極13a〜13を形成する。なお、図1
1(a) 〜図11(e) において、図1と同じ符号は、同じ
要素を示している。また、配線コンタクトパッドは、第
3実施例と同様にして形成される。
極23gは、第1実施形態と同様に0.1μm或いはそ
れ以下のゲート長を得ることができる。しかも、マスク
パターン21の材料をフィールド酸化膜、ゲート電極の
各材料と異ならせているのでマスクパターンの除去が容
易になる。
分離絶縁膜に囲まれた半導体基板の領域にマスクパター
ンを形成し、そのマスクパターンとその周囲を覆う導電
膜を形成した後に、略垂直方向の異方性エッチングによ
り導電膜をマスクパターンの側部に残し、その側部に残
った導電膜をゲート電極として使用するようにしている
ので、マスクパターンを選択的にエッチングするととも
に素子分離絶縁膜のエッチング量を抑制することが容易
となり、素子分離絶縁膜の縮小化を防止できる。
スクパターンとゲート電極に覆われない半導体基板の領
域に低濃度不純物導入領域を形成し、その後に、ゲート
電極の一方の側部に絶縁性サイドウォールを形成し、さ
らにゲート電極及び絶縁性サイドウォールをマスクにし
て半導体基板に不純物を導入してゲート電極及び絶縁性
サイドウォールに覆われない半導体基板の領域に高濃度
不純物導入層領域を形成し、これによりゲート電極の一
側方の不純物導入ドレイン層がLDD構造となり、他側
方の不純物導入ソース層がシングル構造としたので、ソ
ース層の低濃度不純物導入領域が省略されている分だけ
ソース・ドレイン間の距離が小さくなって半導体素子の
高集積化に寄与し、しかも、ソース・ドレイン間の寄生
抵抗が減り且つソース層の表面積が小さくなってソース
寄生容量が減ることになってトランジスタ特性を向上で
きる。また、ドレイン層はLDD構造となるので、ドレ
イン端におけるホットキャリア発生は抑制される。
の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
の半導体装置の製造工程を示す斜視図である。
の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
の半導体装置の製造工程を示す斜視図である。
配線コンタクトパッドの形成のためのレジストパターン
の配置を示す平面図である。
における第1の配線コンタクトパッドの形成工程を示す
斜視図である。
配線コンタクトパッドの形成のためのレジストパターン
の配置を示す平面図である。
クトパッドの形成工程を示す斜視図である。
コンタクトパッドを示す斜視図である。
ート電極のコンタクトパッドに接続されない側の端部を
示す平面図である。
施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
置の製造工程を示す断面図である。
膜(素子分離絶縁膜)、3…保護膜、4…マスクパター
ン、5…レジストパターン、6…ゲート酸化膜(ゲート
絶縁膜)、7…多結晶シリコン膜、7a…導電性サイド
ウォール、7b、7d、7e… 配線コンタクトパッ
ド、8a〜8c…不純物導入領域、9a〜9c…コンタ
クトホール、13a〜13c…引出電極、15a,15
b…低濃度不純物導入領域、16…絶縁性サイドウォー
ル、17a〜17c…高濃度不純物導入領域、18a、
18c…ドレイン層、18b…ソース層、20…レジス
トパターン、21…マスクパターン、22…ゲート酸化
膜(ゲート絶縁膜)、23g…ゲート電極、24a〜2
4c… 不純物導入領域。
Claims (12)
- 【請求項1】素子分離絶縁膜に囲まれた半導体基板の素
子領域に、該素子分離絶縁膜とは異なる材料よりなるマ
スクパターンを形成する工程と、 前記マスクパターンの周囲の前記半導体基板の表面にゲ
ート絶縁膜を形成する工程と、 前記マスクパターンの上と前記ゲート絶縁膜の上に導電
膜を形成する工程と、 前記導電膜を異方性エッチングして前記マスクパターン
の両側にゲート電極として残す工程と、 前記ゲート電極を形成した後に、前記マスクパターンを
選択的に除去する工程と、 前記ゲート電極をマスクに使用して、前記ゲート電極両
側の前記半導体基板に不純物を導入してソース領域及び
ドレイン領域を形成する工程とを有することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】前記マスクパターンは、シリコン窒化膜又
は金属膜の成長とパターニングを経て形成され、前記素
子分離絶縁膜はシリコン酸化膜の成長によって形成され
ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項3】半導体基板の素子領域にマスクパターンを
形成する工程と、 前記マスクパターンの周囲の前記半導体基板の表面にゲ
ート絶縁膜を形成する工程と、 前記マスクパターンの上と前記ゲート絶縁膜の上に導電
膜を形成する工程と、 前記導電膜を異方性エッチングすることによって前記導
電膜を前記マスクパターンの側部にゲート電極として残
す工程と、 前記マスクパターン及び前記ゲート電極に覆われない領
域の前記半導体基板内に不純物を導入することにより低
濃度不純物導入領域を形成する工程と、 前記マスクパターンの側部に隣接する前記ゲート電極の
さらに側部に絶縁性サイドウォールを形成する工程と、 前記マスクパターンを前記半導体基板から選択的に除去
する工程と、 前記絶縁性サイドウォール及び前記ゲート電極に覆われ
ない領域の前記半導体基板に不純物を導入して高濃度不
純物導入領域を形成する工程とを有することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】前記マスクパターンは、前記絶縁性サイド
ウォールとは異なる材料により形成されていることを特
徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】前記導電膜は、半導体を形成した後に該半
導体に不純物を導入することによって形成されるか、不
純物を含む半導体を成長することによって形成される
か、又は金属の成長によって形成されるかのいずれかで
あることを特徴とする請求項1又は3記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項6】前記マスクパターンを形成する前に、前記
素子形成領域を囲む素子分離絶縁膜を前記半導体基板の
上に形成する工程を有し、かつ前記マスクパターンは前
記素子分離絶縁膜の上に乗り上げていることを特徴とす
る請求項3記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】前記導電膜を異方性エッチングする前に、
前記素子分離絶縁膜上で前記マスクパターンの両側部に
繋がるレジストパターンを形成する工程と、 前記素子分離絶縁膜の上に形成される前記導電膜を異方
性エッチングする際には前記レジストパターンにより前
記導電膜のエッチングを防止することによって前記レジ
ストパターンの下に残った前記導電膜をコンタクトパッ
ドとして残す工程とを有することを特徴とする請求項1
又は6記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】前記導電膜を異方性エッチングする前に、
前記素子分離絶縁膜上で前記マスクパターンの両側部に
別々に繋がる第一及び第二のレジストパターンを形成す
る工程と、 前記導電膜をエッチングする際には前記第一及び第二の
レジストパターンの下の前記導電膜のエッチングを防止
することによって前記第一及び第二のレジストパターン
の下に残った2つの前記導電膜を第一及び第二のコンタ
クトパッドとして残す工程と、 前記ゲート電極を前記マスクパターンの外周面に沿って
形成した後に前記ゲート電極のうち前記第一及び第二の
コンタクトパッドに接続されない側を分離する工程とを
有することを特徴とする請求項1又は6記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項9】半導体基板と、 前記半導体基板の上にゲート絶縁膜を介して形成された
ゲート電極と、 前記ゲート電極の一側方の前記半導体基板に形成された
低濃度不純物領域と高濃度不純物領域からなるLDD構
造の第一の不純物導入領域と、 前記ゲート電極の他側方の前記半導体基板に形成された
高濃度不純物領域のみからなる第二の不純物導入領域と
を有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項10】半導体基板と、 前記半導体基板の上にゲート絶縁膜を介して形成された
第一のゲート電極と、 前記半導体基板の上で前記第一のゲート電極から離れて
ゲート絶縁膜を介して形成された第二のゲート電極と、 前記第一のゲート電極と前記第二のゲート電極の互いに
対向しない側の前記半導体基板の2つの領域にそれぞれ
形成された低濃度不純物領域と高濃度不純物領域からな
るLDD構造の第一及び第二の不純物導入領域と、 前記第一のゲート電極と前記第二のゲート電極の間の領
域の前記半導体基板に形成された高濃度不純物領域のみ
からなる単一構造の第三の不純物導入領域とを有するこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項11】前記第一のゲート電極と前記第二のゲー
ト電極はそれらの端部で繋がっていることを特徴とする
請求項10記載の半導体装置。 - 【請求項12】前記第一のゲート電極と前記第二のゲー
ト電極はそれらの一端又は他端で分離されていることを
特徴とする請求項10記載の半導体装置。
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