JPS6038874B2 - 絶縁物ゲ−ト電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

絶縁物ゲ−ト電界効果トランジスタの製造方法

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JPS6038874B2
JPS6038874B2 JP50025839A JP2583975A JPS6038874B2 JP S6038874 B2 JPS6038874 B2 JP S6038874B2 JP 50025839 A JP50025839 A JP 50025839A JP 2583975 A JP2583975 A JP 2583975A JP S6038874 B2 JPS6038874 B2 JP S6038874B2
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silicon nitride
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nitride film
insulating film
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元孝 鴨志田
俊男 和田
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は自己整合型絶縁物ゲート電界効果トランジス
タの構造の製造方法に関し、特にゲート電極とソース又
はドレィン電極との短絡事故を防止する構造を有す談自
己整合型電界効果トランジスタの製造方法を提供するも
のである。
従来の自己整合型でない通常の金属ゲート電極を有す絶
縁物ゲート電界効果トランジスタの断面図を第1図に示
した。
例えばnチャンネルアルミニウムゲートMOSトランジ
スタを作る場合、同図Aのように先ずp型シリコンウェ
ハ101を酸化し、表面に二酸化シリコンSi02膜1
02を形成し、ソース103及びドレィン104となる
領域のシリコン基板を選択的に露出させて、n型不純物
、例えばリンを添加する。次いでゲート部105となる
所の二酸化シリコンSi02膜1 02を除去し、所望
の閥値電圧を得るべく、ゲート絶縁膜としての二酸化シ
リコンSi02膜106を形成する。その時、ソース領
域103及びドレィン領域104の上も酸化されるが、
通常、リン拡散部分は酸化速度が速いため、ソース領域
103及びドレィン領域1 04上の二酸化シリコンS
i02膜1061はゲート領域の二酸化シリコンSi0
2膜106より厚くなる。例えば1000ooで飽和水
蒸気中にて酸化すると、ゲート領域の二酸化シIJコン
Si02膜1 06の厚さが1000Aの時、ソース領
域103及びドレィン領域104上の二酸化シリコンS
i02膜1061の厚さは2500Aに達する。次いで
ソース領域103及びドレィン領域104に電極を取付
けるため、二酸化シリコンSj02膜1061に孔を開
ける工程が必要で、そのためのフオトレジスト膜107
を塗布した時の断面図が第1図Bである。次いで通常の
方法でアルミニウムを蒸着しフオトレジスト法で配線パ
ターンを形成した段階の断面図が第1図Cである。ここ
でフオトレジスト膜107をつける工程で位置合せ余裕
度を現状の紫外線露光装置では2仏ほどもたせねばなら
ない。更にアルミニウムによる電極配線の形成時のフオ
トレジスト工程の精度も2山とすると合計4叫まど余裕
度を持たせねばならず、従ってゲート電極108の端と
ソース領域103又はドレィン領域104との間の浮遊
容量も無視できない。一方第1図C中、丸印で囲んだ部
分を拡大した同図C′のように、ソース領域103(又
はドレィン領域104)を形成するPn接合1031の
縁端部とゲート電極108との最短距離L,は厚いSi
02膜1 061が介在するため池のゲート絶縁膜部よ
り厚く、従ってゲート電極108とソース又はドレィン
との短絡事故は発生し難い。一方この浮遊容量を減少さ
せるべく、ゲートの位置と、ソース、ドレィンの位置を
自己整合(self−ali則ed)させる技術が開発
されており、ゲート電極を形成してからイオン注入法で
ソースやドレィン領域を形成する方法や、ゲート電極に
シリコンを用い、ソースやドレィン領域の形成のための
不純物熱拡散のマスクを兼用させる方法などはその代表
的な例である。第2図にその工程を示す断面図をを示し
たが、例えば第2図Aのようにp型シリコンウェハ20
1を熱酸化し、隣のトランジスタ同志に、配線と基板ウ
ェハ201との間のMOS構造を介して漏洩電流が流れ
ないように、厚い二酸化シリコンSi02膜202を形
成した後、ソース、ゲート、ドレィン部となる場所のS
i02膜202を除去し、基板ウェハ201を露出させ
て、再度、所望の閥値電圧が出るような膜厚のゲート絶
縁膜203を形成する。その後、ゲート電極204とし
て多結晶シリコンを通常の気相成長法で形成する。次い
でこの多結晶シリコンのゲート電極204をマスクとし
て薄い二酸化シリコンSi02膜203を除去し、下地
の基板シリコン201を露出させてn型不純物を入れ、
ソース領域205、ドレィン領域206を形成する。こ
れは熱拡散法でもイオン注入法でも、あるいは両者を組
合わせてもよい。この段階の断面図が第2図Bである。
その後第2図Cのように、気相成長法で化学的に二酸化
シリコンSiQ膜207を被鍵し、次いでソース領域2
05、ドレィン領域206とオ−ミック接触をとるため
に孔をあげて金属配線208を行ったのが第2図Cであ
る。この構造では前記のフオトレジストのための位置合
わせ余裕度が必要無いので、ゲート電極204とソース
領域205又はドレィン領域206との重なり部分が少
なく、浮遊容量が少ないという特徴を有す。ところが、
この場合は第2図Cの丸印で囲んだ部分を拡大した図に
′からも明らかなようにソース領域205(又はドレィ
ン領域206)を形成するpn接合205′(又は20
6′)の縁端部とゲート電極204との間の最短距離L
2は、薄いゲート絶縁膜203の厚さそのものなので、
第1図C′の場合と比較してはるかに薄い。従ってゲー
ト電極204とソース領域205、ドレィン領域206
との短絡事故が多発し、ゲート絶縁膜203の厚さをあ
まり薄く出釆ないという欠点がある。本発明は、自己整
合型絶縁物ゲ−トトランジスタとしての浮遊容量の小さ
いという特徴を維持しつつ、ゲート電極とソース領域及
びドレィン領域との電気的な短絡事故を防止する製造方
法を提供することを目的とする。
この発明は、自己整合型でありながらゲート絶縁膜の膜
厚を不均一にし、ゲート電極と、ソース及びドレィン領
域の不純物の高濃度領域との距離を遠ざける構造にし、
ゲート電極とソース領域及びドレィン領域との電気的な
短絡事故を阻止すると同時に、ゲート絶縁膜の周辺部以
外の部分の膜厚は所望の関値電圧が得られるよう薄くす
ることにより、他の電気的特性は変えないという思想に
基〈もである。
またこの発明はゲート絶縁膜の部分的に厚くなっている
個所の下のソース又はドレィン領域のpn接合緑端部の
位置は、ソ−ス・ドレィン電極部より深い位置にあるか
ら、該pn接合縁端部での不純物濃度勾配を緩くした構
造となる。
即ちプレーナ型でpn接合を作る場合、通常、関孔部か
ら不純物を半導体中に添加する際、深さ方向より横方向
の方が拡散いこくいため、深さ方向より横方向、即ちp
n接合緑端部で不純物濃度勾配が急峻になる。本発明で
は、この緑端部の位置が半導体表面より深い位置にある
ので、その分だけ不純物濃度勾配が緩くなる点が特徴で
ある。次に本発明の実施例を、フラットMOS構造に適
用した例で説明する。
第3図にその工程を説明する断面図を示した。先ず同図
Aのようにp型シリコンウェハ301を用意し、所望の
閥値電圧に対応する膜厚のゲート二酸化シリコンSi0
2膜302を形成する。次いで通常の方法で多結晶シリ
コンを気相成長させ、選択除去してゲート電極303を
形成する。その上にこれも通常の化学蒸着法でシリコン
窒化膜Si3N4304を成長させ、次いで、ソース領
域、ドレィン領域、ゲート領域となる部分をフオトレジ
スト膜305で被覆する。この時、ゲート電極303の
周囲に相当する部分をも露出するよう孔306があげら
れていることが本発明を実施するための重要な鍵である
。この段階の終了図が第3図Bである。この状態でシリ
コン窒化膜Si3N4304を選択的に除去すると第3
図Cのようになる。シリコン窒化膿Si3N4304の
選択エッチングには、ここではフオトレジスト305を
用い、プラズマエッチング法で作った。この時、多結晶
シリコンの電極の側面は露出されている。次いで第3図
Dに示したように飽和水蒸気中で、このシリコン窒化膿
Si3N4304をマスクとし110000で2時間酸
化し、約1ムの二酸化シリコンSj02307を、ソー
ス及びドレィンの外側の領域上に形成する。この時、先
にあげておいたゲートの周囲の溝306に対応して、そ
こにも本来の二酸化シリコンSi02のゲート絶縁膜3
02より厚い二酸化シリコン膜Si02308が形成さ
れる。更にまたこの時、ゲート電極としての多結晶シリ
コン303の側面、及びシリコン窒化膜Si3N430
4の側面と上面も酸化されるが、シリコン窒化膜Sj3
N4の酸化速度は遅いので、その二酸化シリコンSi0
2309は薄い。次いでこの二酸化シリコンSi023
09を除去し、更にシリコン窒化膜Si3N4304を
除去して、n型不純物、例えばリンを拡散させてソース
領域310、ドレィン領域311を形成し、また多結晶
シリコンのゲート電極303にもリンを拡散して導電率
を向上させる。その後、通常の化学蒸着法により二酸化
シリコンSi02膜3 1 2を気相成長させて第3図
Eのようにする。次いでソース領域310とドレィン領
域311に金属電極313をとりつけて第3図Fのよう
に完成させる。この構造によれば、ソース領域310及
びドレィン領域31 1を形成するpn接合310′,
311′のゲーート側の緑端部上は絶縁膜が厚くなって
おり、ゲート電極303からの距離が、第2図に比較し
て遠くなっている。
従ってゲート電極303とソース領域310又はドレィ
ン領域311との間の電気的短絡事故が発生しなくなる
。またこの構造によれば、ソース領域を形成するpn接
合310′、ドレィン領域を形成するp対妾合311′
のゲート側のpn接合緑橋部が、いずれもゲート周囲の
厚いSi02膜308に、ソース領域310、ドレィン
領域311の表面より深い所で接しているので、該ゲー
ト側pn接合縁端部での不純物濃度勾配が緩く、従って
電界強度の集中も避けることが出来るため、ゲートSi
02膜302中へのホットキャリアの注入率を減少でき
るのでゲートとソース、ゲ−トとドレイン間の耐圧を上
げることができる。以上は、ソース及びドレィン領域上
でゲートの電極の全周囲の下の絶縁膜を厚くする例で説
明したが、必ずしも全周囲ではなく例えばドレィン側に
接するゲートの周囲の絶縁膜を厚くしただけの構造でも
よい。
更にまた、フラットMOSの構造ではなく、通常の自己
整合型MOSであってもよいことは言う迄もない。ゲー
ト電極も、単に半導体のみに限られることなく、金属電
極の場合でも自己整合型であれば、本発明の方法が適用
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図A〜C並びに同図C′は従釆の技術を説明するた
めの工程順を説明するための断面図、第2図A〜C並び
に同図C′は従来の自己整合型ゲート電極構造をとるト
ランジスタの製法を説明するための断面図、更に第3図
A〜Fは本発明の実施例を順次説明するための断面図で
ある。 101,201,301・・・・・・p型Siウヱハ、
102,202,307・・・・・・フィールド絶縁膜
、(厚いSi02膜)、1 03,205,3 1 0
.・・・・・ソース領域、104,206,311・…
・・ドレィン領域、105・・・・・・ゲート部、10
6,203,302……ゲートSi02膜、106′…
…ゲート酸化時に形成される高濃度層上の厚いSi02
膜、107,305……フオトレジスト膜、108……
Nゲート電極、204,303…・・・Siゲート電極
、103′,205′,310′・・…・ソース領域を
形成するpn接合、104′,205′,311′……
ドレィン領域を形成するpn接合、207,312・・
・・・・気相成長Si02膜、208,313・・・・
・・AI電極、304・・・・・・気相成長Si3N4
膜、306・・・・・・ゲートの周囲に対応する溝、3
08・・・・・・ゲートの周囲の厚いSi02膜、30
9……Siが4膜304の酸化膜。 オー函 了2函 才3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 一導電型の半導体基板上のうすいゲート絶縁膜上に
    設けられたゲート電極となる多結晶シリコンパターン上
    に第1のシリコン窒化膜パターンを形成し、かつ該第1
    のシリコン窒化膜パターンより所定の距離だけ離間せる
    第2および第3のシリコン窒化膜パターンを半導体基板
    上に形成する工程と、これらシリコン窒化膜パターンを
    マスクとして熱処理を行うことにより、該第1および第
    2のシリコン窒化膜パターン間および該第1および第3
    のシリコン窒化膜パターン間の半導体基板の部分に該半
    導体基板に埋設しかつ前記ゲート絶縁膜よりも厚い絶縁
    膜を形成する工程と、しかる後に該第2、第3のシリコ
    ン窒化膜パターンを除去しこれらの部分より半導体基板
    に逆導電型の不純物を導入して該厚い絶縁膜の底部にp
    n接合がそれぞれ終端せるソースおよびドレイン領域を
    形成する工程とを有することを特徴とする絶縁物ゲート
    電界効果トランジスタの製造方法。
JP50025839A 1975-03-03 1975-03-03 絶縁物ゲ−ト電界効果トランジスタの製造方法 Expired JPS6038874B2 (ja)

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JPS5423480A (en) * 1977-07-25 1979-02-22 Agency Of Ind Science & Technol Manufacture for mis type semiconductor element

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IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN=1972 *

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