JPS6230378A - 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

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JPS6230378A
JPS6230378A JP16892185A JP16892185A JPS6230378A JP S6230378 A JPS6230378 A JP S6230378A JP 16892185 A JP16892185 A JP 16892185A JP 16892185 A JP16892185 A JP 16892185A JP S6230378 A JPS6230378 A JP S6230378A
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JP
Japan
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gate electrode
diffusion layer
insulating film
conductivity type
semiconductor device
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JP16892185A
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English (en)
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Masaaki Kinugawa
衣川 正明
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特にL 
D D (L 1qhNy  D oped  D r
ain)構造を有する微細MO8半導体装置に使用され
るものである。
(発明の技術的背景) 微細MO8半導体装置では、ホットキャリア対策として
L D D (L 1(IhNy  D oped  
D rain)構造が採用される傾向にある。このLD
D構造のMOSトランジスタの製造方法を第2図を参照
して説明する。
まず、例えばP型シリコン基板1上にゲート酸化膜2を
形成し、全面に多結晶シリコン膜を堆積した後、パター
ニングしてゲート電極3を形成する。次に、このゲート
酸化膜3をマスクとして例えばリンをイオン注入するこ
とによりNW型型数散層44を形成する。つづいて、全
面にCVDII化膜を堆積した後、反応性イオンエツチ
ング法によりエツチングしてゲート電極3の側壁にスペ
ーサ5.5を残存させる。つづいて、ゲート電極3及び
スペーサ5.5をマスクとして例えばヒ素をイオン注入
することによりN+型広拡散層66を形成する。この結
果、ゲート電極3の両側方の基板1表面にN−型拡散層
4.4とN+型広拡散層66とからなるソース、ドレイ
ン領域7.8が形成される。以下、全面に図示しない層
間絶縁膜を堆積した後、コンタクトホールを開孔する。
つづいて、全面に例えば八βを蒸着した後、パターニン
グして図示しない配線を形成する。
このようにLDD構造のMOSトランジスタは、ドレイ
ン領R8近傍のチャネル領域における電界を緩和してホ
ットキャリアの発生を抑制することにより高信頼性を達
成しようとするものである。
〔背景技術の問題点〕
従来、LDDIII造のMOSトランジスタでは耐圧を
向上する観点から、ドレイン領域8を構成するN−型拡
散層4のN+型広拡散層6端部からの拡散長は、寄生抵
抗が許容される範囲内でできるだけ大きい方がよいとさ
れてい葛。このため、例えば0.8〜1.2虜ルールの
LDD構造のMOSトランジスタでは、N−型拡散層4
の長さを決定するスペーサ5.5の幅は0.20−0.
25譚に設定されている。
一方、このように微細なMOSトランジスタでは、ソー
ス、ドレイン領域7.8を構成するN+型広拡散層66
の接合深さは約0.2JJmとしている。
これは、N+型広拡散層66の接合深さをこれ以上深く
すると、ドレイン領1jli8近傍のチャネル領域での
電界a!和を果たすためにはN”型拡散層4.4の接合
深さも深くしなければならず、このためショートチャネ
ル効果が生じやすくなるうえトランジスタのブレークダ
ウン耐圧も低下させるためである。このようなスペーサ
5.5の幅が約0.20〜0.25譚、N+型広拡散層
66の接合深さが約0.2譚という設計では、第2図に
示すようにN+型広拡散層66の端部はスペーサ5.5
の下方に位置する。
LDD構造のMOSトランジスタは上述したようにドレ
イン領域8近傍のチャネル領域の電界緩和によりホット
キャリアの発生を抑制して高信頼性を達成しようとして
いる。しかし、第3図に示すように、L[)D構造をと
っていない通常のMOSトランジスタ(図中■で表示)
と比較した場合、第2図に示すようなLDD構造のMO
Sトランジスタ(図中■で表示)はストレス時間が短い
初期においてチャネル電流の減少率が大きく、大きな初
期劣化を示している。なお、第3図はゲート長0.9譚
、グー1〜酸化膜厚200人のトランジスタについて、
ゲート電圧2V、ドレイン電圧6.5vで測定したもの
であり、LDD構造のトランジスタについてはスペーサ
の幅0.2譚、N−型拡散層の不純物濃度1X1018
c1n−’である。したがって、当初期待されたような
高信頼性は達成されないことがわかる。
これは第2図のゲート電極3の端部からドレイン領域8
を構成するN′″型拡散拡散層6部との間の酸化111
(図中Aで表示)にホットエレクトロンが注入された場
合に生じることが判明した。すなわち、この領域の酸化
膜にホットエレクトロンが注入されると、不純物濃度1
×1018cm・3程度のN゛型型皿層4で発生するキ
ャリア(電子)がほとんど反発されてしまうため、奇生
抵抗の増大にともなうチャネル電流の減少率の増大とな
って現われるものである。このLDD構造のMOSトラ
ンジスタ特有の初期劣化モードは、ゲート長が1.2膚
から1.0週さらに0.87fiとm細化されるにつれ
て無視できなくなり、素子の信頼性上重大な問題となる
〔発明の目的〕
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、性能
劣化がなく、信頼性が著しく高い微細なMO8型半導体
装置及びこのような半導体装置を簡便に製造し得る方法
を提供しようとするものである。
〔発明の概要〕
本願第1の発明の半導体装置は、第1導電型の半導体基
体表面に形成されるLDD構造のMO8型半導体装置に
おいて、ソース、ドレイン領域を構成する第2導電型の
高濃度拡散層の端部がゲート電極の下方に位置している
ことを特徴とするものである。
このような半導体装置によれば、ゲート電極側壁下部の
絶縁膜にホットキャリアが注入されても、その下方は高
濃度拡散層となっているので、この高濃度拡散層内で発
生ずるキャリアのうち絶縁膜中に注入されたホラ1−キ
ャリアにより反発されるキャリアの割合は小さく、性能
劣化(チャネル電流の減少率の増大)を防止することが
できる。
また、本願第2の発明の半導体装置の製造方法は、第1
導電型の半導体基体上にゲート絶縁膜を形成する工程と
、全面に導体層を堆積した後、パターニングしてゲート
電極を形成する工程と、このゲート電極をマスクとして
第2導電型の不純物をイオン注入する工程と、熱処理に
より不純物を拡散させて第2導電型の低濃度拡散層を形
成する工程と、全面に絶縁膜を堆積した後、異方性エツ
チング法によりエツチングして前記グー1〜144の側
壁に絶縁膜を残存させる工程と、前記ゲート電極及びそ
の側壁に残存した絶縁膜をマスクとして第2導電型の不
純物をイオン注入する工程と、熱処理により不純物を拡
散させ、前記第2導電型の低濃度拡散層に隣接し、端部
が前記グー1−電極の下方に位置する第2導電型の高濃
度拡散層を形成する工程とを具備したことを特徴とする
ものである。
このような方法によれば、本願第1の発明の半導体装置
を容易に製造することができる。
なお、ゲート長が1.2膚以上になると、正常なl・ラ
ンリスタ動作を保証するには高濃度拡散層の接合深さは
約0.2−以下となるので、上記のようにソース、ドレ
イン領域を構成する高濃度拡散層の端部がゲート電極の
下方に位置するようにするには、ゲート電極側壁に形成
する絶縁膜の幅を0.15−以下とすればよい。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図<a)〜(d)に示す製
造方法を併記して説明する。
まず、N型シリコン基板11の主面の一部に選択的にリ
ンを拡散させることによりP型つェル領Ij!12を形
成した。次に、選択酸化法によりフィールド酸化1!1
3を形成した。つづいて、フィールド酸化113により
囲まれた素子領域表面に、膜厚200人のゲート酸化膜
14を形成した。つづいて、CVD法により全面に膜厚
4000人の多結晶シリコン膜を堆積した後、POCn
aを拡散源としてリンを拡散し、多結晶シリコン膜を低
抵抗化した。つづいて、この多結晶シリコン膜をパター
ニングしてゲート長0.9−のゲート電慟15を形成し
た(第1図(a)図示)。次いで、ゲート1i15をマ
スクとしてリンイオンを加速エネルギー60kev、ド
ーズff14X1013.、−2の条件でイオン注入し
た後、窒素雰囲気中、900℃で30分間アニールを行
なうことによりx j−0,15−のN−型拡散層16
.16を形成したく同図(b)図示)。次いで、CVD
法により全面に膜11500人のCVDII化膜を堆積
した後、反応性イオンエツチング(RIE)法によりエ
ツチングしてゲート電4fA15の側壁に幅1500人
のスペーサ17.17を形成した。つづいて、ゲート電
極15及びスペーサ17.17をマスクとしてヒ素イオ
ンを加速エネルギー40k13V、ドーズfi2X 1
0!5cm’の条件でイオン注入した後、窒素雰囲気中
、9oo℃で120分間アニールを行ない、端部がゲー
ト電極15下方に位置するXj=0.2声のN+型型数
散層1818を形成した。この結果、N−型拡散層16
.16とN+型型数散層1818とからなるソース、ド
レイン領域19.20が形成された(同図(C)図示)
。次いで、全面に層間絶縁膜としてCVD酸化1112
1を堆積した後、コンタクトホールを開孔した。つづい
て、全面にAffiを蒸着した後、パターニングして配
線22.22を形成し、LDD構造のMOSトランジス
タを製造したく同図(d)図示)。
このようなLDD構造のMo8 l〜ランジリスでは、
ゲート電極15(Ill壁下部の酸化膜にホットキャリ
アが注入されても、その下方は高濃度のN+型型数散層
18なっているので、このN+型型皿H18内で発生す
るキャリアのうち酸化膜中に注入されたホットキャリア
により反発されるキャリアの割合は小さいため第3図に
示すように、チャネル電流の減少率を非常に小さくする
ことができる。
なお、上記実施例ではNチャネルMOSトランジスタに
ついて説明したが、本発明はPチャネルMOSトランジ
スタ、0MO8等にも同様に適用できることは勿論であ
る。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明によれば、LDD構造のMoS
トランジスタに特有の性能劣化を防止することができ、
ゲート長が1.2譚以下の超LSIの信頼性を著しく向
上できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は本発明の実施例におけるLDD
構造のMo8 トランジスタを得るための製造工程を示
す断面図、第2図は従来のLDD構造のMoSトランジ
スタの欠点を説明するための説明図、第3図は本発明の
実施例におけるMo81〜ランジスタ及び従来のM O
5−t−ランリスタのチャネル電流の減少率を示す特性
図である。 11・・・N型シリコン基板、12・・・P型ウェル領
域、13・・・フィールド酸化膜、14・・・ゲート酸
化膜、15・・・ゲート電極、16・・・N−型拡散層
、17・・・スペーサ、18・・・N+型抵拡散層19
.20・・・ソース、ドレイン領域、21・・・CVD
酸化躾、22・・・配線。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型の半導体基体上に形成されたゲート絶
    縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と
    、このゲート電極の側壁に形成された絶縁膜と、前記ゲ
    ート電極の両側方の基板表面に形成された、チャネル領
    域近傍に位置する第2導電型の低濃度拡散層及びこれら
    第2導電型の低濃度拡散層に隣接する第2導電型の高濃
    度拡散層からなるソース、ドレイン領域とを有する半導
    体装置において、前記第2導電型の高濃度拡散層の端部
    が前記ゲート電極の下方に位置していることを特徴とす
    る半導体装置。
  2. (2)ゲート電極の側壁に形成される絶縁膜の幅が0.
    15μm以下であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の半導体装置。
  3. (3)第1導電型の半導体基体上にゲート絶縁膜を形成
    する工程と、全面に導体層を堆積した後、パターニング
    してゲート電極を形成する工程と、このゲート電極をマ
    スクとして第2導電型の不純物をイオン注入する工程と
    、熱処理により不純物を拡散させて第2導電型の低濃度
    拡散層を形成する工程と、全面に絶縁膜を堆積した後、
    異方性エッチング法によりエッチングして前記ゲート電
    極の側壁に絶縁膜を残存させる工程と、前記ゲート電極
    及びその側壁に残存した絶縁膜をマスクとして第2導電
    型の不純物をイオン注入する工程と、熱処理により不純
    物を拡散させ、前記第2導電型の低濃度拡散層に隣接し
    、端部が前記ゲート電極の下方に位置する第2導電型の
    高濃度拡散層を形成する工程とを具備したことを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  4. (4)ゲート電極側壁に残存させる絶縁膜の幅を0.1
    5μm以下とすることを特徴とする特許請求の範囲第3
    項記載の半導体装置の製造方法。
  5. (5)低濃度拡散層を形成するためにイオン注入される
    不純物がリン、高濃度拡散層を形成するためにイオン注
    入される不純物がヒ素であることを特徴とする特許請求
    の範囲第3項又は第4項記載の半導体装置の製造方法。
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