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JPH0640582B2 - 絶縁ゲ−ト電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

絶縁ゲ−ト電界効果トランジスタの製造方法

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JPH0640582B2
JPH0640582B2 JP61305578A JP30557886A JPH0640582B2 JP H0640582 B2 JPH0640582 B2 JP H0640582B2 JP 61305578 A JP61305578 A JP 61305578A JP 30557886 A JP30557886 A JP 30557886A JP H0640582 B2 JPH0640582 B2 JP H0640582B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥ
Ｔ）、特に高密度集積回路における応答速度の速い絶縁
ゲート電界効果トランジスタの製造方法に関するもので
ある。
集積密度を高くし、且つ応答速度を速くするためには絶
縁ゲート電界効果トランジスタの水平方向寸法及び垂直
方向寸法を減少する必要がある（“比例縮小則”）。特
に基板内における“ドレイン”及び“ソース”の接合深
さを減少する必要がある。市販されている通常の絶縁ゲ
ート電界効果トランジスタにおいては、極めて薄い接合
を用いると、一般に欠点が多くなり、特に能動領域の層
抵抗が増大し、且つこれら能動領域と関連の電極との間
の接触の信頼性が減少する。
かかる欠点を除去するために“ソース”及び“ドレイ
ン”の能動領域を基板内でなく、基板表面に形成するよ
うにした絶縁ゲート電界効果トランジスタが提案され
た。この型の構体は例えば本願人のイタリタ国特許出願
第２１９６８Ａ／８４に記載されているように選択エピ
タキシャルにより得ることができるが、この選択エピタ
キシャルを行うためには気相からエピキタキシャル薄膜
を再現的に成長せしめ得る専用反応器を必要とすると共
に成長した単結晶領域を画成する選択エッチングを行う
必要がある。
この反応器は極めて高価であると共にエピタキシャル成
長を行う温度も比較的高い（1150℃）。
又、製造方法の変形として、堆積した多結晶珪素層を、
エピタキシャル成長でなく、レーザによって再結晶化す
ることにより“ソース”及び“ドレイン”の能動領域を
得るようにすることも上記イタリア国特許出願に記載さ
れている。しかし、レーザによる再結晶化処理は多量生
産に対しては工業的に有利ではない。
本発明の目的は、既知の製造方法に比べ一層経済的で、
しかも一層信頼し得る製造を行い得るようにした最小深
さの接合を有する絶縁ゲート電界効果トランジスタの製
造方法を提供せんとするにある。
本発明は第１導電型の単結晶珪素基板の予定区域に絶縁
ゲート電界効果トランジスタを製造するに当り、前記基
板１の予定区域の第１予定領域に第１絶縁層と、この第
１絶縁層上に導電層、この導電層上に第２絶縁層を順次
形成し、第１絶縁層及び導電層はトランジスタのゲート
誘電体及びゲート電極を夫々形成し、前記導電層の端縁
部の少なくとも露出部分に絶縁壁を形成し、次いで多結
晶珪素層を形成するものにおいて、前記第１導電型とは
逆の第２導電型を呈する不純物をイオン注入し、この不
純物の原子種、その不純物濃度及び注入エネルギーを適
宜定めて、基板１の前記多結晶珪素層への直接接触を行
う予定区域の領域に不純物をイオン注入して前記予定区
域の少なくとも第２予定領域の多結晶珪素をアモルファ
ス珪素層に変換し、次いで低温度の加熱処理を施してト
ランジスタのドレイン及びソース領域を形成し得る予め
アモルファス珪素に変換された多結晶珪素の少なくとも
部分を前記基板から所定厚さに亘り単結晶珪素のエピタ
キシャル型再結晶化領域を形成し得るようにしたことを
特徴とする。
図面につき本発明の実施例を説明する。
第１図に示す本発明方法による出発構体は、当業者に既
知の処理で得られると共にドーピング不純物濃度が低い
（約1015原子／cm3）Ｐ型の単結晶珪素基板１を具え、
その予定領域３上に絶縁ゲート電界効果トランジスタを
形成し得るようにする。基板１の領域３の外側には二酸
化珪素(SiO2)の層２を被覆し、この二酸化珪素層２によ
ってこの能動領域を他の領域から分離し得る“電界”誘
導体を構成する。
この構体に施す順次の処理を第２〜５図につき以下に示
す。
○基板１の露出表面をほぼ1000℃の温度で加熱酸化して
厚さが約30ｎｍの二酸化珪素層４(第２図)を形成し、こ
れにより最終トランジスタのゲート誘電体を構成し得る
ようにする。
○厚さが約 500ｎｍの多結晶珪素層５（第２図）をシラ
ン(SiH4)から堆積する。この堆積はＬＰＣＶＤ技術（低
圧化学気相成長）により約 600℃の温度で行う。
○多結晶珪素層５に予備堆積によりオキシ塩化燐(POC
l3)を約 920℃の温度でドープする。この際のドーピン
グ不純物濃度（Ｎ型）を1020原子／cm3とする。
○第２図に示すように約1000℃の温度で酸化雰囲気中で
ドーピング不純物を多結晶珪素層５内に拡散すると共に
数10ｎｍの厚さの二酸化珪素薄膜６を成長させる。
○既知の写真食刻技術によりフォトレジストマスク７を
被着して二酸化珪素層６の予定区域８を保護する。第３
図に示すようにこのマスク７によってトランジスタのチ
ャンネルの機能を呈する基板１の領域上に位置する絶縁
ゲート電界効果トランジスタのゲート区域を画成する。
○これら層６，５，４の保護されてない部分を選択的ま
たは物理的エッチング（ウェットエッチング、特に“イ
ン−プラズマ”）により除去してこの予定区域に互いに
積み重ねられた二酸化珪素層６の１部分８、多結晶珪素
層５の１部分９及び“ゲート酸化物層４の１部分10（こ
れら部分により“ゲートを画成する）を残存させるよう
にする。
○かようにして露出した珪素の表面をほぼ 800℃の比較
的低い温度で加熱酸化して厚さが珪素内のドーピング不
純物の濃度に依存する酸化物層を成長させる。従って二
酸化珪素層11は、ドーピング不純物濃度がほぼ1020原子
／cm3の多結晶珪素部分の両端及び表面にほぼ 150ｎｍ
の厚さに亘り成長するが、ドーピング不純物濃度が約10
15原子／cm3の基板１の露出区域には厚さがほぼ35ｎｍ
の二酸化珪素層12が成長する（第４図）。
○これら二酸化珪素層に、二酸化珪素層12が完全に除去
されるまで（希釈弗化水素酸による）化学エッチングを
施して酸化物層が薄い区域の基板１の表面を露出する。
しかし、このエッチングによるも多結晶珪素層の部分９
は露出しない。その理由は、この多結晶珪素層部分９が
極めて肉厚の層部分８で被覆されているからである。こ
れがため、第５図から明らかなように絶縁ゲート電界効
果トランジスタのゲート電極を構成するために用いる多
結晶珪素層部分９は二酸化珪素層13により完全に囲まれ
るようになる。フィールド酸化物２の厚さは充分に減少
されない。このエッチングによって単結晶珪素基板の表
面を次の多結晶珪素の堆積を行うために準備する。
本発明製造方法の主要部は次に示す処理にある。
○第６図に示すように低圧炉（ＬＰＣＶＤ）内で予定厚
さ（約 500ｎｍ）の多結晶珪素層を堆積する。
○多結晶珪素層をアモルファス状態とし得る原子種を第
６図に垂直方向の矢印で示すようにイオン注入し、この
イオン注入は第６図に斜線で示すように単結晶と多結晶
との界面を僅かに横切るようなエネルギーで実施する必
要があり、この際イオン注入のドーズ量は多結晶珪素層
を完全にアモルファス状態とし得る程度の量とする。
○次いで固相エピタキシャルにより注入相の単結晶珪素
として全体を再結晶化するに好適な 450℃〜 600℃の温
度で再結晶化の加熱処理を施す。しかし、第７図に示す
ように固相エピタキシャルはアモルファス相(SiO2)上の
区域では行われず、従ってこの区域には多結晶珪素14が
残存する。
○“フォトレジスト”マスクの被着及びこれに次ぐ化学
エッチング（又はイン−プラズマエッチング）による過
剰多結晶珪素層部分の除去の処理を施して第８図に示す
ように最終トランジスタの“ソース”及び“ドレイン”
領域を分離し、これによりこの同一の処理で相互接続細
条をも画成し得るようにする。最後に、金属化層18を堆
積し、エッチングにより、第８図に示すように“ソー
ス”及び“ドレイン”16及び17の接点区域の上側の金属
化層部分を残存させてソース及びドレイン接点18を形成
する。
本発明製造方法では、ドーピング材を多結晶珪素の領域
16，17内に最小深さにイオン注入し、次いで高温の加熱
処理を施すも基板１内にこのドーピング材を拡散せず、
従ってソース及びドレインの接合がゲート酸化物−基板
の界面の下側まで延在しないようにする。
かかる状態のもとでは接合の横方向容量は存在しない。
かように横方向容量が存在しないことによりトランジス
タの応答速度を速くすることができる。又、空乏領域
は、従来の絶縁ゲート電界効果トランジスタの場合のよ
うに横方向に延在しないで能動領域の下側に垂直（縦）
方向に延在するため、トランジスタの有効長さが増大す
ると共につきぬけ現象の危険性が減少する。
本発明の利点は、通常使用される型であり、しかも珪素
のエピタキシャル成長を特定の反応器内で1150℃の温度
で行う代わりに低温で珪素の堆積を行って電界効果トラ
ンジスタのソース及びドレイン接点を形成し得るように
した型の多結晶珪素を用いることができる。
上述したように最初に堆積した層を、多結晶珪素の単結
晶珪素への変換により比較的容易にエピタキシャル再生
長させることができる。即ち多結晶珪素層全体をイオン
注入によりアモルファス状態にした後、比較的低い温度
（500〜 600℃）での加熱処理を施すだけで基板の結晶
系に整列して堆積層の再成長を行うことができる。この
処理によっても多結晶珪素に得られた層の抵抗値を改善
することができる。
また、本発明による製造方法では基板の外部の区域に多
結晶の珪素の相互接続部を形成することができるが、こ
れは上述した従来の製造方法では得ることができない。
その理由はエピタキシャル反応器では基板の外部の区域
に多結晶珪素を気相成長させることができないからであ
る。
上述した例では記載しなかったが、当業者によって既知
のように標準トランジスタ（Ｎ−ＭＯＳ及びＣ−ＭＯ
Ｓ）に対しても次に示す利点が得られる。即ち一層平坦
な構体がえられるため金属化に対する急激なステップ状
部分を回避することができ、従って金属化層と薄い接合
との間の接触の問題を除去することができる。その理由
は、本発明により得られた接合が厚く、ほぼ零の深さで
あるからである。又、最小の“ゲート”即ち接点距離を
画成する設計規則も考慮しないでよい。その理由はこれ
がすでに臨界的でないからである。
本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく、要
旨を変更しない範囲内で種々の変更を加えることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図乃至第８図は本発明絶縁ゲート電界効果トランジ
スタの製造方法の諸工程を示す拡大断面図である。 １……基板、２……二酸化珪素層 ３……予定領域、４……二酸化珪素層 ５……多結晶珪素層、６……二酸化珪素薄膜 ７……フォトレジストマスク ８……１部分(6)、９……１部分(5) 10……１部分(4) 11，12，13……二酸化珪素層 14……多結晶珪素層 15……再結晶化単結晶層 16……ソース領域 17……ドレイン領域 18……金属化接点

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１導電型の単結晶珪素基板１の予定区域
    に絶縁ゲート電界効果トランジスタ９を製造するに当
    り、前記基板１の予定区域の第１予定領域に第１絶縁層
    10と、この第１絶縁層10上に導電層９、この導電層９上
    に第２絶縁層８を順次形成し、第１絶縁層10及び導電層
    ９はトランジスタのゲート誘電体及びゲート電極を夫々
    形成し、前記導電層９の端縁部の少なくとも露出部分に
    絶縁壁11を形成し、次いで多結晶珪素層14を形成するも
    のにおいて、前記第１導電型とは逆の第２導電型を呈す
    る不純物をイオン注入し、この不純物の原子種、その不
    純物濃度及び注入エネルギーを適宜定めて、基板１の前
    記多結晶珪素層14への直接接触を行う予定区域の領域に
    不純物をイオン注入して前記予定区域の少なくとも第２
    予定領域の多結晶珪素をアモルファス珪素層に変換し、
    次いで低温度の加熱処理を施してトランジスタのドレイ
    ン及びソース領域16，17を形成し得る予めアモルファス
    珪素に変換された多結晶珪素14の少なくとも部分を前記
    基板から所定厚さに亘り単結晶珪素のエピタキシャル型
    再結晶化領域15を形成し得るようにしたことを特徴とす
    る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項２】イオン注入に使用する不純物の原子種を砒
    素としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
    の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項３】多結晶非再結晶化層14の部分に単結晶珪素
    層への相互接続素子を画成することを特徴とする特許請
    求の範囲第１項に記載の絶縁ゲート電界効果トランジス
    タの製造方法。
JP61305578A 1985-12-23 1986-12-23 絶縁ゲ−ト電界効果トランジスタの製造方法 Expired - Fee Related JPH0640582B2 (ja)

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