特開 2024-155616 半導体装置の製造方法及び半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024155616

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法及び半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/336 20060101AFI20241024BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 301S

H01L29/78 301F

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023070479

(22)【出願日】2023-04-21

(71)【出願人】

【識別番号】308033711

【氏名又は名称】ラピスセミコンダクタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木名瀬 愛美

【テーマコード（参考）】

5F140

【Ｆターム（参考）】

5F140AA21

5F140AA29

5F140BA01

5F140BE07

5F140BF04

5F140BG09

5F140BG28

5F140BH15

5F140BK13

5F140CB04

5F140CB08

(57)【要約】

【課題】一対の不純物拡散領域間を流れる電流を確保しつつ、短チャンネル効果の発生を抑制する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、ｐウェル１６（第１導電型不純物拡散領域）を有する基板１２のｐウェル１６上に絶縁物層１８を設ける第１工程と、フォトエッチングによりｐウェル１６上に導電体層２２を設ける第２工程と、導電体層２２の側部と絶縁物層１８とで形成される隅部２４にレジスト２０の一部（レジスト２０ａ）を残す第３工程と、レジスト２０ａの側方からｐウェル１６に不純物を注入し、導電体層２２の両側のｐウェル１６のうち、絶縁物層１８に対向する表面にｎ拡散層２６（第２導電型不純物拡散領域）を設け、ｎ拡散層２６の深さを、レジスト２０ａの位置から導電体層２２に向かって先細りに漸減させる第４工程と、導電体層２２の両側に、ｎ＋拡散層２８（第２導電型の高濃度層）を設ける第５工程と、を有する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導電型不純物拡散領域を有する基板の前記第１導電型不純物拡散領域上に絶縁物層を設ける第１工程と、
フォトエッチングにより、前記第１導電型不純物拡散領域上に前記絶縁物層を介して導電体層を設ける第２工程と、
前記導電体層の側部と前記絶縁物層とで形成される隅部にレジストの一部を残す第３工程と、
前記隅部に残された前記レジストの側方から前記第１導電型不純物拡散領域に不純物を注入し、前記導電体層の両側の前記第１導電型不純物拡散領域のうち、前記絶縁物層に対向する表面に第２導電型不純物拡散領域を設けると共に、第２導電型不純物拡散領域の深さを、前記隅部に残された前記レジストの位置から前記導電体層に向かって先細りに漸減させる第４工程と、
前記導電体層の両側に、前記第２導電型不純物拡散領域より深い位置まで第２導電型の高濃度層を設ける第５工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記隅部の断面において、残された前記レジストの前記導電体層に沿った高さ寸法と前記絶縁物層に沿った幅寸法の比が略１：１である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

第１導電型不純物拡散領域を有する基板と、
前記第１導電型不純物拡散領域上に設けられた絶縁物層と、
前記第１導電型不純物拡散領域上に前記絶縁物層を介して設けられた導電体層と、
前記導電体層の両側の前記第１導電型不純物拡散領域のうち、前記絶縁物層に対向する表面に設けられ、前記導電体層側の端部の深さが、該導電体層から離れた位置から該導電体層側に向かって先細りに漸減する第２導電型不純物拡散領域と、
前記導電体層の両側に設けられ、前記第２導電型不純物拡散領域より深い位置まで設けられた第２導電型の高濃度層と、
を有する半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造方法が開示されている（特許文献１～４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－２１２５４号公報

【特許文献2】特開２００１－２９８１９０号公報

【特許文献3】特開２００５－２７７０３９号公報

【特許文献4】特開２０１６－１２６７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

半導体基板に絶縁膜を介して電極を設け、該半導体基板における該電極の両側に一対の不純物拡散領域が互いに離間して設けられた半導体装置において、該半導体装置の微細化に伴い、短チャンネル効果の抑制が課題となっている。深さが大きい不純物拡散領域の先端が電極近傍にあると短チャンネル効果が生じ易いため、深さが大きい不純物拡散領域を電極から離し、この不純物拡散領域から比較的深さが小さい延長部を電極近傍まで延ばすことが考えられる。

【0005】

一方、延長部が浅すぎると、短チャンネル効果は生じ難いものの、一対の不純物拡散領域間を流れる電流（例えばドレイン電流Ｉｄｓ）が低くなる。延長部を深くすると、当該電流は高くなるものの、短チャンネル効果が生じ易くなる。

【0006】

本発明は、一対の不純物拡散領域間を流れる電流を確保しつつ、短チャンネル効果の発生を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る半導体装置の製造方法は、第１導電型不純物拡散領域を有する基板の前記第１導電型不純物拡散領域上に絶縁物層を設ける第１工程と、フォトエッチングにより、前記第１導電型不純物拡散領域上に前記絶縁物層を介して導電体層を設ける第２工程と、前記導電体層の側部と前記絶縁物層とで形成される隅部にレジストの一部を残す第３工程と、前記隅部に残された前記レジストの側方から前記第１導電型不純物拡散領域に不純物を注入し、前記導電体層の両側の前記第１導電型不純物拡散領域のうち、前記絶縁物層に対向する表面に第２導電型不純物拡散領域を設けると共に、第２導電型不純物拡散領域の深さを、前記隅部に残された前記レジストの位置から前記導電体層に向かって先細りに漸減させる第４工程と、前記導電体層の両側に、前記第２導電型不純物拡散領域より深い位置まで第２導電型の高濃度層を設ける第５工程と、を有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、一対の不純物拡散領域間を流れる電流を確保しつつ、短チャンネル効果の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】基板に絶縁物を埋め込んだ状態を示す断面図である。

【図2】基板にｐウェルを作成した状態示す断面図である。

【図3】ｐウェルの表面に絶縁膜を形成した状態を示す断面図である。

【図4】ｐウェルの上の絶縁膜の上に、フォトエッチングによりゲート電極を作成した状態を示す断面図である。

【図5】ゲート電極の両側の隅部に一部のレジストを残して、他のレジストを除去した状態を示す断面図である。

【図6】隅部に残されたレジストの側方からｐウェルに不純物を注入し、ｎ拡散層を作成した状態を断面図である。

【図7】隅部に残されたレジストの側方からｐウェルに不純物を注入し、ｎ拡散層よりも深く高濃度ｎ拡散層を作成した状態を断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一又は同様の構成要素であることを意味する。なお、以下に説明する実施形態において重複する説明及び符号については、省略する場合がある。また、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。

【0011】

［半導体装置の製造方法］
図１から図７において、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、次の第１工程から第５工程を有している。半導体装置１０（図７）は、例えばｎ型のＭＯＳ半導体（ＭＯＳＦＥＴ、ＭＯＳキャパシタ等）である。

【0012】

基板１２（例えばシリコン（Ｓｉ）基板）に複数の半導体装置１０（素子）を作成する場合、前工程として、図１に示されるように、素子分離のための絶縁物１４（例えばＳｉＯ_２）を埋め込む。また、図２に示されるように、素子を作成する領域に例えばボロン（Ｂ）を不純物として添加して、第１導電型不純物拡散領域の一例としてのｐウェル１６を作成する。ｐウェル１６が形成された基板１２をｐ型基板と呼ぶこともできる。基板１２の全体が第１導電型不純物拡散領域とされていてもよい。

【0013】

図３において、第１工程では、例えば基板１２のｐウェル１６上に、例えば熱酸化処理により絶縁物層１８（絶縁膜）を設ける。

【0014】

図４において、第２工程では、フォトエッチング（フォトリソグラフィ）により、ｐウェル１６上に絶縁物層１８を介して導電体層２２を設ける。導電体層２２は、例えばポリシリコンで構成されたゲート電極であり、ＣＶＤ法で形成される。具体的には、ＣＶＤ法にて基板１２の表面に導電体層となる膜を形成したのち、レジストを塗布する（図示せず）。マスク（図示せず）を用いて導電体層２２となる部分以外のレジストを露光して除去し、更に導電体層２２となる部分以外の膜をエッチングで除去する。これにより、絶縁物層１８上に導電体層２２を形成する。

【0015】

図５において、第３工程では、導電体層２２の側部と絶縁物層１８とで形成される隅部２４にレジスト２０の一部（レジスト２０ａ）を残す。具体的には、基板１２の全面に再度レジスト２０を塗布し、マスク（図示せず）を用いて第４工程で不純物を注入する予定の領域を露光し、レジスト２０を除去する。このとき、導電体層２２の側部と絶縁物層１８とで形成される隅部２４にレジスト２０の一部（レジスト２０ａ）を残す。またこのとき、レジスト２０を除去するためのリンス時間を調整することで、隅部２４に残るレジスト２０ａの量を調整できる。隅部２４の断面において、残されたレジスト２０ａの導電体層２２に沿った高さ寸法Ｈと絶縁物層１８に沿った幅寸法Ｗの比が略１：１となるようにしてもよい。

【0016】

図６において、第４工程では、隅部２４に残されたレジスト２０ａの側方からｐウェル１６に不純物として例えばリン（Ｐ）を注入し、導電体層２２の両側のｐウェル１６のうち、絶縁物層１８に対向する表面に第２導電型不純物拡散領域としてのｎ拡散層２６を設ける。このとき、ｎ拡散層２６の深さを、隅部２４に残されたレジスト２０の位置から導電体層２２に向かって先細りに漸減させる。第３工程において、隅部２４に一部のレジスト２０ａを残しておくことで不純物の注入が妨げられ、レジスト２０ａと重なる部分では、レジスト２０ａを回り込んだ一部の不純物によりｎ拡散層２６が形成される。このため、ｎ拡散層２６の深さは、レジスト２０ａと重ならない部分では略一定であるが、レジスト２０ａと重なる部分の近傍から減少し始め、導電体層２２に向かって先細りとなるように漸減する。ｎ拡散層２６の導電体層２２側の先端は、導電体層２２とわずかに重なり、かつ鋭角状となることが望ましい。

【0017】

図７において、第５工程では、導電体層２２の両側に、ｎ拡散層２６より深い位置まで第２導電型の高濃度層の一例としてのｎ＋拡散層２８を設ける。結果的に、ｎ＋拡散層２８よりも厚さが小さいｎ拡散層２６が、ｎ＋拡散層２８から導電体層２２側に延び出した状態となる。したがって、ｎ拡散層２６をｎ延長部と呼ぶこともできる。この後、導電体層２２の側面に絶縁膜３０及びサイドウォール３２を形成する。後の工程は省略するが、導電体層２２の両側のｎ拡散層２６に対するコンタクト（ソース電極、ドレイン電極）や、各部への配線の形成等を行い、半導体装置１０が完成する。

【0018】

この半導体装置の製造方法では、第３工程において、導電体層２２の側部と絶縁物層１８とで形成される隅部２４にレジスト２０の一部（レジスト２０ａ）を残す。これにより、第４工程においてｎ拡散層２６を設ける際に、隅部２４に残されたレジストと重なる領域への不純物の拡散を減少させる。これによって、第４工程において、ｎ拡散層２６の深さを、隅部２４に残されたレジスト２０ａの位置から導電体層２２に向かって先細りに漸減させることができる。このため、一対のｎ拡散層２６間を流れる電流を確保しつつ、一対のｎ拡散層２６間のゲート長を確保として、短チャンネル効果の発生を抑制することが可能な半導体装置１０を得ることができる。

【0019】

また、隅部２４の断面において、残されたレジスト２０ａの導電体層２２に沿った高さ寸法Ｈと絶縁物層１８に沿った幅寸法Ｗの比を適切に設定することで、ｎ拡散層２６の先細り形状を適切に設定し、一対のｎ拡散層２６間を流れる電流の確保と、短チャンネル効果の発生の抑制のバランスを調整できる。

【0020】

［半導体装置］
半導体装置１０は、ｐウェル１６を有する基板１２と、ｐウェル１６上に設けられた絶縁物層１８と、ｐウェル１６上に絶縁物層１８を介して設けられた導電体層２２と、導電体層２２の両側のｐウェル１６のうち、絶縁物層１８に対向する表面に設けられ、導電体層２２側の端部の深さが、該導電体層２２から離れた位置から該導電体層２２側に向かって先細りに漸減するｎ拡散層２６と、導電体層２２の両側に設けられ、ｎ拡散層２６より深い位置まで設けられた第２導電型の高濃度層と、を有する。

【0021】

この半導体装置１０は、先細りに漸減するｎ拡散層２６を有するので、一対のｎ拡散層２６間を流れる電流を確保しつつ、短チャンネル効果の発生を抑制することができる。

【0022】

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の実施形態は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

【0023】

第１導電型不純物拡散領域をｐウェル１６とし、第２導電型不純物拡散領域をｎ拡散層２６とし、第２導電型の高濃度層をｎ＋拡散層としたが、第１導電型不純物拡散領域をｎウェルとし、第２導電型不純物拡散領域をｐ拡散層とし、第２導電型の高濃度層をｐ＋拡散層としてもよい。

【符号の説明】

【0024】

１０ 半導体装置
１２ 基板
１４ 絶縁物
１６ ｐウェル（第１導電型不純物拡散領域）
１８ 絶縁物層
２０ レジスト
２０ａ 一部
２２ 導電体層
２４ 隅部
２６ ｎ拡散層（第２導電型不純物拡散領域）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】