JP2000031482A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JP2000031482A JP10200775A JP20077598A JP2000031482A JP 2000031482 A JP2000031482 A JP 2000031482A JP 10200775 A JP10200775 A JP 10200775A JP 20077598 A JP20077598 A JP 20077598A JP 2000031482 A JP2000031482 A JP 2000031482A
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impurity
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oxide film
semiconductor substrate
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and a manufacturing method thereof, whereby in a semiconductor device having an MOS transistor, if the MOS transistor is made fine, the junction leak increase can be suppressed. SOLUTION: B ions are implanted at energy of 10 keV or less on the entire upper surface of a substrate 11, a gate oxide film 13, a gate 14 and a sidewall 15 are formed on the substrate 11, As ions are implanted at both sides of the gate 14 to form impurity regions 12a, and the surfaces of the impurity regions 12a are thermally oxidized to form oxide films 16, while B diffuses in the substrate 11 and are taken in the oxide films 16 to reduce the B concn. below that of the oxide films 16.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、MOS(Metal Ox
ide Semiconductor )トランジスタを有する半導体装置
及びその製造方法に関し、特にDRAM(Dynamic Rand
om Access Memory)の製造に好適な半導体装置及びその
製造方法に関する。
The present invention relates to a MOS (Metal Ox
The present invention relates to a semiconductor device having a transistor and a method of manufacturing the same, and particularly to a DRAM (Dynamic Rand).
and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7(a)はDRAMのメモリセルの一
例を示す断面図、図7(b)は同じくそのメモリセルの
回路図である。p型シリコン半導体基板51の上にはゲ
ート酸化膜53を介してゲート54が形成されている。
このゲート54の側部及び上部は絶縁膜56に覆われて
いる。ゲート54の両側の半導体基板51の表層には、
n型不純物が導入された一対の不純物領域(ソース・ド
レイン)52が形成されている。これらのゲート54及
び一対の不純物領域52により、図7(b)に示すMO
SトランジスタTが構成されている。なお、ゲート54
は、図7(a)の紙面垂直方向に延びており、図7
(b)に示すワード線Wとなっている。
2. Description of the Related Art FIG. 7A is a sectional view showing an example of a DRAM memory cell, and FIG. 7B is a circuit diagram of the memory cell. On the p-type silicon semiconductor substrate 51, a gate 54 is formed via a gate oxide film 53.
The side and upper part of the gate 54 are covered with an insulating film 56. On the surface layer of the semiconductor substrate 51 on both sides of the gate 54,
A pair of impurity regions (source / drain) 52 into which an n-type impurity is introduced are formed. By the gate 54 and the pair of impurity regions 52, the MO shown in FIG.
An S transistor T is configured. The gate 54
7A extend in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.
The word line W shown in FIG.

【0003】一対の不純物領域52のうちの一方は下層
電極57に接続されている。この下層電極57は一方の
不純物領域52の上からゲート54を覆う絶縁膜56の
上に延び出して形成されている。下層電極57の上には
誘電体膜58及び上層電極59が形成されている。これ
らの電極57,59及び誘電体膜58により、図7
(b)に示す容量Cが構成される。
One of a pair of impurity regions 52 is connected to a lower electrode 57. The lower electrode 57 extends from above one of the impurity regions 52 to above the insulating film 56 covering the gate 54. On the lower electrode 57, a dielectric film 58 and an upper electrode 59 are formed. By these electrodes 57 and 59 and the dielectric film 58, FIG.
The capacitor C shown in FIG.

【0004】基板51の上側全面には、容量C等を覆う
層間絶縁膜60が形成されている。そして、層間絶縁膜
60上には配線61が形成されており、この配線61は
層間絶縁膜60に形成されたコンタクトホールを介して
他方の不純物領域52に接続されている。この配線61
は、図7(b)のビット線Bに対応する。このように、
DRAMのメモリセルは1個のMOSトランジスタTと
1個の容量Cとにより構成されている。そのため、高密
度化が容易であり、小型でビットコストが安いメモリが
実現できる。容量Cに蓄積された電荷の有無がデータの
“0”と“1”とに対応して記憶される。
[0004] On the entire upper surface of the substrate 51, an interlayer insulating film 60 covering the capacitor C and the like is formed. A wiring 61 is formed on the interlayer insulating film 60, and the wiring 61 is connected to the other impurity region 52 via a contact hole formed in the interlayer insulating film 60. This wiring 61
Corresponds to the bit line B in FIG. in this way,
The memory cell of the DRAM is constituted by one MOS transistor T and one capacitor C. Therefore, it is easy to achieve high density, and a small-sized memory with low bit cost can be realized. The presence or absence of the electric charge stored in the capacitor C is stored in correspondence with the data “0” and “1”.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、DRAMで
は容量Cに蓄積された電荷によってデータを記憶する
が、容量Cに蓄積された電荷はpn接合部(不純物領域
52と基板51とのpn接合部)からのリーク(接合リ
ーク)によって徐々に失われる。このため、DRAMで
は、一定の時間毎にデータを読み出して再度データを書
込みするリフレッシュ動作を行っている。しかし、接合
リークが多くなると、リフレッシュするまでの間にデー
タが失われ、誤動作となる。
By the way, in the DRAM, data is stored by the electric charge stored in the capacitor C, and the electric charge stored in the capacitor C is transferred to the pn junction (the pn junction between the impurity region 52 and the substrate 51). )) (Junction leak). For this reason, the DRAM performs a refresh operation of reading data at regular intervals and writing data again. However, if the junction leak increases, data is lost before refreshing, resulting in malfunction.

【0006】近年、半導体装置のより一層の高集積化が
促進されており、DRAMを構成するMOSトランジス
タも更なる微細化が要求されている。しかし、MOSト
ランジスタの微細化に伴ってpn接合が浅くなり、基板
の不純物濃度も高くなるので、接合リークが増加する傾
向がある。なお、接合リークを低減するために、基板5
1に注入する不純物の濃度を低くすることも考えられる
が、そうするとチャネル部の不純物濃度が低くなるの
で、所望のトランジスタ特性の半導体装置を製造するこ
とができない。特に微細化された半導体装置の場合は、
しきい値を高くするために、チャネル部の不純物濃度を
高くすることが必要である。
In recent years, higher integration of semiconductor devices has been promoted, and further miniaturization of MOS transistors constituting DRAM has been required. However, the pn junction becomes shallower with the miniaturization of the MOS transistor, and the impurity concentration of the substrate becomes higher, so that the junction leakage tends to increase. In order to reduce junction leakage, the substrate 5
Although it is conceivable to lower the concentration of the impurity to be implanted into the transistor 1, the impurity concentration in the channel portion becomes lower, so that a semiconductor device having desired transistor characteristics cannot be manufactured. Especially in the case of miniaturized semiconductor devices,
In order to increase the threshold, it is necessary to increase the impurity concentration in the channel portion.

【0007】本発明の目的は、MOSトランジスタを有
する半導体装置において、MOSトランジスタを微細化
しても接合リークの増加を抑制でき、所望のトランジス
タ特性を得ることができる半導体装置及びその製造方法
を提供することである。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a MOS transistor, which can suppress an increase in junction leakage even if the MOS transistor is miniaturized and can obtain desired transistor characteristics, and a method of manufacturing the same. That is.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記した課題は、MOS
トランジスタを有する半導体装置において、前記MOS
トランジスタのチャネル部に含まれる不純物の前記チャ
ネル部の深さ方向における不純物濃度分布のピーク値よ
りも、ソース・ドレイン部の深さ方向における前記不純
物の不純物濃度分布のピーク値が低いことを特徴とする
半導体装置により解決する。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned problem is solved by a MOS transistor.
In a semiconductor device having a transistor, the MOS
The peak value of the impurity concentration distribution of the impurity in the depth direction of the source / drain portion is lower than the peak value of the impurity concentration distribution of the impurity contained in the channel portion of the transistor in the depth direction of the channel portion. The problem is solved by the following semiconductor device.

【0009】上記した課題は、半導体基板に第1導電型
不純物を導入する工程と、前記半導体基板の上にゲート
絶縁膜及びゲートを形成する工程と、前記ゲートの両側
に露出する前記半導体基板の表面を熱酸化させて基板表
面に酸化膜を形成し、該酸化膜中に半導体基板に導入さ
れた前記第1導電型不純物を取り込む工程と、前記ゲー
トの両側の半導体基板表層に第2導電型不純物を導入し
てソース・ドレイン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り解決する。
[0009] The above-mentioned problems include a step of introducing a first conductivity type impurity into a semiconductor substrate, a step of forming a gate insulating film and a gate on the semiconductor substrate, and a step of forming a gate insulating film and a gate on both sides of the gate. A step of thermally oxidizing the surface to form an oxide film on the substrate surface and incorporating the first conductivity type impurity introduced into the semiconductor substrate into the oxide film; and forming a second conductivity type impurity on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate. Forming a source / drain by introducing an impurity.

【0010】以下、作用について説明する。本発明にお
いては、MOSトランジスタのチャネル部に含まれる不
純物(例えば、ホウ素)のチャネル深さ方向における不
純物濃度分布のピーク値よりも、ソース・ドレイン部に
おける前記不純物の不純物濃度分布のピーク値が低く設
定されている。このため、pn接合部における低濃度側
の不純物濃度が低くなり、接合リークが低減される。
Hereinafter, the operation will be described. In the present invention, the peak value of the impurity concentration distribution in the source / drain portion is lower than the peak value of the impurity concentration distribution in the channel depth direction of the impurity (for example, boron) contained in the channel portion of the MOS transistor. Is set. For this reason, the impurity concentration on the low concentration side at the pn junction becomes low, and the junction leakage is reduced.

【0011】また、本発明方法においては、まず、半導
体基板に、第1導電型不純物を導入する。この第1導電
型不純物の導入によりチャネル部の不純物濃度が決ま
る。その後、ゲート絶縁膜及びゲートを形成した後、ゲ
ートの両側に露出する基板表面を熱酸化させて、ゲート
の両側に酸化膜を形成する。このとき加えられる熱によ
り不純物が基板内を拡散し、酸化膜の形成にともなって
不純物が酸化膜に取り込まれる。これにより、酸化膜の
下方の不純物濃度が減少し、チャネル部における不純物
濃度分布のピーク値よりも、ソース・ドレイン形成領域
における不純物濃度が低くなる。その後、ゲートの両側
に第2導電型不純物を導入してソース・ドレインを形成
する。
In the method of the present invention, first, a first conductivity type impurity is introduced into a semiconductor substrate. The introduction of the first conductivity type impurity determines the impurity concentration of the channel portion. After forming a gate insulating film and a gate, the surface of the substrate exposed on both sides of the gate is thermally oxidized to form oxide films on both sides of the gate. At this time, the heat diffuses the impurities in the substrate, and the impurities are taken into the oxide film as the oxide film is formed. Accordingly, the impurity concentration below the oxide film decreases, and the impurity concentration in the source / drain formation region becomes lower than the peak value of the impurity concentration distribution in the channel portion. Thereafter, a source / drain is formed by introducing a second conductivity type impurity on both sides of the gate.

【0012】このようにして製造したMOSトランジス
タは、ソース・ドレインと基板とのpn接合部における
低濃度側の不純物(第1導電型不純物)の濃度が低いの
で、接合リークが低減される。また、チャネル部の第1
導電型不純物濃度が比較的高いので、所望のトランジス
タ特性(しきい値)が得られる。なお、前記第1導電型
不純物として、B(ホウ素)を使用することができる。
この場合、イオン注入エネルギーを10keV以下とす
ることにより、深さ方向のB濃度分布のピークを基板表
面近傍とすることができて、基板に効率的にイオン注入
することができる。また、前記酸化膜の形成の前に、S
i、N、Ar及びGe等のように半導体基板にイオン注
入しても不活性な元素をイオン注入して、基板の表層に
ダメージを与えておくことが好ましい。これにより、酸
化膜の形成時に不純物が拡散しやすくなり、酸化膜の下
方の不純物の濃度をより一層低減することができる。
In the MOS transistor manufactured as described above, since the concentration of the low-concentration impurity (first conductivity type impurity) at the pn junction between the source / drain and the substrate is low, the junction leakage is reduced. Also, the first of the channel section
Since the conductivity type impurity concentration is relatively high, desired transistor characteristics (threshold) can be obtained. In addition, B (boron) can be used as the first conductivity type impurity.
In this case, by setting the ion implantation energy to 10 keV or less, the peak of the B concentration distribution in the depth direction can be set near the substrate surface, and the ions can be efficiently implanted into the substrate. Before the formation of the oxide film, S
It is preferable that an inert element such as i, N, Ar, and Ge be ion-implanted even if it is ion-implanted into a semiconductor substrate to damage a surface layer of the substrate. This facilitates the diffusion of impurities during the formation of the oxide film, so that the concentration of impurities below the oxide film can be further reduced.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。 (第1の実施の形態)図1は本発明の実施の形態の半導
体装置(MOSトランジスタ)を示す断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device (MOS transistor) according to an embodiment of the present invention.

【0014】p型半導体基板11の表層には一対のソー
ス・ドレイン12が相互に離隔して形成されている。こ
れら一対のソース・ドレイン12の間、すなわちチャネ
ル部の上には、ゲート酸化膜13を介してゲート14が
形成されている。このゲート14の両側には酸化シリコ
ン又は窒化シリコンからなるサイドウォール15が形成
されている。
On the surface layer of the p-type semiconductor substrate 11, a pair of source / drain 12 is formed apart from each other. A gate 14 is formed between the pair of source / drain 12, that is, above the channel portion, with a gate oxide film 13 interposed therebetween. Side walls 15 made of silicon oxide or silicon nitride are formed on both sides of the gate 14.

【0015】本実施の形態においては、半導体基板11
にはp型不純物としてB(ホウ素)が導入されており、
ソース・ドレイン12にはn型不純物としてAs(ヒ
素)が導入されている。図2(a),(b)は図1に矢
印X及び矢印Yで示す方向における不純物濃度分布を示
す図である。但し、図2(a),(b)において、横軸
はいずれも半導体基板11の表面を原点として矢印X方
向及び矢印Y方向の深さを示す。この図2(a),
(b)に示すように、本実施の形態のMOSトランジス
タでは、チャネル部における深さ方向(矢印Xの部分)
のB濃度分布のピーク値をNとすると、ソース・ドレイ
ン部における深さ方向(矢印Yの部分)のB濃度分布の
ピーク値はNよりも低く設定されている。従って、pn
接合部、すなわちn型ソース・ドレイン12の境界近傍
におけるp型不純物(B)の濃度が低くなり、接合リー
クが低減される。一方、チャネル部のB濃度が比較的高
いので、所望のトランジスタ特性を得ることができる。
In the present embodiment, the semiconductor substrate 11
Has B (boron) introduced as a p-type impurity,
As (arsenic) is introduced into the source / drain 12 as an n-type impurity. FIGS. 2A and 2B are diagrams showing impurity concentration distributions in the directions indicated by arrows X and Y in FIG. However, in FIGS. 2A and 2B, the horizontal axis indicates the depth in the arrow X direction and the arrow Y direction with the surface of the semiconductor substrate 11 as the origin. As shown in FIG.
As shown in (b), in the MOS transistor according to the present embodiment, the depth direction in the channel portion (portion indicated by arrow X)
Assuming that the peak value of the B concentration distribution is N, the peak value of the B concentration distribution in the depth direction (the portion indicated by the arrow Y) in the source / drain portion is set lower than N. Therefore, pn
The concentration of the p-type impurity (B) in the junction, that is, in the vicinity of the boundary between the n-type source / drain 12 is reduced, and the junction leakage is reduced. On the other hand, since the B concentration in the channel portion is relatively high, desired transistor characteristics can be obtained.

【0016】以下、本実施の形態のMOSトランジスタ
の製造方法について説明する。図3,図4は本実施の形
態のMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す断面
図である。まず、図3(a)に示すように、MOSトラ
ンジスタのチャネル部の不純物濃度を所望の濃度とする
ために、シリコン半導体基板11の上側全面にBをイオ
ン注入する。イオン注入時の条件としては、例えば注入
エネルギーが10keV、注入量が1.0×1013cm
-2とする。この場合、注入エネルギーが低いので、図2
(a)に示すように、Bの不純物濃度分布のピークは基
板表面の近くに位置する。
Hereinafter, a method of manufacturing the MOS transistor according to the present embodiment will be described. 3 and 4 are sectional views showing a method of manufacturing the MOS transistor according to the present embodiment in the order of steps. First, as shown in FIG. 3A, B ions are implanted into the entire upper surface of the silicon semiconductor substrate 11 in order to make the impurity concentration in the channel portion of the MOS transistor a desired concentration. Conditions for the ion implantation include, for example, an implantation energy of 10 keV and an implantation amount of 1.0 × 10 13 cm.
-2 . In this case, since the implantation energy is low, FIG.
As shown in (a), the peak of the impurity concentration distribution of B is located near the substrate surface.

【0017】次に、図3(b)に示すように、基板11
の表面を熱酸化させて、厚さが4nmのゲート酸化膜1
3を形成する。そして、CVD法等によりゲート酸化膜
13の上にポリシリコン膜14aを形成する。次に、図
3(c)に示すように、フォトリソグラフィ技術を使用
してポリシリコン膜14aをパターニングし、ゲート1
4を形成する。そして、このゲート14をマスクとして
基板11の表面にn型不純物としてAsをイオン注入
し、ゲート14の両側の基板表層に低濃度不純物領域1
2aを自己整合的に形成する。このときのイオン注入時
の条件としては、例えば注入エネルギーが10keV、
注入量が5.0×1013cm-2とする。
Next, as shown in FIG.
Surface is thermally oxidized to form a gate oxide film 1 having a thickness of 4 nm.
Form 3 Then, a polysilicon film 14a is formed on the gate oxide film 13 by a CVD method or the like. Next, as shown in FIG. 3C, the polysilicon film 14a is patterned by using the photolithography technique,
4 is formed. Using the gate 14 as a mask, As is ion-implanted into the surface of the substrate 11 as an n-type impurity.
2a is formed in a self-aligned manner. Conditions for the ion implantation at this time include, for example, an implantation energy of 10 keV,
The injection amount is 5.0 × 10 13 cm −2 .

【0018】その後、基板11の上側全面にシリコン窒
化膜を60nmの厚さに形成し、異方性エッチングを施
してゲート14の両側にのみシリコン窒化膜を残存させ
ることにより、サイドウォール15を形成する。その
後、ゲート14及びサイドウォール15に覆われていな
い部分のゲート酸化膜13をエッチングにより除去し
て、基板11の表面を露出させる。なお、サイドウォー
ル15はシリコン酸化物により形成してもよい。しか
し、上記のようにシリコン窒化物で形成することによ
り、デバイスの特性変動が生じにくくなる。
Thereafter, a silicon nitride film is formed on the entire upper surface of the substrate 11 to a thickness of 60 nm, and is subjected to anisotropic etching to leave the silicon nitride film only on both sides of the gate 14, thereby forming a sidewall 15. I do. Thereafter, portions of the gate oxide film 13 that are not covered with the gate 14 and the sidewalls 15 are removed by etching to expose the surface of the substrate 11. Note that the sidewall 15 may be formed of silicon oxide. However, by forming the device from silicon nitride as described above, device characteristics hardly fluctuate.

【0019】次に、図4に示すように、ゲート14の両
側に露出した基板表面、すなわち低濃度不純物領域12
aの表面を熱酸化させて、厚さが約15nmの酸化膜1
6を形成する。このとき、酸化膜16の下方では不純物
が拡散して酸化膜16に取り込まれ、その結果、酸化膜
16の下方の不純物濃度が低下する。次いで、熱処理を
施して不純物領域12bを活性化する。この活性化熱処
理により不純物領域12a,12bがソース・ドレイン
となり、MOSトランジスタが形成される。
Next, as shown in FIG. 4, the substrate surface exposed on both sides of the gate 14, that is, the low-concentration impurity region 12 is formed.
a surface is thermally oxidized to form an oxide film 1 having a thickness of about 15 nm.
6 is formed. At this time, the impurities diffuse below the oxide film 16 and are taken into the oxide film 16, and as a result, the impurity concentration below the oxide film 16 decreases. Next, heat treatment is performed to activate the impurity regions 12b. By this activation heat treatment, the impurity regions 12a and 12b become the source / drain, and a MOS transistor is formed.

【0020】その後、従来と同様に、基板11の上側全
面にSiO2 を堆積させて層間絶縁膜を形成し、該層間
絶縁膜にコンタクトホールを選択的に形成する。そし
て、基板11の上側全面に金属膜を形成し、該金属膜を
パターニングして配線を形成する。この場合、必要に応
じて酸化膜16を除去してもよい。このようにして、M
OSトランジスタを有する半導体装置が完成する。
Thereafter, as in the prior art, SiO 2 is deposited on the entire upper surface of the substrate 11 to form an interlayer insulating film, and contact holes are selectively formed in the interlayer insulating film. Then, a metal film is formed on the entire upper surface of the substrate 11, and the metal film is patterned to form a wiring. In this case, the oxide film 16 may be removed as needed. Thus, M
A semiconductor device having an OS transistor is completed.

【0021】本実施の形態においては、図4に示す工程
において、ゲート14の両側の基板表面を熱酸化させて
酸化膜16を形成する。このとき、Bの不純物濃度分布
のピークが基板表面の近くにあるために、不純物が酸化
膜16に取り込まれて、Bの不純物濃度分布のピーク値
が減少する。これにより、チャネル部におけるBの不純
物濃度分布のピーク値よりも、ソース・ドレイン部にお
けるBの不純物濃度分布のピーク値が減少する(図2
(a),(b)参照)。従って、n型ソース・ドレイン
の境界近傍におけるp型不純物の濃度が低くなり、接合
リークが低減される。一方、チャネル部のp型不純物濃
度は比較的高いので、しきい値等の特性を所望の特性と
することができる。
In the present embodiment, in the step shown in FIG. 4, an oxide film 16 is formed by thermally oxidizing the substrate surface on both sides of the gate 14. At this time, since the peak of the B impurity concentration distribution is near the substrate surface, the impurities are taken into the oxide film 16 and the peak value of the B impurity concentration distribution decreases. Thus, the peak value of the B impurity concentration distribution in the source / drain portion is smaller than the peak value of the B impurity concentration distribution in the channel portion (FIG. 2).
(See (a) and (b)). Therefore, the concentration of the p-type impurity in the vicinity of the boundary between the n-type source and drain is reduced, and the junction leakage is reduced. On the other hand, since the p-type impurity concentration of the channel portion is relatively high, characteristics such as a threshold value can be set to desired characteristics.

【0022】従って、本実施の形態のMOSトランジス
タを使用してDRAMのメモリセルを構成することによ
り、接合リークに起因するデータの消失が回避され、D
RAMの信頼性が向上する。なお、チャネル不純物
(B)のピークが基板表面に近すぎるとゲート酸化膜1
3の形成時に不純物がゲート酸化膜13に取り込まれて
不純物濃度が減少する可能性があるが、近年の素子の微
細化にともなってゲート酸化膜13は極めて薄く形成さ
れる傾向にあるので、ゲート酸化膜13に取り込まれる
不純物の量は極めて少なく、実質的に無視することがで
きる。
Therefore, by configuring a memory cell of a DRAM using the MOS transistor of the present embodiment, data loss due to junction leakage is avoided, and
The reliability of the RAM is improved. If the peak of the channel impurity (B) is too close to the substrate surface, the gate oxide film 1
There is a possibility that impurities may be taken into the gate oxide film 13 at the time of forming the gate oxide film 3 and the impurity concentration may decrease. However, with the recent miniaturization of elements, the gate oxide film 13 tends to be formed extremely thin. The amount of impurities taken into oxide film 13 is extremely small and can be substantially ignored.

【0023】図5は横軸に注入エネルギーをとり、縦軸
にチャネルの表面濃度(不純物濃度)をとって、ドーズ
量を一定としたときのBの注入エネルギーとチャネルの
表面濃度の関係を示す図である。この図5からわかるよ
うに、注入エネルギーを低くすればチャネル表面濃度は
高くなるが、注入エネルギーを10keV以下としても
チャネル表面濃度の変化が小さくなる。このことから、
Bの注入エネルギーは10keV以下とすることが効率
的であるといえる。
FIG. 5 shows the relationship between the implantation energy of B and the surface concentration of the channel when the dose is constant, with the implantation energy on the horizontal axis and the surface concentration (impurity concentration) on the channel on the vertical axis. FIG. As can be seen from FIG. 5, the channel surface concentration increases as the implantation energy decreases, but the change in the channel surface concentration decreases even when the implantation energy is reduced to 10 keV or less. From this,
It can be said that it is efficient to set the implantation energy of B to 10 keV or less.

【0024】(第2の実施の形態)図6は本発明の第2
の実施の形態の半導体装置(MOSトランジスタ)の製
造方法を示す図である。まず、図6(a)に示すよう
に、第1の実施の形態と同様にして、半導体基板11の
上側全面にBをイオン注入した後、基板11の上にゲー
ト酸化膜13、ゲート14、サイドウォール15及び低
濃度不純物領域12aを形成する。そして、基板11の
表面にSi、Ar、N又はGeのようにシリコン基板1
1の注入しても不活性な元素をイオン注入して、露出し
ている部分の基板11の表面にダメージを与える。ここ
では、Siをイオン注入したとする。
(Second Embodiment) FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating the method of manufacturing the semiconductor device (MOS transistor) according to the embodiment. First, as shown in FIG. 6A, B ions are implanted into the entire upper surface of the semiconductor substrate 11 in the same manner as in the first embodiment, and then the gate oxide film 13, the gate 14, The side wall 15 and the low concentration impurity region 12a are formed. Then, the silicon substrate 1 such as Si, Ar, N or Ge is formed on the surface of the substrate 11.
Even if 1 is implanted, an inert element is ion-implanted to damage the exposed surface of the substrate 11. Here, it is assumed that Si is ion-implanted.

【0025】次に、図6(b)に示すように、ゲート1
4の両側の基板表面を熱酸化して、酸化膜16を形成す
る。このとき、半導体基板11の表面近傍の不純物
(B)が熱により拡散して、酸化膜16の形成にともな
って酸化膜16中にBが取り込まれ、酸化膜16の下方
のBの濃度が減少する。本実施の形態においては、酸化
膜16を形成する前に低濃度不純物領域12aの表層に
Siをイオン注入してダメージを与えているので、基板
11中を不純物がより拡散しやすくなり、第1の実施の
形態に比べて酸化膜16の下方のBの不純物濃度が更に
減少する。
Next, as shown in FIG.
The substrate surface on both sides of the substrate 4 is thermally oxidized to form an oxide film 16. At this time, the impurity (B) near the surface of the semiconductor substrate 11 is diffused by heat, and B is taken into the oxide film 16 with the formation of the oxide film 16, and the concentration of B below the oxide film 16 decreases. I do. In the present embodiment, before the oxide film 16 is formed, Si is ion-implanted into the surface layer of the low-concentration impurity region 12a to damage the impurity. The impurity concentration of B below oxide film 16 is further reduced as compared with the embodiment.

【0026】その後、基板11の表層にAsをイオン注
入して高濃度不純物領域12bを形成し、活性化のため
の熱処理を施す。そして、層間絶縁膜及び配線等を形成
する。このようにして、MOSトランジスタが完成す
る。本実施の形態においては、酸化膜10を形成する前
に基板11の表面にSi、Ar、N又はGe等の元素を
イオン注入してゲート14の両側に露出した基板11の
表層にダメージを与えるので、ソース・ドレイン部にお
ける深さ方向のBの不純物濃度のピーク値を第1の実施
の形態に比べてより一層低減することができる。これに
より、第1の実施の形態に比べて、接合リークが更に低
減されるという利点がある。
Thereafter, As is ion-implanted into the surface layer of the substrate 11 to form the high-concentration impurity regions 12b, and a heat treatment for activation is performed. Then, an interlayer insulating film, a wiring, and the like are formed. Thus, a MOS transistor is completed. In the present embodiment, before the oxide film 10 is formed, an element such as Si, Ar, N, or Ge is ion-implanted into the surface of the substrate 11 to damage the surface layer of the substrate 11 exposed on both sides of the gate 14. Therefore, the peak value of the impurity concentration of B in the depth direction in the source / drain portions can be further reduced as compared with the first embodiment. Thereby, there is an advantage that the junction leak is further reduced as compared with the first embodiment.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
チャネル部に含まれる不純物について、チャネル部の深
さ方向における不純物濃度分布のピーク値に比べてソー
ス・ドレイン部の深さ方向における前記不純物の不純物
濃度分布のピーク値が低く設定されているので、pn接
合部における低濃度側不純物の濃度が低く、接合リーク
が低減される。また、チャネル部における前記不純物の
濃度が比較的高いので、所望のトランジスタ特性を得る
ことができる。これにより、DRAM等の半導体装置の
高密度化及び高信頼性が達成される。
As described above, according to the present invention,
As for the impurities contained in the channel portion, the peak value of the impurity concentration distribution of the impurity in the depth direction of the source / drain portion is set lower than the peak value of the impurity concentration distribution in the depth direction of the channel portion. The low-concentration side impurity concentration at the pn junction is low, and junction leakage is reduced. Further, since the impurity concentration in the channel portion is relatively high, desired transistor characteristics can be obtained. Thereby, high density and high reliability of a semiconductor device such as a DRAM are achieved.

【0028】また、本発明方法においては、半導体基板
に第1導電型不純物を導入し、ゲート絶縁膜及びゲート
を形成した後、ゲートの両側に露出した半導体基板表面
を熱酸化させて酸化膜を形成する。これにより、酸化膜
の下方の不純物濃度が低下し、チャネル部の深さ方向に
おける第1導電型不純物の不純物濃度分布とソース・ド
レイン部の深さ方向における第1導電型不純物の不純物
濃度分布とが異なったものとなり、所望のトランジスタ
特性を得ることができるとともに、接合リークが低減さ
れる。
In the method of the present invention, a first conductivity type impurity is introduced into a semiconductor substrate to form a gate insulating film and a gate, and then the surface of the semiconductor substrate exposed on both sides of the gate is thermally oxidized to form an oxide film. Form. Thereby, the impurity concentration below the oxide film is reduced, and the impurity concentration distribution of the first conductivity type impurity in the depth direction of the channel portion and the impurity concentration distribution of the first conductivity type impurity in the depth direction of the source / drain portions are reduced. Are different from each other, desired transistor characteristics can be obtained, and junction leakage is reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は本発明の実施の形態の半導体装置(MO
Sトランジスタ)を示す断面図である。
FIG. 1 is a semiconductor device (MO) according to an embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an S transistor).

【図2】図2(a),(b)は図1に矢印X及び矢印Y
で示す方向における不純物濃度分布を示す図である。
FIGS. 2A and 2B show arrows X and Y in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an impurity concentration distribution in a direction indicated by.

【図3】図3は本実施の形態のMOSトランジスタの製
造方法を工程順に示す断面図(その1)である。
FIG. 3 is a sectional view (No. 1) showing a method for manufacturing the MOS transistor according to the present embodiment in the order of steps.

【図4】図4は本実施の形態のMOSトランジスタの製
造方法を工程順に示す断面図(その2)である。
FIG. 4 is a cross-sectional view (No. 2) illustrating the method of manufacturing the MOS transistor according to the present embodiment in the order of steps.

【図5】図5はドーズ量を一定としたときのBの注入エ
ネルギーとチャネルの表面濃度の関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between B implantation energy and channel surface concentration when the dose is constant.

【図6】図6は本発明の第2の実施の形態の半導体装置
(MOSトランジスタ)の製造方法を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a method of manufacturing a semiconductor device (MOS transistor) according to a second embodiment of the present invention.

【図7】図7(a)はDRAMのメモリセルの一例を示
す断面図、図7(b)は同じくそのメモリセルの回路図
である。
FIG. 7A is a cross-sectional view showing an example of a memory cell of a DRAM, and FIG. 7B is a circuit diagram of the same memory cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,51 半導体基板、 12,52 ソース・ドレイン、 12a 低濃度不純物領域、 12b 高濃度不純物領域、 13,53 ゲート酸化膜、 14,54 ゲート、 15 サイドウォール、 16 酸化膜、 57 下層電極、 58 誘電体膜、 59 上層電極。 11, 51 semiconductor substrate, 12, 52 source / drain, 12a low concentration impurity region, 12b high concentration impurity region, 13, 53 gate oxide film, 14, 54 gate, 15 sidewall, 16 oxide film, 57 lower electrode, 58 Dielectric film, 59 Upper electrode.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 MOSトランジスタを有する半導体装置
において、 前記MOSトランジスタのチャネル部に含まれる不純物
の前記チャネル部の深さ方向における不純物濃度分布の
ピーク値よりも、ソース・ドレイン部の深さ方向におけ
る前記不純物の不純物濃度分布のピーク値が低いことを
特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having a MOS transistor, wherein a peak of an impurity concentration distribution of an impurity contained in a channel portion of the MOS transistor in a depth direction of the channel portion is larger in a depth direction of the source / drain portion. A semiconductor device, wherein a peak value of an impurity concentration distribution of the impurity is low.
【請求項2】 半導体基板に第1導電型不純物を導入す
る工程と、 前記半導体基板の上にゲート絶縁膜及びゲートを形成す
る工程と、 前記ゲートの両側に露出する前記半導体基板の表面を熱
酸化させて基板表面に酸化膜を形成し、該酸化膜中に半
導体基板に導入された前記第1導電型不純物を取り込む
工程と、 前記ゲートの両側の半導体基板表層に第2導電型不純物
を導入してソース・ドレイン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。
A step of introducing a first conductivity type impurity into the semiconductor substrate; a step of forming a gate insulating film and a gate on the semiconductor substrate; and a step of heating a surface of the semiconductor substrate exposed on both sides of the gate. Oxidizing to form an oxide film on the substrate surface and incorporating the first conductivity type impurity introduced into the semiconductor substrate into the oxide film; and introducing a second conductivity type impurity into the semiconductor substrate surface layer on both sides of the gate. Forming a source / drain by performing the method.
【請求項3】 前記第1導電型不純物がホウ素であるこ
とを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方
法。
3. The method according to claim 2, wherein the first conductivity type impurity is boron.
【請求項4】 前記ホウ素は、10keV以下の注入エ
ネルギーで前記半導体基板にイオン注入することを特徴
とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 3, wherein the boron is ion-implanted into the semiconductor substrate at an implantation energy of 10 keV or less.
【請求項5】 前記酸化膜を形成する前に、前記ゲート
の両側に露出した基板表面に元素をイオン注入して基板
表層にダメージを与えることを特徴とする請求項2に記
載の半導体装置の製造方法。
5. The semiconductor device according to claim 2, wherein before forming the oxide film, an element is ion-implanted into a surface of the substrate exposed on both sides of the gate to damage a surface layer of the substrate. Production method.
【請求項6】 前記イオン注入する元素は、Si、N、
Ar及びGeからなる群から選択されたいずれか1種の
元素であることを特徴とする請求項5に記載の半導体装
置の製造方法。
6. The element to be ion-implanted is Si, N,
The method according to claim 5, wherein the element is any one element selected from the group consisting of Ar and Ge.
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