JP2001176986A - Method for producing semiconductor device - Google Patents

Method for producing semiconductor device

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JP2001176986A
JP2001176986A JP35970399A JP35970399A JP2001176986A JP 2001176986 A JP2001176986 A JP 2001176986A JP 35970399 A JP35970399 A JP 35970399A JP 35970399 A JP35970399 A JP 35970399A JP 2001176986 A JP2001176986 A JP 2001176986A
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annealing
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a producing method for semiconductor device, with which a threshold voltage can be controlled without damaging reliability against hot electron. SOLUTION: After an impurity is injected for controlling a threshold value and annealing is performed for activating source and drain regions just after the gate of a CMOS transistor formed over plural wafers (S101), boron is injected so that the concentration of the impurity can become a peak in the region of prescribed depth from the surface of the wafer, phosphor almost as much as boron is injected (S102), the threshold voltage of the wafer is measured (S103) and the boron and the phosphor are activated by performing annealing to the wafer, which requires the control of the threshold voltage, on the basis of the measured result (S106). Concerning such a producing method, reliability against hot electron is maintained by suppressing a change in the concentration of the impurity in the region of the prescribed depth from the surface of the wafer and on the surface of the wafer, the threshold value is arbitrarily controlled corresponding to the change in the concentration of the impurity caused by anneal.

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、半導体装置の製造
方法に関し、特に、LDD構造(LihgtlyDop
ed Drain)のMOSトランジスタのしきい値電
圧制御に用いて好適な半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to an LDD structure (LigtlyDop).
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device suitable for controlling the threshold voltage of a MOS transistor (ed Drain).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のCMOSトランジスタにおけるし
きい値電圧(以降VTと称す)のばらつきを防止するに
は、各種製造装置のばらつきを最小限にするための管理
と、熱処理温度の低下及び熱処理時間の短縮等による不
純物プロファイルのばらつきを最小限にするなどの方法
により行っていた。
2. Description of the Related Art In order to prevent variation in threshold voltage (hereinafter referred to as VT) in a conventional CMOS transistor, management for minimizing variation in various manufacturing apparatuses, reduction in heat treatment temperature and heat treatment time are described. This is done by a method such as minimizing the variation of the impurity profile due to the shortening or the like.

【0003】さらに、近年の素子の微細化に伴い、トラ
ンジスタのゲ−ト長に対するVTの感度が高いことか
ら、ゲ−ト長のばらつきに対応してイオン打ち込み量や
熱処理時間を調整するなどの対応を行っている。
Furthermore, with the recent miniaturization of devices, the sensitivity of VT to the gate length of a transistor is high, so that the amount of ion implantation and the heat treatment time must be adjusted according to the variation in the gate length. We are responding.

【0004】また、BIP集積回路やGaAs集積回路
の場合には、活性層の電気的特性を測定し、測定結果よ
りアニ−ル時間を変えて、活性層の電気的特性を制御す
る技術が用いられている。
In the case of a BIP integrated circuit or a GaAs integrated circuit, a technique is used in which the electrical characteristics of the active layer are measured and the annealing time is changed based on the measurement result to control the electrical characteristics of the active layer. Have been.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のVTのばらつき防止方法は、各種製造装置のば
らつきや熱処理対策を採用しても所望のVTに対して±
10%程度のばらつきが生じてしまう。
However, the above-mentioned conventional method for preventing VT variation does not allow for a desired VT even if various manufacturing equipment variations or heat treatment measures are adopted.
A variation of about 10% occurs.

【0006】また、ゲ−ト長のばらつきに対応したイオ
ン打ち込み量や熱処理時間等を調整する方法の場合で
も、VTのばらつきがゲ−ト長のみに依存するというわ
けではないため、確実にVTを制御することはできな
い。
Further, even in the case of adjusting the ion implantation amount or the heat treatment time corresponding to the variation in the gate length, the variation in the VT does not depend only on the gate length. Can not be controlled.

【0007】更に、BIP集積回路やGaAs集積回路
で行っているように、活性層の電気的特性測定後、アニ
−ルを行い、活性層の電気的特性を制御する方法に関し
ては以下に示す理由により、CMOS回路に適用するこ
とはできない。
Further, as in the case of a BIP integrated circuit or a GaAs integrated circuit, the method for controlling the electrical characteristics of the active layer by performing annealing after measuring the electrical characteristics of the active layer is as follows. Therefore, it cannot be applied to a CMOS circuit.

【0008】すなわち、BIP集積回路やGaAs集積
回路に関しては、CMOS回路と異なり主にコンプリメ
ンタリ動作を要求されないため、BIP集積回路ではN
PNトランジスタ、GaAs集積回路ではNチャネルト
ランジスタがばらつき無く制御することができれば、P
NPトランジスタ及びPチャネルトランジスタに多少の
ばらつきがあっても回路特性上問題にならない。
That is, unlike a CMOS circuit, a BIP integrated circuit or a GaAs integrated circuit does not mainly require a complementary operation.
In a PN transistor or a GaAs integrated circuit, if the N-channel transistor can be controlled without variation, the P
Even if there is some variation between the NP transistor and the P-channel transistor, there is no problem in circuit characteristics.

【0009】しかし、CMOS回路では、Nチャネルト
ランジスタ(以降NMOSトランジスタと称す)とPチ
ャネルトランジスタ(以降PMOSトランジスタと称
す)の両方が、回路動作に大きな役割を果たしている
為、BIP集積回路のNPNトランジスタ、GaAs集
積回路のNチャネルトランジスタのように、どちらか片
側のみのトランジスタ制御では、動作不良または、回路
特性を満足することができないからである。
However, in a CMOS circuit, both an N-channel transistor (hereinafter referred to as an NMOS transistor) and a P-channel transistor (hereinafter referred to as a PMOS transistor) play a large role in circuit operation. This is because, as in the case of an N-channel transistor of a GaAs integrated circuit, operation control or circuit characteristics cannot be satisfied by controlling only one of the transistors.

【0010】また、プロセスに関しては、図3のLDD
構造のトランジスタの断面図に示すように、ドレイン電
界緩和のため低濃度層6をドレイン電極(構造上ソース
電極にも)に設けているが、BIP集積回路やGaAs
集積回路のようにhFE若しくはVTを制御するための
不純物をイオン打ち込みしアニ−ルする方法では、CM
OSトランジスタの場合、NMOSトランジスタのドレ
イン近傍で起こる電界が一番高くなる場所(シリコン表
面から0.1μm程度)の濃度が変化し、従来保証され
ていたホットエレクトロンに対する信頼性が変化してし
まうという問題が生じる。
As for the process, the LDD shown in FIG.
As shown in the cross-sectional view of the transistor having the structure, the low-concentration layer 6 is provided on the drain electrode (also on the source electrode in terms of structure) to alleviate the drain electric field.
In a method of ion-implanting impurities for controlling hFE or VT like an integrated circuit and performing annealing, CM is used.
In the case of an OS transistor, the concentration at the place where the electric field generated near the drain of the NMOS transistor becomes highest (about 0.1 μm from the silicon surface) changes, and the reliability for hot electrons, which has been conventionally guaranteed, changes. Problems arise.

【0011】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、その主たる目的は、ホットエレクトロンに
対する信頼性を損なうことなく、しきい値電圧を制御す
ることができる半導体装置の製造方法を提供することに
ある。
The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of controlling a threshold voltage without impairing the reliability of hot electrons. Is to provide.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、第1の視点において、ウェハに形成され
たCMOSトランジスタのゲート直下に、しきい値を制
御するための不純物を注入後、ソ−ス及びドレイン領域
を活性化するためのアニ−ルを行う半導体装置の製造方
法において、(a)前記活性化アニ−ル後、前記ウェハ
表面から所定の深さにおいて不純物濃度がピークになる
ように、所定の量の第1導電型不純物を注入する工程
と、(b)前記第1導電型不純物注入後、前記ウェハ表
面から前記所定の深さにおいて不純物濃度がピークにな
るように、前記第1導電型不純物と略等しい量の第2導
電型の不純物を注入する工程と、(c)前記ウェハの前
記しきい値電圧を測定する工程と、(d)前記しきい値
電圧の測定結果に基づき、前記しきい値電圧の調整が必
要な場合には、前記注入した第1導電型不純物及び第2
導電型不純物を活性化させるためのアニ−ルを行う工程
と、を少なくとも有するものである。
According to a first aspect of the present invention, an impurity for controlling a threshold is implanted immediately below a gate of a CMOS transistor formed on a wafer. After that, in the method of manufacturing a semiconductor device for performing annealing for activating the source and drain regions, (a) the impurity concentration peaks at a predetermined depth from the wafer surface after the activation annealing. (B) implanting a predetermined amount of the first conductivity type impurity so that the impurity concentration peaks at the predetermined depth from the wafer surface after the first conductivity type impurity is implanted. Implanting an impurity of a second conductivity type in an amount substantially equal to the impurity of the first conductivity type; (c) measuring the threshold voltage of the wafer; and (d) measuring the threshold voltage of the wafer. Based on measurement results Come, wherein when the adjustment of the threshold voltage is required, the first conductivity type impurity and the second was the injected
Performing an annealing process for activating the conductive impurities.

【0013】本発明は、第2の視点において、ウェハに
形成されたCMOSトランジスタのゲート直下に、しき
い値を制御するための不純物を注入後、ソ−ス及びドレ
イン領域を活性化するためのアニ−ルを行う半導体装置
の製造方法において、(a)前記活性化アニ−ル後、前
記ウェハの前記しきい値電圧を測定する工程と、(b)
前記しきい値電圧の測定結果に基づき、前記しきい値電
圧の調整が必要な場合には、前記ウェハ表面から所定の
深さにおいて不純物濃度がピークになるように、所定の
量の第1導電型不純物を注入する工程と、(c)前記第
1導電型不純物注入後、前記ウェハ表面から前記所定の
深さにおいて不純物濃度がピークになるように、前記第
1導電型不純物と略等しい量の第2導電型の不純物を注
入する工程と、(d)前記注入した第1導電型不純物及
び第2導電型不純物を活性化させるためのアニ−ルを行
う工程と、を少なくとも有するものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for activating a source and a drain region after implanting an impurity for controlling a threshold immediately below a gate of a CMOS transistor formed on a wafer. (A) measuring the threshold voltage of the wafer after the activation annealing; and (b) measuring the threshold voltage of the wafer after the activation annealing.
When it is necessary to adjust the threshold voltage based on the measurement result of the threshold voltage, a predetermined amount of the first conductive material is adjusted so that the impurity concentration peaks at a predetermined depth from the wafer surface. Implanting a mold impurity; and (c) an amount of the impurity substantially equal to the first conductivity type impurity such that the impurity concentration peaks at the predetermined depth from the wafer surface after the implantation of the first conductivity type impurity. The method includes at least a step of implanting a second conductivity type impurity and a step of (d) performing annealing for activating the implanted first conductivity type impurity and the second conductivity type impurity.

【0014】本発明においては、前記ウェハ表面から前
記所定の深さの領域では前記第1導電型不純物と前記第
2導電型不純物とが打ち消しあって不純物濃度の変化が
抑制され、前記ウェハ表面では不純物濃度の変化によっ
て前記しきい値電圧が変化することが好ましい。
In the present invention, in the region at the predetermined depth from the wafer surface, the first conductivity type impurity and the second conductivity type impurity cancel each other out, thereby suppressing a change in impurity concentration. It is preferable that the threshold voltage changes with a change in impurity concentration.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明に係る半導体装置の製造方
法は、その好ましい一実施の形態において、複数のウェ
ハに形成されたCMOSトランジスタのゲート直下に、
しきい値を制御するための不純物注入と、ソ−ス及びド
レイン領域を活性化するためのアニ−ルとを行った後、
ウェハ表面から所定の深さの領域で不純物濃度がピーク
になるようにボロンを注入し、同じ領域で不純物濃度が
ピークになるように、ボロンと略等しい量のリンを注入
して、ウェハのしきい値電圧を測定し、その測定結果に
基づいてしきい値電圧の調整が必要なウェハにアニール
を行ってボロンとリンを活性化させるものであり、ウェ
ハ表面から所定の深さの領域では不純物濃度の変化を抑
制してホットエレクトロンに対する信頼性を維持すると
共に、ウェハ表面においては、アニールによる不純物濃
度の変化によりしきい値を任意に調整する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a preferred embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in a preferred embodiment, a semiconductor device is formed immediately below a gate of a CMOS transistor formed on a plurality of wafers.
After performing impurity implantation for controlling the threshold value and annealing for activating the source and drain regions,
Boron is implanted so that the impurity concentration peaks in a region at a predetermined depth from the wafer surface, and approximately the same amount of phosphorus as boron is implanted so that the impurity concentration peaks in the same region. Threshold voltage is measured, and based on the measurement result, annealing is performed on a wafer that requires adjustment of the threshold voltage to activate boron and phosphorus. In a region at a predetermined depth from the wafer surface, impurities are removed. The change in the concentration is suppressed to maintain the reliability against hot electrons, and the threshold value on the wafer surface is arbitrarily adjusted by the change in the impurity concentration due to the annealing.

【0016】[0016]

【実施例】上記した本発明の実施の形態についてさらに
詳細に説明すべく、本発明の一実施例について図1乃至
図15を参照して以下に説明する。図1及び図2は、本
発明の一実施例に係る半導体装置の製造方法を説明する
ための工程フロー図であり、図中の点線で囲んだ部分が
本実施例の特徴部分である。また、図3はトランジスタ
のLDD断面構造を示す断面図、図4は、NMOSトラ
ンジスタのVT(以降VTNと称す)とPMOSトラン
ジスタのVT(以降VTPと称す)の分布図であり、図
5は、NMOS/PMOSトランジスタの断面構造を示
す断面図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention; FIG. 1 and 2 are process flow charts for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, and a portion surrounded by a dotted line in the drawing is a characteristic portion of the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the LDD cross-sectional structure of the transistor. FIG. 4 is a distribution diagram of the VT (hereinafter referred to as VTN) of the NMOS transistor and the VT (hereinafter referred to as VTP) of the PMOS transistor. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of an NMOS / PMOS transistor.

【0017】図6乃至図8は、本発明の一実施例に係る
NMOSゲート直下の不純物プロファイルであり、図6
はイオン注入前、図7はイオン注入後、図8はアニール
後の状態をそれぞれ示している。また、図9乃至図11
は、PMOSゲート直下の不純物プロファイルであり、
同様に、図9はイオン注入前、図10はイオン注入後、
図11はアニール後の状態を示している。
FIGS. 6 to 8 show impurity profiles immediately below the NMOS gate according to one embodiment of the present invention.
7 shows a state before ion implantation, FIG. 7 shows a state after ion implantation, and FIG. 8 shows a state after annealing. 9 to 11
Is an impurity profile immediately below the PMOS gate;
Similarly, FIG. 9 shows before ion implantation, and FIG.
FIG. 11 shows a state after annealing.

【0018】図12及び図13は、本発明の一実施例に
係るNMOSの基板バイアス特性であり、図12はアニ
ール前、図13はアニール後の状態をそれぞれ示してい
る。また、図14及び図15は、PMOSの基板バイア
ス特性であり、同様に、図14はアニール前、図15は
アニール後の状態を示している。
FIGS. 12 and 13 show the substrate bias characteristics of the NMOS according to one embodiment of the present invention. FIG. 12 shows the state before annealing, and FIG. 13 shows the state after annealing. 14 and 15 show the substrate bias characteristics of the PMOS. Similarly, FIG. 14 shows the state before annealing, and FIG. 15 shows the state after annealing.

【0019】図4の斜線部に示すように、VTNが高い
方に、更に、VTPが絶対値で低い方にばらついた場合
に、所望の回路特性を満足しない半導体装置に関して、
NMOSトランジスタのホットエレクトロンに対する信
頼性を低下させず、更に、製造工程内でマスクを増やす
ことなく、わずか3つの工程を追加するだけでVTを制
御することができる方法について、図1を参照して以下
に説明する。
As shown by the hatched portion in FIG. 4, when the VTN varies to a higher value and the VTP varies to a lower value in absolute value, a semiconductor device which does not satisfy the desired circuit characteristics will be described.
With reference to FIG. 1, a method for controlling VT by adding only three steps without reducing the reliability of NMOS transistors against hot electrons and without increasing the number of masks in the manufacturing process will be described with reference to FIG. This will be described below.

【0020】まず、図3及び図5に示すように、通常の
CMOSトランジスタは、シリコン基板9上に、NMO
SトランジスタはPウエル11上に、PMOSトランジ
スタはNウエル12上に設け、それぞれのトランジスタ
にゲ−ト電極、ソ−ス電極及びドレイン電極が設けられ
ている。
First, as shown in FIGS. 3 and 5, a normal CMOS transistor is formed on a silicon substrate 9 by NMO.
The S transistor is provided on the P well 11 and the PMOS transistor is provided on the N well 12, and each transistor is provided with a gate electrode, a source electrode and a drain electrode.

【0021】この状態は、NMOS及びPMOSトラン
ジスタのゲ−ト1直下に、それぞれのVTを制御するた
めのゲ−トボロン注入が行われており、ソ−ス5及びド
レイン4領域構成のためのアニ−ルにより不純物プロフ
ァイルは安定している(S101)。このときのNMO
Sトランジスタにおけるゲ−ト1直下の不純物プロファ
イルを図6に、PMOSトランジスタの不純物プロファ
イルを図9に示す。
In this state, gate boron implantation for controlling the respective VTs is performed immediately below the gate 1 of the NMOS and PMOS transistors, and an anion for forming the source 5 and drain 4 regions is formed. As a result, the impurity profile is stable due to the resistance (S101). NMO at this time
FIG. 6 shows an impurity profile immediately below the gate 1 of the S transistor, and FIG. 9 shows an impurity profile of the PMOS transistor.

【0022】この状態において、マスク無しでウエハ全
面にVT制御用のイオン打ち込みを行うが(S10
2)、従来例で示したBIP集積回路やGaAs集積回
路と同様に、不純物がドナー不純物もしくはアクセプタ
不純物だけでもVTは十分に制御することができるが、
図3のトランジスタの低濃度層6にもドナー不純物もし
くはアクセプタ不純物が注入される。
In this state, ion implantation for VT control is performed on the entire surface of the wafer without a mask (S10).
2) As in the case of the BIP integrated circuit or the GaAs integrated circuit shown in the conventional example, the VT can be sufficiently controlled by using only the donor impurity or the acceptor impurity.
Donor impurities or acceptor impurities are also implanted into the low concentration layer 6 of the transistor of FIG.

【0023】この低濃度層6は、NMOSトランジスタ
動作時の高電界を緩和する目的で設けられているため、
不純物濃度を変化させることは、従来保証されていたホ
ットエレクトロンに対する信頼性が変化させてしまうこ
とになる。
This low concentration layer 6 is provided for the purpose of relaxing a high electric field during the operation of the NMOS transistor.
Changing the impurity concentration changes the reliability of hot electrons that has been guaranteed conventionally.

【0024】そこで、本実施例では、VT制御用のドナ
ー不純物もしくはアクセプタ不純物(本実施例では、リ
ン)が、ホットエレクトロンによる信頼性に悪影響を起
こさないようにボロンを添加し、濃度を打ち消す構成に
している。つまり、基板深さ方向の不純物のピ−クが、
シリコン表面から0.1μm付近になる様に各不純物
(リン、ボロン)の加速エネルギ−を調整し、各トラン
ジスタのVTがイオン打ち込み前後で変化しないよう
に、互いの不純物(リン、ボロン)が打ち消し合うド−
ズ量に調整してイオン打ち込みを行う。
Therefore, in the present embodiment, boron is added so that the donor impurity or the acceptor impurity (phosphorus in this embodiment) for VT control does not adversely affect the reliability due to hot electrons, and the concentration is canceled. I have to. In other words, the impurity peak in the substrate depth direction is
The acceleration energy of each impurity (phosphorus, boron) is adjusted so as to be about 0.1 μm from the silicon surface, and each impurity (phosphorus, boron) cancels out so that the VT of each transistor does not change before and after ion implantation. Matching do
The ion implantation is performed while adjusting the amount of ion implantation.

【0025】ここで、イオン打ち込みの深さは、衝突電
離緩に一番効果が高いシリコン表面から0.1μm程度
をピ−クとしている。前記シリコン表面から0.1μm
の深さとは、チャネルドープにより基板濃度が他の部分
より少し濃くなっている為、電界が一番強くなる領域で
ある。
Here, the depth of the ion implantation is set to a peak of about 0.1 μm from the silicon surface which is most effective in alleviating impact ionization. 0.1 μm from the silicon surface
Is the region where the electric field is strongest because the substrate concentration is slightly higher than the other parts due to channel doping.

【0026】また、本実施例では、ボロンのイオン打ち
込みに関しては、加速エネルギ−100(KeV)、ド
−ズ量1E12(a/cm2)で行い、リンのイオン打
ち込みに関しては、加速エネルギ−250(KeV)、
ド−ズ量5E12(a/cm 2)で行った。このときの
NMOSトランジスタにおけるゲ−ト直下の不純物プロ
ファイルを図7に、PMOSトランジスタにおけるゲ−
ト直下の不純物プロファイルを図8に示す。
In this embodiment, the ion implantation of boron is performed.
For acceleration, acceleration energy of 100 (KeV),
-Amount 1E12 (a / cmTwo), Ion implantation of phosphorus
Regarding insertion, acceleration energy -250 (KeV),
Dose amount 5E12 (a / cm Two). At this time
Impurity profile directly under the gate in NMOS transistors
The file is shown in FIG.
FIG. 8 shows the impurity profile immediately below the gate.

【0027】次に、各トランジスタのVTを測定し(S
103)、VTが図4の網掛け領域の動作不良領域8に
入っているウエハのみを選択し(S104)、アニ−ル
を行う(S106)。本実施例では、S106のステッ
プとして、700℃、15分のアニ−ルを施した。
Next, the VT of each transistor is measured (S
103), only those wafers whose VT is in the operation failure area 8 of the shaded area in FIG. 4 are selected (S104), and annealing is performed (S106). In the present embodiment, annealing is performed at 700 ° C. for 15 minutes as a step of S106.

【0028】ここで、シリコン基板表面の状態と、衝突
電離が起きるシリコン表面から0.1μm程度の深さの
不純物状態について説明する。まず、シリコン基板表面
は、N型を強くするためのリンはアニ−ルによりシリコ
ン基板表面にパイルアップし、同時にイオン打ち込みを
行ったボロンは、リンに対して拡散係数が小さいことか
らリンより動きが鈍い上、シリコン基板表面においては
ゲ−ト酸化膜中に拡散しP型は逆に弱まる状態になって
いる。この表面の濃度変化がVT制御に大きく関与する
ことは言うまでもない。
Here, the state of the silicon substrate surface and the impurity state at a depth of about 0.1 μm from the silicon surface where impact ionization occurs will be described. First, on the silicon substrate surface, phosphorus for strengthening the N-type is piled up on the silicon substrate surface by annealing, and at the same time, boron, which has been ion-implanted, has a smaller diffusion coefficient than phosphorus, so that boron moves more than phosphorus. Is dull and diffused into the gate oxide film on the surface of the silicon substrate, and the P-type is weakened. Needless to say, this surface concentration change greatly affects VT control.

【0029】また、ドレイン近傍の衝突電離が発生する
シリコン表面から0.1μm程度の深さにおいては、リ
ンとボロンが打ち消し合うようにイオン打ち込みされて
いるため、表面ほどの動きが無く、打ち込み前後で変化
がない。つまり、ホットエレクトロンによる信頼性低下
に対する影響は無い。アニール後のNMOSトランジス
タにおけるゲ−ト直下の不純物プロファイルを図8に、
PMOSトランジスタにおけるゲ−ト直下の不純物プロ
ファイルを図11に示す。
In addition, at a depth of about 0.1 μm from the silicon surface near the drain where impact ionization occurs, phosphorus and boron are ion-implanted so as to cancel each other out. There is no change. That is, there is no influence on the reliability reduction due to the hot electrons. FIG. 8 shows the impurity profile immediately below the gate in the annealed NMOS transistor.
FIG. 11 shows an impurity profile immediately below the gate in the PMOS transistor.

【0030】このように、NMOSトランジスタの不純
物濃度を示す図6乃至図8に着目すると、シリコン表面
から0.1μm程度の深さの濃度を変化させずに表面濃
度のみが変化していることが分かる。
6 to 8 showing the impurity concentration of the NMOS transistor, it can be seen that only the surface concentration changes without changing the concentration at a depth of about 0.1 μm from the silicon surface. I understand.

【0031】更に、この表面の濃度変化がVT制御に大
きく関与するが、そのときのVTを基板バイアス特性と
してプロットしたものを図12乃至図15に示す。図1
2はVTNのアニール前の基板バイアス特性、図13は
VTNのアニール後(700℃ 15分)の基板バイア
ス特性を示し、同様に、図14はVTPのアニール前の
基板バイアス特性、図15はVTPのアニール後(70
0℃ 15分)の基板バイアス特性をそれぞれ示してお
り、VTNのアニール(700℃ 15分)前後の変化
が図12と図13の比較より、VTPのアニール(70
0℃ 15分)前後の変化が図14と図15の比較より
解る。
Further, the change in surface concentration greatly affects VT control. FIGS. 12 to 15 show plots of VT at that time as substrate bias characteristics. FIG.
2 shows substrate bias characteristics before VTN annealing, FIG. 13 shows substrate bias characteristics after VTN annealing (700 ° C., 15 minutes), similarly, FIG. 14 shows substrate bias characteristics before VTP annealing, and FIG. After annealing (70
0 ° C. for 15 minutes), and changes before and after annealing of VTN (700 ° C. for 15 minutes) are shown in FIG. 12 and FIG.
The change before and after (0 ° C. for 15 minutes) can be understood from a comparison between FIG. 14 and FIG.

【0032】その後、S105のステップで、層間絶縁
膜を堆積し、コンタクトホ−ル及びアルミ配線工程等を
経て、ウエハ製造工程は完了する。
Thereafter, in step S105, an interlayer insulating film is deposited, and a wafer manufacturing process is completed through a contact hole and an aluminum wiring process.

【0033】以上説明したように、CMOSトランジス
タのソ−ス及びドレイン領域のアニ−ルが完了した後、
リンとボロンの不純物をイオン打ち込みし、アニ−ルす
ることにより、シリコン基板表面においてはN型を強く
してVTを変化させ、衝突電離が発生するシリコン表面
から0.1μm程度の深さではVT制御用のイオン注入
前後、若しくは、VT制御用のアニ−ル前後での濃度変
化を最小限に抑え、ホットエレクトロンによる信頼性を
変化させないようにすることができる。
As described above, after annealing of the source and drain regions of the CMOS transistor is completed,
By implanting phosphorus and boron impurities and annealing, the N-type is strengthened on the surface of the silicon substrate to change VT, and VT is changed at a depth of about 0.1 μm from the silicon surface where impact ionization occurs. The concentration change before and after the ion implantation for control or before and after the annealing for VT control can be minimized, so that the reliability due to hot electrons can be prevented from being changed.

【0034】なお、本実施例においては、ソース及びド
レインのアニール後に(S101)、VT制御用のイオ
ン打ち込みを行い(S102)、VTの測定を実施した
後に(S103)、測定したVTの値によってアニール
を施す(S106)場合について説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、図2に示すよう
に、ソース及びドレインのアニール後(S201)、V
Tの測定を行い(S202)、VT制御が必要なウェハ
ー及びその補正分に対応したイオン打ち込み量をドーピ
ングし(S205)、アニールする(S206)構成と
することも可能である。
In this embodiment, after annealing the source and the drain (S101), ion implantation for VT control is performed (S102), and after measuring the VT (S103), the measured VT value is used. Although the case where annealing is performed (S106) has been described, the present invention is not limited to the above embodiment, and as shown in FIG. 2, after annealing of the source and drain (S201), V
It is also possible to measure the T (S202), dope the ion implantation amount corresponding to the wafer requiring the VT control and the correction amount (S205), and anneal (S206).

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置の製造方法によれば、CMOSトランジスタのソ−ス
及びドレイン領域のアニ−ルが完了した後に、リンとボ
ロンをイオン打ち込みし、アニ−ルすることにより、マ
スクの追加を必要とせず、製造時間及びコストに対する
影響を殆ど与えないで、わずか3工程の追加のみでVT
を制御することができるという効果を奏する。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, phosphorus and boron are ion-implanted after the annealing of the source and drain regions of the CMOS transistor is completed. VT requires no additional mask, has little effect on manufacturing time and cost, and requires only three additional steps.
Can be controlled.

【0036】また、本発明によれば、VT制御を行って
もホットエレクトロンによる信頼性を低下させることが
なく、回路的にVTの感度が高い装置の製造マ−ジンを
上げることができるという効果を奏する。
Further, according to the present invention, even if VT control is performed, the reliability due to hot electrons is not reduced, and the production margin of a device having a high VT sensitivity in terms of a circuit can be increased. To play.

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

【図1】本発明の一実施例に係る半導体装置の製造方法
を説明するための工程フロー図である。
FIG. 1 is a process flow chart for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例に係る半導体装置の他の製造
方法を説明するための工程フロー図である。
FIG. 2 is a process flow chart for explaining another method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例に係るトランジスタのLDD
断面構造を示す断面図である。
FIG. 3 shows an LDD of a transistor according to one embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows a cross-sectional structure.

【図4】本発明の一実施例に係る半導体装置のVTN−
VTPの分布図である。
FIG. 4 shows VTN- of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention;
It is a distribution map of VTP.

【図5】本発明の一実施例に係る半導体装置のNMOS
/PMOSトランジスタの断面構造を示す断面図であ
る。
FIG. 5 shows an NMOS of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a / PMOS transistor.

【図6】本発明の一実施例に係るNMOSゲート直下の
イオン注入前の不純物プロファイルである。
FIG. 6 is an impurity profile before ion implantation immediately below an NMOS gate according to one embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施例に係るNMOSゲート直下の
イオン注入後の不純物プロファイルである。
FIG. 7 is an impurity profile after ion implantation immediately below an NMOS gate according to one embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施例に係るNMOSゲート直下の
アニール後の不純物プロファイルである。
FIG. 8 is an impurity profile immediately below an NMOS gate after annealing according to one embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施例に係るPMOSゲート直下の
イオン注入前の不純物プロファイルである。
FIG. 9 is an impurity profile immediately before a PMOS gate before ion implantation according to an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の一実施例に係るPMOSゲート直下
のイオン注入後の不純物プロファイルである。
FIG. 10 is an impurity profile after ion implantation immediately below a PMOS gate according to one embodiment of the present invention.

【図11】本発明の一実施例に係るPMOSゲート直下
のアニール後の不純物プロファイルである。
FIG. 11 is an impurity profile immediately below a PMOS gate after annealing according to one embodiment of the present invention.

【図12】本発明の一実施例に係るNMOSのアニール
前の基板バイアス特性である。
FIG. 12 shows substrate bias characteristics of an NMOS according to an embodiment of the present invention before annealing.

【図13】本発明の一実施例に係るNMOSのアニール
後の基板バイアス特性である。
FIG. 13 is a graph showing substrate bias characteristics after annealing of an NMOS according to an embodiment of the present invention.

【図14】本発明の一実施例に係るPMOSのアニール
前の基板バイアス特性である。
FIG. 14 shows substrate bias characteristics before annealing of a PMOS according to an embodiment of the present invention.

【図15】本発明の一実施例に係るPMOSのアニール
後の基板バイアス特性である。
FIG. 15 is a graph showing substrate bias characteristics after annealing of a PMOS according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ゲート 2 サイドウォール 3 ゲート酸化膜 4 ドレイン拡散層 5 ソース拡散層 6 低濃度層 7 動作可能領域 8 動作不良領域 9 シリコン基板 10 ロコス酸化膜 11 Pウェル 12 Nウェル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gate 2 Side wall 3 Gate oxide film 4 Drain diffusion layer 5 Source diffusion layer 6 Low concentration layer 7 Operable area 8 Malfunction area 9 Silicon substrate 10 Locos oxide film 11 P well 12 N well

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ウェハに形成されたCMOSトランジスタ
のゲート直下に、しきい値を制御するための不純物を注
入後、ソ−ス及びドレイン領域を活性化するためのアニ
−ルを行う半導体装置の製造方法において、 (a)前記活性化アニ−ル後、前記ウェハ表面から所定
の深さにおいて不純物濃度がピークになるように、所定
の量の第1導電型不純物を注入する工程と、 (b)前記第1導電型不純物注入後、前記ウェハ表面か
ら前記所定の深さにおいて不純物濃度がピークになるよ
うに、前記第1導電型不純物と略等しい量の第2導電型
の不純物を注入する工程と、 (c)前記ウェハの前記しきい値電圧を測定する工程
と、 (d)前記しきい値電圧の測定結果に基づき、前記しき
い値電圧の調整が必要な場合には、前記注入した第1導
電型不純物及び第2導電型不純物を活性化させるための
アニ−ルを行う工程と、を少なくとも有することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
An impurity for controlling a threshold is implanted immediately below a gate of a CMOS transistor formed on a wafer, and then annealing for activating a source and a drain region is performed. (A) implanting a predetermined amount of a first conductivity type impurity such that the impurity concentration has a peak at a predetermined depth from the wafer surface after the activation annealing; A) a step of implanting an impurity of the second conductivity type substantially equal to the impurity of the first conductivity type such that the impurity concentration peaks at the predetermined depth from the wafer surface after the implantation of the first conductivity type impurity. (C) measuring the threshold voltage of the wafer; (d) adjusting the threshold voltage based on the measurement result of the threshold voltage, if necessary, based on the measurement result of the threshold voltage. 1st conductivity type A step of performing annealing for activating the pure substance and the second conductivity type impurity.
【請求項2】ウェハに形成されたCMOSトランジスタ
のゲート直下に、しきい値を制御するための不純物を注
入後、ソ−ス及びドレイン領域を活性化するためのアニ
−ルを行う半導体装置の製造方法において、 (a)前記活性化アニ−ル後、前記ウェハの前記しきい
値電圧を測定する工程と、 (b)前記しきい値電圧の測定結果に基づき、前記しき
い値電圧の調整が必要な場合には、前記ウェハ表面から
所定の深さにおいて不純物濃度がピークになるように、
所定の量の第1導電型不純物を注入する工程と、 (c)前記第1導電型不純物注入後、前記ウェハ表面か
ら前記所定の深さにおいて不純物濃度がピークになるよ
うに、前記第1導電型不純物と略等しい量の第2導電型
の不純物を注入する工程と、 (d)前記注入した第1導電型不純物及び第2導電型不
純物を活性化させるためのアニ−ルを行う工程と、を少
なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an impurity for controlling a threshold value is implanted immediately below a gate of the CMOS transistor formed on the wafer, and then annealing for activating the source and drain regions is performed. (A) measuring the threshold voltage of the wafer after the activation annealing; and (b) adjusting the threshold voltage based on the measurement result of the threshold voltage. When necessary, so that the impurity concentration peaks at a predetermined depth from the wafer surface,
Implanting a predetermined amount of the first conductivity type impurity; and (c) after the first conductivity type impurity implantation, the first conductivity type impurity is so formed as to have a peak impurity concentration at the predetermined depth from the wafer surface. Implanting an impurity of the second conductivity type in an amount substantially equal to the type impurity; and (d) performing an annealing for activating the implanted first conductivity type impurity and the second conductivity type impurity. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising at least:
【請求項3】前記ウェハ表面から前記所定の深さの領域
では前記第1導電型不純物と前記第2導電型不純物とが
打ち消しあって不純物濃度の変化が抑制され、前記ウェ
ハ表面では不純物濃度の変化によって前記しきい値電圧
が変化する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の
半導体装置の製造方法。
3. In a region at a predetermined depth from the wafer surface, the first conductivity type impurity and the second conductivity type impurity cancel each other, thereby suppressing a change in impurity concentration. 3. The method according to claim 1, wherein the threshold voltage changes according to the change.
【請求項4】前記第1導電型不純物及び前記第2導電型
不純物とが打ち消しあって不純物濃度の変化が抑制され
る、前記ウェハ表面からの深さが、略0.1μmに設定
されている、ことを特徴とする請求項3記載の半導体装
置の製造方法。
4. A depth from the wafer surface, wherein the first conductivity type impurity and the second conductivity type impurity cancel each other to suppress a change in impurity concentration, and the depth from the wafer surface is set to approximately 0.1 μm. 4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein:
【請求項5】前記第1導電型不純物としてボロンを用
い、前記第2導電型不純物としてリンを用いる、ことを
特徴とする請求項3又は4に記載の半導体装置の製造方
法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein boron is used as said first conductivity type impurity and phosphorus is used as said second conductivity type impurity.
【請求項6】前記第1導電型不純物及び前記第2導電型
不純物を、前記ウエハ−全面に注入することを特徴とす
る請求項1乃至5のいずれか一に記載の半導体装置の製
造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the first conductivity type impurity and the second conductivity type impurity are implanted into the entire surface of the wafer.
【請求項7】前記第1導電型不純物及び前記第2導電型
不純物を活性化させるためのアニ−ルを、前記しきい値
電圧の測定結果に基づいて、前記しきい値電圧の調整が
必要なウエハのみに行うことを特徴とする請求項1乃至
6のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
7. An annealing device for activating said first conductivity type impurities and said second conductivity type impurities is required to adjust said threshold voltage based on the measurement result of said threshold voltage. 7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is performed only on a simple wafer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005109457A (en) * 2003-09-09 2005-04-21 Seiko Instruments Inc Method of manufacturing semiconductor device
JP2005109454A (en) * 2003-09-09 2005-04-21 Seiko Instruments Inc Method of manufacturing semiconductor device
JP2005109455A (en) * 2003-09-09 2005-04-21 Seiko Instruments Inc Method of manufacturing semiconductor device
US6901568B2 (en) 2002-04-23 2005-05-31 Nec Electronics Corporation Method for fabricating transistor
WO2007108494A1 (en) * 2006-03-22 2007-09-27 Nec Corporation Process for producing semiconductor device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6901568B2 (en) 2002-04-23 2005-05-31 Nec Electronics Corporation Method for fabricating transistor
JP2005109456A (en) * 2003-09-09 2005-04-21 Seiko Instruments Inc Method of manufacturing semiconductor device
JP2005109457A (en) * 2003-09-09 2005-04-21 Seiko Instruments Inc Method of manufacturing semiconductor device
JP2005109454A (en) * 2003-09-09 2005-04-21 Seiko Instruments Inc Method of manufacturing semiconductor device
JP2005109455A (en) * 2003-09-09 2005-04-21 Seiko Instruments Inc Method of manufacturing semiconductor device
JP4732726B2 (en) * 2003-09-09 2011-07-27 セイコーインスツル株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
WO2007108494A1 (en) * 2006-03-22 2007-09-27 Nec Corporation Process for producing semiconductor device

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