JP2680539B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2680539B2
JP2680539B2 JP6077332A JP7733294A JP2680539B2 JP 2680539 B2 JP2680539 B2 JP 2680539B2 JP 6077332 A JP6077332 A JP 6077332A JP 7733294 A JP7733294 A JP 7733294A JP 2680539 B2 JP2680539 B2 JP 2680539B2
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gate electrode
film
impurity
forming
layer
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裕之 仁平
静雄 澤田
保男 松元
孝義 樋口
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特にゲート電極の側壁の絶縁物に改良を施したL
DD(Lightly Doped Drain)構造のMOS型トラ
ンジスタに係わる。 【0002】 【従来の技術】近年、集積回路の高密度化に伴ってゲー
ト長はますます短縮化され、かつこのゲート長の短縮化
は種々悪影響をもたらす。このゲート長の短縮化は種々
悪影響をもたらす。まず、第1に、ショートチャネル効
果によるしきい値電圧VTHの低下をもたらす。第2に、
飽和領域で動作させたとき、ピンチオフ領域での電界強
度の増大に伴なってドレイン電流により発生した電子・
正孔対は電界よりエネルギーを受け、基板間の電界によ
り基板の方へ引き寄せられて基板電流となる。第3に、
更にドレイン領域に高電圧を印加してゆくと、ピンチオ
フ領域のドレイン近傍で電界集中を起こしてゲート電流
の増大をもたらし、VTHの不安定性やゲート絶縁膜の劣
化を早める。第4に、基板電流の増大を促すことに伴っ
て相当数の正孔がソース領域に流れ込み、ソース領域・
基板間に順方向のバイアスがかかって、ソース領域から
基板に電子が注入され、ソース領域・基板・ドレイン領
域によるn+ pn+ バイポーラトランジスタ動作が起こ
り、MOS型トランジスタのブレイクダウン電圧を規定
してしまう(E.Sun.etald.“Breakdown Mechani
sm in Short- Channel MOS Transistor ”I
3 Tech .Dig.Int Electron Device M
eeting., Washington D.C. 1978,p478 )。こ
のようなことから、ピンチオフ領域のドレイン領域近傍
での電界集中を緩和し、ブレイクダウン電圧を高めるこ
とがショートチャネルMOS型トランジスタの最大の課
題となっている。 【0003】従来、半導体装置例えばMOS型トランジ
スタとしては図7に示すものが知られている。図中の1
は、例えばp型の半導体基板である。この基板1の表面
に素子分離領域2が設けられ、この素子分離領域2で分
離された複数の島領域3には深さ0.19μm、表面の
不純物濃度1020cm-3のn+ 型のソース、ドレイン領域
4,5が互いに離間して設けられている。前記島領域3
上には、厚さ20nmのゲート絶縁膜6を介してゲート電
極7が設けられている。このゲート電極7等を含む基板
1上には、層間絶縁膜8が設けられている。この層間絶
縁膜8の前記ソース、ドレイン領域4,5およびゲート
電極7の一部に対応する部分には、夫々コンタクトホー
ル9が形成されている。前記層間絶縁膜8上には、コン
タクトホール9を介して前記ソース、ドレイン領域4,
5及びゲート電極7に接続するAl配線10が夫々設けら
れている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7の
MOS型トランジスタによれば、図8の(a)のような
ゲート電極の長さとブレイクダウン電圧との関係を示す
特性図が得られた。同図によれば、ゲート電極の長さが
2μm,1μmと次第に小さくなると、ブレイクダウン
電圧は緩やかな弧を描いて徐々に低下する。このこと
は、ソール領域,基板,ドレイン領域をエミッタ,ベー
ス,コレクタとするバイポーラトランジスタにおいて
は、ベース長が短くなり、電流増幅率が大きくなるため
にコレクタ・エミッタ間の耐圧が減少してくることに相
当している。ここで、ベース長は、コレクタ(ドレイン
領域)からの空乏層の伸びに関係している。 【0005】こうしたことから、従来、前述したピンチ
オフ領域のドレイン電圧を高めるために、図9に示す如
く、LDD構造のMOS型トランジスタが提案されてい
る。このトランジスタのソース、ドレイン領域11,12
は、夫々ゲート電極7近傍の島領域3に設けられた表面
の不純物濃度が比較的低く(1017〜1018cm-3)かつ
拡散深さが比較的浅い(0.22μm)第1の不純物層
131 ,141 、及びこれらの第1の不純物層131 ,141
近接して設けられた表面の不純物濃度が高く(約1020
cm-3)かつ拡散深が深い(0.45μm)第2の不純物
層132 ,142 とから構成されている。ここで、前記第1
の不純物層131 ,141 はピンチオフ領域のドレイン領域
12近傍での電界集中を緩和する働きをする。 【0006】ところで、図9のトランジスタにおいて、
ゲート電極7の側壁に形成されている絶縁物15としては
一般にSiO2 膜が用いられており、ゲート電極側壁の
絶縁物15にトラップされたホットキャリアによりトラン
ジスタの特性が劣化する。つまり、トランジスタのソー
ス側やドレイン側で発生したホットキャリアは絶縁物15
中に注入され、注入された電荷は他の場所に移動できず
にますます増え、その電荷によりチャネルのポテンシャ
ルが影響を受けトランジスタ特性が変化する。 【0007】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、ゲート電極の側壁の絶縁物に電荷が蓄積するのを回
避して、その電荷によりチャネルのポテンチャルが影響
を受けトランジスタ特性が劣化するのを回避しえる半導
体装置の製造方法を提供することを目的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明は、表面に素子分
離領域で分離された複数の島領域を形成する工程と、前
記島領域上にゲート電極を形成する工程と、前記島領域
表面に前記ゲート電極と自己整合的であるとともに前記
島領域の端部まで達するよう、ソース、ドレイン領域の
一部を夫々構成する第1の不純物層を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁にCVD−絶縁膜を形成する工程
と、前記第1の不純物層の表面に前記ゲート電極及びC
VD−絶縁膜と自己整合的に形成され、かつ前記第1の
不純物層より浅くかつ高濃度の第2の不純物層を形成す
る工程と、全面に層間絶縁膜を形成する工程と、ソー
ス、ドレイン領域形成予定部に対応する前記層間絶縁膜
を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する
工程と、このコンタクトホールより前記島領域に、前記
第2の不純物層を貫通するとともに該第2の不純物層の
他の部分よりも深くて濃い不純物濃度を有するように不
純物を導入する工程とを具備することを特徴とする半導
体装置の製造方法である。 【0009】 【実施例】以下、本発明の一実施例に係るLDD構造の
MOS型トランジスタを製造方法を工程順に図1(A)
〜(D)及び図2を参照して説明する。 (1) .まず、例えばp型のSi基板21表面に選択酸化法
等により素子分離領域22を形成した後、この素子分離領
域22で分離された島領域23表面に厚さ20nmの酸化膜24
を形成した。つづいて、全面に厚さ400nmの多結晶シ
リコン層25を形成した(図1(A)図示)。次いで、写
真蝕刻法により、前記多結晶シリコン層25上のゲート電
極形成予定部にレジストパターン(図示せず)を形成し
た。この後、レジストパターンをマスクとして前記多結
晶シリコン層25を選択的にエッチング除去し、ゲート電
極26を形成した。更に、前記レジストパターンを剥離し
た後、ゲート電極26をマスクとして前記酸化膜24を選択
的に除去し、ゲート絶縁膜27を形成した。ひきつづき、
前記ゲート電極にn型不純物例えばリンを加速電圧25K
eV、ドーズ量8×1017cm-2の条件でイオン注入し、
低濃度の第1のイオン注入層28,29を形成した(図1
(B)図示)。なお、リンの代りにひ素をイオン注入し
てもよい。 【0010】(2) .次に、900℃の酸化雰囲気中で6
0分間熱処理を施し、露出する基板21表面に酸化膜(S
iO2 膜)301 を、かつ露出するゲート電極26の周囲に
酸化膜(SiO2 膜)302 を形成するとともに、前記イ
オン注入層28,29中のリンイオンを活性化して低濃度の
第1の不純物層311 ,321 を夫々形成した。つづいて、
全面に厚さ100〜500nmのCVD−Si34 膜33
(“Physics of Semiconductor Device ”、by JO
HN WILEY & SONS(1981) 参照)を形成した後、90
0℃で30分間CVD−Si34 膜33を焼固めた(図
1(C)図示)。次いで、反応性イオンエッチング(R
IE)により、前記Si34 膜33を基板21及びゲート
電極が露出するまでエッチング除去した。その結果、ゲ
ート電極26の側壁にSiO2 膜302 を介してSi34
膜33が残存し(以下、この膜を残存Si34 膜33と呼
ぶ)、残存Si34 膜33とソース,ドレイン領域形成
予定部間にSiO2 膜301 が残存した。なお、残存Si
34 膜33の形状はこの膜の厚みによって決定される。
この後、ゲート電極26及び残存Si34 膜33をマスク
として露出する基板21表面に加速電圧50KeV、ドー
ズ量3×1015cm-2の条件下でイオン注入し、高濃度の
第2のイオン注入層34,35を形成した(図1(D)図
示)。 【0011】(3) .次に、リンゲッター、ガラスフロー
等の熱処理を900℃、約90分間行った。この結果、
前記第2のイオン注入層34,35中のひ素イオンが活性さ
れて高濃度の第2の不純物層312 ,322 が形成されると
ともに、第1の不純物層311,321 も深さ方向にやや広
がって前記第2の不純物層312 ,322 の底部及びゲート
側の側部を囲むようになり、第1,第2の不純物層31
1 ,312 からなるソース領域36、第1,第2の不純物層
321 ,322 からなるドレイン領域37が夫々形成された。
ここで、低濃度の第1の不純物層311 ,321 の表面濃度
は大体1×1018cm-3で、拡散深さは0.22μmであ
る。一方、高濃度の第2の不純物層312,322 の表面濃
度は約1020cm-3で、拡散深さは0.21μmである。
なお、第1の不純物層311 ,321 の深さに対する制御性
は、現在の技術では±15%以内に押さえられる。つづい
て、全面に層間絶縁膜38を形成した後、前記ソース、ド
レイン領域36,37の第2の不純物層312 ,322 及びゲー
ト電極26の夫々の一部に対応する層間絶縁膜38を開孔
し、コンタクトホール39を介して接続するAl配線40を
形成し、LDD構造のMOS型トランジスタを製造した
(図2図示)。 【0012】こうして製造されるLDD構造のMOS型
トランジスタによれば、以下に列挙する効果を有する。 .上記実施例では、基板全面にCVD−Si34
33を形成し、更にRIEによりゲート電極26の側壁にS
iO2 膜302 を介して誘電率の大きい残存Si34
33´を形成した後、熱処理によりこの残存Si34
33´とソース領域36,ドレイン領域37との間にSiO2
膜301を形成する工程を有している。従って、ゲート電
極26側壁の残存Si34 膜33´の存在により、ゲート
電極26近傍におけるドレイン電界が極めて小さくなる。
これは、上記残存Si34膜33´を用いると、シリコ
ン基板表面の最大電界が減少し、かつその領域幅が小さ
くなることに起因する。この結果、ソース領域36・ドレ
イン領域37間に所定の電位差を加えて、両領域36,37間
にオン電流を流したとき、ドレイン近傍におけるインパ
クトイオン化が抑制され、これによりホット・キャリア
の発生が減少する。 【0013】.また、残存Si34 膜33´とソース
領域36,ドレイン領域37との間のSiO2 膜301 の存在
により、Si34 はSiに対し電位障壁が高くなる。
そのため、たとえドレイン近傍でホット・キャリアが発
生しても、このホット・キャリアがSiO2 膜301 を突
き抜けて残存Si34 膜33´に到達する注入確率は極
めて小さくなる、この結果、残存Si34 膜33´の内
部もしくは残存Si34 膜33´とSiO2 膜301 の界
面にトラップされるホット・キャリアが極めて少なくな
り、信頼性が向上する。 【0014】.ゲート電極26をマスクとしてSi基板
21の島領域23表面に低濃度の第1の不純物層311 ,321
を形成し、前記ゲート電極26及び残存Si34 膜33´
をマスクとして前記島領域23表面にこれらの第1の不純
物層とソース、ドレイン領域36,,37を構成する高濃度
でかつ拡散深さが第1の不純物層よりも浅い第2の不純
物層312 ,322 を第1の不純物層により底部及びゲート
側の側部が囲まれるように形成している。従って、図3
の(C)のようなゲート電極の長さとブレイクダウン電
圧との関係を示す特性図が得られた。同図により、ゲー
ト電極の長さが2μm,1μmと短縮化しても図7や第
9図図示の従来のMOS型トランジスタの如く、ブレイ
ク電圧が改善されることが確認できる。このことは、第
1の不純物層311 ,321 の空乏層の伸びが関係している
と考えられる。なお、同図における(a),(b)は図
7,図9のMOS型トランジスタの場合を示す。 【0015】.図3に示す如く、ショートチャネル効
果によるVTHの現象が改善されていることが確認でき
る。なお、同図における(b),(c)は夫々図9のM
OS型トランジスタ,図2のMOS型トランジスタの場
合を示す。 【0016】.図4に示すごとく、ゲート電極の長さ
に対する基板電流Isub のピーク値の依存性が小さい。
また、図示しないが、ゲート電流も改善されていること
は勿論のことである。 【0017】.図9のMOS型トランジスタの第2の
不純物層のシート抵抗が約25Ω/□であったが、トラン
ジスタ特性に影響を及ぼすには至らなかった。 .Si34 膜33のエッチングの選択比がフィールド
酸化膜のそれより大きいため、基板全面に形成したSi
34 膜33をRIEによりエッチングする際、仮にSi
34 膜33をオーバーエッチングしても、フィールド酸
化膜のエッチングを最小限に止めることができる。 【0018】.残存Si34 膜33´を形成後、熱処
理時に酸化剤の拡散係数がSiO2>多結晶Si>Si3
4 であるため、残存Si34 膜33´の下は酸化さ
れにくく、バーズビークの侵入に寄る特性劣化を阻止で
きる。 【0019】また、上記実施例では、ゲート電極をマス
クとして酸化膜を除去したが、これに限らず、酸化膜を
除去せずにイオン注入してもよい。更に、通常パンチス
ルー防止のため、チャネル部に単独あるいは深いインプ
ラと浅いインプラの2重のイオン注入を行うが、図2の
MOS型トランジスタのドレイン領域の第1,第2の不
純物層との関係が成立するように工程で決定すれば、何
等問題を生ぜず、一層のショートチャネルのMOS型ト
ランジスタを得ることができる。 【0020】本発明に係るMOS型トランジスタとして
は、図2図示のものに限らず、例えば図6に示す如くソ
ース、ドレイン領域61,62の夫々の第2の不純物層63,
64のコンタクトホール39に対応する部分が一層深く形成
された構造のものでもよい。なお、上記ソース、ドレイ
ン領域61,62は、図1(D)の工程の後に、層間絶縁膜
38を形成し、ソース、ドレイン領域61,62に対応する層
間絶縁膜38を選択的にエッチングしてコンタクトホール
39を形成し、このコンタクトホール39を介して例えばリ
ンをイオン注入した後熱処理することにより形成でき
る。また、リンのイオン注入の代わりにリンを拡散して
もよい。こうしたトランジスタによれば、ソース、ドレ
イン領域61,62のコンタクトホール39に対応する部分の
拡散深さが一層深いため、Al配線40形成する際にAl
の突き抜けが生じるのを阻止できる。 【0021】また、図6に示す如く、ソース、ドレイン
領域45,48の拡散深さが、第1の不純物層311 ,321
り浅い構造のものでもよい。ここで、第2の不純物層4
7,48の拡散深さが、第1の不純物層311 ,321 の拡散深
さに比べてかなり浅くなって、ソース、ドレイン領域4
5,46の抵抗がトランジスタ特性に影響を及ぼすように
なった場合は、ソース、ドレイン領域45,46上にタング
ステン(W)層、PtSi層を形成して抵抗を下げるこ
とができる。 【0022】なお、上記実施例では、ゲート電極の材料
として多結晶シリコンを用いたが、これに限らず、例え
ばMo,Wなどの交融点金属あるいはそれらの硅化物等
でもよい。 【0023】 【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、ゲー
ト電極の側壁の絶縁物に電荷が蓄積するのを回避して、
その電荷によりチャネルのポテンシャルが影響を受けト
ランジスタ特性が劣化するのを回避して、更にゲート電
極の縮小化に伴うブレイクダウン電圧の低下を減少し、
ショートチャネル効果によるVTHの減少を改善する等種
々の効果を有する半導体装置の製造方法を提供できる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to an L-shaped insulator having an improved insulator on a side wall of a gate electrode.
The present invention relates to a MOS transistor having a DD (Lightly Doped Drain) structure. 2. Description of the Related Art In recent years, as the density of integrated circuits has increased, the gate length has become shorter and shorter, and the shortening of the gate length has various adverse effects. This shortening of the gate length has various adverse effects. First, the threshold voltage V TH is lowered due to the short channel effect. Second,
When operating in the saturation region, the electrons generated by the drain current increase with the increase of the electric field strength in the pinch-off region.
The hole pair receives energy from the electric field, and is attracted toward the substrate by the electric field between the substrates to become a substrate current. Third,
Further, when a high voltage is applied to the drain region, electric field concentration occurs in the vicinity of the drain in the pinch-off region, causing an increase in gate current, which leads to instability of V TH and accelerated deterioration of the gate insulating film. Fourth, a considerable number of holes flow into the source region as the substrate current is increased,
A forward bias is applied between the substrates, electrons are injected from the source region to the substrate, n + pn + bipolar transistor operation occurs due to the source region, the substrate, and the drain region, and the breakdown voltage of the MOS transistor is defined. (E. Sun. et ald. "Breakdown Mechani
sm in Short- Channel MOS Transistor "I
E 3 Tech. Dig. Int Electron Device M
eeting., Washington D.E. C. 1978, p478). For this reason, the greatest problem of the short channel MOS transistor is to alleviate the electric field concentration near the drain region in the pinch-off region and increase the breakdown voltage. Conventionally, a semiconductor device such as that shown in FIG. 7 has been known as a MOS transistor. 1 in the figure
Is, for example, a p-type semiconductor substrate. An element isolation region 2 is provided on the surface of the substrate 1, and a plurality of island regions 3 separated by the element isolation region 2 have a depth of 0.19 μm and a surface impurity concentration of 10 20 cm −3 of n + type. Source and drain regions 4 and 5 are provided separately from each other. Island area 3
A gate electrode 7 is provided on the top of the gate insulating film 6 having a thickness of 20 nm. An interlayer insulating film 8 is provided on the substrate 1 including the gate electrode 7 and the like. Contact holes 9 are formed in portions of the interlayer insulating film 8 corresponding to the source and drain regions 4 and 5 and the gate electrode 7, respectively. The source / drain regions 4 are formed on the interlayer insulating film 8 through contact holes 9.
5 and the Al wiring 10 connected to the gate electrode 7, respectively. However, according to the MOS transistor of FIG. 7, a characteristic diagram showing the relationship between the length of the gate electrode and the breakdown voltage as shown in FIG. 8A is obtained. Was given. According to the figure, when the length of the gate electrode is gradually reduced to 2 μm and 1 μm, the breakdown voltage draws a gentle arc and gradually decreases. This means that in a bipolar transistor having a sole region, a substrate, and a drain region as an emitter, a base, and a collector, the base length becomes short and the current amplification factor becomes large, so that the breakdown voltage between the collector and the emitter decreases. Is equivalent to. Here, the base length is related to the extension of the depletion layer from the collector (drain region). For this reason, conventionally, in order to increase the drain voltage of the pinch-off region described above, a MOS transistor having an LDD structure has been proposed as shown in FIG. Source and drain regions 11 and 12 of this transistor
Is the first impurity having a relatively low impurity concentration (10 17 to 10 18 cm −3 ) and a relatively shallow diffusion depth (0.22 μm) on the surface provided in the island region 3 near the gate electrode 7, respectively. layer
13 1 , 14 1 , and the impurity concentration of the surface provided in the vicinity of these first impurity layers 13 1 , 14 1 is high (about 10 20
cm −3 ) and the second diffusion layers 13 2 and 14 2 having a large diffusion depth (0.45 μm). Here, the first
The impurity layers 13 1 and 14 1 of are the drain regions of the pinch-off region.
It works to reduce the electric field concentration in the vicinity of 12. By the way, in the transistor of FIG.
A SiO 2 film is generally used as the insulator 15 formed on the side wall of the gate electrode 7, and the characteristics of the transistor are deteriorated by the hot carriers trapped in the insulator 15 on the side wall of the gate electrode. In other words, the hot carriers generated on the source and drain sides of the transistor are
The injected charges are unable to move to other places and increase more and more, and the charges affect the potential of the channel and change the transistor characteristics. The present invention has been made in view of the above circumstances, and avoids the accumulation of charges in the insulator on the side wall of the gate electrode, and the potential of the channel is affected by the charges to deteriorate the transistor characteristics. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can avoid the above. According to the present invention, a step of forming a plurality of island regions separated by element isolation regions on a surface, a step of forming a gate electrode on the island regions, and the islands are provided. Forming a first impurity layer on the surface of the region so as to be self-aligned with the gate electrode and reach the end of the island region, the first impurity layer constituting each of the source and drain regions;
Forming a CVD-insulating film on the side wall of the gate electrode, and forming the gate electrode and C on the surface of the first impurity layer.
A step of forming a second impurity layer which is formed in self-alignment with the VD-insulating film and is shallower and higher in concentration than the first impurity layer; a step of forming an interlayer insulating film on the entire surface;
And the interlayer insulating film corresponding to the portion where the drain region is to be formed
To selectively form contact holes
Process and from the contact hole to the island region,
While penetrating the second impurity layer,
Be careful not to have a deeper and deeper impurity concentration than the other parts.
And a step of introducing a pure material . DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for manufacturing a MOS transistor having an LDD structure according to an embodiment of the present invention will be described below in the order of steps shown in FIG.
(D) and FIG. 2 will be described. (1). First, an element isolation region 22 is formed on the surface of a p-type Si substrate 21 by a selective oxidation method or the like, and then an oxide film 24 having a thickness of 20 nm is formed on the surface of an island region 23 isolated by the element isolation region 22.
Was formed. Subsequently, a polycrystalline silicon layer 25 having a thickness of 400 nm was formed on the entire surface (shown in FIG. 1A). Next, a resist pattern (not shown) was formed on the portion of the polycrystalline silicon layer 25 where the gate electrode was to be formed by photolithography. After that, the polycrystalline silicon layer 25 was selectively removed by etching using the resist pattern as a mask to form a gate electrode 26. Further, after removing the resist pattern, the oxide film 24 was selectively removed using the gate electrode 26 as a mask to form a gate insulating film 27. Continued,
An n-type impurity such as phosphorus is applied to the gate electrode at an accelerating voltage of 25K.
ion implantation under the conditions of eV and a dose amount of 8 × 10 17 cm -2 ,
Low concentration first ion-implanted layers 28 and 29 were formed (see FIG. 1).
(B) Illustration). Arsenic may be ion-implanted instead of phosphorus. (2). Next, in an oxidizing atmosphere at 900 ° C., 6
After heat treatment for 0 minutes, an oxide film (S
iO 2 film) 30 1, and the surrounding oxide film (SiO 2 film of the gate electrode 26 which is exposed) 30 2 to form a said ion-implanted layer to activate the phosphorous ions in the 28 and 29 first low concentration Impurity layers 31 1 and 32 1 were formed respectively. Then,
100-500 nm thick CVD-Si 3 N 4 film 33 on the entire surface
("Physics of Semiconductor Device", by JO
90 after forming HN WILEY & SONS (see 1981)
The CVD-Si 3 N 4 film 33 was baked and solidified at 0 ° C. for 30 minutes (FIG. 1C). Next, reactive ion etching (R
The Si 3 N 4 film 33 was etched away by IE) until the substrate 21 and the gate electrode were exposed. As a result, Si 3 N 4 is formed on the side wall of the gate electrode 26 through the SiO 2 film 30 2.
Film 33 is left (hereinafter, this film is referred to as a residual the Si 3 N 4 film 33), remaining the Si 3 N 4 film 33 and the source, SiO 2 film 30 1 remained between the drain region to be formed unit. The residual Si
The shape of the 3 N 4 film 33 is determined by the thickness of this film.
After that, ions are implanted into the exposed surface of the substrate 21 using the gate electrode 26 and the residual Si 3 N 4 film 33 as a mask under the conditions of an acceleration voltage of 50 KeV and a dose amount of 3 × 10 15 cm -2 , and a high concentration second Ion-implanted layers 34 and 35 were formed (FIG. 1D). (3). Next, heat treatment such as a ring getter and a glass flow was performed at 900 ° C. for about 90 minutes. As a result,
Arsenic ions in the second ion-implanted layers 34 and 35 are activated to form high-concentration second impurity layers 31 2 and 32 2 , and the first impurity layers 31 1 and 32 1 also have a depth. The second impurity layers 31 2 and 32 2 are slightly spread in the direction to surround the bottoms and the gate-side sides of the second impurity layers 31 2 and 32 2.
Source region 36 consisting of 1 and 31 2 , first and second impurity layers
A drain region 37 composed of 32 1 and 32 2 was formed, respectively.
Here, the surface concentration of the low-concentration first impurity layers 31 1 and 32 1 is approximately 1 × 10 18 cm −3 , and the diffusion depth is 0.22 μm. On the other hand, the high-concentration second impurity layers 31 2 and 32 2 have a surface concentration of about 10 20 cm −3 and a diffusion depth of 0.21 μm.
The controllability with respect to the depth of the first impurity layers 31 1 and 32 1 can be suppressed within ± 15% by the current technology. Then, after forming an interlayer insulating film 38 on the entire surface, the source, the second impurity layer 31 2, 32 2 and the interlayer insulating film 38 corresponding to a portion of each of the gate electrode 26 of the drain region 36 and 37 An Al wiring 40, which was opened and connected through a contact hole 39, was formed to manufacture a MOS type transistor of LDD structure (shown in FIG. 2). The LDD structure MOS type transistor thus manufactured has the following effects. . In the above embodiment, the CVD-Si 3 N 4 film is formed on the entire surface of the substrate.
33 is formed, and S is formed on the side wall of the gate electrode 26 by RIE.
Residual Si 3 N 4 film having a large dielectric constant through the iO 2 film 30 2.
After forming 33 ', this residual Si 3 N 4 film is heat-treated.
SiO 2 between 33 ′ and the source region 36 and the drain region 37
And a step of forming a film 30 1. Therefore, the presence of the residual Si 3 N 4 film 33 ′ on the side wall of the gate electrode 26 makes the drain electric field near the gate electrode 26 extremely small.
This is because when the residual Si 3 N 4 film 33 'is used, the maximum electric field on the surface of the silicon substrate is reduced and the region width is reduced. As a result, when a predetermined potential difference is applied between the source region 36 and the drain region 37 and an on-current is passed between the regions 36 and 37, impact ionization in the vicinity of the drain is suppressed, which causes generation of hot carriers. Decrease. .. Further, the remaining the Si 3 N 4 film 33 'and the source region 36, the presence of the SiO 2 film 30 1 between the drain region 37, Si 3 N 4 and the potential barrier is high relative to Si.
Therefore, even if hot carriers are generated in the vicinity of the drain, the injection probability that these hot carriers penetrate the SiO 2 film 30 1 and reach the remaining Si 3 N 4 film 33 ′ becomes extremely small. the Si 3 N 4 film 33 'of the internal or residual the Si 3 N 4 film 33' and the hot carriers are trapped in the interface between the SiO 2 film 30 1 is extremely small, and reliability is improved. [0014] Si substrate using the gate electrode 26 as a mask
Low concentration first impurity layer 31 1 , 32 1 on the surface of the island region 23 of 21
To form the gate electrode 26 and the remaining Si 3 N 4 film 33 '.
The second impurity layer 31 having a high concentration and a diffusion depth shallower than that of the first impurity layer constituting the first impurity layer and the source / drain regions 36, 37 is formed on the surface of the island region 23 using the mask as a mask. 2 and 32 2 are formed so that the bottom and the side on the gate side are surrounded by the first impurity layer. Therefore, FIG.
A characteristic diagram showing the relationship between the length of the gate electrode and the breakdown voltage as shown in (C) of FIG. From the figure, it can be confirmed that even if the length of the gate electrode is shortened to 2 μm and 1 μm, the break voltage is improved as in the conventional MOS transistor shown in FIG. 7 and FIG. It is considered that this is related to the extension of the depletion layers of the first impurity layers 31 1 and 32 1 . Note that (a) and (b) in the same figure show the case of the MOS type transistors of FIGS. 7 and 9. [0015] As shown in FIG. 3, it can be confirmed that the phenomenon of V TH due to the short channel effect is improved. In addition, (b) and (c) in FIG.
The case of the OS type transistor and the MOS type transistor of FIG. 2 is shown. [0016] As shown in FIG. 4, the dependence of the peak value of the substrate current Isub on the length of the gate electrode is small.
Although not shown, it goes without saying that the gate current is also improved. [0017] The sheet resistance of the second impurity layer of the MOS transistor of FIG. 9 was about 25Ω / □, but it did not affect the transistor characteristics. . Since the etching selectivity of the Si 3 N 4 film 33 is higher than that of the field oxide film, the Si formed on the entire surface of the substrate
When etching the 3 N 4 film 33 by RIE, it is assumed that Si is used.
Even if the 3 N 4 film 33 is over-etched, the etching of the field oxide film can be minimized. .. After forming the residual Si 3 N 4 film 33 ′, the diffusion coefficient of the oxidant during the heat treatment is SiO 2 > polycrystalline Si> Si 3
Since it is N 4 , the area under the remaining Si 3 N 4 film 33 'is not easily oxidized, and the characteristic deterioration due to the bird's beak intrusion can be prevented. Although the oxide film is removed using the gate electrode as a mask in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and ion implantation may be performed without removing the oxide film. Further, normally, in order to prevent punch-through, a single ion implantation or a double implantation of a deep implantation and a shallow implantation is performed in the channel portion, but the relation with the first and second impurity layers in the drain region of the MOS transistor of FIG. If the process is determined so that the above condition holds, no problem will occur and a further short channel MOS transistor can be obtained. The MOS type transistor according to the present invention is not limited to that shown in FIG. 2, but for example, as shown in FIG. 6, the second impurity layers 63, 63 of the source and drain regions 61, 62, respectively.
The structure may be such that the portions corresponding to the contact holes 39 of 64 are formed deeper. The source / drain regions 61 and 62 are formed after the step of FIG.
38, and the interlayer insulating film 38 corresponding to the source / drain regions 61 and 62 is selectively etched to form contact holes.
It can be formed by forming 39, and ion-implanting phosphorus, for example, through the contact hole 39 and then performing heat treatment. Further, instead of ion implantation of phosphorus, phosphorus may be diffused. According to such a transistor, the diffusion depth of the portions of the source / drain regions 61 and 62 corresponding to the contact holes 39 is deeper, so that when the Al wiring 40 is formed,
Can be prevented from penetrating. Further, as shown in FIG. 6, the diffusion depth of the source / drain regions 45 and 48 may be shallower than that of the first impurity layers 31 1 and 32 1 . Here, the second impurity layer 4
The diffusion depth of 7,48 is considerably shallower than the diffusion depth of the first impurity layers 31 1 , 32 1 , and the source / drain regions 4
When the resistances of 5 and 46 affect the transistor characteristics, the resistance can be lowered by forming a tungsten (W) layer and a PtSi layer on the source / drain regions 45 and 46. In the above embodiment, polycrystalline silicon was used as the material for the gate electrode, but the material is not limited to this, and a melting point metal such as Mo or W or a silicide thereof may be used. As described in detail above, according to the present invention, it is possible to avoid the accumulation of charges in the insulator on the side wall of the gate electrode,
The charge prevents the potential of the channel from being affected and the transistor characteristics from deteriorating, and further reduces the breakdown voltage drop due to the reduction of the gate electrode.
It is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device having various effects such as improvement of V TH reduction due to the short channel effect.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例に係るLDD構造のMOS型
トランジスタの製造方法を工程順に示す断面図。 【図2】図1に係るLDD構造のMOS型トランジスタ
の最終の工程の断面図。 【図3】図2のトランジスタのゲート電極の長さとブレ
イクダウン電圧との関係を示す特性図。 【図4】従来および図2のトランジスタのゲート電極の
長さとΔVTHとの関係を示す特性図。 【図5】従来および図2のトランジスタのゲート電極の
長さと基板電流のピーク値との関係を示す特性図。 【図6】本発明の他の実施例に係るLDD構造のMOS
型トランジスタの断面図。 【図7】従来のMOS型トランジスタの断面図。 【図8】従来のMOS型トランジスタのゲート電極の長
さとブレイクダウン電圧との関係を示す特性図。 【図9】従来のLDD構造のMOS型トランジスタの断
面図。 【符号の説明】 21…Si基板(半導体基板)、22…素子分離領域、
23…島領域、24,301 ,302 …酸化膜、 25…多結
晶シリコン層、 26…ゲート電極、27…ゲート絶縁膜、
28, 29, 35, 35…イオン注入層、311 ,312 ,32
1 ,322 ,43,44,47,48…不純物層、 33…Si3
4 膜、33´…残存Si34 膜(第2の絶縁物)、
36,41,45…ソース領域、37,42,46…ドレイン領域、
38…層間絶縁膜、 39…コンタクトホール、40…
Al配線。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view showing, in the order of steps, a method for manufacturing an LDD-structure MOS transistor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the final step of the LDD-structured MOS transistor according to FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the length of the gate electrode and the breakdown voltage of the transistor of FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the gate electrode length and ΔV TH of the conventional transistor and the transistor of FIG. 2. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the length of the gate electrode and the peak value of the substrate current of the conventional transistor and the transistor of FIG. FIG. 6 is a MOS having an LDD structure according to another embodiment of the present invention.
FIG. FIG. 7 is a sectional view of a conventional MOS transistor. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the length of the gate electrode and the breakdown voltage of a conventional MOS transistor. FIG. 9 is a sectional view of a conventional MOS transistor having an LDD structure. [Explanation of symbols] 21 ... Si substrate (semiconductor substrate), 22 ... Element isolation region,
23 ... Island region, 24, 30 1 , 30 2 ... Oxide film, 25 ... Polycrystalline silicon layer, 26 ... Gate electrode, 27 ... Gate insulating film,
28, 29, 35, 35 ... Ion-implanted layer, 31 1 , 31 2 , 32
1 , 32 2 , 43, 44, 47, 48 ... Impurity layer, 33 ... Si 3 N
4 film, 33 '... Remaining Si 3 N 4 film (second insulator),
36,41,45… source region, 37,42,46… drain region,
38 ... Interlayer insulation film, 39 ... Contact hole, 40 ...
Al wiring.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 孝義 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式 会社東芝堀川町工場内 (56)参考文献 特開 昭53−108380(JP,A) 特開 昭58−79766(JP,A) 特開 昭57−159066(JP,A) 特開 昭51−137384(JP,A) 特開 昭56−130971(JP,A) 特開 昭59−6580(JP,A)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Takayoshi Higuchi               72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Stock               Inside the Toshiba Horikawacho factory                (56) References JP-A-53-108380 (JP, A)                 JP-A-58-79766 (JP, A)                 JP-A-57-159066 (JP, A)                 JP-A-51-137384 (JP, A)                 JP-A-56-130971 (JP, A)                 JP 59-6580 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.表面に素子分離領域で分離された複数の島領域を形
成する工程と、前記島領域上にゲート電極を形成する工
程と、前記島領域表面に前記ゲート電極と自己整合的で
あるとともに前記島領域の端部まで達するよう、ソー
ス、ドレイン領域の一部を夫々構成する第1の不純物層
を形成する工程と、前記ゲート電極の側壁にCVD−絶
縁膜を形成する工程と、前記第1の不純物層の表面に前
記ゲート電極及びCVD−絶縁膜と自己整合的に形成さ
れ、かつ前記第1の不純物層より浅くかつ高濃度の第2
の不純物層を形成する工程と、全面に層間絶縁膜を形成
する工程と、ソース、ドレイン領域形成予定部に対応す
る前記層間絶縁膜を選択的にエッチングしてコンタクト
ホールを形成する工程と、このコンタクトホールより前
記島領域に、前記第2の不純物層を貫通するとともに該
第2の不純物層の他の部分よりも深くて濃い不純物濃度
を有するように不純物を導入する工程とを具備すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
(57) [Claims] Forming a plurality of island regions separated by element isolation regions on the surface, forming a gate electrode on the island regions, and self-aligning with the gate electrodes on the island region surface and the island regions Forming a first impurity layer forming part of each of the source and drain regions so as to reach the end of the gate electrode, a step of forming a CVD-insulating film on the sidewall of the gate electrode, and the first impurity. A second layer, which is formed on the surface of the layer in a self-aligned manner with the gate electrode and the CVD-insulating film, is shallower than the first impurity layer, and has a high concentration.
Process to form the impurity layer and the inter-layer insulation film is formed on the entire surface
Corresponding to the process for forming the source and drain regions.
Contact by selectively etching the interlayer insulating film
The process of forming the hole and before this contact hole
The second impurity layer is penetrated to the island region and
Deeper and deeper impurity concentration than other parts of the second impurity layer
And a step of introducing an impurity so that the semiconductor device has a method of manufacturing a semiconductor device.
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