JP2804526B2 - Method for manufacturing MOS type semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing MOS type semiconductor device

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JP2804526B2
JP2804526B2 JP1185876A JP18587689A JP2804526B2 JP 2804526 B2 JP2804526 B2 JP 2804526B2 JP 1185876 A JP1185876 A JP 1185876A JP 18587689 A JP18587689 A JP 18587689A JP 2804526 B2 JP2804526 B2 JP 2804526B2
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gate electrode
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forming
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嘉清 戸部
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に係り、特にMOS型FET
の製造方法に関する。
Description: 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 a MOS type FET.
And a method for producing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、この種のMOS型FETの製造方法を第2図により述
べる。尚、第2図は工程断面図を示す。
2. Description of the Related Art Conventionally, a method of manufacturing this type of MOS FET will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a sectional view of the process.

先ず、P型シリコン基板1の表面にLOCOS法により厚
膜のフィールド酸化膜2を選択的に形成し、素子分離を
行なう。次に、上記基板1の能動領域所定部上に薄膜の
ゲート酸化膜3を形成する。更に、全面にポリシリコン
層を形成し、このポリシリコン層に導電性を与えるため
PoCl3を拡散源とするリン(P)をドーピングする。而
して、かかる導電性を有するポリシリコン層をホトリソ
技術を用いて異方性エッチングし、ゲート電極4を形成
する。その後、上記ゲート電極4をマスクとしてリンを
イオン注入することで基板1表面部のソース・ドレイン
形成予定領域の全体にN-型低濃度不純物領域5を浅く形
成する(第2図a)。
First, a thick field oxide film 2 is selectively formed on the surface of a P-type silicon substrate 1 by the LOCOS method to perform element isolation. Next, a thin gate oxide film 3 is formed on a predetermined portion of the active region of the substrate 1. Furthermore, to form a polysilicon layer on the entire surface and to provide conductivity to the polysilicon layer
Doping with phosphorus (P) using PoCl 3 as a diffusion source. Thus, the gate electrode 4 is formed by anisotropically etching the conductive polysilicon layer using the photolithography technique. Thereafter, the gate electrode 4 is used as a mask to ion-implant phosphorus to form a shallow N -type low-concentration impurity region 5 over the entire region where the source / drain is to be formed on the surface of the substrate 1 (FIG. 2A).

次いで、全面に、CVD法によりSiO2膜6を堆積する
(第2図b)。
Next, an SiO 2 film 6 is deposited on the entire surface by a CVD method (FIG. 2B).

その後、上記SiO2膜6をRIE法を用いて全面異方性エ
ッチングし、ゲート電極4の側面にサイドウォール7を
形成する。そして、このサイドウォール7及びゲート電
極4をマスクとして、砒素(As)をイオン注入し、上記
ソース・ドレイン形成予定領域内のゲート電極4から若
干離隔した部分にN+型高濃度不純物領域8を深く形成
し、NMOS型FETを完成した(第2図c)。
After that, the entire surface of the SiO 2 film 6 is anisotropically etched by using the RIE method to form a sidewall 7 on a side surface of the gate electrode 4. Then, arsenic (As) is ion-implanted using the side wall 7 and the gate electrode 4 as a mask, and an N + -type high-concentration impurity region 8 is formed in a portion slightly separated from the gate electrode 4 in the source / drain formation planned region. It was formed deep to complete the NMOS FET (FIG. 2c).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

然し乍ら、上述した従来方法においては、サイドウォ
ール7形成のための全面エッチング時における終点検出
が困難であり、エッチング残りが生じたり、逆にフィー
ルド酸化膜2や基板1がエッチングされる等下地素子へ
の影響が大きく、このため、リーク電流が発生する等デ
バイスの特性劣化を招くという問題点があった。
However, in the above-described conventional method, it is difficult to detect the end point during the entire surface etching for forming the sidewalls 7, and the remaining elements may be left behind, or the field oxide film 2 or the substrate 1 may be etched. Has a large effect, which causes a problem such as generation of a leak current and deterioration of device characteristics.

本発明の目的は上述した問題点に鑑み、サイドウォー
ル形成における下地素子への影響を除去し、信頼性に優
れた高歩留りの半導体装置の製造方法を提供するもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a high-yield semiconductor device which is excellent in reliability and eliminates the influence of a sidewall element on an underlying element in view of the above-described problems.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は上述した目的を達成するため、半導体基板の
能動領域上にゲート酸化膜、ゲート電極材料層およびレ
ジスト膜を順次積層形成する工程と、前記レジスト膜を
所定形状にパターニングする工程と、前記レジスト膜を
マスクとして前記ゲート電極材料層およびゲート酸化膜
に対し、前記レジスト膜の周辺部のみがエッチングされ
るような条件の下でエッチングを行い、開口部および該
開口部に挟まれたゲート電極を形成する工程と、前記開
口部にシリコン層を形成する工程と、前記ゲート電極を
除いて前記ゲート電極材料をエッチング除去する工程
と、前記ゲート電極および前記シリコン層をマスクとし
てイオン注入を行い、高濃度不純物層領域を形成する工
程と、前記シリコン層をエッチング除去する工程と、前
記ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行い、低濃度
不純物層領域を形成する工程とを有している。
In order to achieve the above object, the present invention provides a step of sequentially forming a gate oxide film, a gate electrode material layer and a resist film on an active region of a semiconductor substrate, and a step of patterning the resist film into a predetermined shape; Using the resist film as a mask, the gate electrode material layer and the gate oxide film are etched under conditions such that only the periphery of the resist film is etched, and the opening and the gate electrode sandwiched by the opening are etched. Forming, a step of forming a silicon layer in the opening, a step of etching and removing the gate electrode material except for the gate electrode, and performing ion implantation using the gate electrode and the silicon layer as a mask, Forming a high-concentration impurity layer region, etching the silicon layer, and masking the gate electrode. To perform ion implantation, and a step of forming low concentration impurity layer regions.

〔作用〕[Action]

本発明においては、ゲート電極及び開口部の形成並び
にゲート電極以外のゲート電極材料層のエッチングが同
一レジストパターンをマスクとして行なわれ、高・低濃
度不純物領域形成のためのゲート電極材料層の除去及び
シリコン層の除去がエッチングの選択比を利用して行な
われるため、従来のようなサイドウォール形成のための
全面エッチング工程がなくなるので、フィールド酸化膜
や基板等の下地素子へのエッチングによる影響が抑制さ
れ、デバイスの特性劣化が防止される。又、デバイスの
製造が1回のホトリソ工程で可能となるので、マスクの
合せ誤差が最小限に抑えられ、作業性を向上する。
In the present invention, the formation of the gate electrode and the opening and the etching of the gate electrode material layer other than the gate electrode are performed using the same resist pattern as a mask, and the removal and removal of the gate electrode material layer for forming the high / low concentration impurity regions are performed. Since the removal of the silicon layer is performed using the etching selectivity, there is no need to perform the entire surface etching process for forming the sidewall as in the conventional method, so that the influence of the etching on the underlying elements such as the field oxide film and the substrate is suppressed. As a result, deterioration of device characteristics is prevented. In addition, since the device can be manufactured in one photolithography process, mask alignment errors are minimized, and workability is improved.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明方法に係わる一実施例を第1図に基づい
て説明する。尚、第1図は工程断面図を示す。
An embodiment according to the method of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 shows a sectional view of the process.

先ず、P型シリコン基板11の(100)面の所定部上
に、N型ウェル層11aを形成する。次に、上記基板11上
に、LOCOS法により厚膜のフィールド酸化膜12を選択的
に成長させ、素子分離を行なう。その後、全面に、200
Å厚のゲート酸化膜13及び3000Å厚のモリブデン膜14を
順次積層形成する。次いで、上記モリブデン膜14上にレ
ジスト膜15を塗布した後、これをホトリソグラフィ技術
により所定のパターンに形成する。続いて、ペリフェラ
ルエッチング法を用いて、上記パターニングされたレジ
スト膜15の周辺部のモリブデン膜14及びゲート酸化膜13
を選択的にエッチング除去して、開口部14aとこの開口
部14aを周辺に有するゲート電極16とを同時に形成す
る。尚、この場合のペリフェラルエッチング法とは塩素
ガスと酸素ガスとをエッチャントする反応性イオンエッ
チング法を言い、酸素ガスの占有率 は60〜70%の範囲内でなければならない。その後、酸素
ガスの占有率が50%以下のエッチャントによる上記同様
の反応性イオンエッチング法によりレジスト膜15で被わ
れていないモリブデン膜14を1500Å厚だけエッチング除
去する(第1図a)。
First, an N-type well layer 11a is formed on a predetermined portion of the (100) plane of the P-type silicon substrate 11. Next, a thick field oxide film 12 is selectively grown on the substrate 11 by the LOCOS method to perform element isolation. Then, over the entire surface, 200
A thick gate oxide film 13 and a 3000-thick molybdenum film 14 are sequentially laminated. Next, after a resist film 15 is applied on the molybdenum film 14, the resist film 15 is formed into a predetermined pattern by photolithography. Subsequently, using a peripheral etching method, the molybdenum film 14 and the gate oxide film 13 around the patterned resist film 15 are removed.
Is selectively removed by etching to simultaneously form an opening 14a and a gate electrode 16 having the opening 14a around the opening 14a. Note that the peripheral etching method in this case refers to a reactive ion etching method in which a chlorine gas and an oxygen gas are etched, and the occupation rate of the oxygen gas. Must be in the range of 60-70%. Thereafter, the molybdenum film 14 not covered with the resist film 15 is etched away by a thickness of 1500 ° by the same reactive ion etching method using an etchant having an oxygen gas occupancy of 50% or less (FIG. 1a).

次に、上記レジスト膜15の全面除去した後、上記開口
部14aにSi層17を700Å厚エピタキシャル成長させる(第
1図b)。
Next, after the entire surface of the resist film 15 is removed, a Si layer 17 is epitaxially grown to a thickness of 700 in the opening 14a (FIG. 1B).

その後、Siとの選択比が大きく条件下でゲート電極16
を含むモリブデン膜14を1500Å厚だけエッチング除去す
る。更に、ホトリソグラフィ技術を用いて、基板11のPM
OS型FET形成領域、即ちN型ウェル層11a上を図示略すレ
ジスト膜で被い、ゲート電極16及びSi層17をマスクとし
て、ドーズ量8×1015inos/cm2の砒素(75As+)を50KeV
の加速エネルギーでイオン注入し、基板11表面部のSi層
17両側方にN+型高濃度不純物領域18を深く形成する。続
いて、上記レジスト膜を除去した後、基板11のNMOS型FE
Tの形成予定領域上を図示略すレジスト膜で被い、ゲー
ト電極16及びSi層17をマスクとして、ドーズ量4×1015
ions/cm2のフッ化ボロン(49BF2 +)を25KeVの加速エネ
ルギーでイオン注入し、N型ウェル層11a表面部のSi層1
7両側方にP+型高濃度不純物領域19を深く形成する(第
1図c)。
Thereafter, the gate electrode 16 is formed under the condition that the selectivity with Si is large.
The molybdenum film 14 containing is etched away by a thickness of 1500 mm. Furthermore, the PM of the substrate 11 is
OS-FET region, i.e. covered with a resist film abbreviated shown on N-type well layers 11a, the gate electrode 16 and the Si layer 17 as a mask, a dose of 8 × 10 15 inos / cm 2 of arsenic (75 As +) 50 KeV
Ion implantation with the acceleration energy of
17, N + -type high-concentration impurity regions 18 are formed deep on both sides. Subsequently, after removing the resist film, the NMOS FE of the substrate 11 is removed.
The region where T is to be formed is covered with a resist film (not shown), and the dose is 4 × 10 15 using the gate electrode 16 and the Si layer 17 as a mask.
Ion implantation of ions / cm 2 boron fluoride ( 49 BF 2 + ) is performed at an acceleration energy of 25 KeV.
7P + type high concentration impurity regions 19 are formed deeply on both sides (FIG. 1c).

しかる後、上記レジスト膜を除去し、モリブデンとの
選択比が大きい条件下でSi層17をエッチング除去する。
そして、再度N型ウェル層11a上を図示略すレジスト膜
で被い、ゲート電極16をマスクとして、ドーズ量5×10
13ions/cm2のリン(31P+)を30KeVの加速エネルギーで
イオン注入し、基板11表面部のゲート電極16両側方にN-
型低濃度不純物領域20を浅く形成する。同様に、上記レ
ジスト膜を除去した後、基板11のNMOS型FETの形成予定
領域上を図示略すレジスト膜で被い、ゲート電極16をマ
スクとして、ドーズ量5×1013ions/cm2のボロン
11B+)を20KeVの加速エネルギーでイオン注入し、N
型ウェル層11a表面部のゲート電極16両側方にP-型低濃
度不純物領域21を浅く形成する。斯くして、CMOS型FET
が完成する(第1図d)。
Thereafter, the resist film is removed, and the Si layer 17 is removed by etching under the condition that the selectivity with molybdenum is large.
Then, the N-type well layer 11a is again covered with a resist film (not shown), and a dose of 5 × 10
13 ions / cm 2 of phosphorus ( 31 P + ) is ion-implanted at an acceleration energy of 30 KeV, and N − is implanted on both sides of the gate electrode 16 on the surface of the substrate 11.
The low-concentration impurity region 20 is formed shallow. Similarly, after removing the resist film, the region where the NMOS type FET is to be formed on the substrate 11 is covered with a resist film (not shown), and the gate electrode 16 is used as a mask to form a boron having a dose of 5 × 10 13 ions / cm 2 . ( 11 B + ) is ion-implanted at an acceleration energy of 20 KeV,
P -type low-concentration impurity regions 21 are formed shallowly on both sides of the gate electrode 16 on the surface of the mold well layer 11a. Thus, a CMOS type FET
Is completed (FIG. 1d).

尚、本実施例では、ゲート電極材料として、モリブデ
ンを使用したが、これに換えてモリブデンシリサイド又
はポリブデンポリサイド等のペェリフラルエッチングを
行なえるものを使用しても良い。
In this embodiment, molybdenum is used as the gate electrode material. Alternatively, molybdenum silicide or polybutene polycide that can be subjected to peripheral etching may be used.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、ゲート
電極及び開口部の形成やゲート電極材料層のエッチング
は同一レジストパターンをマスクとして行なわれ、高・
低濃度不純物領域形成のためのゲート電極材料層やシリ
コン層の除去がエッチングの選択比を利用して行なわれ
るので、全面エッチング工程がなくなる。その結果、フ
ィールド酸化膜や基板等の下地素子へのエッチングによ
る影響を抑えることができる。従って、リーク電流発生
等によるデバイスの特性劣化が防止でき、信頼性に優れ
た高歩留りのデバイスが得られる。更には、デバイスの
製造が1回のホトリソ工程で可能となるので、作業性が
向上し、コスト低減ができると共に、マスクの合せ誤差
が最小限に抑制できる等の特有の効果により上述した課
題を解決し得る。
As described above in detail, according to the present invention, the formation of the gate electrode and the opening and the etching of the gate electrode material layer are performed using the same resist pattern as a mask.
Since the removal of the gate electrode material layer and the silicon layer for forming the low-concentration impurity region is performed using the etching selectivity, the entire surface etching step is eliminated. As a result, the influence of the etching on the underlying elements such as the field oxide film and the substrate can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent device characteristics from being deteriorated due to the occurrence of a leak current or the like, and to obtain a highly reliable device with high yield. Further, since the device can be manufactured in a single photolithography process, the above-described problems are solved by unique effects such as improved workability, cost reduction, and minimization of mask alignment errors. Can be solved.

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

第1図は本発明方法の実施例に係わる工程断面図であ
り、第2図は従来方法の工程断面図である。 11……P型シリコン基板、11a……N型ウェル層、12…
…フィールド酸化膜、13……ゲート酸化膜、14……モリ
ブデン膜、15……レジスト膜、16……ゲート電極、17…
…Si層、18……N+型高濃度不純物領域、19……P+型高濃
度不純物領域、20……N-型低濃度不純物領域、21……P-
型低濃度不純物領域。
FIG. 1 is a sectional view of a process according to an embodiment of the method of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a process of a conventional method. 11 ... P-type silicon substrate, 11a ... N-type well layer, 12 ...
... field oxide film, 13 ... gate oxide film, 14 ... molybdenum film, 15 ... resist film, 16 ... gate electrode, 17 ...
... Si layer, 18 ...... N + -type highly-doped impurity regions, 19 ...... P + -type high concentration impurity regions, 20 ...... N - -type low concentration impurity regions, 21 ...... P -
Type low concentration impurity region.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板の能動領域上にゲート酸化膜、
ゲート電極材料層およびレジスト膜を順次積層形成する
工程と、 前記レジスト膜を所定形状にパターニングする工程と、 前記レジスト膜をマスクとして前記ゲート電極材料層お
よびゲート酸化膜に対し、前記レジスト膜の周辺部のみ
がエッチングされるような条件の下でエッチングを行
い、開口部および該開口部に挟まれたゲート電極を形成
する工程と、 前記開口部にシリコン層を形成する工程と、 前記ゲート電極を除いて前記ゲート電極材料をエッチン
グ除去する工程と、 前記ゲート電極および前記シリコン層をマスクとしてイ
オン注入を行い、高濃度不純物層領域を形成する工程
と、 前記シリコン層をエッチング除去する工程と、 前記ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行い、低濃
度不純物層領域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 gate oxide film on an active region of a semiconductor substrate;
A step of sequentially forming a gate electrode material layer and a resist film; a step of patterning the resist film into a predetermined shape; and a step of forming a periphery of the resist film with respect to the gate electrode material layer and the gate oxide film using the resist film as a mask. Etching under conditions such that only the portion is etched to form an opening and a gate electrode sandwiched by the opening; forming a silicon layer in the opening; and Removing the gate electrode material by etching, performing ion implantation using the gate electrode and the silicon layer as a mask to form a high-concentration impurity layer region, and etching and removing the silicon layer. Forming a low-concentration impurity layer region by performing ion implantation using the gate electrode as a mask. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】前記レジスト膜をマスクとして前記ゲート
電極材料層およびゲート酸化膜に対し、前記レジスト膜
の周辺部のみがエッチングされるような条件の下でエッ
チングを行い、開口部および該開口部に挟まれたゲート
電極を形成する工程は、エッチングガスの酸素占有率O2
/(O2+CCl4)が0.6〜0.7の範囲内でエッチングする工
程であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の
製造方法。
2. An etching process is performed on the gate electrode material layer and the gate oxide film using the resist film as a mask under conditions such that only a peripheral portion of the resist film is etched. forming a gate electrode sandwiched between the oxygen occupancy of the etching gas O 2
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the etching is performed in a range of / (O 2 + CCl 4 ) in the range of 0.6 to 0.7.
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