JP2822593B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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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関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

従来の技術 従来の半導体装置の製造方法としては、例えば特開昭
54−44482号公報(特願昭52−110724号)に示されてい
る。第4図はこの従来の半導体装置の製造方法を用い
た、NチャネルMOS型トランジスタの構造断面図を示す
ものである。P型シリコン基板1にゲート酸化膜2を介
して多結晶シリコン3を堆積し、フォトレジストをマス
クとして前記多結晶シリコン3及びゲート酸化膜2をエ
ッチングする。次にリンイオン又はヒ素イオンを基板1
表面に注入し低濃度拡散層6,7を形成する。その後、半
導体装置の表面に酸化膜を堆積し、エッチバック法を用
いて酸化膜をエッチングし、サイドウォール10,11を形
成する。次に基板表面にヒ素イオンを注入し、ソース・
ドレイン拡散層12,13を形成して完成する。この従来の
半導体装置においては、低濃度拡散層によりMOS型トラ
ンジスタのソース・ドレイン近傍での電界が緩和される
ために、正孔又は電子のゲート酸化膜への注入が抑制さ
れ、ホットキャリアによるトランジスタ特性の劣化が減
少する。
2. Description of the Related Art As a conventional method for manufacturing a semiconductor device, for example,
No. 54-44482 (Japanese Patent Application No. 52-110724). FIG. 4 is a sectional view showing the structure of an N-channel MOS transistor using this conventional method for manufacturing a semiconductor device. Polycrystalline silicon 3 is deposited on a P-type silicon substrate 1 via a gate oxide film 2, and the polycrystalline silicon 3 and the gate oxide film 2 are etched using a photoresist as a mask. Next, phosphorus ions or arsenic ions are added to the substrate 1.
The low-concentration diffusion layers 6 and 7 are formed by injecting into the surface. After that, an oxide film is deposited on the surface of the semiconductor device, and the oxide film is etched using an etch-back method to form sidewalls 10 and 11. Next, arsenic ions are implanted into the substrate surface,
The drain diffusion layers 12 and 13 are formed and completed. In this conventional semiconductor device, since the electric field near the source / drain of the MOS transistor is reduced by the low concentration diffusion layer, injection of holes or electrons into the gate oxide film is suppressed, and the transistor due to hot carriers is reduced. Deterioration of characteristics is reduced.

他の従来の半導体装置の製造方法としては、例えば特
開昭61−242468号公報に示されている。第5図はこの従
来の半導体装置の製造方法を用いた、NチャネルMOS型
トランジスタの構造断面図を示すものである。P型シリ
コン基板1にゲート酸化膜2を介して多結晶シリコン3
を堆積し、フォトレジストをマスクとして前記多結晶シ
リコン3及びゲート酸化膜2をエッチングする。次にリ
ンイオン又はヒ素イオンを大傾角イオン注入を用いてゲ
ート下に注入し、低濃度拡散層6,7を形成する。その後
半導体基板の表面にヒ素イオンを注入し、ソース・ドレ
イン拡散層10,11を形成して完成する。以上のように構
成された従来の半導体装置においては、低濃度拡散層6,
7がゲートとオーバーラップすることにより、第1の従
来例よりさらにソース・ドレイン近傍での電界が緩和さ
れ、ホットキャリアの信頼性が向上する。又、ゲートの
下に低濃度拡散層6,7を形成するために、実質のゲート
長が短くなるために、トランジスタの駆動力が増す。
Another conventional method for manufacturing a semiconductor device is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-242468. FIG. 5 is a sectional view showing the structure of an N-channel MOS transistor using the conventional method for manufacturing a semiconductor device. Polycrystalline silicon 3 on a P-type silicon substrate 1 via a gate oxide film 2
Is deposited, and the polysilicon 3 and the gate oxide film 2 are etched using a photoresist as a mask. Next, phosphorus ions or arsenic ions are implanted under the gate by using a large-angle ion implantation to form low-concentration diffusion layers 6 and 7. Thereafter, arsenic ions are implanted into the surface of the semiconductor substrate to form source / drain diffusion layers 10 and 11, thereby completing the process. In the conventional semiconductor device configured as described above, the low concentration diffusion layer 6,
When 7 overlaps the gate, the electric field near the source / drain is further reduced than in the first conventional example, and the reliability of hot carriers is improved. Further, since the low-concentration diffusion layers 6 and 7 are formed under the gate, the gate length is substantially shortened, so that the driving force of the transistor is increased.

発明が解決しようとする課題 しかしながら前記のような構成では、低濃度拡散層の
ゲート下への入り込みを大きくし、ホットキャリアの信
頼性を高くするためには、注入角度をさらに大きくし、
注入エネルギーも高くすることが必要であるが、前者は
高集積のLSIにおいては困難であり、後者はゲート酸化
膜に与える損傷が大きくなるという問題を有していた。
However, in the configuration described above, in order to increase the penetration of the low-concentration diffusion layer under the gate and increase the reliability of the hot carrier, the injection angle is further increased,
Although it is necessary to increase the implantation energy, the former is difficult in a highly integrated LSI, and the latter has a problem that the damage to the gate oxide film is increased.

本発明はかかる点に鑑み、従来のプロセス技術を用
い、容易に低濃度拡散層のゲート下への入り込み量を制
御できる半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。
In view of the foregoing, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can easily control the amount of a low-concentration diffusion layer entering under a gate by using a conventional process technology.

課題を解決するための手段 本発明は、半導体基板にゲート酸化膜を介してゲート
電極膜を堆積し、前記ゲート電極膜、前記酸化膜及び前
記半導体基板を選択的にエッチングし、前記エッチング
工程により形成される前記半導体基板の凸部の側壁に傾
角イオン注入を行うことにより、前記半導体基板の凸部
の側壁に低濃度拡散層を形成し、ついで前記凸部の側壁
に被膜を形成し、さらに前記半導体基板にほぼ垂直にイ
オン注入してソース・ドレイン拡散層を形成することよ
り構成される。
Means for Solving the Problems The present invention is to deposit a gate electrode film on a semiconductor substrate via a gate oxide film, selectively etch the gate electrode film, the oxide film and the semiconductor substrate, the etching step Forming a low-concentration diffusion layer on the side wall of the projection of the semiconductor substrate by performing tilted ion implantation on the side wall of the projection of the semiconductor substrate to be formed; and forming a coating on the side wall of the projection. The source / drain diffusion layer is formed by ion implantation substantially perpendicular to the semiconductor substrate.

作用 本発明は前記した構成により、シリコン基板をエッチ
ングして形成される凸部の側面にイオン注入を行うため
に、シリコン基板の平面部を介さずして、直接ゲート下
に低濃度拡散層を形成することができる。
According to the present invention, a low-concentration diffusion layer is formed directly under a gate, not through a plane portion of a silicon substrate, in order to perform ion implantation on a side surface of a projection formed by etching a silicon substrate. Can be formed.

実施例 (参考例) 第1図はNチャネルのMOS型トランジスタの製造方法
を示す工程断面図である。第1図(a)では、P型のシ
リコン基板1の表面に、ドライ酸化又はウェット酸化を
用いて厚さ10nmのゲート酸化膜2を形成する。次に周知
の気相成長法を用いて厚さ300nmの多結晶シリコン3を
堆積させる。
Embodiment (Reference Example) FIG. 1 is a process sectional view showing a method for manufacturing an N-channel MOS transistor. In FIG. 1A, a 10-nm-thick gate oxide film 2 is formed on the surface of a P-type silicon substrate 1 by using dry oxidation or wet oxidation. Next, polycrystalline silicon 3 having a thickness of 300 nm is deposited using a known vapor deposition method.

第1図(b)では、フォトレジスト4をマスクとして
多結晶シリコン3、ゲート酸化膜2及びシリコン基板1
を選択的にエッチングする。
In FIG. 1 (b), polycrystalline silicon 3, gate oxide film 2 and silicon substrate 1 are formed using photoresist 4 as a mask.
Is selectively etched.

第1図(c)では、半導体装置表面にドライ酸化又は
ウェット酸化を用いて厚さ30nmの保護酸化膜5を形成す
る。次に、シリコン基板1の凸部の側面及びエッチング
面に注入エネルギー30KeV、ドーズ量2×1013cm-2の条
件で、シリコン基板表面に対して70゜の角度で燐イオン
を注入し、低濃度拡散層6,7を形成する。注入はシリコ
ン基板の凸部の両側面が均一になるように2回転注入を
行う。
In FIG. 1C, a protective oxide film 5 having a thickness of 30 nm is formed on the surface of the semiconductor device by using dry oxidation or wet oxidation. Next, phosphorus ions are implanted into the side surfaces and the etching surface of the convex portion of the silicon substrate 1 at an implantation energy of 30 KeV and a dose of 2 × 10 13 cm −2 at an angle of 70 ° with respect to the silicon substrate surface. The concentration diffusion layers 6 and 7 are formed. The implantation is performed twice so that both side surfaces of the convex portion of the silicon substrate are uniform.

第1図(d)では、シリコン基板1の表面に注入エネ
ルギー40KeV、ドーズ量6×1015cm-2の条件で、シリコ
ン基板の1の表面に対してほぼ垂直にヒ素イオンを注入
し、ソース・ドレイン拡散12,13を形成して完了する。
In FIG. 1 (d), arsenic ions are implanted into the surface of the silicon substrate 1 almost perpendicularly to the surface of the silicon substrate 1 under the conditions of an implantation energy of 40 KeV and a dose of 6 × 10 15 cm −2. -Complete by forming drain diffusions 12 and 13.

第2図は第1図(c)の工程と従来技術(LATID)に
よるゲート直下に入り込む注入イオンの様子を示す模式
図である。同図(a)は第1図(c)の工程による燐イ
オン(Pイオン)のシリコン基板1に入り込む様子を矢
印で示す。同図(b)は従来技術(LATID)による燐イ
オンのシリコン基板1に入り込む様子を矢印で示す同図
(a),(b)により、低濃度拡散層領域Aに入り込む
燐イオンの量は第1図(c)の工程の方がLATIDに比
べ、シリコン基板1の平面を介さずに行うことができる
ため、はるかに多い。
FIG. 2 is a schematic view showing the process of FIG. 1 (c) and the state of implanted ions entering just below the gate according to the conventional technology (LATID). FIG. 2A shows by arrows the phosphorus ions (P ions) entering the silicon substrate 1 in the step of FIG. 1C. FIG. 3B shows the state of phosphorus ions entering the silicon substrate 1 by the conventional technology (LATID) indicated by arrows. FIGS. 3A and 3B show that the amount of phosphorus ions entering the low concentration diffusion layer region A is the first. 1C is much more numerous than the LATID because it can be performed without interposing the plane of the silicon substrate 1.

以上のように構成されたNチャネルMOS型トランジス
タでは、低濃度拡散層6,7をシリコン基板の凸部の側面
に形成するために、ゲートオーバーラップ構造を比較的
低い注入エネルギーで形成でき、従来技術のLATIDの場
合のような大傾角イオン注入を行う必要がない。さら
に、ゲート下への低濃度拡散層の入り込みの量を、注入
エネルギーによって簡単に制御できる。
In the N-channel MOS transistor configured as described above, the gate overlap structure can be formed with relatively low implantation energy because the low concentration diffusion layers 6 and 7 are formed on the side surfaces of the convex portion of the silicon substrate. There is no need to perform large angle ion implantation as in the case of technology LATID. Further, the amount of the low-concentration diffusion layer entering under the gate can be easily controlled by the implantation energy.

(実施例1) 第3図は本発明の第1の実施例におけるNチャネルMO
S型トランジスタの製造方法を示す工程断面図で、
(a),(b)の各図は第1図(a)〜(c)工程の後
に続く工程順図である。第3図(a)では、シリコン基
板1の表面に注入エネルギー30KeV、ドーズ量1×10-14
cm-2の条件で、シリコン基板1に対して垂直にヒ素イオ
ンを注入し、中濃度拡散層8,9を形成する。
(Embodiment 1) FIG. 3 shows an N-channel MO according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an S-type transistor,
1A and 1B are sequential diagrams of steps subsequent to the steps of FIGS. 1A to 1C. In FIG. 3A, an implantation energy of 30 KeV and a dose of 1 × 10 −14 are applied to the surface of the silicon substrate 1.
Under the condition of cm −2 , arsenic ions are implanted perpendicularly to the silicon substrate 1 to form medium concentration diffusion layers 8 and 9.

第3図(b)では、半導体装置の表面を周知の気相成
長法を用いて100nmの厚さに堆積させた酸化膜を、エッ
チバック法を用いて保護酸化膜5に至るまでエッチング
し、サイドウォール10,11を形成する。次に、シリコン
基板1の表面に、注入エネルギー40KeV、ドーズ量6×1
015cm-2の条件で、シリコン基板1に対してほぼ垂直に
ヒ素イオンを注入し、ソース・ドレイン拡散層12,13を
形成して完了する。
In FIG. 3 (b), an oxide film formed by depositing the surface of the semiconductor device to a thickness of 100 nm by using a well-known vapor deposition method is etched to reach the protective oxide film 5 by using an etch-back method. The side walls 10 and 11 are formed. Next, an implantation energy of 40 KeV and a dose of 6 × 1 were applied to the surface of the silicon substrate 1.
Under the condition of 15 cm −2 , arsenic ions are implanted substantially perpendicularly to the silicon substrate 1 to form source / drain diffusion layers 12 and 13 and complete the process.

以上のように構成された本実施例のNチャネルMOS型
トランジスタでは、低濃度拡散層6,7をシリコン基板の
凸部の側面に形成するために、ゲートオーバーラップ構
造を比較的低い注入エネルギーで形成でき、従来技術の
LATIDの場合のような大傾過角イオン注入を行う必要が
ない。さらに、ゲート下への低濃度拡散層の入り込みの
量を、注入エネルギーによって簡単に制御できる。又、
中濃度拡散層8,9を低濃度拡散層6,7とソース・ドレイン
拡散層12,13の間に形成するために、ゲート下のソース
・ドレイン近傍での電界集中を緩和することができ、ホ
ットキャリアの信頼性が向上する。
In the N-channel MOS transistor of the present embodiment configured as described above, since the low-concentration diffusion layers 6 and 7 are formed on the side surfaces of the convex portion of the silicon substrate, the gate overlap structure is formed with relatively low implantation energy. Can be formed and
There is no need to perform large angle ion implantation as in the case of LATID. Further, the amount of the low-concentration diffusion layer entering under the gate can be easily controlled by the implantation energy. or,
Since the medium-concentration diffusion layers 8, 9 are formed between the low-concentration diffusion layers 6, 7 and the source / drain diffusion layers 12, 13, electric field concentration near the source / drain below the gate can be reduced. Hot carrier reliability is improved.

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、従来のプロセ
ス技術を用いることによって、オーバーラップ構造を簡
単に形成でき、低濃度拡散層のゲート下への入り込みの
量も、注入エネルギーによって簡単に制御できる。その
ため、トランジスタのホットキャリアの信頼性を簡単に
向上することができ、その実用的効果は大きい。
As described above, according to the present invention, the overlap structure can be easily formed by using the conventional process technology, and the amount of the low-concentration diffusion layer penetrating under the gate can be changed by the implantation energy. Easy to control. Therefore, the reliability of hot carriers of the transistor can be easily improved, and the practical effect is large.

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

第1図はNチャネルMOS型トランジスタの製造工程図、
第2図は第1図(c)の工程と従来技術(LATID)によ
るゲート直下に入り込む注入イオンの様子を示す模式
図、第3図は本発明の第1の実施例におけるNチャネル
MOS型トランジスタの製造工程図、第4図は従来例の1
つであるLDD構造のNチャネルMOS型トランジスタの構造
断面図、第5図は従来例の1つであるゲートオーバーラ
ップ構造(LATID)のNチャネルMOS型トランジスタの構
造断面図である。 1……P型シリコン基板、2……ゲート酸化膜、3……
多結晶シリコン、4……フォトレジスト、5……保護酸
化膜、6,7……低濃度拡散層、8,9……中濃度拡散層、1
0,11……サイドウォール、12,13……ソース・ドレイン
拡散層。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram of an N-channel MOS transistor,
FIG. 2 is a schematic view showing the process of FIG. 1 (c) and the state of implanted ions entering just below the gate according to the conventional technique (LATID), and FIG. 3 is an N-channel according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a manufacturing process of a MOS type transistor.
FIG. 5 is a structural sectional view of an N-channel MOS transistor having an LDD structure, and FIG. 5 is a structural sectional view of an N-channel MOS transistor having a gate overlap structure (LATID), which is one of conventional examples. 1 ... P-type silicon substrate, 2 ... Gate oxide film, 3 ...
Polycrystalline silicon, 4 ... Photoresist, 5 ... Protective oxide film, 6,7 ... Low concentration diffusion layer, 8,9 ... Medium concentration diffusion layer, 1
0,11: Side wall, 12,13: Source / drain diffusion layer.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板にゲート酸化膜を介してゲート
電極膜を堆積する工程と、前記ゲート電極膜、前記酸化
膜及び前記半導体基板を選択的にエッチングする工程
と、前記エッチング工程により形成される前記半導体基
板の凸部の側壁に傾角イオン注入を行うことにより、前
記半導体基板の凸部の側壁に低濃度拡散層を形成する工
程と、前記半導体基板表面に垂直にイオン注入を行うこ
とにより、前記半導体基板の表面に中濃度拡散層を形成
する工程と、前記半導体基板の凸部の側壁にサイドウォ
ールを形成する工程と、前記半導体基板表面に垂直にイ
オン注入を行うことにより、前記半導体基板の表面にソ
ース・ドレイン拡散層を形成する工程とを備えたことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of depositing a gate electrode film on a semiconductor substrate via a gate oxide film; a step of selectively etching the gate electrode film, the oxide film and the semiconductor substrate; and the step of etching. Forming a low-concentration diffusion layer on the side wall of the projection of the semiconductor substrate by performing tilted ion implantation on the side wall of the projection of the semiconductor substrate, and performing ion implantation perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. Forming a medium-concentration diffusion layer on the surface of the semiconductor substrate, forming a sidewall on a side wall of a convex portion of the semiconductor substrate, and performing ion implantation perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. Forming a source / drain diffusion layer on the surface of the substrate.
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