JP2917301B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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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、特にLDD(lightly doped dra
in)構造のMOSトランジスタとその製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device, particularly an LDD (lightly doped dra
The present invention relates to a MOS transistor having an in) structure and a manufacturing method thereof.
本発明は、LDD構造のMOSトランジスタにおいて、ゲー
ト電極を第1ゲート電極とその側壁に一体形成した第2
のゲート電極とで形成し、ドレイン側の第2ゲート電極
下のみに第2導電形の低濃度不純物領域のみを形成する
と共に、第2ゲート電極と自己整合的に第2導電形の高
濃度不純物領域を形成して構成することにより、ソース
側の高抵抗領域を無くしてトランジスタの電流駆動能力
の向上を図り、且つドレイン側の低濃度不純物領域表面
のキャリア濃度を第2ゲート電極で制御して初期劣化を
改善するようにしたものである。The present invention relates to a MOS transistor having an LDD structure, wherein a gate electrode is formed integrally with a first gate electrode and a side wall thereof.
And only the low concentration impurity region of the second conductivity type is formed only below the second gate electrode on the drain side, and the high concentration impurity of the second conductivity type is formed in self-alignment with the second gate electrode. By forming the region, the high-resistance region on the source side is eliminated to improve the current driving capability of the transistor, and the carrier concentration on the surface of the low-concentration impurity region on the drain side is controlled by the second gate electrode. This is to improve the initial deterioration.
本発明は、MOSトランジスタの製法において、第1導
電形の半導体基体上の第1ゲート電極をまたいでソース
側を覆うマスク層を介してドレイン側に第2導電形の低
濃度不純物領域を形成し、次に第1ゲート電極側壁に第
2ゲート電極を一体形成して第1及び第2ゲート電極を
マスクに高濃度不純物を導入して第2導電形の高濃度不
純物領域を形成することによって、電流駆動能力が高く
且つ初期劣化の少ないLDD構造のMOSトランジスタを容易
に製造できるようにしたものである。According to the present invention, in a method of manufacturing a MOS transistor, a low-concentration impurity region of a second conductivity type is formed on a drain side via a mask layer covering a source side across a first gate electrode on a semiconductor substrate of a first conductivity type. Then, a second gate electrode is integrally formed on the side wall of the first gate electrode, and a high-concentration impurity is introduced using the first and second gate electrodes as a mask to form a high-concentration impurity region of the second conductivity type. This makes it possible to easily manufacture a MOS transistor having an LDD structure having high current driving capability and little initial deterioration.
また、上記製法において、第2導電形の低濃度不純物
領域形成時に用いるマスク層により第1導電形チャネル
MOSトランジスタ形成領域をマスクすることによって、
マスク枚数を増すことなく、上記LDD構造を有するC−M
OSトランジスタを製造できるようにしたものである。In the above manufacturing method, the first conductivity type channel may be formed by using a mask layer used when forming the second conductivity type low concentration impurity region.
By masking the MOS transistor formation area,
C-M having the above LDD structure without increasing the number of masks
It enables the manufacture of OS transistors.
本発明は、LDD構造のMOSトランジスタにおいて、半導
体基体の段差部側壁にゲート電極を形成し、段差部上段
と下段にゲート電極と自己整合的に高濃度不純物領域を
形成すると共に、上段の高濃度不純物領域下に低濃度不
純物領域を形成して構成することにより、上述と同様に
トランジスタの電流駆動能力の向上を図り、且つ初期劣
化を改善するようにしたものである。The present invention relates to a MOS transistor having an LDD structure, in which a gate electrode is formed on a side wall of a step portion of a semiconductor substrate, and a high-concentration impurity region is formed in a self-alignment manner with a gate electrode in an upper stage and a lower stage of the step portion, and a high-concentration impurity region in an upper stage is formed. By forming a low-concentration impurity region below the impurity region, the current driving capability of the transistor is improved and the initial deterioration is improved in the same manner as described above.
MOSトランジスタにおいては、チャネル長の微細化に
伴い引き起されるホットキャリアによるトランジスタ特
性の劣化(即ちしきい値電圧の経時変化や相互コンダク
タンスの劣化等)を防止するためLDD構造が一般に用い
られている。In MOS transistors, an LDD structure is generally used to prevent deterioration of transistor characteristics due to hot carriers caused by miniaturization of the channel length (that is, deterioration of threshold voltage with time and deterioration of mutual conductance, etc.). I have.
従来のLDD構造のMOSトランジスタは、第4図に示すよ
うに第1導電形の半導体基体例えばp形のシリコン基体
(1)上にゲート絶縁膜(2)を介してゲート電極
(3)を形成し、このゲート電極(3)をマスクに第2
導電形即ちn形の低濃度不純物領域(4a)及び(5a)を
形成し、次いでゲート電極(3)の側壁にSiO2等の絶縁
性側壁部(6)を形成してこれをマスクにn形の高濃度
領域(4b)及び(5b)を形成して夫々ソース領域(4)
及びドレイン領域(5)を形成して構成される。(7)
は選択酸化(LOCOS)による素子分離領域である。In a conventional MOS transistor having an LDD structure, as shown in FIG. 4, a gate electrode (3) is formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type, for example, a p-type silicon substrate (1) via a gate insulating film (2). Then, using the gate electrode (3) as a mask,
Conductivity type i.e. n-type low-concentration impurity region (4a) and to form a (5a), then n this by forming an insulating side wall, such as SiO 2 (6) as a mask on the sidewalls of the gate electrode (3) Forming high-concentration regions (4b) and (5b) in the form of source regions (4), respectively;
And a drain region (5). (7)
Is an element isolation region by selective oxidation (LOCOS).
なお、チャネル長の短かいMOSトランジスタの製法と
して第5図に示すように、p形シリコン基板(15)に段
差部を形成し、ゲート絶縁膜(16)を介して段差部側壁
にゲート電極となる多結晶シリコン膜(9)を選択的に
形成し(同図A及びB)、この多結晶シリコン膜即ちゲ
ート電極(9)をマスクに第2導電形不純物をイオン注
入して段差部上段と段差部下段に夫々ソース,ドレイン
となるn+層(10)及び(11)を形成し(同図C)、しか
る後、絶縁膜(12)及び取り出し電極(13)及び(14)
を形成するようにした(同図D)製法が知られている
(特公昭61−60589号公報参照)。As shown in FIG. 5, a step portion is formed on a p-type silicon substrate (15) as a method of manufacturing a MOS transistor having a short channel length, and a gate electrode is formed on a side wall of the step portion via a gate insulating film (16). A polycrystalline silicon film (9) is selectively formed (FIGS. A and B), and a second conductivity type impurity is ion-implanted using the polycrystalline silicon film, that is, the gate electrode (9) as a mask to form an upper portion of the step portion. An n + layer (10) and (11) serving as a source and a drain are formed below the step (C in the same figure), and thereafter, the insulating film (12) and the extraction electrodes (13) and (14)
(See FIG. D) is known (see Japanese Patent Publication No. 60589/1986).
上述した従来のLDD構造のMOSトランジスタ(第4図参
照)は、ソース領域(4)及びドレイン領域(5)に夫
々低濃度不純物領域(4a)及び(5a)が設けられてい
る。ドレイン領域(5)側の低濃度不純物領域(5a)は
電界強度を弱くしてホットキャリアの発生を抑えるため
に必要であるが、ソース領域(4)側の低濃度不純物領
域(4a)は不要である。従来はこのソース領域(4)側
の低濃度不純物領域(4a)により、ソース抵抗が高くな
り、LDD構造のMOSトランジスタの電流駆動能力が低下し
ていた。In the above-mentioned conventional MOS transistor having the LDD structure (see FIG. 4), low-concentration impurity regions (4a) and (5a) are provided in the source region (4) and the drain region (5), respectively. The low-concentration impurity region (5a) on the drain region (5) side is necessary to suppress the generation of hot carriers by weakening the electric field strength, but the low-concentration impurity region (4a) on the source region (4) side is unnecessary. It is. Conventionally, the low-concentration impurity region (4a) on the side of the source region (4) increases the source resistance and reduces the current driving capability of the MOS transistor having the LDD structure.
また、ドレイン領域(5)の低濃度不純物領域(5a)
上の絶縁膜(2)(6)中に注入されたホットキャリア
により、低濃度不純物領域(5a)表面のキャリア濃度が
低下して初期劣化(初期Δgm/gmoの値)が大きくなると
いう不都合があった。Further, the low concentration impurity region (5a) of the drain region (5)
The hot carriers injected into the upper insulating films (2) and (6) have a disadvantage that the carrier concentration on the surface of the low-concentration impurity region (5a) decreases and initial deterioration (initial Δgm / gmo value) increases. there were.
本発明は、上述の点に鑑み、電流駆動能力を向上し、
また初期劣化を改善できるようにした半導体装置即ちLD
D構造のMOSトランジスタ及びその製造方法を提供するも
のである。The present invention has been made in view of the above points, and has improved current driving capability.
In addition, a semiconductor device that can improve initial deterioration, that is, an LD
An object of the present invention is to provide a D-structure MOS transistor and a method for manufacturing the same.
本発明の半導体装置(36)は、第1導電形の半導体基
体(21)上にゲート絶縁膜(24)を介して第1のゲート
電極(26A)と第1のゲート電極(26A)側壁に一体形成
した第2のゲート電極(26B)とからなるゲート電極(2
6)を形成し、ドレイン側の第2の電極(26B)下の半導
体基体(21)のみに第2導電形の低濃度不純物領域(32
a)のみを形成し、第2のゲート電極(26B)と自己整合
的にソース及びドレインとなる第2導電形の高濃度不純
物領域(31)及び(32b)を形成して構成する。The semiconductor device (36) of the present invention comprises a first gate electrode (26A) and a side wall of the first gate electrode (26A) on a first conductivity type semiconductor substrate (21) via a gate insulating film (24). A gate electrode (2B) composed of an integrally formed second gate electrode (26B);
6), and the second conductive type low concentration impurity region (32) is formed only in the semiconductor substrate (21) under the drain-side second electrode (26B).
a) is formed, and high-concentration impurity regions (31) and (32b) of the second conductivity type serving as a source and a drain are formed in a self-aligned manner with the second gate electrode (26B).
また、本発明の半導体装置の製造方法は、第1導電形
の半導体基体(21)上に形成した第1のゲート電極(26
A)をまたいでソース側を覆いドレイン側に開口部(2
7)を有するマスク層(28)を形成し、このマスク層(2
8)を介してドレイン側に第2導電形の低濃度不純物領
域(32a)を形成した後、第1のゲート電極(26A)の側
壁に第2のゲート電極(26B)を一体形成し、第1のゲ
ート電極(26A)と第2のゲート電極(26B)をマスクに
して高濃度不純物を導入してソース及びドレインとなる
第2導電形の高濃度不純物領域(31)及び(32b)を形
成する。Further, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is directed to the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, wherein the first gate electrode (26
A) and cover the source side and open the drain side (2
A mask layer (28) having 7) is formed, and the mask layer (2
After forming a second-conductivity-type low-concentration impurity region (32a) on the drain side via 8), a second gate electrode (26B) is integrally formed on the side wall of the first gate electrode (26A). Using the first gate electrode (26A) and the second gate electrode (26B) as a mask, high-concentration impurities are introduced to form second-conductivity-type high-concentration impurity regions (31) and (32b) serving as a source and a drain. I do.
さらに、上記製法において、第2導電形の低濃度不純
物領域(32a)の形成時に用いるマスク層(28)により
第1導電形チャネルのMOSトランジスタ形成領域(43)
をマスクするようにしてもよい。Further, in the above manufacturing method, the MOS transistor formation region (43) of the first conductivity type channel is formed by the mask layer (28) used for forming the low concentration impurity region (32a) of the second conductivity type.
May be masked.
本発明の他の半導体装置(51)は、半導体基体(21)
に形成した段差部(48)の側壁(48C)にゲート絶縁膜
(24)を介してゲート電極(49G)を形成し、段差部上
段(48A)と下段(48B)にゲート電極(49G)と自己整
合的にドレイン及びソースとなる高濃度不純物領域(32
b)及び(31b)を形成し、少なくとも上段(48A)の高
濃度不純物領域(32b)下に低濃度不純物領域(32a)を
形成して構成する。Another semiconductor device (51) of the present invention is a semiconductor substrate (21).
A gate electrode (49G) is formed on the side wall (48C) of the step portion (48) formed in the above via a gate insulating film (24), and the gate electrode (49G) is formed on the upper portion (48A) and the lower portion (48B) of the step portion. High-concentration impurity regions (32
b) and (31b) are formed, and a low-concentration impurity region (32a) is formed at least below the high-concentration impurity region (32b) in the upper stage (48A).
第1の発明の半導体装置(36)においては、ドレイン
(32)側のみに低濃度不純物領域(32a)が形成され、
ソース(31)側には低濃度不純物領域を有しないので、
ソース(31)側の抵抗が低減され、トランジスタ電流駆
動能力が高くなる。またドレイン(32)側の低濃度不純
物領域(32a)上に第1のゲート電極(26A)と一体の第
2のゲート電極(26B)が形成されているので、このゲ
ート電極(26)によって低濃度不純物領域(32a)表面
のキャリア濃度を制御することができ、初期劣化が小さ
くなる。In the semiconductor device (36) of the first invention, the low concentration impurity region (32a) is formed only on the drain (32) side,
Since there is no low concentration impurity region on the source (31) side,
The resistance on the source (31) side is reduced, and the transistor current driving capability is increased. Further, since the second gate electrode (26B) integral with the first gate electrode (26A) is formed on the low concentration impurity region (32a) on the drain (32) side, the gate electrode (26) reduces The carrier concentration on the surface of the impurity region (32a) can be controlled, and the initial deterioration is reduced.
また、第2の発明の製法においては、第1のゲート電
極(26A)の一部に跨ってソース側を覆うマスク層(2
8)を形成して低濃度不純物を導入して低濃度不純物領
域(32a)を形成し、次に第1のゲート電極(26A)の側
壁に第2のゲート電極(26B)を形成して第1及び第2
のゲート電極(26A)及び(26B)をマスクに高濃度不純
物を導入してソース及びドレインとなる高濃度不純物領
域(31)及び(32b)を形成するので、ソース(31)側
には低濃度不純物領域は形成されず、ドレイン(32)側
にのみ低濃度不純物領域(32a)が形成されると共に、
ドレイン側の低濃度不純物領域(32a)上にゲート電極
(26)が形成され、上記半導体装置(36)を容易に製造
することができる。Further, in the manufacturing method of the second invention, the mask layer (2) covering the source side over a part of the first gate electrode (26A) is provided.
8), a low concentration impurity is introduced to form a low concentration impurity region (32a), and then a second gate electrode (26B) is formed on the side wall of the first gate electrode (26A). 1st and 2nd
The gate electrodes (26A) and (26B) are used as masks to introduce high-concentration impurities to form high-concentration impurity regions (31) and (32b) serving as a source and a drain. No impurity region is formed, and a low-concentration impurity region (32a) is formed only on the drain (32) side.
The gate electrode (26) is formed on the low-concentration impurity region (32a) on the drain side, so that the semiconductor device (36) can be easily manufactured.
さらに、第3の発明の製法によれば、第2の導電形の
低濃度不純物領域(32a)の形成時に用いるマスク層(2
8)で第1導電形チャネルのMOSトランジスタ形成領域
(43)をマスクするので、マスク枚数を増すことなく第
1の発明に係る構成を有するC−MOSトランジスタ(相
補型MOSトランジスタ)を容易に形成することができ
る。Further, according to the manufacturing method of the third invention, the mask layer (2) used for forming the low-concentration impurity region (32a) of the second conductivity type is formed.
Since the MOS transistor formation region (43) of the first conductivity type channel is masked in 8), a C-MOS transistor (complementary MOS transistor) having the configuration according to the first invention can be easily formed without increasing the number of masks. can do.
第4の発明の半導体装置(51)においては、半導体基
体(21)の段差部側壁(48C)に形成したゲート電極(4
9G)と自己整合的に段差部上段(48A)にドレイン(3
2)が形成され、下段(48B)にソース(31)が形成され
る。そして、段差部下段のソース(31)では実質的にチ
ャネル領域(50)に接する低濃度不純物領域が形成され
ず、段差部上段のドレイン(32)にのみチャネル領域に
接する低濃度不純物領域(32a)が形成されるので、ト
ランジスタの電流駆動能力が高くなる。また、ドレイン
(32)の低濃度不純物領域(32a)が臨む段差部側壁に
ゲート絶縁膜(24)を介してゲート電極(49G)が形成
されているので、低濃度不純物領域(32a)表面のキャ
リア濃度をゲート電極(49G)によって制御することが
でき、初期劣化が小さくなる。また段差部の上段にドレ
イン(32)を形成し、下段にソース(31)を形成するの
で、ドレイン(32)からソース(31)側へ空乏層が延び
にくく、従ってパンチスルーが発生しにくい。In the semiconductor device (51) of the fourth invention, the gate electrode (4) formed on the step side wall (48C) of the semiconductor substrate (21).
9G) and the drain (3
2) is formed, and the source (31) is formed in the lower stage (48B). Then, the low-concentration impurity region substantially in contact with the channel region (50) is not formed in the source (31) below the step portion, and the low-concentration impurity region (32a) in contact with the channel region only in the drain (32) above the step portion. ) Is formed, the current driving capability of the transistor is increased. In addition, since the gate electrode (49G) is formed via the gate insulating film (24) on the step side wall of the drain (32) facing the low-concentration impurity region (32a), the surface of the low-concentration impurity region (32a) The carrier concentration can be controlled by the gate electrode (49G), and the initial deterioration is reduced. Further, since the drain (32) is formed in the upper part of the step portion and the source (31) is formed in the lower part, the depletion layer does not easily extend from the drain (32) to the source (31) side, and therefore, punch-through hardly occurs.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明に係るLDD構造のMOSトランジスタの一
例を示す。本例においては、先ず、第1図Aに示すよう
に第1導電形の半導体基体、例えばp形のシリコン基体
(21)の主面に選択酸化(LOCOS)による素子分離領域
(SiO2)(22)を形成し、その素子形成領域(23)の主
面に例えばSiO2等によるゲート絶縁膜(24)を形成す
る。そして、ゲート絶縁膜(24)上に上面にSiO2膜(2
5)を積層した例えば多結晶シリコンよりなる第1のゲ
ート電極(26A)を形成する。FIG. 1 shows an example of a MOS transistor having an LDD structure according to the present invention. In this example, first, as shown in FIG. 1A, an element isolation region (SiO 2 ) (SiO 2 ) (LOCOS) is formed on the main surface of a semiconductor substrate of the first conductivity type, for example, a p-type silicon substrate (21). 22) is formed, and a gate insulating film (24) made of, for example, SiO 2 or the like is formed on the main surface of the element formation region (23). Then, on top of the gate insulating film (24), an SiO 2 film (2
A first gate electrode (26A) made of, for example, polycrystalline silicon and laminated with 5) is formed.
次に、第1図Bに示すように第1のゲート電極(26
A)の一部を跨ぐようにソース領域を形成すべき領域側
を覆い且つドレイン領域を形成すべき領域に開口部(2
7)を有するフォトレジストマスク(28)を形成する。
このフォトレジストマスク(28)を介して低濃度の第2
導電形不純物即ちn形不純物(29)をイオン注入する。
次に、全面に多結晶シリコン膜を形成した後、RIE(反
応性イオンエッチング)により第1図Cに示すように第
1のゲート電極(26A)の側壁に多結晶シリコン膜から
なる側壁部(26B)を形成する。この側壁部(26B)は第
1のゲート電極(26A)と一体となって同電位が与えら
れる第2のゲート電極となるものである。これら第1及
び第2のゲート電極(26A)及び(26B)によりゲート電
極(26)が構成される。そして、この第1のゲート電極
(26A)と第2のゲート電極(26B)をマスクにしてソー
ス領域及びドレイン領域を形成するための高濃度のn形
不純物(30)をイオン注入する。Next, as shown in FIG. 1B, a first gate electrode (26
An opening (2) covers a region where a source region is to be formed and a region where a drain region is to be formed so as to straddle part of A).
A photoresist mask (28) having (7) is formed.
Through this photoresist mask (28), the low-concentration second
Conductive type impurities, that is, n-type impurities (29) are ion-implanted.
Next, after a polycrystalline silicon film is formed on the entire surface, a side wall portion of the polycrystalline silicon film is formed on the side wall of the first gate electrode (26A) by RIE (reactive ion etching) as shown in FIG. 1C. 26B). The side wall (26B) is to be integrated with the first gate electrode (26A) to be a second gate electrode to which the same potential is applied. The first and second gate electrodes (26A) and (26B) form a gate electrode (26). Then, high-concentration n-type impurities (30) for forming a source region and a drain region are ion-implanted using the first gate electrode (26A) and the second gate electrode (26B) as a mask.
次に、活性化のためのアニール処理を行って高濃度不
純物領域からなるn形のソース領域(31)と、低濃度不
純物領域(32a)及び高濃度不純物領域(32b)からなる
n形のドレイン領域(32)を形成する(第1図D参
照)。Next, an annealing process for activation is performed to perform an n-type source region (31) composed of a high-concentration impurity region, and an n-type drain region composed of a low-concentration impurity region (32a) and a high-concentration impurity region (32b). An area (32) is formed (see FIG. 1D).
次に、層間絶縁膜(33)を被着形成し、ソース及びド
レインのコンタクトホールを形成し、リフロー処理を行
った後、ソース領域(31)及びドレイン領域(32)にオ
ーミックコンタクトするAlによるソース電極(34)及び
ドレイン電極(35)を形成する。このようにして第1図
Dに示す目的のLDD構造のMOSトランジスタ(36)を得
る。Next, an interlayer insulating film (33) is deposited, source and drain contact holes are formed, and after performing a reflow process, a source made of Al that makes ohmic contact with the source region (31) and the drain region (32). An electrode (34) and a drain electrode (35) are formed. In this way, the intended MOS transistor (36) having the LDD structure shown in FIG. 1D is obtained.
かかる構成によるLDD構造のMOSトランジスタ(36)に
よれば、ドレイン領域(32)側にのみ低濃度不純物領域
(32a)が形成され、ソース領域(31)側には低濃度不
純物領域が形成されないので、ソース側の抵抗が低減さ
れ、電流駆動能力を向上することができる。また、ドレ
イン領域(32)の低濃度不純物領域(32a)上には第1
のゲート電極(26A)と一体の第2のゲート電極(26B)
が形成されているので、この第2のゲート電極(26B)
によって低濃度不純物領域(32a)の表面のキャリア濃
度を制御することができ、MOSトランジスタの初期劣化
を小さくすることができる。According to the MOS transistor (36) having the LDD structure having such a configuration, the low-concentration impurity region (32a) is formed only on the drain region (32) side, and the low-concentration impurity region is not formed on the source region (31) side. The resistance on the source side is reduced, and the current driving capability can be improved. The first region is formed on the low-concentration impurity region (32a) of the drain region (32).
Gate electrode (26B) integrated with the first gate electrode (26A)
Is formed, the second gate electrode (26B)
Thereby, the carrier concentration on the surface of the low-concentration impurity region (32a) can be controlled, and the initial deterioration of the MOS transistor can be reduced.
製造工程についてみると、通常のLDD構造のMOSトラン
ジスタに比べて、第1図Bの低濃度n形不純物(29)を
イオン注入する際のレジストマスク(28)が1枚増す事
になる。しかし、C−MOSトランジスタに適用した場合
にはマスク枚数が増える事がない。即ち、C−MOSトラ
ンジスタの製造工程では、通常、第6図に示すように例
えばn形シリコン基板(41)の一主面の所定領域にp形
ウエル領域(42)を形成し、p形ウエル領域(42)及び
n形基板(41)上のpチャネルMOSトランジスタ形成領
域(43)に夫々ゲート絶縁膜(44)を介して多結晶シリ
コン膜からなるゲート電極(45)及び(46)を形成した
後、例えばpチャネルMOSトランジスタ形成領域(43)
をフォトレジストマスク(28)で覆い、nチャネルMOS
トランジスタを形成するp形ウエル領域(42)側に低濃
度不純物領域を形成するための低濃度のn形不純物(2
9)をイオン注入する。なお、(22)は素子分離領域、
(25)はゲート電極に積層されたSiO2膜である。Regarding the manufacturing process, the number of resist masks (28) for ion-implanting the low-concentration n-type impurity (29) shown in FIG. 1B is increased by one in comparison with a normal LDD structure MOS transistor. However, when applied to a C-MOS transistor, the number of masks does not increase. That is, in the manufacturing process of the C-MOS transistor, a p-type well region (42) is usually formed in a predetermined region of one main surface of an n-type silicon substrate (41) as shown in FIG. Gate electrodes (45) and (46) made of a polycrystalline silicon film are formed in a region (42) and a p-channel MOS transistor formation region (43) on an n-type substrate (41) via a gate insulating film (44), respectively. After that, for example, a p-channel MOS transistor formation region (43)
Is covered with a photoresist mask (28), and an n-channel MOS
A low-concentration n-type impurity (2) for forming a low-concentration impurity region on the side of the p-type well region (42) for forming the transistor.
9) is ion-implanted. (22) is an element isolation region,
(25) is an SiO 2 film laminated on the gate electrode.
本発明ではこのときのフォトレジストマスク(28)を
第2図に示すようにnチャネルMOSトランジスタ形成領
域即ちp形ウエル領域(42)のゲート電極(46)上に跨
る位置まで延長し、ドレイン側のみに低濃度のn形不純
物(29)をイオン注入する。かくすれば、前述の第1図
Bの工程が得られるもので、マスク枚数を増すことなく
目的の第1図DのLDD構造のMOSトランジスタを有するC
−MOSトランジスタを製造できる。In the present invention, the photoresist mask (28) at this time is extended to a position over the gate electrode (46) of the n-channel MOS transistor formation region, that is, the p-type well region (42) as shown in FIG. Only a low concentration n-type impurity (29) is ion-implanted. In this way, the process of FIG. 1B described above can be obtained, and without increasing the number of masks, a C
-MOS transistors can be manufactured.
第3図は本発明の他の例を示す。本例においては、第
3図Aに示すような第1導電形の半導体基体、例えばp
形シリコン基体(21)の主面に所定の段差dを有する段
差部(48)を形成する。そして、通常の方法で選択酸化
による素子分離領域(22)を形成し、段差部上段(48
A),段差部側壁(48C)及び段差部下段(48B)にわた
って表面にSiO2等によるゲート絶縁膜(24)を形成した
後、全面にゲート電極となる多結晶シリコン膜(49)を
被着形成する。FIG. 3 shows another example of the present invention. In this example, a semiconductor substrate of the first conductivity type as shown in FIG.
A step portion (48) having a predetermined step d is formed on the main surface of the silicon substrate (21). Then, an element isolation region (22) is formed by selective oxidation by an ordinary method, and the upper step (48) is formed.
A), after forming a gate insulating film (24) of SiO 2 etc. on the surface over the step side wall (48C) and the step lower part (48B), apply a polycrystalline silicon film (49) to be the gate electrode on the entire surface Form.
次に、多結晶シリコン膜(49)に対してRIE(反応性
イオンエッチング)を施して段差部側壁のみに多結晶シ
リコン膜(49)を残し、この多結晶シリコン膜(49)に
例えばリン等を被着による導入して低抵抗化して第3図
Bに示すゲート電極(49G)を形成する。Next, RIE (Reactive Ion Etching) is performed on the polycrystalline silicon film (49) to leave the polycrystalline silicon film (49) only on the side wall of the step portion. Is introduced to reduce the resistance to form the gate electrode (49G) shown in FIG. 3B.
次に、第3図Cに示すようにゲート電極(49G)をマ
スクに段差部上段(48A)及び下段(48B)に低濃度のn
形不純物(29)を深くイオン注入し、続いて、第3図D
に示すように高濃度のn形不純物(30)を浅くイオン注
入する。Next, as shown in FIG. 3C, using the gate electrode (49G) as a mask, a low-concentration n is formed on the upper (48A) and lower (48B) steps.
3D is deeply implanted, followed by FIG.
A shallow ion implantation of a high concentration n-type impurity (30) is performed as shown in FIG.
しかる後、活性化のためのアニール処理を行って、段
差部上段(48A)及び下段(48B)に夫々ゲート電極(49
G)と自己整合的にn形ドレイン領域(32)及びn形ソ
ース領域(31)を形成する。Thereafter, an annealing process for activation is performed, and the gate electrodes (49A) and 49 (B) are formed on the upper part (48A) and the lower part (48B) of the step part, respectively.
An n-type drain region (32) and an n-type source region (31) are formed in self-alignment with G).
ドレイン領域(32)は浅い高濃度不純物領域(32b)
とその下の低濃度不純物領域(32a)で構成され、ソー
ス領域(31)は同様に浅い高濃度不純物領域(31b)と
その下の低濃度不純物領域(31a)で構成される(第3
図E参照)。しかし、この場合、段差部下段のゲート電
極(49G)直下が実質的なチャネル領域(50)となるた
め、ドレイン領域(32)のみチャネル領域(50)に接す
る低濃度不純物領域(32a)が有り、ソース領域(31)
では実質的にチャネル領域(50)に接する低濃度不純物
領域が存在しないことになる。The drain region (32) is a shallow high-concentration impurity region (32b)
And a low concentration impurity region (32a) thereunder, and the source region (31) is similarly composed of a shallow high concentration impurity region (31b) and a low concentration impurity region (31a) thereunder (third region).
(See FIG. E). However, in this case, the portion immediately below the gate electrode (49G) below the step portion is a substantial channel region (50), and therefore there is a low concentration impurity region (32a) in contact with the channel region (50) only in the drain region (32). , Source area (31)
In this case, the low concentration impurity region substantially in contact with the channel region (50) does not exist.
次いで、層間絶縁膜(32)を形成し、ソース及びドレ
インのコンタクトホールを形成し、リフロー処理を行っ
た後、Alによるソース電極(34)及びドレイン電極(3
5)を形成する。このようにして第3図Eに示す目的のL
DD構造のMOSトランジスタ(51)を得る。Next, an interlayer insulating film (32) is formed, source and drain contact holes are formed, and a reflow process is performed. Then, a source electrode (34) and a drain electrode (3) made of Al are formed.
5) Form. Thus, the desired L shown in FIG.
A DD structure MOS transistor (51) is obtained.
かかる構成によるLDD構造のMOSトランジスタ(51)に
よれば、段差部上段のドレイン領域(32)側では低濃度
不純物領域(32a)が高濃度不純物領域(32b)より深く
形成されてLDD構造を成しているも、段差部下段のソー
ス領域(31)側では低濃度不純物領域(31a)が高濃度
不純物領域(31b)の真下にあってチャネル領域(50)
に接しておらず実質的に低濃度不純物領域が無い。従っ
て、ソース側の低抵抗化が図られ、トランジスタの電流
駆動能力を向上することができる。According to the MOS transistor (51) having the LDD structure having such a configuration, the low-concentration impurity region (32a) is formed deeper than the high-concentration impurity region (32b) on the side of the drain region (32) above the step portion. However, on the side of the source region (31) below the step portion, the low concentration impurity region (31a) is located immediately below the high concentration impurity region (31b) and the channel region (50)
And there is substantially no low-concentration impurity region. Therefore, the resistance on the source side is reduced, and the current driving capability of the transistor can be improved.
また、段差部上段にドレイン領域(32)を形成し、そ
の低濃度不純物領域(32a)の臨む段差部側壁にゲート
電極(49G)を形成するので、このゲート電極(49G)に
より低濃度不純物領域(32a)の表面キャリア濃度を調
節することができる。ホットキャリアによる初期劣化を
小さくすることができる。Further, since the drain region (32) is formed in the upper part of the step portion and the gate electrode (49G) is formed on the side wall of the step portion facing the low concentration impurity region (32a), the low concentration impurity region is formed by the gate electrode (49G). The surface carrier concentration of (32a) can be adjusted. Initial deterioration due to hot carriers can be reduced.
また、段差部を利用してRIEによる多結晶シリコン膜
のサイドウォール(側壁部)をゲート電極(49G)とし
ているため、ゲート長を小さくすることができ、微細な
MOSトランジスタを形成することができる。In addition, since the side wall (side wall) of the polycrystalline silicon film formed by RIE is used as the gate electrode (49G) by utilizing the stepped portion, the gate length can be reduced, and the fineness can be reduced.
A MOS transistor can be formed.
また、段差部上段にドレイン領域(32)を形成し、段
差部下段にチャネル領域(50)及びソース領域(31)を
形成するので、ドレイン領域(32)からソース領域(3
1)側へ空乏層が延びにくく、パンチスルーが生じにく
い。Further, since the drain region (32) is formed in the upper part of the step portion, and the channel region (50) and the source region (31) are formed in the lower portion of the step portion, the drain region (32) is changed to the source region (3).
1) The depletion layer hardly extends to the side, and punch-through hardly occurs.
本発明に係る半導体装置によれば、第1及び第2のゲ
ート電極からなるゲート電極を形成し、第2のゲート電
極と自己整合的にソース、ドレインとなる高濃度不純物
領域を形成し、ドレイン側の第2ゲート電極下のみに低
濃度不純物領域のみを形成して構成するので、ソース側
が低抵抗化し、LDD構造のトランジスタの電流駆動能力
を向上することができると共に、第2のゲート電極によ
り低濃度不純物領域表面のキャリア濃度を制御すること
ができ初期劣化を小さくすることができる。According to the semiconductor device of the present invention, a gate electrode including the first and second gate electrodes is formed, and a high-concentration impurity region serving as a source and a drain is formed in a self-aligned manner with the second gate electrode. Since only the low-concentration impurity region is formed only under the second gate electrode on the side, the resistance on the source side can be reduced, and the current driving capability of the transistor having the LDD structure can be improved. The carrier concentration on the surface of the low-concentration impurity region can be controlled, and initial deterioration can be reduced.
また本発明に係る製法によれば、第1のゲート電極に
またがってソース側をマスク層で覆ってドレイン側に低
濃度不純物領域を形成し、次いで第1のゲート電極の両
側壁に第2のゲート電極を一体形成してこのゲート電極
をマスクに高濃度不純物領域を形成するようにしたの
で、上記半導体装置を容易に製造することができる。さ
らに、この製法において、第2導電形チャネルのMOSト
ランジスタ側の低濃度不純物領域形成時に用いる上記マ
スク層で第1導電形チャネルのMOSトランジスタ形成領
域をマスクするようになせば、工程数即ちマスク工程を
増すことなく上記構成を有するC−MOSトランジスタを
容易に形成することができる。According to the manufacturing method of the present invention, the source side is covered with the mask layer over the first gate electrode to form a low-concentration impurity region on the drain side, and then the second gate electrode is formed on both side walls of the first gate electrode. Since the gate electrode is integrally formed and the high concentration impurity region is formed using the gate electrode as a mask, the semiconductor device can be easily manufactured. Further, in this manufacturing method, if the MOS transistor formation region of the first conductivity type channel is masked by the mask layer used for forming the low concentration impurity region on the side of the MOS transistor of the second conductivity type channel, the number of steps, ie, the number of mask steps A C-MOS transistor having the above configuration can be easily formed without increasing the number of transistors.
また、本発明に係る半導体装置によれば、半導体基体
に形成した段差部側壁にゲート電極を形成し、段差部上
段と下段にゲート電極と自己整合的に高濃度不純物領域
を形成すると共に、少くとも上段の高濃度不純物領域下
に低濃度不純物領域を形成して構成するので、LDD構造
のトランジスタの電流駆動能力を向上し、且つ初期劣化
を小さくすることができる。又、ソース及びドレイン間
のパンチスルーの発生を制御することができ、さらにチ
ャネル長の小さい微細トランジスタを形成することがで
きる。Further, according to the semiconductor device of the present invention, the gate electrode is formed on the side wall of the step formed on the semiconductor substrate, and the high-concentration impurity region is formed in the upper and lower steps of the step in a self-aligned manner with the gate electrode. In both cases, since the low-concentration impurity regions are formed below the high-concentration impurity regions in the upper stage, the current driving capability of the transistor having the LDD structure can be improved and the initial deterioration can be reduced. In addition, generation of punch-through between the source and the drain can be controlled, and a fine transistor with a small channel length can be formed.
第1図A〜Dは本発明に係るMOSトランジスタの一例を
示す工程順の断面図、第2図は本発明をC−MOSトラン
ジスタの製法に適用した場合の工程例を示す断面図、第
3図A〜Eは本発明に係るMOSトランジスタの他の例を
示す工程順の断面図、第4図は従来の構造のMOSトラン
ジスタの断面図、第5図A〜Dは従来のMOSトランジス
タの製法例を示す工程順の断面図、第6図は従来のLDD
構造のC−MOSトランジスタの製法例を示す断面図であ
る。 (21)は半導体基体、(24)はゲート絶縁膜、(26)
〔(26A)(26B)〕はゲート電極、(31)はソース領
域、(32)はドレイン領域、(32a)は低濃度不純物領
域、(32b)は高濃度不純物領域である。1A to 1D are cross-sectional views in the order of steps showing an example of a MOS transistor according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of steps when the present invention is applied to a method of manufacturing a C-MOS transistor. 4A to 4E are cross-sectional views of another example of a MOS transistor according to the present invention in the order of steps, FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional MOS transistor, and FIGS. FIG. 6 is a sectional view showing an example of a process sequence, and FIG. 6 is a conventional LDD.
It is sectional drawing which shows the example of a manufacturing method of the C-MOS transistor of a structure. (21) is a semiconductor substrate, (24) is a gate insulating film, (26)
[(26A) and (26B)] are gate electrodes, (31) is a source region, (32) is a drain region, (32a) is a low concentration impurity region, and (32b) is a high concentration impurity region.
Claims (4)
ート電極が第1のゲート電極と該第1のゲート電極側壁
に一体形成された第2のゲート電極とからなり、 ドレイン側の上記第2のゲート電極下の半導体基体のみ
に第2導電形の低濃度不純物領域のみが形成され、 上記第2のゲート電極と自己整合的に第2導電形の高濃
度不純物領域が形成されて成る半導体装置。1. A gate electrode formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type, comprising a first gate electrode and a second gate electrode integrally formed on a side wall of the first gate electrode. Only a low-concentration impurity region of the second conductivity type is formed only in the semiconductor substrate below the second gate electrode, and a high-concentration impurity region of the second conductivity type is formed in self-alignment with the second gate electrode. Semiconductor device.
のゲート電極をまたいでソース側を覆いドレイン側に開
口部を有するマスク層を形成し、 上記マスク層を介して上記ドレイン側に第2導電形の低
濃度不純物領域を形成した後、 上記第1のゲート電極側壁に第2のゲート電極を一体形
成し、 上記第1のゲート電極と上記第2のゲート電極をマスク
にして高濃度不純物領域を導入して第2導電形の高濃度
不純物領域を形成することを特徴とする半導体装置の製
造方法。2. A first conductive type semiconductor substrate formed on a first conductive type semiconductor substrate.
Forming a mask layer covering the source side and having an opening on the drain side across the gate electrode, forming a low-concentration impurity region of the second conductivity type on the drain side via the mask layer; A second gate electrode is integrally formed on the side wall of the gate electrode, and a high-concentration impurity region is introduced using the first gate electrode and the second gate electrode as a mask to form a high-concentration impurity region of the second conductivity type. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
時に用いるマスク層により第1導電形チャネルのMOSト
ランジスタ形成領域をマスクすることを特徴とする請求
項2に記載の半導体装置の製造方法。3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the MOS transistor formation region of the first conductivity type channel is masked by a mask layer used when forming the second conductivity type low concentration impurity region. Method.
ト電極が形成され、 該段差部上段と下段に上記ゲート電極と自己整合的に高
濃度不純物領域が形成され、 少なくとも上記上段の高濃度不純物領域下に低濃度不純
物領域が形成されて成る半導体装置。4. A gate electrode is formed on the side wall of the step formed on the semiconductor substrate, and a high-concentration impurity region is formed in a self-aligned manner with the gate electrode on the upper and lower steps of the step. A semiconductor device in which a low concentration impurity region is formed below an impurity region.
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