JP2928342B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、MO
S(Metal Oxide Semiconductor)型LDD(Lightly Doped
Drain)構造トランジスタやその他のMOS型トランジス
タを形成する半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device,
S (Metal Oxide Semiconductor) type LDD (Lightly Doped
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device for forming a transistor having a drain structure or another MOS transistor.

[従来の技術] MOS型の電界効果型トランジスタの基本的な構造は、S
i基板上に薄い酸化膜を介して金属電極を設けたいわゆ
るMOSキャパシタの両側に、キャリアの供給源となるソ
ースと、キャリアを取出すドレインとを配置したもので
ある。酸化膜上の金属電極は、ソース/ドレイン間のコ
ンダクタンスを制御する機能を有するため、トランスフ
ァゲート電極と呼ばれている。このトランスファゲート
電極の材質としては、不純物をドーピングしたポリシリ
コンや、ポリシリコン上に堆積したタングステンなどの
高融点金属を不活性ガス中で熱処理して形成した金属シ
リサイドなどが多く用いられる。
[Prior art] The basic structure of a MOS field effect transistor is S
On both sides of a so-called MOS capacitor having a metal electrode provided on a i-substrate via a thin oxide film, a source serving as a carrier supply source and a drain for taking out carriers are arranged. The metal electrode on the oxide film has a function of controlling the conductance between the source and the drain, and is therefore called a transfer gate electrode. As the material of the transfer gate electrode, polysilicon doped with impurities, metal silicide formed by heat-treating a high melting point metal such as tungsten deposited on polysilicon in an inert gas, and the like are often used.

トランスファゲート電極の電圧(ゲート電圧)が、ソ
ース/ドレイン間のSi基板表面近傍(チャネル)の導電
型を反転させるのに必要な閾値電圧Vthよりも低い状態
では、ソース/ドレインともpn接合により分離されてお
り、電流は流れない。Vth以上のゲート電圧を加えると
チャネル表面の導電型は反転し、この部分にソース/ド
レインと同じ導電型の層が形成され、ソース/ドレイン
間に電流が流れることになる。
When the voltage (gate voltage) of the transfer gate electrode is lower than the threshold voltage Vth required to reverse the conductivity type near the surface of the Si substrate (channel) between the source and the drain, both the source and the drain have a pn junction. Separated, no current flows. When a gate voltage of Vth or more is applied, the conductivity type of the channel surface is inverted, a layer of the same conductivity type as the source / drain is formed in this portion, and a current flows between the source / drain.

ところで、ソース/ドレインとチャネルの境界の不純
物の濃度分布の変化が急激であると、この部分の電界強
度が高くなる。この電界によりキャリアがエネルギを得
て、いわゆるホットキャリアが発生する。そうすると、
このキャリアがトランスファゲート絶縁膜に注入され、
トランスファゲート絶縁膜と半導体基板との界面に界面
準位生成したり、また、トランスファゲート絶縁膜中に
トラップされたりする。このため、MOSトランジスタの
閾値電圧やトランスコンダクタンスが、動作中に劣化し
ていく。これは、ホットキャリアによるMOSトランジス
タの劣化現象である。また、ソース/ドレイン間のなだ
れ降伏に対するいわゆるアバランシェ耐圧も、ホットキ
ャリアにより劣化する。そこで、ソース/ドレイン近傍
のn型不純物濃度を低くして濃度分布変化を穏やかにす
ることにより、電界強度を緩和する。これによってMOS
トランジスタのホットキャリアによる劣化を抑制すると
ともに、ソース/ドレインのアバランシェ耐圧の向上を
図ったものが、MOS型LDD構造トランジスタである。
By the way, if the change in the impurity concentration distribution at the boundary between the source / drain and the channel is abrupt, the electric field intensity in this portion increases. The carrier obtains energy by this electric field, so-called hot carriers are generated. Then,
This carrier is injected into the transfer gate insulating film,
An interface state is generated at the interface between the transfer gate insulating film and the semiconductor substrate, or trapped in the transfer gate insulating film. For this reason, the threshold voltage and transconductance of the MOS transistor deteriorate during operation. This is a deterioration phenomenon of the MOS transistor due to hot carriers. The so-called avalanche breakdown voltage against avalanche breakdown between the source and the drain is also deteriorated by the hot carriers. Therefore, the electric field strength is reduced by lowering the concentration of the n-type impurity in the vicinity of the source / drain and making the change in the concentration distribution gentle. This allows MOS
A MOS-type LDD structure transistor suppresses deterioration of the transistor due to hot carriers and improves the avalanche withstand voltage of the source / drain.

従来のMOS型LDD構造トランジスタの製造方法として、
たとえば第14A図〜第14F図に示すものがある。この製造
方法では、まずp型の半導体基板1上にいわゆるLOCOS
(Local xidation of ilicon)法によって、素子分
離絶縁膜2に囲まれた素子形成領域にトランスファゲー
ト酸化膜3を形成する(第14A図)。次に、閾値電圧制
御のため、半導体基板1上の全面に、硼素イオンなどの
p型不純物を注入し、イオン注入領域4を形成する(第
14B図)。その後、ポリシリコンの膜を減圧CVD法によっ
てトランスファゲート酸化膜3上の全面に堆積させ、写
真製版と反応性イオンエッチングによってトランスファ
ゲート電極5を形成する(第14C図)。トランスファゲ
ート電極5として、ポリシリコンの代わりに、タングス
テンやモリブデン,チタンなどの高融点金属あるいはこ
れらのシリサイド化したものと、ポリシリコンの2層膜
で形成する場合もある。このトランスファゲート電極5
には、導電性を高めるためにリンイオンがドーピングさ
れる。この場合、トランスファゲート電極5はn型とな
り、チャネルの導電型すなわちソース/ドレインの導電
型と同じになる。よって、トランスファゲート電極5に
ゲート電圧を印加しない状態においても、そのn型トラ
ンスファゲート電極5とp型チャネル表面との仕事関数
の差により、p型チャネル表面には実効的に正のゲート
電圧が印加されているような状態が作り出されている。
また、トランスファゲート電極5にドープされているn
型不純物は、その後の熱処理によって、p型のチャネル
表面に拡散していくことも生じる。これらの理由によ
り、Vthが低下し、この場合によっては既にチャネルに
反転層が生じることもあり得る。なお上述のイオン注入
領域4は、p型不純物を前もって注入することにより、
トランスファゲート電極5にドーピングされた不純物イ
オンの影響を打消し、所望のVthを確保するためのもの
である。
As a conventional method of manufacturing a MOS type LDD transistor,
For example, there are those shown in FIGS. 14A to 14F. In this manufacturing method, first, a so-called LOCOS
By (Local O xidation of S ilicon) method to form a transfer gate oxide film 3 in the element formation region surrounded by the element isolation insulating film 2 (first 14A Figure). Next, a p-type impurity such as boron ions is implanted into the entire surface of the semiconductor substrate 1 to control the threshold voltage, thereby forming an ion-implanted region 4.
14B). Thereafter, a polysilicon film is deposited on the entire surface of the transfer gate oxide film 3 by the low pressure CVD method, and the transfer gate electrode 5 is formed by photolithography and reactive ion etching (FIG. 14C). The transfer gate electrode 5 may be formed of a two-layer film of polysilicon and a refractory metal such as tungsten, molybdenum, or titanium, or a silicide thereof, instead of polysilicon. This transfer gate electrode 5
Is doped with phosphorus ions to increase conductivity. In this case, the transfer gate electrode 5 becomes n-type and has the same conductivity type as the channel, that is, the conductivity type of the source / drain. Therefore, even when a gate voltage is not applied to the transfer gate electrode 5, a positive gate voltage is effectively applied to the p-type channel surface due to a difference in work function between the n-type transfer gate electrode 5 and the p-type channel surface. A state is created that is being applied.
Also, n doped in the transfer gate electrode 5
The type impurities may be diffused to the p-type channel surface by the subsequent heat treatment. For these reasons, V th decreases, and in some cases, an inversion layer may already be formed in the channel. The above-described ion-implanted region 4 is formed by implanting a p-type impurity in advance.
The purpose is to cancel the influence of impurity ions doped into the transfer gate electrode 5 and secure a desired Vth .

次に、ゲート電極5をマスクとして、リンイオンや砒
素イオンなどのn型の不純物を、半導体基板1表面に垂
直に注入して、n型のイオン注入層6を形成する(第14
D図)。その後、減圧CVD法や常圧CVD法によって、全面
に二酸化シリコン等の絶縁膜を半導体基板1上に堆積さ
せ、これに異方性エッチングを施してサイドウォールス
ペーサ7を形成する(第14E図)。次にさらに、トラン
スファゲート電極5とサイドウォールスペーサ7をマス
クとして、リンイオンや砒素イオンなどのn型不純物を
半導体基板1表面に垂直に注入し、イオン注入層6より
も濃度の高いn型のイオン注入層8を形成する(第14F
図)。その後、注入された不純物イオンを活性化させる
ための熱処理を経て、MOS型LDD構造トランジスタが完成
する。
Next, using the gate electrode 5 as a mask, an n-type impurity such as phosphorus ions or arsenic ions is vertically injected into the surface of the semiconductor substrate 1 to form an n-type ion implantation layer 6 (fourteenth).
D figure). Thereafter, an insulating film such as silicon dioxide is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by a low pressure CVD method or a normal pressure CVD method, and is subjected to anisotropic etching to form a sidewall spacer 7 (FIG. 14E). . Next, n-type impurities such as phosphorus ions and arsenic ions are vertically implanted into the surface of the semiconductor substrate 1 using the transfer gate electrode 5 and the sidewall spacers 7 as a mask, and n-type ions having a higher concentration than the ion-implanted layer 6. Form injection layer 8 (14F
Figure). Thereafter, a heat treatment for activating the implanted impurity ions is performed, thereby completing the MOS-type LDD transistor.

なお、上記従来例においては、基板としてp型の半導
体基板を用いたが、少なくとも基板表面近傍にp型の不
純物を注入した領域であるpウェルを形成したものも用
いられる。また、基板としてn型の半導体基板や、少な
くとも表面近傍にn型の不純物を注入した領域であるn
ウェルを形成した基板が用いられる場合もある。この場
合には、トランスファゲート電極5はp型、閾値電圧制
御用のイオン注入領域4はn型であり、ソース領域およ
びドレイン領域にはp型のイオン注入層6,8が形成され
る。
In the above conventional example, a p-type semiconductor substrate is used as the substrate, but a p-well which is a region into which p-type impurities are implanted at least in the vicinity of the substrate surface may be used. Further, an n-type semiconductor substrate is used as a substrate, or an n-type impurity is implanted at least in the vicinity of the surface.
A substrate in which a well is formed may be used. In this case, the transfer gate electrode 5 is p-type, the ion implantation region 4 for controlling the threshold voltage is n-type, and p-type ion implantation layers 6 and 8 are formed in the source and drain regions.

上記従来例は、半導体基板1の表面に垂直な方向から
のみのイオン注入によっているため、トランスファゲー
ト電極5形成前に閾値電圧制御用のイオン注入領域4を
形成する必要がある。それに対し、斜めイオン注入法の
適用によりトランスファゲート電極5の形成後に各イオ
ン注入層を形成する方法として、特開昭61−226968号公
報に記載のものが挙げられる。同公報に記載のMOS型半
導体装置の製造方法は、第15A図〜第15D図を参照して、
まずp型半導体基板11上に形成されたフィールド酸化膜
12およびトランスファゲート電極14をマスクとして、リ
ンイオンを加速電圧20KeVで注入し、n型領域18を形成
する(第15A図)。続いてゲート電極14をマスクとして
硼素イオンを入射角30゜,加速電圧30KeVで注入すると
入射の正面に不純物が注入され、トランスファゲート電
極14直下のチャネル形成領域の右側側壁にはn型領域18
よりも内側にp型領域が形成される(第15B図)。同様
の傾斜イオン注入を反対側からも行なうとn型領域18の
すべての側面および下面を取囲む形でp型領域19aおよ
び19bが形成される(第15C図)。
In the above conventional example, since the ion implantation is performed only from the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1, the ion implantation region 4 for controlling the threshold voltage must be formed before the transfer gate electrode 5 is formed. On the other hand, as a method for forming each ion-implanted layer after forming the transfer gate electrode 5 by applying the oblique ion-implantation method, there is a method described in JP-A-61-226968. The manufacturing method of the MOS type semiconductor device described in the publication is described with reference to FIGS. 15A to 15D.
First, a field oxide film formed on a p-type semiconductor substrate 11
Using the 12 and the transfer gate electrode 14 as a mask, phosphorus ions are implanted at an acceleration voltage of 20 KeV to form an n-type region 18 (FIG. 15A). Subsequently, when boron ions are implanted at an incident angle of 30 ° and an acceleration voltage of 30 KeV using the gate electrode 14 as a mask, impurities are implanted in front of the incidence, and an n-type region 18 is formed on the right side wall of the channel formation region immediately below the transfer gate electrode 14.
A p-type region is formed further inside (FIG. 15B). When the same inclined ion implantation is performed from the opposite side, p-type regions 19a and 19b are formed so as to surround all the side surfaces and the lower surface of n-type region 18 (FIG. 15C).

次にフォトレジスト20をパターニングしてトランスフ
ァゲート電極14の周囲に形成し、これをマスクとして砒
素イオンを高濃度に注入するとソース/ドレインとなる
n型領域21が形成される(第15D図)。
Next, the photoresist 20 is patterned and formed around the transfer gate electrode 14, and when this is used as a mask, arsenic ions are implanted at a high concentration to form an n-type region 21 serving as a source / drain (FIG. 15D).

最後に、シリコン酸化膜22をCVD法で全面に堆積する
とともに、ゲート,ソース,ドレインの各領域の所定の
場所にコンタクト穴を反応性イオンエッチング法等で形
成し、アルミニウムをスパッタ法やCVD法により堆積し
てこれをパターニングすればnチャネルMOS型半導体装
置が完成する。
Finally, a silicon oxide film 22 is deposited on the entire surface by a CVD method, and contact holes are formed at predetermined positions in gate, source, and drain regions by a reactive ion etching method or the like. If this is deposited and patterned, an n-channel MOS type semiconductor device is completed.

以上述べたように、この従来例によれば、斜めイオン
注入によってp型領域19a,19bを形成しているため、ゲ
ート電極14を形成した後に各イオン注入層が形成され
る。
As described above, according to this conventional example, since the p-type regions 19a and 19b are formed by oblique ion implantation, each ion-implanted layer is formed after the gate electrode 14 is formed.

[発明が解決しようとする課題] 上記従来の半導体装置の製造方法のうち、第1の従来
例による場合には、トランスファゲート電極5の形成前
に半導体基板1表面全面に垂直イオン注入することによ
り、閾値電圧制御のための拡散層であるイオン注入領域
4を形成する。そのため、チャネル領域全体にわたって
p型不純物イオン濃度分布は第16図のグラフに破線で示
すようにほぼ一様になる。熱拡散の工程を経た後もこの
傾向は大きくは変わらず、第16図に2点鎖線で示すよう
な分布になる。閾値電圧はチャネル領域全体のチャネル
ポテンシャルのほぼ平均的な値に対応して決まるため、
所定の閾値電圧が設定されると形成すべきイオン注入領
域4の濃度分布の平均値もそれに対応して決められる。
第1の従来例ではチャネル領域近傍のイオン注入領域4
の濃度分布、ひいてはチャネルポテンシャルの分布がほ
ぼ一様になり、ソース領域,ドレイン領域近傍のチャネ
ルポテンシャルは、チャネル中央のポテンシャルとほぼ
同じ比較的低い値になってしまう。したがって、チャネ
ル領域両端のソース/ドレイン領域近傍に十分な電位障
壁が形成されない。そのため、ソースおよびドレイン近
傍での半導体基板側への空乏層の広がりが大きくなる。
デバイスが高集積化するに伴って、トランスファゲート
電極の長さ、あるいは有効チャネル長が短くなるにつれ
て、この空乏層の広がりのために、ソース/ドレイン間
の貫通が生じ易くなり、ソース/ドレイン間のパンチス
ルー耐圧が低下する。この空乏層の広がりを押さえるた
めにチャネル領域の濃度を高くすると、閾値電圧が所望
の値よりも高くなってしまう。
[Problems to be Solved by the Invention] Among the above-described conventional methods for manufacturing a semiconductor device, in the case of the first conventional example, vertical ion implantation is performed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 before forming the transfer gate electrode 5. Then, an ion implantation region 4 which is a diffusion layer for controlling a threshold voltage is formed. Therefore, the p-type impurity ion concentration distribution becomes almost uniform over the entire channel region as shown by the broken line in the graph of FIG. Even after the heat diffusion step, this tendency does not change significantly, and the distribution becomes as shown by the two-dot chain line in FIG. Since the threshold voltage is determined according to the almost average value of the channel potential of the entire channel region,
When a predetermined threshold voltage is set, the average value of the concentration distribution of the ion-implanted region 4 to be formed is determined correspondingly.
In the first conventional example, the ion implantation region 4 near the channel region is used.
And the distribution of the channel potential becomes substantially uniform, and the channel potential in the vicinity of the source region and the drain region has a relatively low value substantially equal to the potential at the center of the channel. Therefore, a sufficient potential barrier is not formed near the source / drain regions at both ends of the channel region. Therefore, the spread of the depletion layer toward the semiconductor substrate near the source and the drain increases.
As the device becomes highly integrated, as the length of the transfer gate electrode or the effective channel length becomes shorter, penetration of the source / drain tends to occur due to the expansion of the depletion layer, and the source / drain becomes more susceptible. , The punch-through withstand voltage is reduced. If the concentration of the channel region is increased in order to suppress the spread of the depletion layer, the threshold voltage will be higher than a desired value.

また、パッケージ中の放射性同位元素の放射するα粒
子がソース/ドレイン領域を貫通するいわゆるALPEN(A
lpha particle Source/Drain Penetration)効果が生じ
易くなる。α粒子がソース/ドレインを貫通したとき、
その貫通経路に沿って電子・正孔対が生成される。この
電子・正孔対は、ソース/ドレインと半導体基板間の空
乏層の電界によって分離し、α粒子の貫通経路に沿って
新たに過渡的な空乏層が生じる。このように、α粒子の
貫通経路に沿って過渡的な空乏層が生じることをファン
ネリング現象という。トランジスタの動作中に、このフ
ァンネリング現象により生ずる過渡的空乏層が、ソース
/ドレイン近傍の空乏層間に生じるならば、ソース/ド
レイン間に過渡的なパンチスルーが起こることになり、
それによって新しいモードのソフトエラー(“L→H"ソ
フトエラー)を引き起こす。
In addition, the so-called ALPEN (A
lpha particle Source / Drain Penetration) effect easily occurs. When the α particle penetrates the source / drain,
Electron-hole pairs are generated along the through path. The electron-hole pairs are separated by the electric field of the depletion layer between the source / drain and the semiconductor substrate, and a new transient depletion layer is generated along the α particle penetration path. The generation of a transient depletion layer along the α particle penetration path in this way is called a funneling phenomenon. If a transient depletion layer caused by this funneling phenomenon occurs between the depletion layers near the source / drain during the operation of the transistor, a transient punch-through occurs between the source / drain,
This causes a new mode of soft error (“L → H” soft error).

このように、第1の従来例のような製造方法では、デ
バイスの高集積化に伴なってソース/ドレイン耐圧が劣
化するとともにソフトエラーが生じやすくなり、デバイ
スの初期特性および長期的な信頼性が劣化するという問
題がある。
As described above, in the manufacturing method as in the first conventional example, the source / drain withstand voltage is deteriorated and the soft error is liable to occur as the device is highly integrated, and the initial characteristics and long-term reliability of the device are increased. Is deteriorated.

また、第2の従来例においてp型領域19a,19bの形成
に用いられている傾斜イオン注入法を、第1の従来例の
構成のMOS型LDD構造トランジスタの製造工程におけるイ
オン注入領域4の形成に適用することもできるが、この
場合、次のような問題が生ずる。第1の従来例における
イオン注入領域4の形成を、トランスファゲート電極5
とサイドウォールスペーサ7をマスクとして、所定傾斜
角の対称2方向からの傾斜イオン注入(以下「斜め固定
イオン注入」と記す)によって形成した場合の、イオン
注入完了直後のイオン注入領域4のプロファイルおよび
それに対応する基板表面近傍の不純物濃度分布を、第17
図に破線で示す。第17図からわかるように、傾斜イオン
注入を適用すると、イオン注入直後はトランスファゲー
ト電極5の中央直下の左右の位置においてイオン注入層
4のプロファイルが急峻に変化している。これは、サイ
ドウォールスペーサ7のマスキング作用によって所定の
照射パターンを有する不純物イオンビームが、固定され
た傾斜角で、しかも同一位置を同一のパターンで一定時
間照射されるため、その照射パターンの影響が不純物濃
度分布の変化に顕著に及ぶことによるものである。
Also, the gradient ion implantation method used for forming the p-type regions 19a and 19b in the second conventional example is changed to the formation of the ion-implanted region 4 in the manufacturing process of the MOS LDD structure transistor having the configuration of the first conventional example. However, in this case, the following problem occurs. The formation of the ion implantation region 4 in the first conventional example is performed by using the transfer gate electrode 5.
Profile of the ion-implanted region 4 immediately after the completion of ion implantation when formed by oblique ion implantation (hereinafter, referred to as “oblique fixed ion implantation”) from two symmetrical directions with a predetermined inclination angle using the mask and the sidewall spacer 7 as a mask. The corresponding impurity concentration distribution near the substrate surface
This is indicated by a broken line in the figure. As can be seen from FIG. 17, when the gradient ion implantation is applied, immediately after the ion implantation, the profile of the ion implantation layer 4 changes sharply at the left and right positions just below the center of the transfer gate electrode 5. This is because the impurity ion beam having a predetermined irradiation pattern is irradiated at a fixed inclination angle and at the same position with the same pattern for a certain period of time due to the masking action of the sidewall spacers 7. This is because the change in the impurity concentration distribution is significantly affected.

このイオン注入領域4のプロファイルに対応し、基板
表面近傍の不純物イオンの濃度分布は、イオン注入完了
直後はトランスファゲート電極5の左右両側部近傍直下
において極めて高いp型不純物濃度を示し、その中央に
おいては低くなっている。イオン注入完了後に、不純物
イオンを活性化させるための熱処理工程が必要となる。
この拡散における不純物イオンの移動速度は、不純物濃
度の勾配に比例することが知られている。したがって、
イオン注入完了直後において第17図に破線で示すような
急峻な不純物濃度変化を有する領域では、極めて短時間
の熱処理で拡散が急峻に進むことになる。そのため、デ
バイスにとって必要な条件で熱処理をしようとすると、
特に濃度分布が急峻な領域でその平均化が容易に生じて
しまい、熱処理後は第17図の2点鎖線で示す緩やかな濃
度分布となる。その結果、上記第1の従来例の場合と同
様に、チャネル領域近傍の濃度分布、ひいてはチャネル
ポテンシャル分布が一様に近くなり、チャネル領域両端
のソース/ドレイン領域近傍にはやはり十分な電位障壁
が形成されないという問題がある。
Corresponding to the profile of the ion implantation region 4, the concentration distribution of impurity ions in the vicinity of the substrate surface shows an extremely high p-type impurity concentration immediately below the right and left sides of the transfer gate electrode 5 immediately after the ion implantation is completed, and in the center thereof. Is low. After the completion of the ion implantation, a heat treatment step for activating the impurity ions is required.
It is known that the moving speed of the impurity ions in this diffusion is proportional to the gradient of the impurity concentration. Therefore,
Immediately after the completion of the ion implantation, in a region having a steep impurity concentration change as indicated by a broken line in FIG. 17, the diffusion rapidly proceeds by a heat treatment for a very short time. Therefore, if you try to heat treatment under the conditions necessary for the device,
In particular, in a region where the concentration distribution is steep, the averaging easily occurs, and after the heat treatment, the concentration distribution becomes gentle as shown by a two-dot chain line in FIG. As a result, as in the case of the first conventional example, the concentration distribution near the channel region and, consequently, the channel potential distribution become nearly uniform, and a sufficient potential barrier also exists near the source / drain regions at both ends of the channel region. There is a problem that it is not formed.

本発明は上記従来の問題点を解消するため、チャネル
領域両端のソース/ドレイン近傍のみに高い電位障壁を
形成することによって、デバイスが高集積化してもソー
ス/ドレイン耐圧の特性が劣化することのない半導体装
置の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems by forming a high potential barrier only in the vicinity of the source / drain at both ends of the channel region, so that the characteristics of the source / drain withstand voltage are deteriorated even when the device is highly integrated. It is an object to provide a method for manufacturing a semiconductor device.

[課題を解決するための手段] 本発明に係る半導体装置は、第1導電型の半導体基板
と、半導体基板の主表面にチャネル領域を挟んで配設さ
れた一対の第2導電型の第1の不純物領域と、チャネル
領域および一対の第1の不純物領域を挟んで配設され、
第1の不純物領域よりも高濃度の不純物を含み、一対の
第1の不純物領域とともにソース領域およびドレイン領
域となる一対の第2導電型の第2の不純物領域と、半導
体基板表面上のチャネル領域を覆う位置に、ゲート絶縁
膜を介在させて形成され、第2の不純物領域と略同程度
の不純物濃度を有するトランスファゲート電極と、チャ
ネル領域の中央よりも一対の第1の不純物領域寄りの半
導体基板主表面から第1および第2の不純物領域の両方
の下端を覆うように形成された一対の第1導電型の第3
の不純物領域とを備えたものである。
[Means for Solving the Problems] A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate of a first conductivity type and a pair of first conductivity type semiconductor substrates disposed on a main surface of the semiconductor substrate with a channel region interposed therebetween. , A channel region and a pair of first impurity regions,
A pair of second conductivity type second impurity regions which contain impurities at a higher concentration than the first impurity region and become a source region and a drain region together with the pair of first impurity regions, and a channel region on the surface of the semiconductor substrate And a transfer gate electrode having an impurity concentration substantially equal to that of the second impurity region and a pair of semiconductors closer to the pair of first impurity regions than the center of the channel region. A pair of third conductive type third conductive regions formed to cover both lower ends of the first and second impurity regions from the main surface of the substrate.
Impurity region.

また、第1導電型の半導体基板の主表面に絶縁膜を介
してトランスファゲート電極を形成する工程と、第1導
電型の不純物を斜め回転イオン注入して、トランスファ
ゲート電極下の半導体基板の主表面のチャネル領域を挟
んで対向する第1の不純物領域を形成する工程と、第2
導電型の不純物をイオン注入して、第1の不純物領域内
に第2の不純物領域を形成する工程と、トランスファゲ
ート電極の側壁に絶縁物のサイドウォールスペーサを形
成する工程と、第2導電型の不純物をイオン注入して、
第1の不純物領域内に、第2の不純物領域よりも高濃度
の不純物を含み、第2の不純物領域とともにソース領域
およびドレイン領域となる第3の不純物領域を形成する
工程とを備えたものである。
A step of forming a transfer gate electrode on the main surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type via an insulating film; and a step of injecting impurities of the first conductivity type by oblique rotation ion implantation to form a main portion of the semiconductor substrate below the transfer gate electrode. Forming a first impurity region opposed across the channel region on the surface;
A step of forming a second impurity region in the first impurity region by ion-implanting a conductive impurity, a step of forming a sidewall spacer of an insulator on a side wall of the transfer gate electrode, Ion implantation of impurities of
Forming a third impurity region in the first impurity region which contains a higher concentration of impurity than the second impurity region and which becomes a source region and a drain region together with the second impurity region. is there.

[作用] このような構成を有する本発明の半導体装置によれ
ば、半導体基板の主表面からソース/ドレイン領域の高
濃度領域および低濃度領域の下端を覆うように、ソース
/ドレイン領域と逆導電型の不純物領域が形成されてい
るため、所定の閾値電圧を設定するためのチャネルポテ
ンシャル分布を、チャネル領域中央部よりもソース/ド
レイン領域近傍で顕著に高くして、この部分で高い電位
障壁を形成することができるとともに、ソース/ドレイ
ン領域間での空乏層の拡がりを抑制することができる。
[Operation] According to the semiconductor device of the present invention having the above-described configuration, the source / drain region and the reverse conductivity are formed so as to cover the lower end of the high concentration region and the low concentration region of the source / drain region from the main surface of the semiconductor substrate. Channel region for setting a predetermined threshold voltage is significantly higher in the vicinity of the source / drain region than in the center of the channel region, and a high potential barrier is formed in this portion. It can be formed, and the expansion of the depletion layer between the source / drain regions can be suppressed.

また、α粒子がソース/ドレイン領域に侵入しても、
それによるファンネリング現象もチャネル領域両端の高
い電位障壁によって抑制され、ALPEN効果に起因するソ
ース/ドレイン間の過渡的パンチスルーも防止される。
Also, even if α particles enter the source / drain regions,
The resulting funneling phenomenon is also suppressed by the high potential barrier at both ends of the channel region, and transient punch-through between the source and drain due to the ALPEN effect is also prevented.

また、ソース/ドレイン領域と逆導電型の不純物を斜
め回転イオン注入して、ソース/ドレイン領域を覆う不
純物領域を形成するため、この不純物領域に不純物濃度
分布を形成することができる。それによって、チャネル
領域でのポテンシャル分布すなわち電位障壁が、ソース
/ドレイン領域近傍でのみ顕著に高くなるように設定で
きるとともに、ソース/ドレイン領域間での空乏層の拡
がりが抑制された半導体装置の製造方法を得ることがで
きる。
Further, since impurities of the opposite conductivity type to the source / drain regions are obliquely rotated and ion-implanted to form impurity regions covering the source / drain regions, an impurity concentration distribution can be formed in the impurity regions. Thereby, the potential distribution in the channel region, that is, the potential barrier can be set to be remarkably high only in the vicinity of the source / drain regions, and the spread of the depletion layer between the source / drain regions is suppressed. You can get the way.

[実施例] 以下本発明の一実施例を第1A図〜第1F図および第2図
に基づいて説明する。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1A to 1F and FIG.

本発明の第1の実施例の製造工程は、第1A図〜第1F図
に示すとおりである。まず、p型の半導体基板1上にLO
COS法によって素子分離領域2に囲まれた素子形成領域
にトランスファゲート絶縁膜3を形成する(第1A図)。
次にポリシリコンの膜を減圧CVD法によってトランスフ
ァゲート絶縁膜3上の全面に堆積させ、写真製版と反応
性イオンエッチングによってトランスファゲート電極5
を形成する(第1B図)。このトランスファゲート電極5
は、ポリシリコンの単層で形成する場合のほか、タング
ステンやモリブデン,チタンなどの高融点金属とポリシ
リコンの2層を減圧CVD法やスパッタ法によって堆積
し、写真製版と反応性イオンエッチングを施すことによ
っても形成することができる。また、高融点金属をシリ
サイド化したいわゆる高融点金属シリサイドを堆積し、
フォトエッチングを施して形成してもよい。
The manufacturing process of the first embodiment of the present invention is as shown in FIGS. 1A to 1F. First, LO on a p-type semiconductor substrate 1
A transfer gate insulating film 3 is formed in a device forming region surrounded by a device isolation region 2 by the COS method (FIG. 1A).
Next, a polysilicon film is deposited on the entire surface of the transfer gate insulating film 3 by a low pressure CVD method, and the transfer gate electrode 5 is formed by photolithography and reactive ion etching.
(FIG. 1B). This transfer gate electrode 5
In addition to forming a single layer of polysilicon, two layers of refractory metal such as tungsten, molybdenum, and titanium and polysilicon are deposited by low pressure CVD or sputtering, and photolithography and reactive ion etching are performed. Alternatively, it can be formed. In addition, a so-called high melting point metal silicide obtained by converting a high melting point metal into a silicide is deposited,
It may be formed by performing photoetching.

なおトランスファゲート電極5には、その導電性を高
める目的でたとえばリンイオンなどの不純物イオンをド
ーピングし、半導体基板と反対の導電型すなわちチャネ
ルと同じ導電型にされる。このために、n型トランスフ
ァゲート電極とp型チャネル領域の間の仕事関数差、お
よびその後の熱処理によるリンイオンのチャネルへの拡
散によって、閾値電圧が低下することになる。そのため
後述するイオン注入領域4を形成することにより閾値電
圧を上げることが必要になる。
The transfer gate electrode 5 is doped with impurity ions such as phosphorus ions for the purpose of enhancing its conductivity, and is made to have a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate, that is, the same conductivity type as the channel. Therefore, the work function difference between the n-type transfer gate electrode and the p-type channel region and the diffusion of phosphorus ions into the channel by the subsequent heat treatment lower the threshold voltage. Therefore, it is necessary to increase the threshold voltage by forming an ion implantation region 4 described later.

次に半導体基板1の表面全面に、その法線方向に対し
て所定の傾斜角θをなす方向から斜めに、半導体基板1
と同じp型の不純物イオンである硼素イオンを注入す
る。これと同時に、トランスファゲート電極5の中央の
法線を中心に、半導体基板1を回転させる。この斜め回
転イオン注入により、トランスファゲート電極5をマス
クとして、閾値電圧制御用のp型のイオン注入層4が形
成される(第1C図)。
Next, the semiconductor substrate 1 is inclined over the entire surface of the semiconductor substrate 1 from a direction forming a predetermined inclination angle θ with respect to the normal direction.
Boron ions, which are the same p-type impurity ions, are implanted. At the same time, the semiconductor substrate 1 is rotated around a center normal line of the transfer gate electrode 5. By this oblique rotation ion implantation, a p-type ion implantation layer 4 for controlling the threshold voltage is formed using the transfer gate electrode 5 as a mask (FIG. 1C).

イオン注入の傾斜角θは、約10゜以下であれば、結晶
軸方向に異常に深くまでイオンが侵入するいわゆるチャ
ネリング効果が生じるため、好ましくない。また、θが
約10゜以上であっても、約15゜以下であればトランスフ
ァゲート電極5の直下へのイオン注入が十分に行なわれ
ず、閾値電圧の制御が困難である。またθが約60゜を越
えると、トランスファゲート電極5の直下へのイオン注
入量が多くなって、閾値電圧が高くなりすぎてしまうと
いう問題がある。したがってイオン注入の傾斜角θは、
15゜以上,60゜以下に設定することが好ましく、通常は
約30゜以上、約45゜以下で行なう。
If the inclination angle θ of the ion implantation is about 10 ° or less, a so-called channeling effect in which ions penetrate abnormally deep into the crystal axis direction occurs, which is not preferable. Even if θ is about 10 ° or more, if the angle is about 15 ° or less, ions are not sufficiently implanted immediately below the transfer gate electrode 5 and it is difficult to control the threshold voltage. When θ exceeds about 60 °, the amount of ions implanted immediately below the transfer gate electrode 5 increases, and the threshold voltage becomes too high. Therefore, the inclination angle θ of the ion implantation is
It is preferable to set the angle between 15 ° and 60 °, usually between about 30 ° and about 45 °.

その後、半導体基板1の表面全面に、その法線方向か
ら半導体基板1の導電型と反対のn型の不純物イオンで
あるリンイオンあるいは砒素イオンを注入する。これに
より、トランスファゲート電極5をマスクとしてn型の
イオン注入層6が形成される(第1D図)。次に、半導体
基板1の表面全面にCVD法などによって二酸化シリコン
の酸化膜を堆積し、これに異方性エッチングを施してサ
イドウォールスペーサ7を形成する(第1E図)。
Thereafter, phosphorus ions or arsenic ions as n-type impurity ions opposite to the conductivity type of the semiconductor substrate 1 are implanted into the entire surface of the semiconductor substrate 1 from the normal direction. Thus, an n-type ion implantation layer 6 is formed using the transfer gate electrode 5 as a mask (FIG. 1D). Next, an oxide film of silicon dioxide is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by a CVD method or the like, and is subjected to anisotropic etching to form a sidewall spacer 7 (FIG. 1E).

その次に、半導体基板1の表面全面に、その法線方向
からn型の不純物イオンであるリンイオンあるいは砒素
イオンを注入する。これによりトランスファゲート電極
5およびサイドウォールスペーサ7をマスクとして、n
型のイオン注入層8が形成される(第1F図)。
Then, phosphorus ions or arsenic ions, which are n-type impurity ions, are implanted into the entire surface of the semiconductor substrate 1 from its normal direction. Thus, the transfer gate electrode 5 and the side wall spacer 7 are used as a mask and n
A type ion implantation layer 8 is formed (FIG. 1F).

このとき、イオン注入層6へのイオン注入量は、LDD
構造形成のために、イオン注入層8の濃度よりもはるか
に低濃度になるように設定されている。
At this time, the ion implantation amount into the ion implantation layer 6 is LDD.
In order to form the structure, the concentration is set to be much lower than the concentration of the ion implantation layer 8.

また、熱処理を行なうことにより各イオン注入層6,8
を活性化し、不純物イオンの拡散層が形成される。
Further, by performing heat treatment, each ion-implanted layer 6, 8
And a diffusion layer of impurity ions is formed.

なお本実施例においては、MOS型LDD構造トランジスタ
を形成する基板として、p型の半導体基板1を用いた
が、それに代えて、少なくとも基板表面から所定の深さ
にp型の領域であるpウェルを形成したものを用いるこ
ともできる。
In this embodiment, the p-type semiconductor substrate 1 is used as the substrate for forming the MOS LDD structure transistor. However, the p-type region, which is a p-type region at least at a predetermined depth from the substrate surface, is used instead. Can be used.

また、基板側の導電型はp型に限るものではなく、基
板側およびイオン注入領域4をn型とし、イオン注入層
6,8をp型として形成することも可能である。
Further, the conductivity type on the substrate side is not limited to p-type, and the substrate side and the ion-implanted region 4 are made n-type.
It is also possible to form 6,8 as p-type.

上述のようにして製造したMOS型LDD構造トランジスタ
の不純物イオン濃度分布は、第2図のようになる。
FIG. 2 shows the impurity ion concentration distribution of the MOS LDD structure transistor manufactured as described above.

斜め回転注入法を用いた場合のイオン注入領域4のプ
ロファイルおよびチャネルポテンシャル分布は、非晶質
ターゲットへの垂直イオン注入の理論であるLSS理論に
加えて、トランスファゲート電極5のシャドウイング効
果とゲート突抜け効果を考慮した重み関数を導入した数
値解析によって計算することができる。第2図の不純物
イオン濃度の分布は、この計算結果をもとにチャネル領
域表面の分布を模式的に示したものである。
The profile and the channel potential distribution of the ion implantation region 4 when the oblique rotation implantation method is used are the shadowing effect of the transfer gate electrode 5 and the gate potential distribution in addition to the LSS theory which is the theory of the vertical ion implantation into the amorphous target. It can be calculated by numerical analysis that introduces a weight function taking into account the penetration effect. The distribution of the impurity ion concentration in FIG. 2 schematically shows the distribution on the surface of the channel region based on the calculation result.

以下、第2図の不純物イオン濃度分布を求めるための
数値解析の理論の概要を説明する。
Hereinafter, the outline of the theory of numerical analysis for obtaining the impurity ion concentration distribution of FIG. 2 will be described.

半導体基板1に注入した不純物の分布は、第1に、注
入量,加速電圧および注入方向によって決まる。この関
係は、注入イオンとターゲット原子との衝突の機構を解
析することによって知ることができる。また、不純物分
布を決める第2の要素として、注入後の熱処理条件が挙
げられる。すなわち、ターゲット原子との衝突によって
決まる分布は、熱処理中の拡散によって変形される。
First, the distribution of the impurities implanted in the semiconductor substrate 1 is determined by the implantation amount, the acceleration voltage, and the implantation direction. This relationship can be known by analyzing the mechanism of collision between the implanted ions and the target atoms. A second factor that determines the impurity distribution is a heat treatment condition after implantation. That is, the distribution determined by collision with target atoms is deformed by diffusion during the heat treatment.

まず、熱処理を含まない第1の要素について考える。
ターゲットとなる物質が結晶質でも、チャネリング効果
が起こらないようなランダム方向にイオン注入が行なわ
れる場合には、非晶質とみなしても差支えない。したが
って非晶質中でのイオン注入の理論を適用する。
First, consider the first element that does not include heat treatment.
Even if the target material is crystalline, it can be regarded as amorphous if the ion implantation is performed in a random direction such that the channeling effect does not occur. Therefore, the theory of ion implantation in amorphous is applied.

注入イオンはターゲット原子と衝突しその運動方向を
曲げられ、第3図に示すような軌跡を描く。イオンが移
動する距離Rを飛程、その注入方向への射影RPを射影飛
程という。
The implanted ions collide with target atoms and are bent in the direction of movement, and draw a trajectory as shown in FIG. The distance R which ions move projected range, projected range as that the projection R P to its injection direction.

また注入イオンの飛程はxy面方向成分RXyを持ってい
る。このような各飛程は、衝突がそれぞれランダムに起
こるため、平均値のまわりにある分布をもって広がって
いる。Lindhardらは、これらの飛程の分布を与える積分
方程式を導き、実験値とかなり良い一致を示す注入イオ
ンの分布の式を示した。これをLSS理論と呼んでいる
(たとえば「(株)工業調査会,エレクトロニクス全集
(8)イオン注入技術,p29〜p40」)。
The range of the implanted ions has a component R Xy in the xy plane direction. Each of such ranges has a distribution around an average value and spreads because collisions occur at random. Lindhard and colleagues have derived integral equations that give the distribution of these ranges, and have given equations for the distribution of implanted ions that are in good agreement with experimental values. This is called the LSS theory (for example, “Industry Research Institute, Complete Works of Electronics (8) Ion Implantation Technology, pp. 29-40”).

このLSS理論から導かれる不純物イオンの3次元の濃
度分布N(X,Y,Z)の式は、下記に示すとおりである。
The expression of the three-dimensional concentration distribution N (X, Y, Z) of impurity ions derived from this LSS theory is as shown below.

ここで、 <ΔRP>:RPの標準偏差 <ΔX2>,<ΔY2>:x方向,y方向偏差の二乗平均 次に、上記LSS理論に加えて、トランスファゲート電
極5のシャドウィング効果とゲート突抜け効果を考慮し
た重み関数を導入した数値解析について説明する。
Here, <ΔR P >: standard deviation of R P <ΔX 2 >, <ΔY 2 >: mean square of deviation in x direction and y direction Next, a description will be given of a numerical analysis in which a weight function taking into account the shadowing effect and the gate punch-through effect of the transfer gate electrode 5 in addition to the LSS theory is introduced.

斜め回転注入には、第4A図,第4B図および第4C図に示
す3つの因子が含まれている。まず第1は、トランスフ
ァゲート電極5のエッジの注入イオンに対するシャドウ
ィング(第4A図参照)の因子であり、これを因子[A]
とする。第2の因子は、半導体基板1表面からトランス
ファゲート電極5の下方へのイオンの直接の入り込みに
よるもの(第4B図参照)であり、これを因子[B]とす
る。第3の因子は、トランスファゲート電極5の側面に
おけるポリシリコンゲート5bを通してのイオンの突抜け
によるもの(第4C図参照)であり、これを因子[C]と
する。
The oblique rotation injection includes the three factors shown in FIGS. 4A, 4B and 4C. First, there is a factor of shadowing (see FIG. 4A) with respect to the implanted ions at the edge of the transfer gate electrode 5, which is referred to as a factor [A].
And The second factor is due to direct entry of ions from the surface of the semiconductor substrate 1 to below the transfer gate electrode 5 (see FIG. 4B), which is referred to as factor [B]. The third factor is due to the penetration of ions through the polysilicon gate 5b on the side surface of the transfer gate electrode 5 (see FIG. 4C), which is referred to as factor [C].

これら3つの因子[A][B][C]は、いずれも、
トランスファゲート電極5が存在しない場合に半導体基
板1に注入されるイオン数を減少させるように作用す
る。したがって、その効果を確率という概念に取込むこ
とができる。つまり、トランスファゲート電極5が実際
に存在するときに基板に注入されるイオン数は、トラン
スファゲート電極5が存在しない場合に半導体基板1に
注入されるイオン数に対してどれだけの比率であるかを
考え、これを重みと称する。この重みは、まず明らかに
トランスファゲート電極5からの距離に依存する。
Each of these three factors [A] [B] [C] is:
When the transfer gate electrode 5 does not exist, it acts to reduce the number of ions implanted into the semiconductor substrate 1. Therefore, the effect can be taken into the concept of probability. That is, what is the ratio of the number of ions implanted into the substrate when the transfer gate electrode 5 actually exists to the number of ions implanted into the semiconductor substrate 1 when the transfer gate electrode 5 does not exist? And this is called a weight. This weight depends firstly on the distance from the transfer gate electrode 5.

さて、斜め回転イオン注入により形成される不純物分
布は、大きく分けて2つの成分から構成される。1つは
半導体基板1表面から注入されるもので、因子[A]
[B]を含んでいる。他は、ポリシリコンゲート側面か
ら注入されるもので、因子[C]を含んでいる。因子
[A][B][C]を重みとして取込むと、斜め回転注
入により形成される不純物分布N(x,z)は下記のよう
に表わされる。
The impurity distribution formed by the oblique rotation ion implantation is roughly composed of two components. One is injected from the surface of the semiconductor substrate 1 and has a factor [A].
[B]. Others are implanted from the side of the polysilicon gate and contain factor [C]. Taking in the factors [A], [B], and [C] as weights, the impurity distribution N (x, z) formed by oblique rotation implantation is expressed as follows.

N(x,z)=No cosθ{W(x)ρ(z) +Wmod(X)ρmod(z)} ここで、 N0:不純物イオンの単位面積当りの照射量 θ:基板に垂直な方向に対するイオン注入
方向の傾斜角 W(x):因子[A][B]によるx方向の重み
関数 Wmod(x):因子[C]によるx方向の重み関数 ρ(x) :W(x)=1.0,Wmod(x)=0のときの
z方向の濃度分布 ρmod(z):W(x)=0,Wmod(x)=1.0のときのz
方向の濃度分布 また、上式の第1項「No cosθW(x)ρ(z)」は
半導体基板の表面から注入される成分を表わし、第2項
「No cosθ Wmod(x)ρmod(z)」はポリシリコンゲ
ート5bの側面から注入される成分を表わしている。
N (x, z) = No cos θ {W (x) ρ (z) + W mod (X) ρ mod (z)} where N 0 : dose of impurity ions per unit area θ: perpendicular to the substrate Inclination angle of ion implantation direction with respect to direction W (x): Weight function in x direction by factor [A] [B] W mod (x): Weight function in x direction by factor [C] ρ (x): W (x ) = 1.0, density distribution in the z direction when W mod (x) = 0 ρ mod (z): z when W (x) = 0, W mod (x) = 1.0
The first term “No cos θW (x) ρ (z)” in the above equation represents a component injected from the surface of the semiconductor substrate, and the second term “No cos θ W mod (x) ρ mod ( "z)" represents a component injected from the side surface of the polysilicon gate 5b.

座標系は、トランスファゲート電極5の側面下部の半
導体基板1表面上に原点Oをとり、第5図に示すように
x,y,z軸をとる。
The coordinate system has an origin O on the surface of the semiconductor substrate 1 below the side surface of the transfer gate electrode 5, and as shown in FIG.
Take the x, y, and z axes.

重み関数の分布の具体例として、θ=45゜、注入イオ
ンの照射エネルギEimp=42keV、N0=2.8×1013cm-2に対
して、W(x),Wm0d(x),ρ(z),ρm0d(z)を
計算した結果を、第6A図および第6B図に示す。
As a specific example of the distribution of the weighting function, W (x), W m0d (x), ρ for θ = 45 °, the irradiation energy of the implanted ions E imp = 42 keV, and N 0 = 2.8 × 10 13 cm −2 The results of calculating (z) and ρ m0d (z) are shown in FIGS. 6A and 6B.

このようにして求められた関数値と、上記N(x,y,
z)の式から、チャネル表面近傍の不純物イオン濃度分
布を求めた結果を示したものが第2図のグラフの破線で
示す曲線である。
The function value obtained in this way and the above N (x, y,
The result of obtaining the impurity ion concentration distribution in the vicinity of the channel surface from the expression of z) is a curve shown by a broken line in the graph of FIG.

このグラフからわかるように、斜め回転イオン注入に
より形成されたイオン注入完了直後の不純物イオンプロ
ファイルは、チャネル両端近傍においてp型イオン濃度
が高くなる傾向は見られるが、第17図に示した斜め固定
注入の場合に比べて緩やかに変化している。これは、既
に従来技術の説明においても述べたように、以下の理由
によるものと考えられる。まず斜め固定イオン注入で
は、トランスファゲート電極5およびサイドウォールス
ペーサ7で遮蔽されることにより、その影の境界で濃度
分布が急激に変化する照射イオンが、同一傾斜角で一定
時間照射されるために、イオン注入完了直後の濃度分布
もその影の影響を顕著に受けて急激に変化する。それに
対し、斜め回転注入においては、照射イオンと半導体基
板1が相互に回転するため、トランスファゲート電極5
とサイドウォールスペーサ7の遮蔽による影が時々刻々
移動するため、この影による不純物イオン濃度分布の変
化に与える影響が平均化されて緩和され、穏やかな変化
を有する濃度分布になるものと考えられる。
As can be seen from this graph, the impurity ion profile formed by the oblique rotation ion implantation immediately after the completion of the ion implantation shows a tendency that the p-type ion concentration becomes high near both ends of the channel, but the oblique fixation shown in FIG. It changes more slowly than in the case of injection. This is considered to be due to the following reasons, as already described in the description of the related art. First, in the oblique fixed ion implantation, irradiation ions whose concentration distribution changes abruptly at the boundary of the shadow by being shielded by the transfer gate electrode 5 and the sidewall spacer 7 are irradiated at the same inclination angle for a certain time. In addition, the concentration distribution immediately after the completion of the ion implantation also changes drastically under the influence of the shadow. On the other hand, in the oblique rotation implantation, since the irradiation ions and the semiconductor substrate 1 rotate with respect to each other, the transfer gate electrode 5
It is thought that the influence of the shadow on the change in the impurity ion concentration distribution due to the shadow is moved from moment to moment, and the influence of the shadow on the change in the impurity ion concentration distribution is averaged and reduced, resulting in a concentration distribution having a gentle change.

以上のように斜め回転注入により形成された不純物プ
ロファイルは、イオン注入直後においても緩やかに変化
したものであるため、その後に必要な熱処理の影響を受
けにくい。すなわち、熱処理による不純物の拡散は、不
純物プロファイルの空間的勾配に比例するため、斜め回
転注入により形成された不純物プロファイルが熱処理後
においてもそれほど大きく変化することはない。これ
は、熱処理後の不純物プロファイルの最適分布を、たと
えばDRAM(Dynamic Random Accsess Memory)における
リフレッシュ特性を確保するための最適熱処理条件のよ
うに、デバイスの特性を維持するために要求される熱処
理条件のもので実現できるということを意味している。
すなわち、斜め回転注入により形成された不純物イオン
プロファイルは、その後にデバイスにとって最適な条件
下での熱処理を加えても、その熱処理による拡散の影響
をそれほど強くは受けないため、最適な不純物イオンプ
ロファイルを熱処理条件とほぼ独立に決定することがで
きる。
As described above, since the impurity profile formed by the oblique rotation implantation changes gradually even immediately after the ion implantation, it is hardly affected by the heat treatment required thereafter. That is, since the diffusion of the impurity by the heat treatment is proportional to the spatial gradient of the impurity profile, the impurity profile formed by the oblique rotation implantation does not change much after the heat treatment. This is because the optimum distribution of the impurity profile after the heat treatment is determined by the heat treatment conditions required to maintain the device characteristics, such as the optimum heat treatment conditions for ensuring the refresh characteristics in a DRAM (Dynamic Random Access Memory). It means that it can be realized with things.
In other words, the impurity ion profile formed by oblique rotation implantation is not so strongly affected by the heat treatment under the optimum conditions for the device even if it is subsequently subjected to heat treatment under the optimal conditions for the device. It can be determined almost independently of the heat treatment conditions.

一方、たとえば斜め固定イオン注入により形成された
不純物プロファイルは、注入直後ではその変化がかなり
急峻であり、その後に必要な熱処理の影響を相当強く受
ける。そのために不純物イオンプロファイルの最適分布
を維持することのできる熱処理条件は、デバイスにとっ
て最適な熱処理条件とならない場合が多い。むしろ逆
に、デバイスにとって最適な熱処理を行なった場合に
は、熱処理後に最適な不純物イオンプロファイルを得る
ことができない可能性が大きい。
On the other hand, the impurity profile formed by, for example, oblique fixed ion implantation has a very sharp change immediately after the implantation, and is considerably affected by the heat treatment required thereafter. Therefore, the heat treatment conditions that can maintain the optimum distribution of the impurity ion profile are often not the optimum heat treatment conditions for the device. Conversely, if the optimal heat treatment is performed for the device, it is highly likely that an optimum impurity ion profile cannot be obtained after the heat treatment.

以上のように、イオン注入完了直後の不純物イオンプ
ロファイルが緩やかに変化するほど、デバイスにとって
の最適な熱処理条件のもとで最適な不純物イオンプロフ
ァイルを得ることができる。この意味において、斜め回
転注入の方が斜め固定注入よりもデバイス設計にとって
は優れたイオン注入方法であるということができる。
As described above, the more gradually the impurity ion profile immediately after the completion of the ion implantation, the more the optimum impurity ion profile can be obtained under the optimal heat treatment conditions for the device. In this sense, it can be said that oblique rotation implantation is a superior ion implantation method for device design than oblique fixed implantation.

また、閾値電圧はチャネルポテンシャルのチャネル領
域全体の平均値にほぼ対応する。これを定性的に説明す
ると、概略次のようになる。ソース/ドレイン領域近傍
の長さ(第2図に示すΔL)の部分のp型不純物イオン
濃度を高くすると、この部分の閾値電圧が高くなり、こ
の部分の不純物散乱によるキャリアの移動度すなわち電
界の強さに比例したドリフト速度の低下を生じる。した
がってトランジスタ全体の閾値電圧Vthも高くなる。そ
こでチャネルの中央部のp型イオン濃度を従来のトラン
ジスタよりも低くすることにより、反対にこの部分の閾
値電圧が低下し、この部分の移動度が大きくなる。これ
によりチャネル全体の閾値電圧Vthを低くすることがで
きる。以上のことから、チャネル全体の閾値電圧V
thは、チャネル長(第2図の長さL)全体のp型不純物
イオン濃度のほぼ平均的な値に対応して決まることにな
る。
Further, the threshold voltage substantially corresponds to the average value of the channel potential of the entire channel region. This will be described qualitatively as follows. Increasing the p-type impurity ion concentration in the portion near the length of the source / drain region (ΔL shown in FIG. 2) increases the threshold voltage in this portion, and causes carrier mobility due to impurity scattering in this portion, that is, the electric field of the electric field. This results in a decrease in drift speed proportional to the strength. Therefore, the threshold voltage V th of the entire transistor also increases. Therefore, by making the p-type ion concentration at the center of the channel lower than that of a conventional transistor, the threshold voltage of this portion is reduced, and the mobility of this portion is increased. As a result, the threshold voltage V th of the entire channel can be reduced. From the above, the threshold voltage V of the entire channel
th is determined corresponding to an approximately average value of the p-type impurity ion concentration over the entire channel length (length L in FIG. 2).

したがって、所定の閾値電圧を得るためのチャネルポ
テンシャルの分布は、斜め回転注入にすることにより、
斜め固定注入方式に比べて、ソース/ドレイン領域近傍
のチャネルポテンシャルが高くなる。そこ結果この部分
が電位障壁を形成し、ソース/ドレイン領域間の空乏層
の拡がりを抑制するため、トランスファゲート電極5に
電圧を印加しないときのソース/ドレイン耐圧が向上す
る。また、α粒子がソース/ドレイン領域を突抜けてチ
ャネル領域に進入したとしても、α粒子の侵入経路に沿
って過渡的に空乏層が生じるファンネリング現象も、こ
の電位障壁によって抑えられる。したがってALPEN効果
に起因するソース/ドレイン間の過渡的なパンチスルー
と、それによるソフトエラー(“L→H"エラー)も抑制
されることになる。
Therefore, the distribution of the channel potential for obtaining the predetermined threshold voltage is obtained by oblique rotation injection.
The channel potential near the source / drain regions is higher than in the oblique fixed implantation method. As a result, this portion forms a potential barrier and suppresses the expansion of the depletion layer between the source / drain regions, so that the source / drain withstand voltage when no voltage is applied to the transfer gate electrode 5 is improved. Even if the α-particles penetrate through the source / drain regions and enter the channel region, a funneling phenomenon in which a depletion layer is transiently formed along the α-particle intrusion path is suppressed by the potential barrier. Therefore, a transient punch-through between the source and the drain caused by the ALPEN effect and a soft error (“L → H” error) due to the transient punch-through can be suppressed.

このように本実施例によれば、チャネル領域両端のソ
ース/ドレイン近傍に高い電位障壁が形成されることに
より、デバイスが高集積化して有効チャネル長が短くな
る場合にも、良好な初期特性を得ることができる。また
過渡特性についても良好な信頼性を保ちつつ動作させる
ことができる。
As described above, according to this embodiment, since a high potential barrier is formed near the source / drain at both ends of the channel region, good initial characteristics can be obtained even when the device is highly integrated and the effective channel length is reduced. Obtainable. In addition, the operation can be performed while maintaining good reliability with respect to transient characteristics.

次に、本発明の他の実施例について第7A図〜第7F図に
基づいて説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A to 7F.

本実施例の製造工程は、LOCOS法によってp型の半導
体基板1上に素子分離領域2に囲まれた素子形成領域に
トランスファゲート絶縁膜3を形成し(第7A図)、さら
にトランスファゲート電極5を形成する(第7B図)まで
は第1A図および第1B図に示す実施例と同様である。
In the manufacturing process of this embodiment, a transfer gate insulating film 3 is formed in a device forming region surrounded by a device isolation region 2 on a p-type semiconductor substrate 1 by a LOCOS method (FIG. 7A). (FIG. 7B) is the same as the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B.

本実施例が上記実施例と異なるのは、斜め回転イオン
注入による閾値電圧制御のためのp型のイオン注入領域
4の形成を、n型のイオン注入層6,8を形成した後に行
なう点である。すなわち、本実施例においては、トラン
スファゲート電極5をマスクとして垂直イオン注入によ
りn型のイオン注入層6を形成した後(第7C図)、サイ
ドウォールスペーサ7を形成する(第7D図)。
This embodiment is different from the above embodiment in that the p-type ion implantation region 4 for controlling the threshold voltage by oblique rotation ion implantation is formed after the n-type ion implantation layers 6 and 8 are formed. is there. That is, in this embodiment, after the n-type ion implantation layer 6 is formed by vertical ion implantation using the transfer gate electrode 5 as a mask (FIG. 7C), the sidewall spacer 7 is formed (FIG. 7D).

次にトランスファゲート電極5とサイドウォールスペ
ーサ7をマスクとして、垂直イオン注入によりn型のイ
オン注入層8を形成する(第7E図)。その後、トランス
ファゲート電極5の中央の法線を中心に半導体基板1を
回転させながら、所定の傾斜角θでイオン注入を行なう
ことにより、トランスファゲート電極5とサイドウォー
ルスペーサ7をマスクとして閾値電圧制御のためのp型
のイオン注入領域4を形成する(第7F図)。その後さら
に、注入したイオンを拡散させるための熱処理を行な
う。
Next, an n-type ion implantation layer 8 is formed by vertical ion implantation using the transfer gate electrode 5 and the sidewall spacer 7 as a mask (FIG. 7E). Thereafter, ion implantation is performed at a predetermined inclination angle θ while rotating the semiconductor substrate 1 about the center normal line of the transfer gate electrode 5, thereby controlling the threshold voltage using the transfer gate electrode 5 and the sidewall spacer 7 as a mask. To form a p-type ion-implanted region 4 (FIG. 7F). Thereafter, a heat treatment for diffusing the implanted ions is further performed.

本実施例の製造工程によっても、第2図に示すものと
ほぼ同様の各イオン注入層のプロファイルとチャネルポ
テンシャル分布を得ることができる。
According to the manufacturing process of this embodiment, the profile and the channel potential distribution of each ion-implanted layer substantially similar to those shown in FIG. 2 can be obtained.

以上述べた第1の実施例と第2の実施例は、いずれも
本発明をMOS型LDD構造トランジスタに適用した場合につ
いてのものであるが、本発明の考え方は、LDD構造以外
のMOS型トランジスタの製造にも適用することができ
る。以下、本発明をLDD構造以外のMOS型トランジスタの
製造に適用した実施例について説明する。
The first embodiment and the second embodiment described above both relate to the case where the present invention is applied to a MOS-type LDD transistor. However, the idea of the present invention is that a MOS-type transistor other than the LDD structure is used. It can also be applied to the manufacture of An embodiment in which the present invention is applied to the manufacture of a MOS transistor having a structure other than the LDD structure will be described below.

本発明の第3の実施例の工程を、第8A図〜第8C図に示
す。本実施例は、トランスファゲート電極5の側壁部に
サイドウォールスペーサを形成しないMOS型トランジス
タの製造方法についてのものである。本実施例において
は、まずp型の半導体基板1表面のトランスファゲート
電極3上に、写真製版と反応性イオンエッチングにより
トランスファゲート電極5を形成する(第8A図)。次
に、このトランスファゲート電極をマスクとして、p型
の不純物であるリンまたは砒素を、基板表面に垂直に注
入し、ソース/ドレイン領域となるイオン注入層6を形
成する(第8B図)。次に、半導体基板1を水平面内にお
いて回転させながら、p型の硼素イオンを所定傾斜角度
の斜め方向から照射し、チャネル領域の閾値電圧を制御
するためのイオン注入領域4を形成する(第8C図)。
The steps of the third embodiment of the present invention are shown in FIGS. 8A to 8C. This embodiment relates to a method for manufacturing a MOS transistor in which a sidewall spacer is not formed on the side wall of the transfer gate electrode 5. In this embodiment, first, a transfer gate electrode 5 is formed on the transfer gate electrode 3 on the surface of the p-type semiconductor substrate 1 by photolithography and reactive ion etching (FIG. 8A). Next, using this transfer gate electrode as a mask, p-type impurities such as phosphorus or arsenic are vertically injected into the substrate surface to form an ion-implanted layer 6 serving as source / drain regions (FIG. 8B). Next, while rotating the semiconductor substrate 1 in a horizontal plane, p-type boron ions are irradiated from an oblique direction at a predetermined inclination angle to form an ion implantation region 4 for controlling the threshold voltage of the channel region (8C). Figure).

次に、本発明の第4の実施例を第9A図〜第9D図を参照
して説明する。本実施例はトランスファゲート電極5を
形成し(第9A図)、これをマスクとしてn型イオンを注
入して、ソース/ドレインとなるイオン注入層6を形成
する(第9B図)までは、上記第3の実施例と共通してい
る。本実施例においては、イオン注入層6を形成した後
に、トランスファゲート電極5の側壁部にサイドウォー
ルスペーサ7を形成し(第9C図)、斜め回転イオン注入
によりイオン注入領域4を形成する(第9D図)。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9A to 9D. In this embodiment, the transfer gate electrode 5 is formed (FIG. 9A), and n-type ions are implanted using the transfer gate electrode 5 as a mask to form an ion-implanted layer 6 serving as a source / drain (FIG. 9B). This is common to the third embodiment. In this embodiment, after the ion implantation layer 6 is formed, the sidewall spacer 7 is formed on the side wall of the transfer gate electrode 5 (FIG. 9C), and the ion implantation region 4 is formed by oblique rotation ion implantation (FIG. 9D).

本発明の第5の実施例を第10A図〜第10D図に示す。本
実施例においては、トランスファゲート電極3上にトラ
ンスファゲート電極5を形成した後に(第10A図)、こ
れをマスクとして、斜め回転イオン注入によりイオン注
入領域4を形成する(第10B図)。次にサイドウォール
スペーサ7を形成後(第10C図)、垂直イオン注入によ
りイオン注入層6を形成する(第10D図)。
A fifth embodiment of the present invention is shown in FIGS. 10A to 10D. In the present embodiment, after the transfer gate electrode 5 is formed on the transfer gate electrode 3 (FIG. 10A), the ion implantation region 4 is formed by oblique rotation ion implantation using this as a mask (FIG. 10B). Next, after forming the sidewall spacers 7 (FIG. 10C), the ion implantation layer 6 is formed by vertical ion implantation (FIG. 10D).

本発明の第6の実施例を第11A図〜第11D図に示す。本
実施例においては、ゲート電極5を形成した直後に(第
11A図)、サイドウォールスペーサ7を形成し(第11B
図)、この状態で斜め回転イオン注入を行なってイオン
注入領域4を形成し(第11C図)、さらに垂直イオン注
入によってイオン注入層6を形成する(第11D図)。
A sixth embodiment of the present invention is shown in FIGS. 11A to 11D. In this embodiment, immediately after the gate electrode 5 is formed (the
11A) and a sidewall spacer 7 is formed (FIG. 11B).
In this state, oblique rotation ion implantation is performed to form an ion implantation region 4 (FIG. 11C), and an ion implantation layer 6 is formed by vertical ion implantation (FIG. 11D).

本発明の第7の実施例を、第12A図〜第12D図に示す。
本実施例においては、トランスファゲート電極5をマス
クとして、硼素イオンの斜め回転イオン注入を行ない、
まずイオン注入領域4を形成した後に(第12A図)、サ
イドウォールスペーサ7を形成する(第12B図)。その
後、垂直イオン注入によってリンイオンを注入し、比較
的低濃度のイオン注入層6を形成し(第12C図)、さら
に垂直イオン注入によりリンイオンより熱拡散係数の小
さい砒素イオンを注入して、比較的高濃度のイオン注入
層9を形成する(第12D図)。このようにして形成され
た、濃度の異なる二重のイオン注入層6,9により、チャ
ネル部の電界強度を緩和して、チャネルにおけるパンチ
スルーを防止するという、LDD構造と同様の考え方に基
づくものである。この構造は、MOS型二重拡散ドレイン
(Double Diffused Drain(DDD))構造トランジスタと
呼ばれている。
A seventh embodiment of the present invention is shown in FIGS. 12A to 12D.
In this embodiment, oblique rotation ion implantation of boron ions is performed using the transfer gate electrode 5 as a mask.
First, after the ion implantation region 4 is formed (FIG. 12A), the sidewall spacer 7 is formed (FIG. 12B). Thereafter, phosphorus ions are implanted by vertical ion implantation to form a relatively low-concentration ion-implanted layer 6 (FIG. 12C), and arsenic ions having a smaller thermal diffusion coefficient than phosphorus ions are implanted by vertical ion implantation. A high concentration ion implantation layer 9 is formed (FIG. 12D). Based on the same concept as the LDD structure, the double ion-implanted layers 6 and 9 with different concentrations formed in this way reduce the electric field intensity in the channel and prevent punch-through in the channel. It is. This structure is called a MOS type double diffused drain (DDD) structure transistor.

本発明の第8の実施例を、第13A図〜第13D図に示す。
本実施例は、MOS型DDD構造トランジスタの形成に本発明
を適用している点で、上記第7の実施例と共通する。本
実施例においてはサイドウォールスペーサ7を形成した
後に(第13A図)、斜め回転イオン注入により硼素イオ
ンを注入し、p型のイオン注入領域4を形成する(第13
B図)。その後垂直イオン注入によりリンイオンを注入
し(第13C図)、さらに砒素イオンを注入する(第13D
図)ことによってDDD構造を形成する点は、第7の実施
例と同様である。
An eighth embodiment of the present invention is shown in FIGS. 13A to 13D.
This embodiment is similar to the seventh embodiment in that the present invention is applied to the formation of a MOS DDD transistor. In this embodiment, after forming the sidewall spacers 7 (FIG. 13A), boron ions are implanted by oblique rotation ion implantation to form p-type ion implanted regions 4 (FIG. 13A).
B figure). Thereafter, phosphorus ions are implanted by vertical ion implantation (FIG. 13C), and arsenic ions are further implanted (FIG. 13D
This is the same as in the seventh embodiment in that a DDD structure is formed by using FIG.

以上述べた第3ないし第8の実施例においても、チャ
ネルの閾値電圧を設定するためのイオン注入領域4は、
第1の実施例の場合とほぼ同様の分布になる。したがっ
て、その後の熱処理を経た後も、第2図の2点鎖線で示
すような不純物濃度分布が得られ、電位障壁が形成され
て、ソース/ドレイン耐圧の向上を図ることができる。
Also in the third to eighth embodiments described above, the ion implantation region 4 for setting the threshold voltage of the channel is
The distribution is almost the same as in the first embodiment. Therefore, even after the subsequent heat treatment, an impurity concentration distribution as shown by a two-dot chain line in FIG. 2 is obtained, a potential barrier is formed, and the source / drain breakdown voltage can be improved.

[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、半導体基板の主表
面からソース/ドレイン領域の高濃度領域および低濃度
領域の下端を覆うように、ソース/ドレイン領域と逆導
電型の不純物領域が形成されているため、所定の閾値電
圧を設定するためのチャネルポテンシャル分布を、チャ
ネル領域中央部よりもソース/ドレイン領域近傍で顕著
に高くして、この部分で高い電位障壁を形成することが
できるとともに、ソース/ドレイン領域間での空乏層の
拡がりを抑制することができる。これによって、閾値電
圧を上昇させることなく、トランスファゲート電極に電
圧を印加しないときのソース/ドレイン耐圧すなわちパ
ンチスルー耐性を向上させることができ、またALPEN効
果に起因するソース/ドレイン間のパンチスルーも抑制
され、新しいモードのソフトエラー(“L→H"エラー)
も防止される。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the source / drain region and the opposite conductivity type are formed so as to cover the lower end of the high concentration region and the lower concentration region of the source / drain region from the main surface of the semiconductor substrate. Since the impurity region is formed, the channel potential distribution for setting a predetermined threshold voltage is significantly higher near the source / drain region than at the center of the channel region, and a high potential barrier is formed at this portion. And the extension of the depletion layer between the source / drain regions can be suppressed. As a result, the source / drain withstand voltage when no voltage is applied to the transfer gate electrode, that is, punch-through resistance can be improved without increasing the threshold voltage, and punch-through between the source / drain caused by the ALPEN effect can also be improved. Suppressed, new mode soft error (“L → H” error)
Is also prevented.

その結果、デバイスが高集積化して有効チャネル長が
短くなっても、初期特性と長期的な過渡特性が良好に保
たれ、高い信頼性を得ることができる。
As a result, even if the device is highly integrated and the effective channel length is shortened, the initial characteristics and the long-term transient characteristics are kept good, and high reliability can be obtained.

また、ソース/ドレイン領域と逆導電型の不純物を斜
め回転イオン注入して、ソース/ドレイン領域を覆う不
純物領域を形成するため、この不純物領域に不純物濃度
ピークを形成することができる。それによって、チャネ
ル領域でのポテンシャル分布すなわち電位障壁が、ソー
ス/ドレイン領域近傍でのみ顕著に高くなるように設定
できるとともに、ソース/ドレイン領域間の空乏層の拡
がりが抑えられ、トランスファゲート電極に電圧を印加
しないときのソース/ドレイン耐圧が向上することに加
えて、ALPEN効果に起因するソース/ドレイン間のパン
チスルーも抑制されて、信頼性の高い半導体装置の製造
方法を得ることができる。
In addition, since impurities of the opposite conductivity type to the source / drain regions are obliquely rotated and ion-implanted to form impurity regions covering the source / drain regions, an impurity concentration peak can be formed in the impurity regions. Thereby, the potential distribution in the channel region, that is, the potential barrier can be set to be remarkably high only in the vicinity of the source / drain regions, and the expansion of the depletion layer between the source / drain regions can be suppressed. In addition to improving the source / drain breakdown voltage when no voltage is applied, punch-through between the source / drain caused by the ALPEN effect is suppressed, and a highly reliable semiconductor device manufacturing method can be obtained.

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

第1A図,第1B図,第1C図,第1D図,第1E図,第1F図は、
本発明の第1の実施例の製造工程を順次模式的に示す断
面図である。 第2図はこの実施例の工程によって形成されたMOS型LDD
構造トランジスタのチャネル近傍におけるイオン注入層
のプロファイルと、それに対応する不純物イオン濃度分
布を模式的に示す図である。 第3図は、本発明の各実施例の不純物イオン濃度分布を
求める数値解析の理論を説明するために、イオンの飛程
と座標系について示した図である。 第4A図,第4B図,第4C図は、イオン注入におけるトラン
スファゲート電極5の遮蔽の影響の3つの因子を説明す
るための図である。 第5図は、斜め回転イオン注入の解析における座標系を
説明するための図である。 第6A図および第6B図は、トランスファゲート電極5のシ
ャドウィング効果と突抜け効果を考慮した重み関数W
(x),Wm0d(x)、および深さ方向の分布関数ρ
(z),ρm0d(z)の分布を示すである。 第7A図,第7B図,第7C図,第7D図,第7E図,第7F図は、
本発明の第2の実施例の製造工程を順次模式的に示す断
面図である。 第8A図,第8B図,第8C図は、本発明の第3の実施例にお
ける製造工程の概略を順次模式的に示す断面図である。 第9A図,第9B図,第9C図,第9D図は、本発明の第4の実
施例における製造工程の概略を順次模式的に示す断面図
である。 第10A図,第10B図,第10C図,第10D図は、本発明の第5
の実施例における製造工程の概略を順次模式的に示す断
面図である。 第11A図,第11B図,第11C図,第11D図は、本発明の第6
の実施例における製造工程の概略を順次模式的に示す断
面図である。 第12A図,第12B図,第12C図,第12D図は、本発明の第7
の実施例における製造工程の概略を順次模式的に示す断
面図である。 第13A図,第13B図,第13C図,第13D図は、本発明の第8
の実施例における製造工程の概略を順次模式的に示す断
面図である。 第14A図,第14B図,第14C図,第14D図,第14E図,第14F
図は、第1の従来例における製造工程を順次模式的に示
す断面図である。 第15A図,第15B図,第15C図,第15D図は、第2の従来例
の製造工程の概略を順次模式的に示す断面図である。 第16図は、第1の従来例によって形成されたMOS型LDD構
造トランジスタの、チャネル近傍におけるイオン注入層
のプロフィルと、それに対応する不純物イオン濃度を模
式的に示す図である。 第17図は、第2の従来例と同様の方法によって形成した
場合のMOS型LDDトランジスタのチャネル近傍におけるイ
オン注入層のプロファイルと、それに対応する不純物イ
オン濃度の分布を模式的に示す図である。 図において、1は半導体基板、2は素子分離領域、3は
トランスファゲート絶縁膜、4はイオン注入層、5はト
ランスファゲート電極、7はサイドウォールスペーサ、
8,9はイオン注入層である。 なお、図中、同一符号で示すものは同一または相当の要
素を示す。
1A, 1B, 1C, 1D, 1E, and 1F,
It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the 1st Example of this invention typically sequentially. FIG. 2 shows a MOS LDD formed by the steps of this embodiment.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a profile of an ion implantation layer near a channel of a structural transistor and a corresponding impurity ion concentration distribution. FIG. 3 is a diagram showing an ion range and a coordinate system for explaining the theory of numerical analysis for obtaining the impurity ion concentration distribution in each embodiment of the present invention. 4A, 4B, and 4C are diagrams for explaining three factors of the influence of the shielding of the transfer gate electrode 5 in the ion implantation. FIG. 5 is a diagram for explaining a coordinate system in the analysis of the oblique rotation ion implantation. FIGS. 6A and 6B show the weight function W in consideration of the shadowing effect and the punch-through effect of the transfer gate electrode 5. FIG.
(X), W m0d (x), and distribution function ρ in the depth direction
(Z) shows the distribution of ρ m0d (z). 7A, 7B, 7C, 7D, 7E, and 7F are:
It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the 2nd Example of this invention typically sequentially. 8A, 8B, and 8C are cross-sectional views schematically schematically showing manufacturing steps in the third embodiment of the present invention. FIGS. 9A, 9B, 9C, and 9D are cross-sectional views schematically schematically showing manufacturing steps in a fourth embodiment of the present invention. 10A, 10B, 10C, and 10D show the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically schematically illustrating a manufacturing process in the example of FIG. 11A, 11B, 11C, and 11D show the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically schematically illustrating a manufacturing process in the example of FIG. FIGS. 12A, 12B, 12C, and 12D show the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically schematically illustrating a manufacturing process in the example of FIG. 13A, 13B, 13C, and 13D show the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically schematically illustrating a manufacturing process in the example of FIG. 14A, 14B, 14C, 14D, 14E, 14F
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the manufacturing steps in the first conventional example in sequence. 15A, 15B, 15C, and 15D are cross-sectional views schematically schematically showing the outline of the manufacturing process of the second conventional example. FIG. 16 is a diagram schematically showing a profile of an ion implantation layer near a channel and a corresponding impurity ion concentration of a MOS LDD structure transistor formed by the first conventional example. FIG. 17 is a diagram schematically showing a profile of an ion implantation layer near a channel of a MOS LDD transistor formed by a method similar to that of the second conventional example, and a corresponding distribution of impurity ions. . In the figure, 1 is a semiconductor substrate, 2 is an element isolation region, 3 is a transfer gate insulating film, 4 is an ion implantation layer, 5 is a transfer gate electrode, 7 is a side wall spacer,
8 and 9 are ion implantation layers. In the drawings, components denoted by the same reference numerals indicate the same or corresponding elements.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1導電型の半導体基板と、 前記半導体基板の主表面にチャネル領域を挟んで配設さ
れた一対の第2導電型の第1の不純物領域と、 前記チャネル領域および前記一対の第1の不純物領域を
挟んで配設され、前記第1の不純物領域よりも高濃度の
不純物を含み、前記一対の第1の不純物領域とともにソ
ース領域およびドレイン領域となる一対の第2導電型の
第2の不純物領域と、 前記半導体基板表面上の前記チャネル領域を覆う位置
に、ゲート絶縁膜を介在させて形成され、前記第2の不
純物領域と略同程度の不純物濃度を有するトランスファ
ゲート電極と、 前記チャネル領域の中央よりも前記一対の第1の不純物
領域寄りの前記半導体基板主表面から前記第1および前
記第2の不純物領域の両方の下端を覆うように形成され
た一対の第1導電型の第3の不純物領域とを備えた半導
体装置。
A first conductive type semiconductor substrate; a pair of second conductive type first impurity regions disposed on a main surface of the semiconductor substrate with a channel region interposed therebetween; the channel region and the pair of first impurity regions; And a pair of second conductivity types, which are arranged with the first impurity region interposed therebetween and contain a higher concentration of impurities than the first impurity region, and become a source region and a drain region together with the pair of first impurity regions. A transfer gate electrode formed at a position covering the channel region on the surface of the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween and having an impurity concentration substantially equal to that of the second impurity region. And forming a lower end of both the first and second impurity regions from the main surface of the semiconductor substrate closer to the pair of first impurity regions than a center of the channel region. A semiconductor device comprising a pair of third impurity regions of a first conductivity type.
【請求項2】第1導電型の半導体基板の主表面に絶縁膜
を介してトランスファゲート電極を形成する工程と、 第1導電型の不純物を斜め回転イオン注入して、前記ト
ランスファゲート電極下の前記半導体基板の主表面のチ
ャネル領域を挟んで対向する第1の不純物領域を形成す
る工程と、 第2導電型の不純物をイオン注入して、前記第1の不純
物領域内に第2の不純物領域を形成する工程と、 前記トランスファゲート電極の側壁に絶縁物のサイドウ
ォールスペーサを形成する工程と、 第2導電型の不純物をイオン注入して、前記第1の不純
物領域内に、前記第2の不純物領域よりも高濃度の不純
物を含み、前記第2の不純物領域とともにソース領域お
よびドレイン領域となる第3の不純物領域を形成する工
程とを備えた半導体装置の製造方法。
2. A step of forming a transfer gate electrode on a main surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type via an insulating film, and obliquely rotating ion implantation of an impurity of the first conductivity type to form a transfer gate electrode under the transfer gate electrode. Forming a first impurity region opposing the channel region on the main surface of the semiconductor substrate; and ion-implanting an impurity of a second conductivity type to form a second impurity region in the first impurity region. Forming an insulating sidewall spacer on the side wall of the transfer gate electrode; and ion-implanting a second conductivity type impurity to form the second impurity into the first impurity region. Forming a third impurity region containing a higher concentration of impurity than the impurity region and serving as a source region and a drain region together with the second impurity region. Law.
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