JP3000657B2 - Method for manufacturing field effect semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing field effect semiconductor device

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JP3000657B2
JP3000657B2 JP2-298027A JP29802790A JP3000657B2 JP 3000657 B2 JP3000657 B2 JP 3000657B2 JP 29802790 A JP29802790 A JP 29802790A JP 3000657 B2 JP3000657 B2 JP 3000657B2
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oxide film
forming
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conductor film
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周一 亀山
浩 下村
瑞樹 瀬川
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電界効果型半導体装置の製造方法に関し、
特に反転電圧の制御を伴うトランジスタ素子の作製を安
定にかつ簡便に行い得る電界効果型半導体装置の製造方
法に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a field-effect semiconductor device,
In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a field-effect semiconductor device capable of stably and easily manufacturing a transistor element with control of an inversion voltage.

従来の技術 電界効果型集積回路の製造工程において、集積度の向
上に伴い、構成素子の微細化特にゲート酸化膜の薄膜化
が進んでおり、ゲート酸化膜の耐圧や反転電圧の制御が
問題になっている。従来の一般的な工程を第5図に示
す。まず半導体基板101を酸化し熱酸化膜103をつけてか
ら不純物イオン、例えばホウ素を注入しp-領域102を形
成して反転電圧を制御する(第5図a)。次に熱酸化膜
103をエッチングにより除去した後(第5図b)、半導
体基板101を再び酸化し、ゲート酸化膜104を形成する。
次に、ゲート酸化膜104上の所定位置に多結晶半導体か
らなるゲート電極105を形成する(第5図c)。以後は
通常のMOS型半導体の製造工程に従って、ソース・ドレ
イン領域110を形成し(第5図c)、層間絶縁膜112を堆
積し、アルミ配線113を形成する(第5図d)。
2. Description of the Related Art In the manufacturing process of a field-effect integrated circuit, as the degree of integration increases, the miniaturization of constituent elements, particularly the reduction of the thickness of the gate oxide film, is progressing, and the control of the withstand voltage and inversion voltage of the gate oxide film becomes a problem. Has become. FIG. 5 shows a conventional general process. First, the semiconductor substrate 101 is oxidized to form a thermal oxide film 103, and then impurity ions, for example, boron are implanted to form the p - region 102 and the inversion voltage is controlled (FIG. 5a). Next, thermal oxide film
After removing the 103 by etching (FIG. 5b), the semiconductor substrate 101 is oxidized again to form a gate oxide film 104.
Next, a gate electrode 105 made of a polycrystalline semiconductor is formed at a predetermined position on the gate oxide film 104 (FIG. 5c). Thereafter, source / drain regions 110 are formed (FIG. 5c), an interlayer insulating film 112 is deposited, and aluminum wirings 113 are formed (FIG. 5d) in accordance with a normal MOS type semiconductor manufacturing process.

発明が解決しようとする課題 第5図に示す如き半導体装置の製造方法では次のよう
な問題点がある。
Problems to be Solved by the Invention The method for manufacturing a semiconductor device as shown in FIG. 5 has the following problems.

(1)反転電圧を制御するためのイオン注入により半導
体基板101に結晶欠陥が生じ、その後にゲート酸化を行
なうためゲート酸化膜104中に結晶欠陥が取り込まれ信
頼性が低下する。
(1) Crystal defects are generated in the semiconductor substrate 101 by ion implantation for controlling the inversion voltage, and thereafter, gate oxidation is performed, so that crystal defects are taken into the gate oxide film 104 and reliability is reduced.

(2)反転電圧を制御するための注入により半導体基板
に導入された不純物イオンがゲート絶縁膜形成時に再分
布し、反転電圧の制御性が悪い。特に埋め込みチャネル
型のMOSトランジスターでは短チャンネル領域における
反転電圧が劣化し、微細化を妨げる原因になる。
(2) Impurity ions introduced into the semiconductor substrate by implantation for controlling the inversion voltage are redistributed when the gate insulating film is formed, and the controllability of the inversion voltage is poor. In particular, in the case of a buried channel type MOS transistor, the inversion voltage in the short channel region is deteriorated, which causes a hindrance to miniaturization.

また不純物の再分布を考慮して注入量を決定してもゲ
ート酸化時間や温度のバラツキが直接反転電圧のバラツ
キとなり工程の管理が厳しい。
Even if the implantation amount is determined in consideration of the redistribution of impurities, variations in the gate oxidation time and temperature directly cause variations in the inversion voltage, and the process control is strict.

(3)ゲート酸化膜厚が目標値からはずれたときは再酸
化することが不可能である。
(3) When the gate oxide film thickness deviates from the target value, re-oxidation is impossible.

本発明は、上述の課題に鑑みてなされ、反転制御の制
御を容易かつ製造のバラツキを少なくし、ゲート絶縁膜
の信頼性を向上させる電界効果型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 has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a method of manufacturing a field-effect semiconductor device that facilitates control of inversion control, reduces manufacturing variations, and improves the reliability of a gate insulating film. I do.

課題を解決するための手段 本発明は、半導体基板上にゲート絶縁膜となる第1の
絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上に第1の
導電体膜を形成する工程と、前記第1の導電体膜上に第
2の導電体膜を形成して、第2の導電体膜をパターニン
グする工程と、前記第2の導電体膜をマスクとして前記
第1の導電体膜を介して前記基板中に、反転電圧を制御
するための不純物を、40〜45度の角度の大傾角イオン注
入にて注入する工程と、前記第2の導電体膜をマスクと
して前記第1の導電体膜を介して前記基板中にほぼ垂直
方向の不純物注入を行って第2導電型の第1の半導体領
域を形成する工程と、前記第2の導電体膜側壁に残置さ
せた第2の絶縁膜のスペーサを形成する工程と、前記第
2の導電体膜と前記スペーサとをマスクとして、前記基
板にほぼ垂直方向の不純物注入を行って第2導電型の第
2の半導体領域を形成する工程とを備え、前記第1及び
第2の導電体膜をゲート電極として用い、前記第1及び
第2の半導体領域をソース及びドレインとする、電界効
果型半導体装置の製造方法である。
Means for Solving the Problems The present invention comprises a step of forming a first insulating film serving as a gate insulating film on a semiconductor substrate, and a step of forming a first conductor film on the first insulating film. Forming a second conductor film on the first conductor film and patterning the second conductor film; and using the second conductor film as a mask to form the first conductor film. Implanting an impurity for controlling a reversal voltage into the substrate by large-angle ion implantation at an angle of 40 to 45 degrees into the substrate via the second conductive film as a mask; Forming a first semiconductor region of the second conductivity type by implanting impurities in a substantially vertical direction into the substrate via the conductor film; and forming a second semiconductor region left on the side wall of the second conductor film. Forming a spacer of an insulating film, and using the second conductor film and the spacer as a mask, Forming a second semiconductor region of a second conductivity type by implanting impurities in a substantially vertical direction into the substrate, wherein the first and second conductor films are used as gate electrodes, and the first and second conductive films are used as gate electrodes. This is a method for manufacturing a field-effect semiconductor device using a second semiconductor region as a source and a drain.

作用 本発明は、上記構成により次のように作用する。Operation The present invention operates as follows by the above configuration.

(1)半導体基板に不純物イオンが注入される前にゲー
ト絶縁膜を形成するので、絶縁膜の結晶度がよく、耐圧
や信頼性が良好である。
(1) Since the gate insulating film is formed before the impurity ions are implanted into the semiconductor substrate, the insulating film has good crystallinity and good withstand voltage and reliability.

(2)ゲート絶縁膜形成の後に不純物を注入し反転電圧
を制御するという工程により、不純物イオンの濃度分布
がゲート絶縁膜形成の影響を受けず、反転電圧の制御が
容易でかつ製造バラツキが少ない。さらに、埋め込みチ
ャネル型MOSトランジスターの場合も不純物イオンの基
板方向への拡散が抑えられるので、短チャンネル領域で
の反転電圧の劣化が小さい。
(2) The step of controlling the inversion voltage by injecting impurities after the formation of the gate insulating film does not affect the concentration distribution of impurity ions due to the formation of the gate insulating film, so that the control of the inversion voltage is easy and the manufacturing variation is small. . Furthermore, in the case of a buried channel type MOS transistor, since the diffusion of impurity ions in the direction of the substrate is suppressed, the deterioration of the inversion voltage in the short channel region is small.

(3)ゲート酸化膜厚が目標値からはずれたときも反転
電圧がゲート酸化膜形成の影響を全く受けないため再酸
化が可能である。これにより半導体装置を量産する場合
に効果が大きい。
(3) Even when the gate oxide film thickness deviates from the target value, re-oxidation is possible because the inversion voltage is not affected at all by the gate oxide film formation. This is highly effective when mass-producing semiconductor devices.

実施例 (実施例1) 第1図は本発明の実施例1である電界効果型半導体装
置の製造工程断面図である。以下、本発明の実施例1を
第1図(a)〜(e)に基づいて説明する。
Embodiment (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of a field-effect semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (e).

まず、P型シリコン基板101を熱酸化し、10〜15nmの
ゲート酸化膜104を形成した後、非晶質シリコン膜106を
50〜60nm堆積する(第1図a)。次に反転電圧制御のた
め、不純物イオン例えばホウ素を30〜40KeVで3〜5X10
12cm-2注入し、p-領域102を形成する(第1図b)。
First, a P-type silicon substrate 101 is thermally oxidized to form a gate oxide film 104 of 10 to 15 nm, and then an amorphous silicon film 106 is formed.
Deposit 50 to 60 nm (FIG. 1a). Next, in order to control the inversion voltage, impurity ions such as boron are added at 30 to 40 KeV at 3 to 5 × 10 5
Implant 12 cm -2 to form p - region 102 (FIG. 1b).

次に非晶質シリコン膜106上に多結晶シリコン105を25
0〜350nm堆積し、不純物イオン、例えばリンを気相反応
により拡散する(第1図c)。このリン拡散により非晶
質シリコン膜106と多結晶シリコン膜105は共にN型とな
る。
Next, 25 polycrystalline silicon 105 is deposited on the amorphous silicon film 106.
Deposit 0 to 350 nm, and diffuse impurity ions, for example, phosphorus by a gas phase reaction (FIG. 1c). Due to this phosphorus diffusion, both the amorphous silicon film 106 and the polycrystalline silicon film 105 become N-type.

次に、エッチングにより非晶質シリコン膜106と多結
晶シリコン膜105から成るゲート電極を形成する。以後
は通常のMOS型半導体の製造工程により、ソース・ドレ
イン領域110を形成し(第1図d)、層間絶縁膜112を堆
積し、アルミ配線113を形成する(第1図e)。
Next, a gate electrode composed of the amorphous silicon film 106 and the polycrystalline silicon film 105 is formed by etching. Thereafter, the source / drain regions 110 are formed (FIG. 1d), an interlayer insulating film 112 is deposited, and aluminum wirings 113 are formed (FIG. 1e) by a normal MOS type semiconductor manufacturing process.

第4図に3次元プロセスシミュレーションによるPch
型MOSトランジスタのチャネル中央部の不純物プロファ
イルを示す。
Fig. 4 shows Pch by 3D process simulation
4 shows an impurity profile at the center of a channel of a type MOS transistor.

横軸は基板表面からの深さであり、縦軸は不純物濃度
である。曲線Aは、本発明の製造方法に従い、ゲート絶
縁膜を形成した後に反転電圧を制御するためのイオン注
入を行った場合の不純物プロファイルを示す。ただし、
非晶質半導体膜などの注入保護膜は用いていない。
The horizontal axis is the depth from the substrate surface, and the vertical axis is the impurity concentration. Curve A shows an impurity profile in the case where ion implantation for controlling the inversion voltage is performed after forming the gate insulating film according to the manufacturing method of the present invention. However,
No injection protection film such as an amorphous semiconductor film is used.

曲線Bは、従来の製造方法に従い、反転電圧を制御す
るためのイオン注入を行った後で、ゲート絶縁膜を形成
した場合の不純物プロファイルを示す。なおイオン注入
に用いたイオン種はホウ素イオンであり、注入エネルギ
ーは20KeVである。曲線Cは基板の所定領域に形成され
たNウェル中の不純物(ここではP+)のプロファイルを
示す。
Curve B shows an impurity profile when a gate insulating film is formed after ion implantation for controlling an inversion voltage is performed according to a conventional manufacturing method. The ion species used for the ion implantation is boron ions, and the implantation energy is 20 KeV. Curve C shows a profile of an impurity (here, P + ) in an N well formed in a predetermined region of the substrate.

第4図から反転電圧を制御するために注入されたホウ
素イオンは、本発明の方法の方が従来の方法に比べて浅
く分布していることがわかる。ドレイン付近での空乏層
の伸びは、深さがソース・ドレインの拡散層付近(約0.
3μm)のリンイオンによって抑えられる。したがって
ホウ素イオンの分布が浅いと等価的にリン濃度を高く保
つことができ、耐圧が高く、かつ短チャンネル領域でも
反転電圧が劣化しない。
From FIG. 4, it can be seen that the boron ions implanted for controlling the inversion voltage are distributed shallower in the method of the present invention than in the conventional method. The depth of the depletion layer near the drain is near the source / drain diffusion layer (approx.
3 μm) of phosphorus ions. Therefore, when the boron ion distribution is shallow, the phosphorus concentration can be equivalently kept high, the breakdown voltage is high, and the inversion voltage does not deteriorate even in the short channel region.

以上の様に、本発明の方法によって以下の効果を有す
る電界効果型半導体装置が得られる。
As described above, the field effect semiconductor device having the following effects can be obtained by the method of the present invention.

(1)半導体基板101に不純物イオンが注入される前に
ゲート絶縁膜104を形成するので、絶縁膜の結晶度がよ
く、耐圧や信頼性が良好である。
(1) Since the gate insulating film 104 is formed before impurity ions are implanted into the semiconductor substrate 101, the crystallinity of the insulating film is good, and the withstand voltage and reliability are good.

(2)ゲート絶縁膜104形成の後にホウ素を注入し反転
電圧を制御するという工程により、不純物イオンの濃度
分布がゲート絶縁膜104形成の影響を受けず、反転電圧
の制御が容易で、かつ製造バラツキが少ない。
(2) The step of controlling the inversion voltage by implanting boron after the formation of the gate insulating film 104 does not affect the concentration distribution of the impurity ions due to the formation of the gate insulating film 104, so that the control of the inversion voltage is easy and the manufacturing is easy. There is little variation.

(3)ゲート酸化膜厚が目標値からはずれたときも反転
電圧がゲート酸化膜104形成の影響を全く受けないため
再酸化が可能である。これにより半導体装置を量産する
場合に効果が大きい。
(3) Even when the gate oxide film thickness deviates from the target value, re-oxidation is possible because the inversion voltage is not affected by the formation of the gate oxide film 104 at all. This is highly effective when mass-producing semiconductor devices.

また、本実施例ではゲート電極として多結晶シリコン
膜105及び非晶質シリコン膜106を用いたが、モリブデ
ン,タングステン等の金属、あるいはケイ化タングステ
ン等の高融点金属化合物をゲート電極に用いれば、より
低抵抗のゲート電極を形成し得るので、集積回路の高速
化を図ることができる。
In this embodiment, the polycrystalline silicon film 105 and the amorphous silicon film 106 are used as the gate electrode. However, if a metal such as molybdenum or tungsten, or a high melting point metal compound such as tungsten silicide is used for the gate electrode, Since a lower-resistance gate electrode can be formed, the speed of the integrated circuit can be increased.

また、本実施例ではゲート絶縁膜104上に堆積され、
ゲート電極の一部を構成する非晶質半導体106を用いて
いるので、反転電圧を制御するためにイオン注入された
不純物がチャネリングを起こさず、均一な不純物分布が
得られる。この非晶質半導体106に代えて、非晶質タン
グステン等の非晶質金属を含む非晶質導電体を用いて
も、チャネリングを起こさず、均一な不純物分布が得ら
れる。さらに低温で堆積させたポリシリコン膜、例えば
600℃で堆積させたポリシリコン膜は、グレインがあま
り大きく成長しないため、グレイン間の境界が600℃以
上、例えば700℃で堆積させたポリシリコン膜に比べ小
さくなる。そのため30〜40KeVの注入エネルギーでホウ
素を注入する場合、約600℃で堆積させたポリシリコン
膜の厚さが50nm程度であれば、チャネリング防止が可能
となる。
Further, in this embodiment, it is deposited on the gate insulating film 104,
Since the amorphous semiconductor 106 forming a part of the gate electrode is used, the impurity ion-implanted for controlling the inversion voltage does not cause channeling, and a uniform impurity distribution can be obtained. Even if an amorphous conductor containing an amorphous metal such as amorphous tungsten is used instead of the amorphous semiconductor 106, channeling does not occur and a uniform impurity distribution can be obtained. Polysilicon films deposited at lower temperatures, for example
Since the polysilicon film deposited at 600 ° C. does not grow grains so much, the boundary between the grains becomes smaller than a polysilicon film deposited at 600 ° C. or more, for example, 700 ° C. Therefore, when boron is implanted at an implantation energy of 30 to 40 KeV, channeling can be prevented if the thickness of the polysilicon film deposited at about 600 ° C. is about 50 nm.

通常30〜40KeVの注入エネルギーでホウ素を注入する
場合、チャネリングを防止するためには、50nm程度のシ
リコン酸化膜が必要であり、10〜15nmのゲート酸化膜で
は全く不十分である。しかし非晶質半導体106等の非晶
質導電体を用いれば、反転電圧を制御するための不純物
を充分に透過させるほどの薄い膜厚(10〜15nm)でも注
入された不純物がチャネリングをほとんど起こさず、浅
く均一な不純物分布が得られる。
Usually, when boron is implanted with an implantation energy of 30 to 40 KeV, a silicon oxide film of about 50 nm is required to prevent channeling, and a gate oxide film of 10 to 15 nm is completely insufficient. However, when an amorphous conductor such as the amorphous semiconductor 106 is used, even if the thickness is small enough (10 to 15 nm) to sufficiently transmit the impurity for controlling the inversion voltage, the implanted impurity almost causes channeling. And a shallow and uniform impurity distribution can be obtained.

(実施例2) 次に、本発明の第2の実施例を第2図(a)〜(e)
に基づいて説明する。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (e).
It will be described based on.

まず第1図と同様に、P型シリコン基板101を熱酸化
し10〜15nmのゲート酸化膜104を形成した後、50〜60nm
の非晶質シリコン膜106を堆積する。次に、反転電圧制
御のため、不純物イオン例えばホウ素を30〜40KeVで3
〜5X1012cm-2注入し、p-領域102を形成する(第2図
a)。
First, as in FIG. 1, a P-type silicon substrate 101 is thermally oxidized to form a gate oxide film 104 having a thickness of 10 to 15 nm.
The amorphous silicon film 106 is deposited. Next, in order to control the inversion voltage, impurity ions such as boron are added at 30 to 40 KeV for 3 hours.
Implant 〜5 × 10 12 cm −2 to form p region 102 (FIG. 2a).

次に非晶質シリコン膜106上に150〜250nmの多結晶シ
リコン膜105と100〜150nmのシリコン酸化膜108を堆積し
た後、ホトレジスト107をマスクにしてエッチングし、
シリコン酸化膜108を形成する(第2図b)。
Next, after depositing a polycrystalline silicon film 105 of 150 to 250 nm and a silicon oxide film 108 of 100 to 150 nm on the amorphous silicon film 106, etching is performed using a photoresist 107 as a mask,
A silicon oxide film 108 is formed (FIG. 2B).

次にシリコン酸化膜108をマスクにして、多結晶シリ
コン膜105をエッチングする。この際、非晶質シリコン
膜106の表面に形成された自然酸化膜がエッチングスト
ップの働きをする。
Next, using the silicon oxide film as a mask, the polycrystalline silicon film 105 is etched. At this time, the natural oxide film formed on the surface of the amorphous silicon film 106 functions as an etching stop.

次にシリコン酸化膜108をマスクとしてリンを2〜4X1
013cm-2注入してソース・ドレインとなるN-領域109を形
成する(第2図c)。
Next, using silicon oxide film 108 as a mask, phosphorus is
An N region 109 serving as a source / drain is formed by implanting 0 13 cm −2 (FIG. 2c).

次に再び酸化膜を一様に堆積した後、自己整合エッチ
ングにより酸化膜と非晶質シリコン膜106をエッチング
し、ゲート側壁111を形成する。シリコン酸化膜111及び
108をマスクにして、ヒ素を4〜7X1015cm-2注入し、電
解効果型トランジスタのN+型ソース・ドレイン110を形
成する(第2図d)。
Next, after an oxide film is uniformly deposited again, the oxide film and the amorphous silicon film 106 are etched by self-alignment etching to form a gate sidewall 111. Silicon oxide film 111 and
Using 108 as a mask, arsenic is implanted at 4 to 7 × 10 15 cm −2 to form N + -type source / drain 110 of the field effect transistor (FIG. 2d).

以後は通常のMOS型半導体の製造工程により、層間絶
縁膜112を堆積し、アルミ配線113を形成する(第2図
e)。
Thereafter, an interlayer insulating film 112 is deposited and an aluminum wiring 113 is formed by a normal MOS-type semiconductor manufacturing process (FIG. 2E).

以上の様に本実施例によれば、N-領域109がゲート電
極の直下に位置するため、高信頼性と高駆動力が得られ
た。しかも反転電圧の制御が容易で製造バラツキの少な
い電界効果型の半導体装置が得られた。
As described above, according to the present embodiment, since the N region 109 is located immediately below the gate electrode, high reliability and high driving force were obtained. In addition, a field effect semiconductor device in which the control of the inversion voltage is easy and the production variation is small is obtained.

なお第1の実施例と同様に、第2図の多結晶シリコン
105をモリブデン、タングステン等の金属、あるいは高
融点金属化合物例えばケイ化タングステンとしてもよ
い。例えば、ケイ化タングステンをエッチングしてゲー
トを形成し、リンをイオン注入する際のマスクとして用
いれば、マスクであるシリコン酸化膜108が不要とな
る。この場合、第1の実施例と同様に、より低抵抗のゲ
ート電極が形成でき集積回路の高速化を計ることができ
る。
Note that, similarly to the first embodiment, the polycrystalline silicon shown in FIG.
105 may be a metal such as molybdenum or tungsten, or a high melting point metal compound such as tungsten silicide. For example, if a gate is formed by etching tungsten silicide and used as a mask when phosphorus is ion-implanted, the silicon oxide film 108 as a mask becomes unnecessary. In this case, as in the first embodiment, a gate electrode having a lower resistance can be formed, and the speed of the integrated circuit can be increased.

(実施例3) 次に、本発明の第3の実施例を第3図(a)〜(e)
に基づいて説明する。まず第1図と同様に、P型シリコ
ン基板101を熱酸化し100〜150nmのゲート酸化膜104を形
成した後、50〜60nmの非晶質シリコン膜106を堆積す
る。(第3図a)。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (e).
It will be described based on. First, similarly to FIG. 1, after a P-type silicon substrate 101 is thermally oxidized to form a gate oxide film 104 of 100 to 150 nm, an amorphous silicon film 106 of 50 to 60 nm is deposited. (FIG. 3a).

次に150〜250nmの多結晶シリコン膜105と100〜150nm
のシリコン酸化膜を堆積した後、ホトレジスト107をマ
スクにしてエッチングし、シリコン酸化膜108を形成す
る(第3図b)。
Next, a 150-250 nm polycrystalline silicon film 105 and 100-150 nm
After the silicon oxide film is deposited, etching is performed using the photoresist 107 as a mask to form a silicon oxide film 108 (FIG. 3B).

次にシリコン酸化膜108をマスクにして、多結晶シリ
コン105をエッチングする。この際、非晶質シリコン103
の表面に形成された自然酸化膜がエッチングストップの
働きをする。
Next, polycrystalline silicon 105 is etched using silicon oxide film 108 as a mask. At this time, amorphous silicon 103
The natural oxide film formed on the surface of the substrate functions as an etching stop.

次にシリコン酸化膜108と多結晶シリコン105をマスク
としてホウ素を40〜45゜の大傾角イオン注入にて100〜1
20KeVで2〜3X1012cm-2注入して反転電圧を制御する
(第3図c)。100面のシリコン基板を用いた場合に
は、30゜と60゜でイオン注入するとチャネリングが大き
くなるので、大傾角イオン注入の角度としては約45゜が
適当である。
Then, using the silicon oxide film 108 and the polycrystalline silicon 105 as a mask, boron is ion-implanted at a large angle of 40 to 45 ° to 100 to 1
The inversion voltage is controlled by injecting 2 to 3 × 10 12 cm −2 at 20 KeV (FIG. 3c). When a silicon substrate having 100 planes is used, channeling becomes large when ions are implanted at 30 ° and 60 °. Therefore, about 45 ° is appropriate as the angle of large tilt ion implantation.

次にシリコン酸化膜108をマスクとして、リンを2〜4
X1013cm-2注入してソース・ドレインとなるN-領域109を
形成する。次に再び酸化膜を一様に堆積した後、自己整
合エッチングにより酸化膜と非晶質シリコン106をエッ
チングし、ゲート側壁111を形成する。シリコン酸化膜1
11及び108をマスクにして、ヒ素を4〜7X1015cm-2注入
し、電解効果型トランジスタのN+型ソース・ドレイン11
0を形成する(第3図d)。
Next, using the silicon oxide film 108 as a mask,
X10 13 cm -2 is implanted to form an N - region 109 serving as a source / drain. Next, after an oxide film is uniformly deposited again, the oxide film and the amorphous silicon 106 are etched by self-aligned etching to form a gate sidewall 111. Silicon oxide film 1
Using 11 and 108 as masks, arsenic is implanted at 4 to 7 × 10 15 cm −2, and the N + type source / drain 11 of the field effect transistor is implanted.
0 is formed (FIG. 3d).

以後は通常のMOS型半導体の製造工程により、層間絶
縁膜112を堆積し、アルミ配線113を形成する(第3図
e)。
Thereafter, an interlayer insulating film 112 is deposited and an aluminum wiring 113 is formed by a normal MOS-type semiconductor manufacturing process (FIG. 3E).

この方法により得られたNch電界効果型トランジスタ
は反転電圧制御のために注入されたホウ素イオンがソー
ス・ドレインの空乏層の伸びを抑えるため、短チャンネ
ル領域でも反転電圧の劣化がみられず、微細化に適して
いる。さらに、ゲート電極形成後に反転電圧制御のため
のホウ素イオンをゲート電極をマスクとしてイオン注入
するため、チャネル領域の中央部は不純物イオンの濃度
が低くなるので、トランジスタの駆動力が大きい。
In the Nch field-effect transistor obtained by this method, boron ions implanted for controlling the inversion voltage suppress the extension of the depletion layer of the source and drain, so that the inversion voltage does not deteriorate even in the short channel region, and Is suitable for Further, since boron ions for controlling the inversion voltage are ion-implanted using the gate electrode as a mask after the formation of the gate electrode, the concentration of the impurity ions in the center of the channel region becomes low, so that the driving force of the transistor is large.

発明の効果 以上の如く、本発明は電界効果型半導体の反転電圧の
制御を容易にし、製造バラツキを抑えることができ、半
導体装置の製造の高効率化、素子の微細化に大きく貢献
するものである。
As described above, the present invention facilitates control of the inversion voltage of a field-effect semiconductor, suppresses manufacturing variations, and greatly contributes to higher efficiency of semiconductor device manufacturing and miniaturization of elements. is there.

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

第1図(a)〜(e)は本発明の第1の実施例である電
界効果型半導体装置の製造方法を示す工程断面図、第2
図(a)〜(e)は本発明の第2の実施例である半導体
装置の製造方法を示す工程断面図、第3図(a)〜
(e)は本発明の第3の実施例である半導体装置の製造
方法を示す工程断面図、第4図は3次元プロセスシミュ
レーションによる不純物プロファイル図、第5図(a)
〜(d)は従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。 101……P型半導体基板、102……P型半導体領域、103
……熱酸化膜、104……ゲート酸化膜、105……多結晶シ
リコン膜、106……非晶質シリコン膜、107……ホトレジ
スト、108,111……シリコン酸化膜、109,110……N型半
導体領域、112……層間絶縁膜、113……アルミ配線。
1A to 1E are cross-sectional views showing a method for manufacturing a field-effect semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 3A to 3E are cross-sectional views showing the steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIGS.
(E) is a process sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, FIG. 4 is an impurity profile diagram by a three-dimensional process simulation, and FIG.
(D) is a process cross-sectional view illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device. 101: P-type semiconductor substrate, 102: P-type semiconductor region, 103
... thermal oxide film, 104 ... gate oxide film, 105 ... polycrystalline silicon film, 106 ... amorphous silicon film, 107 ... photoresist, 108, 111 ... silicon oxide film, 109, 110 ... N-type semiconductor region, 112 ... interlayer insulation film, 113 ... aluminum wiring.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬川 瑞樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−243418(JP,A) 特開 昭63−160276(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/336 H01L 29/78 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mizuki Segawa 1006 Oaza Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-1-243418 (JP, A) JP-A-63- 160276 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/336 H01L 29/78

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上にゲート絶縁膜となる第1の
絶縁膜を形成する工程と、 前記第1の絶縁膜上に第1の導電体膜を形成する工程
と、 前記第1の導電体膜上に第2の導電体膜を形成して、第
2の導電体膜をパターニングする工程と、 前記第2の導電体膜をマスクとして前記第1の導電体膜
を介して前記基板中に、反転電圧を制御するための不純
物を、40〜45度の角度の大傾角イオン注入にて注入する
工程と、 前記第2の導電体膜をマスクとして前記第1の導電体膜
を介して前記基板中にほぼ垂直方向の不純物注入を行っ
て第2導電型の第1の半導体領域を形成する工程と、 前記第2の導電体膜側壁に残置させた第2の絶縁膜のス
ペーサを形成する工程と、 前記第2の導電体膜と前記スペーサとをマスクとして、
前記基板にほぼ垂直方向の不純物注入を行って第2導電
型の第2の半導体領域を形成する工程とを備え、 前記第1及び第2の導電体膜をゲート電極として用い、 前記第1及び第2の半導体領域をソース及びドレインと
する、電界効果型半導体装置の製造方法。
A step of forming a first insulating film serving as a gate insulating film on a semiconductor substrate; a step of forming a first conductor film on the first insulating film; Forming a second conductor film on the body film and patterning the second conductor film; and using the second conductor film as a mask through the first conductor film in the substrate. Implanting an impurity for controlling an inversion voltage by large-angle ion implantation at an angle of 40 to 45 degrees, and using the second conductor film as a mask through the first conductor film. Forming a first semiconductor region of a second conductivity type by implanting impurities in a substantially vertical direction into the substrate; and forming a spacer of a second insulating film left on a side wall of the second conductor film. And using the second conductor film and the spacer as a mask,
Forming a second semiconductor region of a second conductivity type by injecting impurities in a substantially vertical direction into the substrate, using the first and second conductor films as gate electrodes, A method for manufacturing a field-effect semiconductor device, wherein a second semiconductor region is used as a source and a drain.
JP2-298027A 1989-11-01 1990-11-01 Method for manufacturing field effect semiconductor device Expired - Lifetime JP3000657B2 (en)

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JP1-286818 1989-11-01

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JPH03218639A JPH03218639A (en) 1991-09-26
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