JP3194162B2 - MOS FET manufacturing method - Google Patents

MOS FET manufacturing method

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JP3194162B2
JP3194162B2 JP17365592A JP17365592A JP3194162B2 JP 3194162 B2 JP3194162 B2 JP 3194162B2 JP 17365592 A JP17365592 A JP 17365592A JP 17365592 A JP17365592 A JP 17365592A JP 3194162 B2 JP3194162 B2 JP 3194162B2
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    • H01L21/266Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation using masks

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、MOS FETに関
し、特に低濃度ドレイン(LDD)構造のMOS FE
T製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MOS FET, and more particularly to a MOS FE having a low concentration drain (LDD) structure.
T manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】このLDD構造のMOS FETは、ゲ
ート電極のエッジ部分において形成される高電界による
ホットエレクトロンの発生を防止してMOS FETの
寿命の減少および信頼性の低下を防止している。従来の
LDD構造のMOS FET製造方法を図8を参照して
説明する。(A)に示すように、P型半導体基板11上
に各セル間の電気的隔離のためのフィールド領域12を
形成した後、次のフィールド領域12との間に位置する
各アクティブ領域に該当するP型半導体基板11の表面
にMOS FETの電気的特性のための不純物イオンを
注入する。そして、フィールド領域12を含むP型半導
体基板11の全表面にわたってゲート絶縁膜13を形成
した後、各アクティブ領域内のゲート絶縁膜13上に所
定の幅を有するゲート電極14を形成する。このゲート
電極14の露出された表面を酸化させてゲートキャップ
絶縁膜15を形成して全表面にわたってゲート側壁を形
成するための半導体層16を所定の厚さで形成する。
2. Description of the Related Art In a MOS FET having an LDD structure, generation of hot electrons due to a high electric field formed at an edge portion of a gate electrode is prevented, thereby reducing the life and reliability of the MOS FET. A conventional method for manufacturing a MOS FET having an LDD structure will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1A, after a field region 12 for electrical isolation between cells is formed on a P-type semiconductor substrate 11, it corresponds to each active region located between the next field region 12. Impurity ions for the electrical characteristics of the MOS FET are implanted into the surface of the P-type semiconductor substrate 11. Then, after a gate insulating film 13 is formed over the entire surface of the P-type semiconductor substrate 11 including the field region 12, a gate electrode 14 having a predetermined width is formed on the gate insulating film 13 in each active region. The exposed surface of the gate electrode 14 is oxidized to form a gate cap insulating film 15, and a semiconductor layer 16 for forming a gate sidewall over the entire surface is formed with a predetermined thickness.

【0003】ついで、(B)に示すように、半導体層1
6を反応イオンエッチング(RIE)法で、異方性エッ
チングさせ、ゲート電極14の側面にゲート側壁半導体
17を形成する。この時、ゲート電極14の表面に形成
されたゲートキャップ絶縁膜15はエッチングストッパ
ーとして使用される。ゲートキャップ絶縁膜15および
ゲート側壁半導体17をマスクとしてアクティブ領域に
該当するP型半導体基板11の表面内にN+ 型(ここ
で、+は高濃度を示す)不純物イオンを注入した後拡散
させ、N+ 型ソース/ドレイン領域18,18aを形成
する。さらに(C)に示すように、ゲート側壁半導体1
7を除去し、ゲートキャップ絶縁膜15をマスクとして
アクティブ領域内のP型半導体基板11の表面内にN-
型(ここで、−は低濃度を示す)不純物イオンを注入し
た後拡散させ、N- 型ソース/ドレイン領域19,19
aを形成する。したがって、ソース/ドレイン領域は、
低濃度及び高濃度領域を含むLDD構造が形成される。
[0003] Then, as shown in FIG.
6 is anisotropically etched by a reactive ion etching (RIE) method to form a gate sidewall semiconductor 17 on the side surface of the gate electrode 14. At this time, the gate cap insulating film 15 formed on the surface of the gate electrode 14 is used as an etching stopper. Using the gate cap insulating film 15 and the gate sidewall semiconductor 17 as a mask, N + type (here, + indicates high concentration) impurity ions are implanted into the surface of the P type semiconductor substrate 11 corresponding to the active region, and then diffused. N + type source / drain regions 18 and 18a are formed. Further, as shown in FIG.
7 is removed, and N is deposited on the surface of the P-type semiconductor substrate 11 in the active region using the gate cap insulating film 15 as a mask.
N - type source / drain regions 19, 19
a is formed. Therefore, the source / drain regions
An LDD structure including a low concentration region and a high concentration region is formed.

【0004】従来技術によるLDD構造のMOS FE
Tの動作を図9を参照して説明すれば次の通りである。
ゲート電極14、N+ 型ドレイン領域18aおよびN-
型ドレイン領域19aに各々ゲートバイアス電圧
(VG)(約3.3V) とドレイン電圧(VD)(約
3.3V) とが印加され、P型半導体基板11にマイ
ナスの基板電圧(VS) が印加されると、図に示すよう
に、反転層および空乏領域が形成され、N- 型ソース領
域19から生成した電子がN- 型ドレイン領域19aの
格子に衝突してホールと電子とが生成される。この時、
生成された電子は約3.3Vの+電圧が印加されたN-
型ドレイン領域19aへ注入されるが、ホールは3方向
へ移動することとなる。即ち、ホールは図に示すよう
に、ゲート電極14およびゲート絶縁膜13にトラップ
されるかP型半導体基板11に移動される。ゲート電極
14にトラップされたホールは、全回路上に影響が及ぶ
が、MOS FETの動作には大きい影響を及ばない。
またP型半導体基板11へ移動されたホールはP型半導
体基板11上で削減されるので同様にMOS FETの
動作には影響を及ばない。
[0004] A conventional MOS FE having an LDD structure.
The operation of T will be described below with reference to FIG.
Gate electrode 14, N + type drain region 18a and N
A gate bias voltage (V G ) (approximately 3.3 V) and a drain voltage (V D ) (approximately 3.3 V) are applied to the drain region 19 a, respectively, and a negative substrate voltage (V S ) is applied to the P-type semiconductor substrate 11. ) Is applied, an inversion layer and a depletion region are formed as shown in the figure, and electrons generated from the N type source region 19 collide with the lattice of the N type drain region 19a, so that holes and electrons are generated. Generated. At this time,
The generated electrons are N to which a positive voltage of about 3.3 V is applied.
Although holes are injected into the mold drain region 19a, holes move in three directions. That is, the holes are trapped by the gate electrode 14 and the gate insulating film 13 or moved to the P-type semiconductor substrate 11 as shown in FIG. The holes trapped by the gate electrode 14 affect the entire circuit, but do not significantly affect the operation of the MOS FET.
In addition, since the holes moved to the P-type semiconductor substrate 11 are reduced on the P-type semiconductor substrate 11, the operation of the MOS FET is not affected similarly.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ゲート
絶縁膜13にトラップされたホールは、ゲート電極14
に設定された約3.3Vのバイアス電圧(VG) が印加
される前、MOS FETをターンオンさせる。これは
結局、MOS FET動作特性を悪化させ、素子の信頼
度を低下させる。また、ホールがゲート絶縁膜13にト
ラップされる時、ゲート絶縁膜13に欠陥が発生するの
で素子の性能を低下させるか寿命を短縮させる。このよ
うに生成されたホールをホットキャリアといい、これに
より発生される問題点をホットキャリア効果という。
However, the holes trapped by the gate insulating film 13 are
Before the bias voltage (V G ) of about 3.3 V set to is applied, the MOS FET is turned on. This ultimately degrades the MOS FET operating characteristics and lowers the reliability of the device. In addition, when holes are trapped in the gate insulating film 13, defects occur in the gate insulating film 13, so that the performance of the device is reduced or the life is shortened. The holes generated in this way are called hot carriers, and a problem caused by this is called a hot carrier effect.

【0006】また、従来技術によれば、ソース/ドレイ
ン領域がN+ 型領域およびN- 型領域と構成されるので
抵抗が増大する問題点があり、またゲート側壁の半導体
の厚さを正確に調節することは難しいので、所定の幅の
ソース/ドレイン領域を得ることができなかった。した
がって短チャネル効果が発生した。
Further, according to the prior art, there is a problem that the resistance is increased since the source / drain region is composed of the N + type region and the N type region, and the thickness of the semiconductor on the gate side wall is accurately adjusted. Because it is difficult to adjust, a source / drain region having a predetermined width cannot be obtained. Therefore, a short channel effect occurred.

【0007】本発明の目的は、ソース/ドレイン領域
を、互いに異なる濃度を有する3個の領域として形成
し、ホットキャリアの発生による問題点および短チャネ
ル効果を防止することができるMOS FET製造工程
を提供するにある。
An object of the present invention is to provide a process for manufacturing a MOS FET in which the source / drain regions are formed as three regions having different concentrations from each other so that problems caused by generation of hot carriers and a short channel effect can be prevented. To offer.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、第1導電型の半導体基板上に同
一の幅を有するゲート絶縁膜、ゲート電極、ゲートキャ
ップ絶縁膜を形成するステップ;前記絶縁膜と半導体膜
とをエッチングして絶縁膜と半導体膜とをゲート側面に
残し、残余部分は除去してゲート側壁を形成するステッ
プ;そのゲート側壁およびゲートキャップ絶縁膜をマス
クとして半導体基板に第2導電型の不純物を注入して所
定濃度の第1ソース/ドレイン領域を形成するステッ
プ;ゲート側壁の中、半導体膜を除去し、残存した絶縁
膜およびゲートキャップ絶縁膜をマスクとして半導体基
板に第2導電型の不純物を注入して所定濃度の第2ソー
ス/ドレイン領域を形成するステップ;前記残存した絶
縁膜を除去した後、ゲートキャップ絶縁膜のみをマスク
として半導体基板に第2導電型の不純物を注入して所定
濃度の第3ソース/ドレイン領域を形成するステップを
含むMOS FET製造方法が提供される。
According to the present invention, a gate insulating film, a gate electrode, and a gate cap insulating film having the same width are formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type. Forming; etching the insulating film and the semiconductor film to leave the insulating film and the semiconductor film on the side surface of the gate; removing the remaining portion to form a gate sidewall; and masking the gate sidewall and the gate cap insulating film. Forming a first concentration source / drain region by injecting a second conductivity type impurity into a semiconductor substrate; removing the semiconductor film in the gate sidewall and masking the remaining insulating film and gate cap insulating film Forming a second concentration source / drain region by injecting a second conductivity type impurity into the semiconductor substrate; removing the remaining insulating film; MOS FET manufacturing method comprising the step of injecting impurities of a second conductivity type forming a third source / drain region of a predetermined concentration is provided in the semiconductor substrate only Tokyappu insulating film as a mask.

【0009】[0009]

【実施例】本発明によるMOS FET製造方法の一実
施例を図1を参照して説明する。まず、(A)に示すよ
うに、P型半導体基板1上に、ゲート絶縁膜2と、ゲー
ト電極3およびゲートキャップ絶縁膜4を順次形成した
後、(B)に示すように、通常のリソグラフィ工程およ
びドライエッチング工程を用いて不要な部分を除去す
る。この時、ゲート絶縁膜2の物質としてはシリコン酸
化膜(SiO2) 、ゲート電極3の物質としては不純物
が注入されたポリシリコン、ゲートキャップ絶縁膜4の
物質としてはシリコン酸化膜(SiO2)が用いられ
る。(C)に示すように、露出された全表面上にゲート
側壁として使用される絶縁膜5と半導体膜6とが化学蒸
着(CVD)法により順次形成される。(D)に示すよ
うに、反応イオンエッチング(RIE)工程を実施して
絶縁膜5および半導体膜6を異方性エッチングしてゲー
ト電極3およびゲートキャップ絶縁膜4の側面に残存す
る絶縁膜5aと半導体膜6aとの部分とで構成されるゲ
ート側壁7を形成する。この時、エッチングストッパ層
は、ゲートキャップ絶縁膜4とゲート絶縁膜2とにな
る。ゲートキャップ絶縁膜4とゲート側壁7とをマスク
として高濃度であるN+ 型不純物イオンをP型半導体基
板1の表面内に注入した後、拡散させ、N+ 型ソース/
ドレイン領域8,8aを形成する。ここで、絶縁膜5の
物質としてはシリコン窒化膜、半導体膜6の物質として
はドープされないポリシリコン、N+ 型不純物イオンと
してはリン(p)またはひ素(As)イオンが用いられ
る。(E)に示すように、ゲート側壁7の中、上側に位
置し残存する半導体膜6aのみを除去し、残存する絶縁
膜5aおよびゲートキャップ絶縁膜4をマスクとして比
較的低濃度であるN- 型(N+ 型>N- 型)の不純物イ
オンを注入した後拡散させ、N- 型ソース/ドレイン領
域9,9aを形成する。(F)に示すように、ゲート側
壁7の中、下側に位置し残存する絶縁膜5aを除去し、
低濃度であるN-- 型(N+ >N- >N--)不純物イオ
ンを注入した後拡散させ、N-- 型ソース/ドレイン領
域10,10aを形成する。ここで、N- 型不純物イオ
ンおよびN--型不純物イオンは、N+ 型不純物イオンと
同一したリン(p)またはひ素(As)イオンが用いら
れる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a method for manufacturing a MOS FET according to the present invention will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 1A, a gate insulating film 2, a gate electrode 3 and a gate cap insulating film 4 are sequentially formed on a P-type semiconductor substrate 1, and then, as shown in FIG. Unnecessary portions are removed using a process and a dry etching process. At this time, the material of the gate insulating film 2 is a silicon oxide film (SiO 2 ), the material of the gate electrode 3 is polysilicon doped with impurities, and the material of the gate cap insulating film 4 is a silicon oxide film (SiO 2 ). Is used. As shown in (C), an insulating film 5 and a semiconductor film 6 used as gate side walls are sequentially formed on the entire exposed surface by a chemical vapor deposition (CVD) method. As shown in FIG. 3D, a reactive ion etching (RIE) process is performed to anisotropically etch the insulating film 5 and the semiconductor film 6 and the insulating film 5a remaining on the side surfaces of the gate electrode 3 and the gate cap insulating film 4 is formed. And a semiconductor film 6a are formed to form a gate side wall 7. At this time, the etching stopper layer becomes the gate cap insulating film 4 and the gate insulating film 2. Using the gate cap insulating film 4 and the gate side wall 7 as a mask, high-concentration N + -type impurity ions are implanted into the surface of the P-type semiconductor substrate 1 and then diffused to form an N + -type source /
Drain regions 8, 8a are formed. Here, a silicon nitride film is used as the material of the insulating film 5, an undoped polysilicon is used as the material of the semiconductor film 6, and phosphorus (p) or arsenic (As) ions are used as the N + -type impurity ions. As shown in (E), only the remaining semiconductor film 6a located on the upper side of the gate side wall 7 is removed, and the remaining insulating film 5a and the gate cap insulating film 4 are used as a mask to form a relatively low concentration of N −. N - type source / drain regions 9 and 9a are formed by implanting impurity ions of N-type (N + > N - type) and then diffusing them. As shown in (F), the remaining insulating film 5a located on the lower side of the gate side wall 7 is removed,
N type (N + > N > N ) impurity ions having a low concentration are implanted and then diffused to form N type source / drain regions 10 and 10a. Here, phosphorus (p) or arsenic (As) ions, which are the same as the N + type impurity ions, are used as the N type impurity ions and the N type impurity ions.

【0010】N+ 型不純物イオンとN- 型不純物イオン
およびN--型不純物イオンの各濃度はMOS FETの
所望する特性により適切に調節される。3個のソース/
ドレイン領域中、ゲート電極3に近いものであるほど低
濃度のものであり、かつ湾曲した傾斜曲線を描く。本実
施例では、N型MOS FETを例として説明したが、
基板の導電型を変え、ソース/ドレイン領域の形成のた
めの不純物イオンの導電型を切り変えると、P型MOS
FETの製造にも適用できる。図2乃至図7は従来技
術によるN型MOS FETおよび本発明のN型MOS
FETのデータを示した図でゲートマスクの長さが
0.5μmである64KDRAMの場合をモデルとして
得たものである。これらを参照して本発明の優秀な効果
を説明する。
The respective concentrations of the N + type impurity ions, the N type impurity ions and the N type impurity ions are appropriately adjusted according to the desired characteristics of the MOS FET. 3 sources /
In the drain region, the closer to the gate electrode 3, the lower the concentration, and the more a curved inclination curve is drawn. In this embodiment, an N-type MOS FET has been described as an example.
When the conductivity type of the substrate is changed and the conductivity type of impurity ions for forming source / drain regions is changed, a P-type MOS
It can also be applied to the manufacture of FETs. 2 to 7 show an N-type MOS FET according to the prior art and an N-type MOS of the present invention.
In the figure showing the data of the FET, the case of a 64K DRAM having a gate mask length of 0.5 μm is obtained as a model. With reference to these, the excellent effects of the present invention will be described.

【0011】図2(A)は本発明により製造されたMO
S FET(以下、新MOS FETという)の断面を
示したものであり、図1(F)のa−a′線における不
純物ドーピングプロファイルを示したものである。図2
(B)は従来の技術により製造されたMOS FET
(以下、旧MOS FETという)の断面を示すもの
で、図8(C)のb−b′線における不純物ドーピング
プロファイルを示したものである。図2(A)および図
2(B)において、c−c′はチャネルの長さを示した
もので、新MOS FETが旧MOS FETよりゲー
トマスクの設定された長さに近似の長さを有することを
分かることができる。すなわち、側面拡散工程により、
ソース/ドレイン領域を形成した後、存在するN型チャ
ネル領域の長さが新MOS FETの場合は0.33μ
mであり、旧MOS FETの場合は0.23μmであ
った。したがって、新MOS FETの場合のチャネル
長さが旧MOS FETの場合より0.09μm(約2
0%)ほど更に長くなる。
FIG. 2A shows an MO manufactured according to the present invention.
FIG. 3 shows a cross section of an SFET (hereinafter, referred to as a new MOS FET), and shows an impurity doping profile along the line aa ′ in FIG. FIG.
(B) is a MOS FET manufactured by a conventional technique.
FIG. 8 shows a cross section of an MOS FET (hereinafter referred to as an old MOS FET), and shows an impurity doping profile along the line bb ′ in FIG. 2 (A) and 2 (B), cc 'indicates the length of the channel, and the length of the new MOS FET is closer to the set length of the gate mask than that of the old MOS FET. It can be understood that it has. That is, by the side diffusion process,
After the source / drain regions are formed, the length of the existing N-type channel region is 0.33 μm in the case of the new MOS FET.
m and 0.23 μm in the case of the old MOS FET. Therefore, the channel length in the case of the new MOS FET is 0.09 μm (about 2
0%).

【0012】図3(A)および図3(B)は、各々新M
OS FETおよび旧MOS FETのドレイン誘導障
壁低下(drain induced barrier
lowering(DIBL))値を示すグラフで、
このDIBL値を概略的に説明する。ドレイン電圧によ
りソース/ドレイン領域の間に存在する電位障壁は低下
する。結果としてゲート電圧はしきい値電圧より低い状
態で、ソース/ドレイン領域の間にリークが発生する。
DIBL値はそのリーク程度を電圧値として示したもの
である。図3(A)および図3(B)はドレイン電圧が
各々0.05Vの場合および3.3Vの場合に、共通に
10A/μmのドレイン電流(ID) 値を有する場合に
おいて、ゲート電圧の差を示したものである。すなわ
ち、新MOS FETは64mvのDIBL値を有し、
旧MOS FETは、これより大きい126mvのDI
BL値を有する。このDIBL値は設定されたゲートバ
イアス電圧が完全に印加される前、MOS FETのタ
ーンオンを繰り上げてMOSFETの動作特性を悪化さ
せる。したがってDIBL値が大きければ大きいほどM
OS FETの動作特性を低下させ、特にチャネル長さ
が短ければ短いほど大きい悪影響を及ぼす。図4(A)
および図4(B)は各々新MOS FETおよび旧MO
S FETにおいて推定しきい値電圧(V text)
を示したもので、図6はしきい値電圧とゲートの長さと
の関係を示すグラフ図である。ゲートの長さが2μm以
上の場合約0.913Vのしきい値電圧値が保持される
が、ゲートの長さ2μm以下の場合はゲートの長さに比
例してしきい値電圧値が低下することが分かる。すなわ
ち、ゲートの長さが減少してから短チャネル効果により
しきい値電圧も低下される。この現象はゲートの長さが
短くなればなるほど、さらに悪化される。しかし、しき
い値電圧値はゲートの長さの変化に無関係に一定しなけ
ればならない。
FIG. 3A and FIG. 3B each show a new M
Drain induced barrier of OS FET and old MOS FET
a graph showing lowering (DIBL) values;
The DIBL value will be schematically described. The potential barrier existing between the source / drain regions is reduced by the drain voltage. As a result, leakage occurs between the source / drain regions while the gate voltage is lower than the threshold voltage.
The DIBL value indicates the degree of leakage as a voltage value. FIGS. 3A and 3B show the case where the drain voltage is 0.05 V and 3.3 V, respectively, and when the drain current ( ID ) value is commonly 10 A / μm, It shows the difference. That is, the new MOS FET has a DIBL value of 64 mv,
The old MOS FET has a larger 126mv DI
It has a BL value. This DIBL value deters the operating characteristics of the MOSFET by increasing the turn-on of the MOS FET before the set gate bias voltage is completely applied. Therefore, the larger the DIBL value, the more M
The operating characteristics of the OS FET are degraded. In particular, the shorter the channel length, the greater the adverse effect. FIG. 4 (A)
And FIG. 4B show a new MOS FET and an old MO, respectively.
Estimated threshold voltage (V text) in S FET
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the threshold voltage and the gate length. When the gate length is 2 μm or more, a threshold voltage value of about 0.913 V is held, but when the gate length is 2 μm or less, the threshold voltage value decreases in proportion to the gate length. You can see that. That is, after the length of the gate decreases, the threshold voltage also decreases due to the short channel effect. This phenomenon is exacerbated as the gate length decreases. However, the threshold voltage value must be constant regardless of the change in gate length.

【0013】図6(A)および図6(B)によれば、長
いチャネル領域の長さ(0.5μm以上)を有するN型
MOS FETのしきい値電圧(0.913V)値が、
チャネル領域の長さが0.5μmと減った状態で、新M
OS FETでは0.636Vとなって、旧MOS F
ETでは0.533Vと低下されることが分かる。した
がって、新MOS FETが旧MOS FETより良好
なしきい値電圧特性を有することが確認された。
According to FIGS. 6A and 6B, the threshold voltage (0.913 V) of an N-type MOS FET having a long channel region length (0.5 μm or more)
With the length of the channel region reduced to 0.5 μm, the new M
In OS FET, it becomes 0.636V, and old MOS F
It can be seen that the voltage is reduced to 0.533 V in ET. Therefore, it was confirmed that the new MOS FET has better threshold voltage characteristics than the old MOS FET.

【0014】図5(A)および図5(B)は各々新MO
S FETおよび旧MOS FETにおいて、基板へ流
れる電流(即ち、ホール)の値を示したものである。ド
レイン電圧が増加することにより、ソース領域からドレ
イン領域に流れる電子は、強い電場により非常に速い速
度でドレイン領域に接近する。この時、ドレイン領域の
近方での電子は格子と衝突し、インパクトアイオニゼー
ションによりこの領域で電子とホールとが発生する。こ
こで、電子はドレイン領域に流入するが、ホールはゲー
ト絶縁膜へトラップするか、このゲート絶縁膜を介して
ゲート電極へ流入されるか、または基板側へ流入され
る。前記三つの場合のうち、MOS FET特性をデグ
ラデーションさせる要因になることは、一番目の場合で
ある。
FIGS. 5A and 5B each show a new MO.
In the SFET and the old MOS FET, the value of the current (that is, hole) flowing to the substrate is shown. As the drain voltage increases, electrons flowing from the source region to the drain region approach the drain region at a very high speed due to the strong electric field. At this time, electrons near the drain region collide with the lattice, and electrons and holes are generated in this region by impact ionization. Here, electrons flow into the drain region, but holes are trapped in the gate insulating film, flow into the gate electrode through the gate insulating film, or flow into the substrate. Of the three cases, this is the first case that causes degradation of the MOS FET characteristics.

【0015】しかし、実質的にゲート絶縁膜内にトラッ
プされるホール量を直接的に知ることは困難であるの
で、基板側へ流れる電流量を測定する。すなわち、ゲー
ト絶縁膜にトラップされるホール量と基板へ流れるホー
ル量が比例することと仮定して基板へ流れる電流量によ
ってホットキャリア(ホール)によるMOS FETの
デグラデーション程度を測定する。
However, since it is difficult to directly know the amount of holes trapped in the gate insulating film, the amount of current flowing to the substrate side is measured. That is, assuming that the amount of holes trapped in the gate insulating film is proportional to the amount of holes flowing to the substrate, the degree of degradation of the MOS FET due to hot carriers (holes) is measured by the amount of current flowing to the substrate.

【0016】このようなホットキャリアによるMOS
FETのデグラデーションを減少させるための方法は大
別して3種類と分類できる。 1.インパクトアイオニゼーションによりイオンが発生
することを減少させる。 2.発生されたホールがゲート絶縁膜へ流れることを防
止する。 3.ゲート絶縁膜へ流れるホールがゲート絶縁膜内にト
ラップされることを防止する。
MOS using such hot carriers
Methods for reducing the degradation of the FET can be roughly classified into three types. 1. Reduce the generation of ions due to impact ionization. 2. The generated holes are prevented from flowing to the gate insulating film. 3. It prevents holes flowing into the gate insulating film from being trapped in the gate insulating film.

【0017】本発明は、ドレイン領域の近方で、電場の
強さを減少させてホール発生を減少させるもので、前述
の1項目の場合に該当する。図5(A)および図5
(B)によれば、基板に流れる電流(Isub)の大き
さにおいて、新MOS FETより旧MOS FETの
ものが大きいものということが分かる。旧MOS FE
Tの最大基板電流(Isub.max.)はゲート電圧
(VG) が2.0V時の4.93×10-6A/μmであ
り、新MOS FETの最大基板電流(Isub.ma
x.)はゲート電圧(VG) が1.8V時の9.13×
10-7A/μmである。したがって、新MOS FET
が旧MOS FETより約20%減少された最大基板電
流値を有することがわかる。
The present invention reduces the generation of holes by reducing the intensity of the electric field near the drain region, and corresponds to the above-mentioned one item. FIG. 5 (A) and FIG.
According to (B), it can be seen that the current (Isub) flowing through the substrate is larger in the old MOS FET than in the new MOS FET. Old MOS FE
The maximum substrate current (Isub.max.) Of T is 4.93 × 10 −6 A / μm when the gate voltage (V G ) is 2.0 V, and the maximum substrate current (Isub.ma.
x. ) Is 9.13 × when the gate voltage (V G ) is 1.8V.
10 −7 A / μm. Therefore, the new MOS FET
Has a maximum substrate current value reduced by about 20% from the old MOS FET.

【0018】図7(A)および図7(B)は、新MOS
FETと旧MOS FETの基板表面におけるプロフ
ァイル図である。これらの電位プロファイルは、ドレイ
ン電圧(VD) が各々0.5Vおよび3.3Vの場合に
該当されるものであり、DIBL値とは関聯がある。す
なわち、DIBL値が大きければ大きいほどチャネル領
域での電位の下降幅(d,d′)も大きくなるので、M
OS FETがターンオンされる前、リーク電流の大き
さが大きくなる。したがって、設定されたゲートバイア
スの電圧が印加される前、MOS FETがターンオン
されて誤動作することとなる。図7(A)および図7
(B)によれば、新MOS FETが旧MOS FET
より低い電位下降幅(d,d′)を有することがわか
る。
FIGS. 7A and 7B show a new MOS.
FIG. 4 is a profile diagram of a FET and an old MOS FET on a substrate surface. These potential profiles correspond to the case where the drain voltage (V D ) is 0.5 V and 3.3 V, respectively, and are related to the DIBL value. That is, the larger the DIBL value is, the larger the descent width (d, d ') of the potential in the channel region becomes.
Before the OS FET is turned on, the magnitude of the leakage current increases. Therefore, before the voltage of the set gate bias is applied, the MOS FET is turned on and malfunctions. FIG. 7A and FIG.
According to (B), the new MOS FET is replaced by the old MOS FET
It can be seen that it has a lower potential drop width (d, d ').

【0019】[0019]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、4つの場合の測定により新MOSFETが旧MOS
FETより優秀であることが立証された。
As described above, according to the present invention, the new MOSFET is replaced with the old MOSFET by the measurement in four cases.
It proved to be superior to FET.

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

【図1】本発明によるMOS FET製造工程断面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a MOS FET according to the present invention.

【図2】本発明及び従来例のMOS FETの基板表面
のドーピングプロファイル図である。
FIG. 2 is a diagram showing doping profiles on the substrate surface of the MOS FET of the present invention and the conventional example.

【図3】本発明及び従来例によるMOS FETのDI
BL値を示すグラフ図である。
FIG. 3 shows DI of a MOS FET according to the present invention and a conventional example.
It is a graph which shows a BL value.

【図4】本発明及び従来例によるMOS FETのしき
い値電圧を示すグラフ図である。
FIG. 4 is a graph showing threshold voltages of MOS FETs according to the present invention and a conventional example.

【図5】本発明及び従来例によるMOS FETの動作
時、基板に移動するホールの量を示すグラフ図である。
FIG. 5 is a graph showing the amount of holes moving to a substrate during operation of a MOS FET according to the present invention and a conventional example.

【図6】しきい値電圧およびゲート電極の長さとの関係
を示すグラフ図である。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a threshold voltage and a length of a gate electrode.

【図7】本発明及び従来例によるMOS FETの基板
表面におけるプロファイル図である。
FIG. 7 is a profile diagram on a substrate surface of a MOS FET according to the present invention and a conventional example.

【図8】従来技術によるLDD構造を有するMOS F
ETの製造工程断面図である。
FIG. 8 shows a conventional MOS F having an LDD structure.
It is a manufacturing process sectional view of ET.

【図9】従来のLDD構造を有するMOS FETの動
作説明図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating the operation of a conventional MOS FET having an LDD structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 P型半導体基板 2 ゲート絶縁膜 3 ゲート電極 4 ゲートキャップ絶縁膜 5,5a 絶縁膜 6,6a 半導体膜 7 ゲート側壁 8,8a N+ 型ソース/ドレイン領域 9,9a N- 型ソース/ドレイン領域 10 ,10a N-- 型ソース/ドレイン領域1 P-type semiconductor substrate 2 gate insulating film 3 gate electrode 4 gate cap insulating film 5,5a insulating film 6,6a semiconductor film 7 gate side wall 8, 8a N + -type source / drain regions 9, 9a N - -type source / drain region 10, 10a N - type source / drain regions

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−197161(JP,A) 特開 昭62−188277(JP,A) 特開 昭63−124468(JP,A) 特開 平3−259535(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/336 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-59-197161 (JP, A) JP-A-62-188277 (JP, A) JP-A-63-124468 (JP, A) 259535 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 H01L 21/336

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上にゲートを形
成するステップ; 露出された全表面上に薄い絶縁膜と半導体膜とを順次形
成するステップ; 前記絶縁膜と半導体膜とをエッチングしてこれらの絶縁
膜と半導体膜とをゲート側面にのみ残存させ、残余部分
を除去するステップ; 前記ゲート側面の残された絶縁膜と半導体膜およびゲー
トをマスクとして半導体基板に第2導電型の不純物を注
入して所定濃度の第1ソース/ドレイン領域を形成する
ステップ; 前記ゲート側面の絶縁膜と半導体膜の中、上側部分に該
当する半導体膜を除去し、残った絶縁膜および前記ゲー
トをマスクとして半導体基板に第2導電型の不純物を注
入して所定濃度の第2ソース/ドレイン領域を形成する
ステップ; 前記ゲートの側面に残存していた薄い絶縁膜を除去し、
前記ゲートのみをマスクとして半導体基板に第2導電型
の不純物を注入して所定濃度の第3ソース/ドレイン領
域を形成するステップ; を含むことを特徴とするMOS FET製造方法。
A step of forming a gate on a semiconductor substrate of a first conductivity type; a step of sequentially forming a thin insulating film and a semiconductor film on the entire exposed surface; and etching the insulating film and the semiconductor film. Leaving the insulating film and the semiconductor film only on the side surface of the gate and removing the remaining portion; using the remaining insulating film, semiconductor film, and gate on the side surface of the gate as a mask, the second conductivity type impurity is added to the semiconductor substrate. Forming a first source / drain region having a predetermined concentration by implanting a semiconductor film corresponding to an upper portion of the insulating film and the semiconductor film on the side surface of the gate, and masking the remaining insulating film and the gate. Implanting a second conductivity type impurity into the semiconductor substrate to form a second source / drain region having a predetermined concentration; and removing the thin insulating film remaining on the side surface of the gate. Was removed,
Forming a third source / drain region with a predetermined concentration by implanting a second conductivity type impurity into a semiconductor substrate using only the gate as a mask.
【請求項2】 第1ソース/ドレイン領域と第2ソース
/ドレイン領域及び第3ソース/ドレイン領域の不純物
濃度の大きさは、第1ソース/ドレイン領域>第2ソー
ス/ドレイン領域>第3ソース/ドレイン領域の順序で
あることを特徴とする請求項1に記載のMOS FET
製造方法。
2. The impurity concentration of the first source / drain region, the second source / drain region, and the third source / drain region is: first source / drain region> second source / drain region> third source. 2. A MOS FET according to claim 1, wherein the order of the drain / drain regions is the same.
Production method.
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