JP3254868B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP3254868B2 JP32763693A JP32763693A JP3254868B2 JP 3254868 B2 JP3254868 B2 JP 3254868B2 JP 32763693 A JP32763693 A JP 32763693A JP 32763693 A JP32763693 A JP 32763693A JP 3254868 B2 JP3254868 B2 JP 3254868B2
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【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、半導体装置の製造方法
に係わり、特に、微細な絶縁ゲート型半導体素子におい
て、短チャンネル効果の抑制と動作速度の向上を両立さ
せる半導体素子の構造及び製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and, more particularly, to a structure and a method of manufacturing a semiconductor device which achieves both suppression of a short channel effect and improvement of operation speed in a fine insulated gate type semiconductor device. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】絶縁ゲート型半導体素子では素子の微細
化にともない、短チャンネル効果の抑制がより重要な課
題となる。そこで、このような課題を解決すべく、様々
な素子構造が提案されている。この内、埋め込み型のパ
ンチスルーストッパを設けた構造は、短チャンネル効果
を効果的に抑制できる構造として有望視され、一部実用
化されている。しかし、埋め込み型のパンチスルースト
ッパ層を形成することで、ソースドレイン領域を成すP
+層またはN+層の接合深さ付近の不純物濃度が上昇し、
接合容量が増加するという欠点がある。そこで、パンチ
スルーストッパー層をレジストマスクによりチャンネル
直下付近のみ形成する方法が提案されている。(1993 S
ymposium on VLSI Technology Digest of Technical Pa
pers p.89) 図9に、従来の半導体装置の製造工程図を示す。図9に
おいて、図9(a)は、半導体基板901内にN−wel
l902及びP−well903を形成後、素子分離領域904
を形成する工程である。図9(b)は、埋め込み型のパ
ンチスルーストッパ層905、906をN−well及びP−
wellにそれぞれ形成し、ゲート酸化膜907及びゲー
ト電極908を形成する工程である。埋め込み型のパンチ
スルーストッパ層はwellと同極の不純物をレジスト
マスクによりチャンネル直下付近のみイオン注入するこ
とで形成する。図9(c)は、ソースドレイン領域を形
成する工程であり、P-層909及びN-層910を形成後、サ
イドウォール911を形成し、P+層912及びN+層913を形
成する工程である。
2. Description of the Related Art In an insulated gate semiconductor device, suppression of a short channel effect becomes a more important problem as the device becomes finer. In order to solve such a problem, various element structures have been proposed. Among them, a structure provided with an embedded punch-through stopper is considered promising as a structure capable of effectively suppressing the short channel effect, and has been partially put to practical use. However, by forming a buried type punch-through stopper layer, P
The impurity concentration near the junction depth of the + layer or the N + layer increases,
There is a disadvantage that the junction capacitance increases. In view of this, a method has been proposed in which a punch-through stopper layer is formed only immediately below a channel using a resist mask. (1993 S
ymposium on VLSI Technology Digest of Technical Pa
pers p.89) FIG. 9 shows a manufacturing process of a conventional semiconductor device. In FIG. 9, FIG. 9A shows an N-well in a semiconductor substrate 901.
After forming the L902 and the P-well 903, the device isolation region 904 is formed.
Is a step of forming FIG. 9B shows that the embedded punch-through stopper layers 905 and 906 are formed by N-well and P-well.
In this step, a gate oxide film 907 and a gate electrode 908 are formed in the respective wells. The buried type punch-through stopper layer is formed by ion-implanting an impurity having the same polarity as the well only in the vicinity immediately below the channel using a resist mask. FIG. 9C shows a step of forming a source / drain region, in which a P layer 909 and an N layer 910 are formed, a sidewall 911 is formed, and a P + layer 912 and an N + layer 913 are formed. It is.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術で
は、パンチスルーストッパ層によりソースドレイン領域
を成すP+層またはN+層の接合深さ付近の不純物濃度が
上昇し、接合容量が増加するという問題をある程度軽減
できるものの、素子の微細化が進むと、合わせ精度の問
題から生じるソースドレイン領域とパンチスルーストッ
パ層の重なりが無視できなくなり、セルフアラインでチ
ャンネル直下のみにパンチスルーストッパ層を形成する
技術が待望されている。図10及び図11に従来の半導
体素子の特性図の一例を示す。図10において、横軸
は、レジストマスクでチャンネル直下のみに埋め込み型
のパンチスルーストッパ層を形成する工程の、マスクの
ゲート端からの距離(単位:μm)を示し、ゲート端を
基準に、−をゲート端からゲート電極の内側に入り込む
方向にとり、プロットした図である。縦軸は、△Vth
/△L=0.1V/0.1μmとなるL(ゲート長)で
定義されるLmin(単位:μm)を示す。また、図1
1において、横軸は図10と同様に埋め込み型のパンチ
スルーストッパ層を形成するマスクのゲート端からの距
離(単位:μm)を示し、縦軸は、これらのトランジス
タでリングオシレーターを構成した場合の1ゲート当り
の遅延時間(単位:ps)を示す。尚、トランジスタの
ゲート長はpMOS、nMOS共、0.25μmの場合
を例としている。図10及び図11より、埋め込み型の
パンチスルーストッパ層を形成するマスクのゲート端か
らの距離Xは、短チャンネル効果抑制という点からは、
X>−0.06μmにする必要があり、ゲート遅延時間
を低減するという点からは、X<+0.02μmにする
必要がある。(X<+0.02μmは、イオン注入時の
横方向の広がりと、後工程の熱処理による横方向の拡散
も考慮した上で必要な精度である。)その結果、−0.
06μm<X<+0.02μmという精度がウェーハ全
面で再現性良く実現される必要がある。更に、ゲート長
が0.25μmよりも微細化されると、−0.06μm
<X<+0.02μmよりも高い精度が要求される。こ
の様な精度はマスク合わせでは殆ど実現不可能な値であ
る。
However, in the prior art, the impurity concentration near the junction depth of the P + layer or the N + layer forming the source / drain region increases due to the punch-through stopper layer, and the junction capacitance increases. Although the problem described above can be reduced to some extent, as the device becomes finer, the overlap between the source / drain region and the punch-through stopper layer caused by the problem of alignment accuracy cannot be ignored, and the punch-through stopper layer is formed only under the channel by self-alignment. There is a long-awaited need for such technology. 10 and 11 show an example of a characteristic diagram of a conventional semiconductor device. In FIG. 10, the horizontal axis represents the distance (unit: μm) from the gate end of the mask in the step of forming the buried punch-through stopper layer only directly below the channel with the resist mask. FIG. 3 is a diagram plotted in a direction from the gate end to the inside of the gate electrode. The vertical axis is ΔVth
Lmin (unit: μm) defined by L (gate length) where / な る L = 0.1 V / 0.1 μm. FIG.
In FIG. 1, the horizontal axis indicates the distance (unit: μm) from the gate end of the mask forming the buried punch-through stopper layer as in FIG. 10, and the vertical axis indicates the case where a ring oscillator is formed by these transistors. Shows the delay time per gate (unit: ps). It is to be noted that the gate length of the transistor is 0.25 μm for both pMOS and nMOS. 10 and 11, the distance X from the gate end of the mask for forming the buried type punch-through stopper layer is determined from the viewpoint of suppressing the short channel effect.
X> −0.06 μm, and from the viewpoint of reducing the gate delay time, X <+0.02 μm. (X <+0.02 μm is a necessary accuracy in consideration of the lateral spread at the time of ion implantation and the lateral diffusion due to heat treatment in a later step.) As a result, −0.0.
It is necessary that the accuracy of 06 μm <X <+0.02 μm be realized with good reproducibility over the entire surface of the wafer. Further, when the gate length is made finer than 0.25 μm, -0.06 μm
Accuracy higher than <X <+0.02 μm is required. Such an accuracy is a value that is almost impossible to realize by mask alignment.

【0004】そこで、本発明は、このような問題を解決
するもので、セルフアラインでチャンネル直下のみにパ
ンチスルーストッパ層を形成するための素子構造及びそ
の製造方法を提供するものである。
Accordingly, the present invention is to solve such a problem and provides an element structure for forming a punch-through stopper layer only directly below a channel in a self-alignment manner, and a method of manufacturing the same.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、 (1) 半導体基板と、該半導体基板の所定領域に形成
した第1導電型の不純物から成るウェルと、絶縁ゲート
型半導体素子のソースドレイン領域を成す第2導電型の
不純物領域を該ウェルに設けて成る半導体装置におい
て、該絶縁ゲート型半導体素子のゲート直下の該ウェル
の所定の深さの領域に、該ウェルの不純物濃度よりも高
濃度の第1の第1導電型の不純物領域を設け、更に、該
第2導電型の不純物領域内に該ゲート直下に設けた不純
物領域と同一元素の不純物から成る第2の第1導電型の
不純物領域を設け、その不純物濃度のピーク値が該第2
導電型の不純物領域と該ウェルの接合深さ付近の該第2
の第1導電型の不純物領域の不純物濃度よりも高濃度で
あることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: (1) a semiconductor substrate, a well of a first conductivity type formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, and a source of an insulated gate semiconductor element. In a semiconductor device in which a second conductivity type impurity region forming a drain region is provided in the well, a region of a predetermined depth in the well immediately below the gate of the insulated gate semiconductor element has an impurity concentration lower than that of the well. A high-concentration first-conductivity-type impurity region is provided, and a second first-conductivity-type impurity region is formed in the second-conductivity-type impurity region. Impurity region, and the peak value of the impurity concentration is the second impurity region.
The conductive type impurity region and the second region near the junction depth of the well;
Wherein the impurity concentration is higher than the impurity concentration of the first conductivity type impurity region.

【0006】(2) 該絶縁ゲート型半導体素子のゲー
ト直下の該ウェル内の所定の深さの領域に設けた第1の
第1導電型の不純物領域が、2×1017〜1×10
18(cm-3)のピーク濃度を有することを特徴とする。
(2) The first first conductivity type impurity region provided in a region of a predetermined depth in the well immediately below the gate of the insulated gate semiconductor device is 2 × 10 17 to 1 × 10
It has a peak concentration of 18 (cm -3 ).

【0007】(3) 該第2導電型の不純物領域内に設
けた第2の第1導電型の不純物領域が、該第2導電型の
不純物領域と該ウェルの接合深さ付近で、5×1016
1×1017(cm-3)の不純物濃度を有することを特徴
とする。
(3) A second impurity region of the first conductivity type provided in the impurity region of the second conductivity type has a depth of 5 × near the junction depth between the impurity region of the second conductivity type and the well. 10 16 ~
It is characterized by having an impurity concentration of 1 × 10 17 (cm −3 ).

【0008】(4) 該絶縁ゲート型半導体素子のゲー
ト直下の該ウェル内に設けた第1の第1導電型の不純物
領域のピーク濃度が、ゲート電極端から外側に0.02
μmの領域とゲート電極端から内側に0.06μm入っ
た領域の間で、1×1017(cm-3)の不純物濃度を横
切ることを特徴とする。
(4) The peak concentration of the first first conductivity type impurity region provided in the well immediately below the gate of the insulated gate semiconductor device is 0.02 outside the gate electrode end.
between the region and the gate electrode end of μm region entering 0.06μm inwardly, characterized in that cross the impurity concentration of 1 × 10 17 (cm -3) .

【0009】また、本発明の半導体装置の製造方法は、 (5) 半導体基板の所定領域に第1導電型の不純物か
ら成るウェルを形成する工程と、絶縁ゲート型半導体素
子のゲート絶縁膜を形成する工程と、該ウェルと同一の
導電型の埋め込み型の高濃度領域を形成する工程と、ゲ
ート電極を所定の形状に形成する工程と、該ゲート電極
をマスクとして、欠陥を導入し、熱処理により該埋め込
み型の高濃度領域を成す不純物を拡散させる工程と、ソ
ースドレイン領域を成す第2導電型の不純物から成る領
域を形成する工程を少なくとも有することを特徴とす
る。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (5) a step of forming a well made of a first conductivity type impurity in a predetermined region of a semiconductor substrate; and forming a gate insulating film of an insulated gate semiconductor element. A step of forming a buried high concentration region of the same conductivity type as the well, a step of forming a gate electrode in a predetermined shape, and introducing a defect using the gate electrode as a mask, and performing a heat treatment. The method is characterized by including at least a step of diffusing an impurity forming the buried high-concentration region and a step of forming a region made of a second conductivity type impurity forming a source / drain region.

【0010】(6) 前記ゲート電極をマスクとして、
欠陥を導入し、熱処理により該埋め込み型の高濃度領域
を成す不純物を拡散させる工程において、Si+または
Ar+等をイオン注入し、欠陥を導入することを特徴と
する。
(6) Using the gate electrode as a mask,
In the step of introducing a defect and diffusing impurities forming the buried high-concentration region by heat treatment, Si + or Ar + is ion-implanted to introduce the defect.

【0011】(7) 前記Si+を加速電圧50〜10
0keVでドーズ量1×1014〜5×1015(cm-2
イオン注入することを特徴とする。
(7) The Si + is accelerated at an accelerating voltage of 50 to 10
At 0 keV, dose amount 1 × 10 14 -5 × 10 15 (cm −2 )
It is characterized by ion implantation.

【0012】(8) 前記ゲート電極をマスクとして、
欠陥を導入し、熱処理により該埋め込み型の高濃度領域
を成す不純物を拡散させる工程において、該熱処理を、
酸化雰囲気で800℃〜950℃程度で20分〜1時間
程度施すことを特徴とする。
(8) Using the gate electrode as a mask,
In the step of introducing defects and diffusing impurities forming the buried high concentration region by heat treatment,
It is characterized in that it is performed in an oxidizing atmosphere at about 800 ° C. to 950 ° C. for about 20 minutes to 1 hour.

【0013】(9) 前記埋め込み型の高濃度領域に少
なくとも砒素が含まれることを特徴とする。
(9) The buried high-concentration region contains at least arsenic.

【0014】(10) 半導体基板の所定領域に第1導
電型の不純物から成るウェルを形成する工程と、絶縁ゲ
ート型半導体素子のゲート絶縁膜を形成する工程と、該
ウェルと同一の導電型の埋め込み型の高濃度領域を形成
する工程と、ゲート電極を所定の形状に形成する工程
と、水蒸気を含む雰囲気中で熱酸化を施し、該埋め込み
型の高濃度領域を成す不純物を拡散させる工程と、ソー
スドレイン領域を成す第2導電型の不純物から成る領域
を形成する工程を少なくとも有することを特徴とする。
(10) A step of forming a well made of impurities of the first conductivity type in a predetermined region of the semiconductor substrate, a step of forming a gate insulating film of the insulated gate semiconductor element, and a step of forming the same conductivity type as the well. Forming a buried-type high-concentration region, forming a gate electrode in a predetermined shape, performing thermal oxidation in an atmosphere containing water vapor, and diffusing impurities forming the buried-type high-concentration region. And forming at least a step of forming a source / drain region made of a second conductivity type impurity.

【0015】(11) 前記熱処理を施し、該埋め込み
型の高濃度領域を成す不純物を拡散させる工程におい
て、該熱処理を、水蒸気を含む雰囲気中で850℃〜9
50℃程度で20分〜1時間程度熱酸化を施すことを特
徴とする。
(11) In the step of performing the heat treatment to diffuse the impurities forming the buried high concentration region, the heat treatment is performed at 850 ° C. to 9 ° C. in an atmosphere containing water vapor.
It is characterized in that thermal oxidation is performed at about 50 ° C. for about 20 minutes to 1 hour.

【0016】(12) 前記埋め込み型の高濃度領域に
少なくとも砒素が含まれることを特徴とする。
(12) The buried high-concentration region contains at least arsenic.

【0017】[0017]

【実施例】図1は、本発明の実施例における半導体装置
の断面図の一例である。
FIG. 1 is an example of a sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【0018】図1において、101は半導体基板、102はN
−well、103はチャンネル直下のみに形成する、燐
(P)または砒素(As)等のN型不純物から成る埋め
込み型のパンチスルーストッパ層で、wellよりも不
純物濃度が高い領域である(以下、BN層と記す)。10
4はP+層の表面付近に形成された埋め込み層103と同一
元素からなるN型不純物層でN型不純物の濃度は、P+
層のボロン(B)の表面濃度に比べて1桁以上低くなる
様にしてある。105はゲート絶縁膜、106はゲート電極、
107はP-層、108はサイドウォール、109はP+層であ
る。
In FIG. 1, 101 is a semiconductor substrate, and 102 is N
A well 103 is a buried punch-through stopper layer formed only under the channel and made of an N-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As), and is a region having a higher impurity concentration than the well (hereinafter, referred to as “well”). BN layer). Ten
4 is an N-type impurity layer made of the same element as the buried layer 103 formed near the surface of the P + layer, and the concentration of the N-type impurity is P +
The surface concentration of boron (B) is set to be at least one digit lower than that of the layer. 105 is a gate insulating film, 106 is a gate electrode,
107 is a P layer, 108 is a sidewall, and 109 is a P + layer.

【0019】尚、図4に示すように(後述)、チャンネ
ル直下のBN層のピーク濃度を2×1017〜1×1018
(cm-3)(実際のN型不純物濃度はこの値にwell
の不純物濃度が加算される)程度に保った状態で、P+
層の接合深さ付近のBN層の不純物濃度を少なくとも1
×1017(cm-3)程度以下にする。また、チャンネル
直下のBN層のピーク濃度が1×1017(cm-3)以下
となる領域は、ウェーハー内の全てのトランジスタに対
して、ゲート電極端から外側に0.02μmの領域とゲ
ート電極端から内側に0.06μm入った領域の間に入
る様に制御している。図4(c)にその様子を示す(後
述)。
As shown in FIG. 4 (described later), the peak concentration of the BN layer immediately below the channel is 2 × 10 17 to 1 × 10 18.
(Cm -3 ) (The actual N-type impurity concentration is well
P +
The impurity concentration of the BN layer near the junction depth of the layer should be at least 1
It should be less than about × 10 17 (cm −3 ). The area where the peak concentration of the BN layer immediately below the channel is 1 × 10 17 (cm −3 ) or less is defined as a 0.02 μm area outside the gate electrode end and the gate electrode for all transistors in the wafer. It is controlled so that it enters a region of 0.06 μm inside from the extreme. FIG. 4C shows this state (described later).

【0020】尚、図1では、簡単のためpMOSを例と
したが、nMOSに対しても本発明は有効である。
Although FIG. 1 shows a pMOS for simplicity, the present invention is also effective for an nMOS.

【0021】図2は、本発明の実施例における半導体装
置の断面図の一例である。
FIG. 2 is an example of a sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【0022】図2において、201は半導体基板、202はP
−well、203はチャンネル直下のみに形成する、B
等のP型不純物から成る埋め込み型のパンチスルースト
ッパ層で、P型不純物の濃度がwellよりも高い領域
である(以下、BP層と記す)。204はN+層の表面付近
に形成された埋め込み層203と同一元素からなるP型不
純物層でP型不純物の濃度は、N+層のAsまたはPの
表面濃度に比べて1桁以上低くなる様にしてある。205
はゲート絶縁膜、206はゲート電極、207はN-層、208は
サイドウォール、209はN+層である。
In FIG. 2, 201 is a semiconductor substrate, and 202 is P
-Well, 203 is formed only under the channel, B
Is a region in which the concentration of the P-type impurity is higher than the well (hereinafter, referred to as a BP layer). Reference numeral 204 denotes a P-type impurity layer formed of the same element as the buried layer 203 formed near the surface of the N + layer, and the concentration of the P-type impurity is at least one digit lower than the surface concentration of As or P in the N + layer. It is like. 205
Denotes a gate insulating film, 206 denotes a gate electrode, 207 denotes an N layer, 208 denotes a sidewall, and 209 denotes an N + layer.

【0023】図3は、本発明の実施例における半導体装
置の製造工程図の一例である。
FIG. 3 is an example of a manufacturing process diagram of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【0024】図3(a)は、半導体基板301内にN−w
ell302及びP−well303を形成し、素子分離領域
304を形成する工程である。wellの不純物濃度は通
常5×1016〜5×1017(cm-3)程度に設定する
が、埋め込み型のパンチスルーストッパ層を最適化する
ことで、ゲート長0.25μmの場合で、1×10
17(cm-3)以下に、またゲート長0.15μmの場合
でも2×1017(cm-3)以下にできる。これはトラン
ジスタの駆動能力を確保する点で重要である。図3
(b)は、ゲート絶縁膜305を形成し、埋め込み型のパ
ンチスルーストッパ層を成すBN層306及びBP層307
を、N−well及びP−wellにそれぞれ形成し、
Vth制御用のイオン注入を施した後、ゲート電極308
を形成する工程である。埋め込み型のパンチスルースト
ッパ層はwellと同極の不純物をイオン注入すること
で形成する。BN層の形成条件の1例としては、As+
を加速電圧120〜200(keV)程度でドーズ量1
×1012〜6×1012(cm-2)程度イオン注入し、B
N層を形成する。また、BP層の形成条件の1例として
は、BF2 +を加速電圧70〜120(keV)程度でド
ーズ量1×1012〜6×1012(cm-2)程度イオン注
入し、BN層を形成する。図3(c)は、ゲート電極を
マスクとして、Si、Ar等の元素をイオン注入し、ゲ
ート直下を除くSi基板に、点欠陥(空孔、格子間Si
等)を導入し、引き続いて酸化雰囲気中等でアニールす
る工程である。このアニールにより、図3(b)で全面
に渡って形成したBN層、BP層のうち、欠陥が導入さ
れた領域の不純物を増速拡散させ、イオン注入直後に存
在した不純物濃度のピークを下げ、その一部をソースド
レイン領域の表面付近にパイルアップさせ、チャンネル
直下のみの残したBN層311、BP層312と同一元素から
なるN型不純物層309、P型不純物層310を形成する。そ
の結果、ソースドレイン領域の接合深さ付近のwell
の不純物濃度を、ゲート電極をマスクとしたセルフアラ
インで下げることができる。Siをイオン注入する場合
を例とすると、Si+を加速電圧50〜100keVで
ドーズ量1×1014〜5×1015(cm- 2)程度イオン
注入する。引き続いて酸化雰囲気で、800℃〜950
℃程度で20分〜1時間程度アニールする。ドライの場
合は850℃〜950℃の酸化温度が望ましく、ウェッ
トの場合は800℃〜900℃の酸化温度が望ましい。
酸化雰囲気はドライよりもウェットの方が、不純物の拡
散が増速され、再分布がより顕著に起こる。図3(d)
は、ソースドレイン領域を形成する工程であり、P-層3
13及びN-層314を形成後、サイドウォール315を形成
し、P+層316及びN+層317を形成する。P-層316及びN
-層317の接合深さは0.15〜0.20μm以下になる
ようにイオン注入条件及び熱処理条件を最適化する。
尚、図3に示した実施例では、ゲート電極を所定の形状
に加工後、イオン注入により点欠陥を導入し、パンチス
ルーストッパ層を成す不純物を増速拡散させる例を示し
たが、本発明はこれに限定されるものではない。例え
ば、サイドウォール形成後、イオン注入により点欠陥を
導入し、パンチスルーストッパ層を成す不純物を増速拡
散させることもできる。この場合、サイドウォール端直
下のパンチスルーストッパ層を成す不純物をより増速拡
散させ、接合深さ付近の不純物濃度を下げる必要がある
ことから、酸化雰囲気をウェットで800℃〜900℃
で処理することがより重要となる。また、図3の実施例
では、イオン注入により点欠陥を導入してから、酸化雰
囲気で増速拡散させる場合を例としたが、イオン注入を
行なわなくてもこの様な不純物プロファイルをある程度
実現できることも確認している。そのためには、ゲート
電極を所定形状に加工後、ウェット雰囲気で850℃〜
950℃で20分〜1時間アニールすることが必要で
(ドライ雰囲気では、特にAsの再分布がほとんど起こ
らない)、ソースドレイン領域の接合深さ付近の不純物
濃度を、イオン注入を併用した場合の3倍程度以内まで
に抑えることができる。
FIG. 3A shows that Nw is embedded in a semiconductor substrate 301.
Cell 302 and P-well 303 are formed, and an element isolation region is formed.
This is a step of forming 304. The impurity concentration of the well is usually set to about 5 × 10 16 to 5 × 10 17 (cm −3 ), but by optimizing the buried type punch-through stopper layer, when the gate length is 0.25 μm, × 10
17 (cm −3 ) or less, and even 2 × 10 17 (cm −3 ) even with a gate length of 0.15 μm. This is important in securing the driving capability of the transistor. FIG.
(B), a BN layer 306 and a BP layer 307 which form a gate insulating film 305 and form a buried punch-through stopper layer
Are formed in the N-well and the P-well, respectively.
After ion implantation for Vth control, the gate electrode 308
Is a step of forming The buried punch-through stopper layer is formed by ion-implanting impurities having the same polarity as the well. One example of the conditions for forming the BN layer is As +
At an acceleration voltage of about 120 to 200 (keV) and a dose of 1
Ion implantation of about × 10 12 to 6 × 10 12 (cm −2 )
An N layer is formed. As one example of the conditions for forming the BP layer, BF 2 + ions are implanted at an acceleration voltage of about 70 to 120 (keV) and a dose of about 1 × 10 12 to 6 × 10 12 (cm −2 ), To form FIG. 3 (c) shows an ion implantation of elements such as Si and Ar using the gate electrode as a mask, and point defects (vacancies, interstitial Si
And the like, followed by annealing in an oxidizing atmosphere or the like. By this annealing, of the BN layer and the BP layer formed over the entire surface in FIG. 3B, the impurity in the region where the defect is introduced is accelerated and diffused, and the peak of the impurity concentration existing immediately after the ion implantation is reduced. Then, a part thereof is piled up near the surface of the source / drain region to form an N-type impurity layer 309 and a P-type impurity layer 310 which are made of the same element as the BN layer 311 and the BP layer 312 left only under the channel. As a result, a well near the junction depth of the source / drain region is formed.
Can be lowered by self-alignment using the gate electrode as a mask. When the as an example the case where the Si ion implantation, Si + acceleration voltage dose 1 × 10 14 ~5 × 10 15 in 50~100keV (cm - 2) degree ion implantation. Subsequently, in an oxidizing atmosphere, 800 ° C. to 950
Anneal at about ° C for about 20 minutes to 1 hour. In the case of dry, an oxidation temperature of 850 ° C. to 950 ° C. is desirable, and in the case of wet, an oxidation temperature of 800 ° C. to 900 ° C. is desirable.
In an oxidizing atmosphere, diffusion of impurities is accelerated in a wet state compared to a dry state, and redistribution occurs more remarkably. FIG. 3 (d)
Is a step of forming source / drain regions, and the P - layer 3
After the formation of the 13 and N layers 314, sidewalls 315 are formed, and P + layers 316 and N + layers 317 are formed. P - layer 316 and N
- the junction depth of the layer 317 to optimize the ion implantation conditions and heat treatment conditions to be less than 0.15~0.20Myuemu.
In the embodiment shown in FIG. 3, after the gate electrode is processed into a predetermined shape, a point defect is introduced by ion implantation, and the impurity forming the punch-through stopper layer is diffused at an increased speed. Is not limited to this. For example, after forming the sidewall, a point defect may be introduced by ion implantation, and the impurity forming the punch-through stopper layer may be diffused at an increased speed. In this case, it is necessary to further diffuse the impurities forming the punch-through stopper layer immediately below the side wall edge to lower the impurity concentration near the junction depth.
It is more important to process with. Further, in the embodiment of FIG. 3, a case where a point defect is introduced by ion implantation and then accelerated diffusion in an oxidizing atmosphere is described as an example. However, such an impurity profile can be realized to some extent without ion implantation. Has also confirmed. For this purpose, after processing the gate electrode into a predetermined shape, the temperature is 850 ° C.
It is necessary to anneal at 950 ° C. for 20 minutes to 1 hour (in a dry atmosphere, particularly, redistribution of As hardly occurs). It can be suppressed to about three times or less.

【0025】図4及び図5及び図6は、本発明の実施例
における不純物プロファイル図の一例である。図4は、
ソースドレイン領域の深さ方向の不純物プロファイルを
示す。尚、不純物プロファイルはSIMSにより分析し
た。401はイオン注入直後のAsのプロファイルを、402
はアニール後のAsのプロファイルを示す。403はソー
スドレインを成すP+層のBのプロファイルを示す。ま
た、図5は、チャンネル直下の深さ方向の不純物プロフ
ァイルを示す。501はイオン注入直後のAsのプロファ
イルを、502はアニール後のAsのプロファイルを示
す。図4及び図5に示したように、チャンネル直下のA
sは、アニールによってほとんど再分布しないにもかか
わらず、ソースドレイン領域のAsは、図3(c)に示
したイオンインプラによって導入された欠陥に起因する
増速拡散によって、大きく再分布し、イオン注入直後の
不純物濃度のピークは、アニールによってブロードにな
り、Si基板の表面付近に偏析していることがわかる。
但し、表面付近に偏析したAsの濃度(ウェルの不純物
濃度は加算していない)は5×1018(cm-3)程度以
下に抑えられ、P+層の表面濃度よりも1桁以上低くな
るように制御できる。その結果、チャンネル直下の埋め
込み層のピーク濃度を2×1017〜1×1018(c
-3)程度に保った状態でP+層の接合深さ付近のAs
の濃度を、少なくとも5×1016〜1×1017(c
-3)程度にすることが可能となった。尚、本発明に基
づく実施例に開示した如く、Si、Ar等の元素をイオ
ン注入し、ゲート直下を除くSi基板に、欠陥(空孔、
格子間Si等)を導入し、引き続いて酸化雰囲気中等で
アニールする製造方法を用いない場合は、上述の様なA
sの再分布はほとんど起こらず、P+層の接合深さ付近
のAs濃度を下げることはできない。この様な不純物プ
ロファイルの制御は本発明により初めて可能となった。
本発明によれば、図4及び図5に示した様に、チャンネ
ル直下の埋め込み層のピーク濃度を2×1017〜1×1
18(cm-3)程度に保った状態で、P+層の接合深さ
付近のN型不純物の濃度を少なくとも5×1016〜1×
1017(cm-3)程度にすることができる。また、図6
に、BN層のピーク濃度付近の深さにおけるチャンネル
方向のAsの1次元濃度分布をシミュレーションした結
果を示す。図6において、横軸はチャンネル方向の距離
(単位:μm)を示し、トランジスタのソース側のゲー
ト端を基準(0μm)にゲート長0.25μmの場合を
示してある。縦軸はAsの不純物濃度(単位:cm-3
を示す。製造条件のばらつきをシミュレーション上で再
現した結果、チャンネル直下の埋め込み層のピーク濃度
(チャンネル中央部のピーク濃度が2×1017〜5×1
17(cm-3)の場合)が1×1017(cm-3)以下と
なる領域は、ウェーハー面内及びウェーハー間の全ての
トランジスタに対して、ゲート電極端から内側に0.0
2〜0.06μm入った領域になる様に制御できること
を確認した。また、チャンネル直下の埋め込み層のピー
ク濃度(チャンネル中央部のピーク濃度が5×1017
1×1018(cm-3)の場合)が1×1017(cm-3
以下となる領域は、ウェーハー面内及びウェーハー間の
全てのトランジスタに対して、ゲート電極端から外側に
0.02μmからゲート電極端から内側に0.04μm
入った領域にはいる様に制御できることを確認した。こ
れは、従来のレジストマスクを用いたイオン注入では不
可能な値であり、本発明に基づくゲート電極をマスクと
したセルフアライン法で初めて可能となった。尚、図4
〜図6では、AsによるBN層を例として示したが、こ
の他にもPによるBN層やBによるBP層に対しても本
発明は極めて有効であり、Si、Ar等の元素をイオン
注入し、ゲート直下を除くSi基板に、点欠陥(空孔、
格子間Si等)を導入し、引き続いて酸化雰囲気中等で
アニールすることで、PまたはBの不純物プロファイル
をAsとほぼ同様に制御することができる。従来、Bが
ゲート電極の酸化工程で再分布する現象は報告されてい
る(IEDM '87 p.632)が、本発明に示したような著しい
Bの再分布は報告されていない。更に、P、Asの再分
布に関しては報告例が無く、ゲート直下を除くSi基板
に、点欠陥(空孔、格子間Si等)を導入し、引き続い
て酸化雰囲気中等でアニールするという本発明によって
初めて可能となった。以上述べた様に、本発明によれ
ば、チャンネル直下の埋め込み型のパンチスルーストッ
パ層のピーク濃度を2×1017〜1×1018(cm-3
に保ちつつ、ソースドレインの接合深さ付近のパンチス
ルーストッパ層の不純物濃度を、少なくとも5×1016
〜1×1017(cm-3)程度にする事が可能となった。
更に横方向の不純物プロファイルもチャンネル直下(少
なくとも中央部)の埋め込み層のピーク濃度を2×10
17〜1×1018(cm-3)に保ちつつ、1×1017(c
-3)以下となる領域を、ウェーハー面内及びウェーハ
ー間の全てのトランジスタに対して、ゲート電極端から
外側に0.02μmからゲート端からゲート電極の内側
に0.06μm入った領域にはいる様に制御可能となっ
た。
FIGS. 4, 5 and 6 are examples of impurity profile diagrams in the embodiment of the present invention. FIG.
4 shows an impurity profile in a depth direction of a source / drain region. The impurity profile was analyzed by SIMS. 401 is the profile of As immediately after ion implantation, 402
Shows the profile of As after annealing. Reference numeral 403 denotes the profile of B of the P + layer forming the source / drain. FIG. 5 shows an impurity profile in the depth direction immediately below the channel. Reference numeral 501 denotes an As profile immediately after ion implantation, and reference numeral 502 denotes an As profile after annealing. As shown in FIG. 4 and FIG.
Although s is hardly redistributed by annealing, As in the source / drain region is largely redistributed due to enhanced diffusion caused by defects introduced by the ion implantation shown in FIG. It can be seen that the peak of the impurity concentration immediately after the implantation becomes broad due to the annealing and segregates near the surface of the Si substrate.
However, the concentration of As segregated in the vicinity of the surface (the impurity concentration of the well is not added) is suppressed to about 5 × 10 18 (cm −3 ) or less, which is at least one digit lower than the surface concentration of the P + layer. Can be controlled as follows. As a result, the peak concentration of the buried layer immediately below the channel is 2 × 10 17 to 1 × 10 18 (c
m −3 ) and maintain the As + near the junction depth of the P + layer.
At least 5 × 10 16 to 1 × 10 17 (c
m −3 ). As disclosed in the embodiment according to the present invention, elements such as Si and Ar are ion-implanted and defects (vacancies, vacancies,
If the manufacturing method of introducing interstitial Si or the like and subsequently annealing in an oxidizing atmosphere or the like is not used, the above-described A
Almost no redistribution of s occurs, and the As concentration near the junction depth of the P + layer cannot be reduced. Such control of the impurity profile has been made possible for the first time by the present invention.
According to the present invention, as shown in FIGS. 4 and 5, the peak concentration of the buried layer immediately below the channel is 2 × 10 17 to 1 × 1.
While keeping the temperature at about 0 18 (cm −3 ), the concentration of the N-type impurity in the vicinity of the junction depth of the P + layer should be at least 5 × 10 16 to 1 ×.
It can be about 10 17 (cm −3 ). FIG.
FIG. 9 shows a result of simulating a one-dimensional concentration distribution of As in the channel direction at a depth near the peak concentration of the BN layer. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the distance (unit: μm) in the channel direction, and shows the case where the gate length is 0.25 μm with reference to the gate end on the source side of the transistor (0 μm). The vertical axis represents the impurity concentration of As (unit: cm -3 ).
Is shown. As a result of reproducing variations in the manufacturing conditions on a simulation, the peak concentration of the buried layer immediately below the channel (the peak concentration at the center of the channel is 2 × 10 17 to 5 × 1)
0 17 (cm −3 )) is 1 × 10 17 (cm −3 ) or less, for all transistors within the wafer surface and between the wafers, a region of 0.017 inward from the gate electrode end.
It was confirmed that control could be performed so as to be in the range of 2 to 0.06 μm. The peak concentration of the buried layer immediately below the channel (the peak concentration at the center of the channel is 5 × 10 17 to 5 × 10 17 ).
1 × 10 18 (cm −3 ) is 1 × 10 17 (cm −3 )
The following regions are from 0.02 μm outward from the gate electrode end to 0.04 μm inward from the gate electrode end for all transistors in the wafer plane and between the wafers.
It was confirmed that it could be controlled to enter the entered area. This is a value that cannot be obtained by ion implantation using a conventional resist mask, and is possible for the first time by a self-alignment method using a gate electrode as a mask according to the present invention. FIG.
6 shows an example of a BN layer made of As, but the present invention is extremely effective also for a BN layer made of P and a BP layer made of B, and an element such as Si or Ar is ion-implanted. Point defects (vacancies,
By introducing interstitial Si or the like and subsequently annealing in an oxidizing atmosphere or the like, the impurity profile of P or B can be controlled in substantially the same manner as As. Conventionally, a phenomenon in which B is redistributed in the oxidation step of the gate electrode has been reported (IEDM '87, p. 632), but no remarkable redistribution of B as described in the present invention has been reported. Further, there is no report on redistribution of P and As, and according to the present invention, point defects (vacancies, interstitial Si, etc.) are introduced into the Si substrate except immediately below the gate, followed by annealing in an oxidizing atmosphere or the like. It became possible for the first time. As described above, according to the present invention, the peak concentration of the buried punch-through stopper layer immediately below the channel is 2 × 10 17 to 1 × 10 18 (cm −3 ).
While keeping the impurity concentration of the punch-through stopper layer near the source / drain junction depth at least 5 × 10 16
It has become possible to make it about 1 × 10 17 (cm −3 ).
Further, the impurity concentration in the lateral direction is set to 2 × 10 5
1 × 10 17 (c- 3 ) while maintaining the density at 17 to 1 × 10 18 (cm −3 ).
m −3 ) or less, for all transistors within the wafer surface and between the wafers, a region from 0.02 μm outside the gate electrode end to 0.06 μm inside the gate electrode from the gate end. It became possible to control it.

【0026】図7は、本発明に基づく実施例における半
導体素子の特性図を示す。図5において、横軸はpMO
Sのゲート長(単位:μm)を示し、縦軸は閾値電圧V
th(単位:V)を示す。701は、本発明に基づくチャ
ンネル直下にBN層を形成したpMOSの特性を示し、
702は、BN層を設けないpMOSの特性を示し、703
は、全面にBN層を設けたpMOSの特性を示す。図7
に示したように、チャンネル直下のみにBN層を設ける
ことで、BN層を設けないpMOSに比べて、短チャン
ネル効果が大幅に改善していることがわかる。また、チ
ャンネル直下のみBN層を形成することで、全面にBN
層を形成したpMOSと同程度の効果があることもわか
る。尚、BN層を全面に形成したpMOSでは、短チャ
ンネル効果を抑制するために、BN層の濃度を高くする
必要から、P+層とN−well間の接合容量が、1.
3〜1.5(fF/μm2)程度と大きくなるが、本発
明のpMOSでは、接合深さ付近の不純物濃度を下げら
れるため、P+層とN−well間の接合容量を、0.
5〜0.8(fF/μm2)程度まで下げられる。その
結果、短チャンネル効果を十分に抑制しつつ、接合容量
を従来の1/2〜1/3程度に低減することが可能とな
り、図8に示すように動作速度の大幅な高速化及び安定
化が達成された。
FIG. 7 shows a characteristic diagram of a semiconductor device in an embodiment according to the present invention. In FIG. 5, the horizontal axis is pMO
S indicates the gate length (unit: μm), and the vertical axis indicates the threshold voltage V
th (unit: V). 701 shows the characteristics of a pMOS having a BN layer formed immediately below a channel according to the present invention;
702 indicates the characteristics of a pMOS without a BN layer, and 703 indicates
Shows the characteristics of a pMOS in which a BN layer is provided on the entire surface. FIG.
As shown in FIG. 7, it can be seen that the short channel effect is greatly improved by providing the BN layer only directly below the channel, as compared with the pMOS without the BN layer. Further, by forming the BN layer only immediately below the channel, the BN layer is formed on the entire surface.
It can also be seen that the effect is almost the same as that of the pMOS having the layer formed. In the pMOS having the BN layer formed on the entire surface, the junction capacitance between the P + layer and the N-well is 1.
Although it is as large as about 3 to 1.5 (fF / μm 2 ), in the pMOS of the present invention, since the impurity concentration near the junction depth can be reduced, the junction capacitance between the P + layer and the N-well is reduced to 0.1.
It can be reduced to about 5 to 0.8 (fF / μm 2 ). As a result, the junction capacitance can be reduced to about 1/2 to 1/3 of the conventional one while the short channel effect is sufficiently suppressed, and the operation speed is greatly increased and stabilized as shown in FIG. Was achieved.

【0027】図8は、本発明に基づく実施例における半
導体素子の特性図を示す。図8において、縦軸は、リン
グオシレーターの1ゲート当りの遅延時間(単位:p
s)を示す。801は本発明に基づくCMOS型半導体素
子の特性を示し、802は従来のレジストマスクを用いて
チャンネル直下のみパンチスルーストッパ層を形成した
CMOS型半導体素子の特性を示す。尚、図中の誤差バ
ーで遅延時間のばらつきを示し、×印で平均値を示す。
本発明によって、素子の動作速度が高速化され、同時に
ばらつきも大幅に低減されていることがわかる。尚、図
8に示した特性は、pMOS、nMOS共、ゲート長
0.25μmの場合を例としている。
FIG. 8 shows a characteristic diagram of a semiconductor device in an embodiment according to the present invention. In FIG. 8, the vertical axis represents the delay time per gate of the ring oscillator (unit: p).
s). Reference numeral 801 denotes the characteristics of the CMOS semiconductor device according to the present invention, and reference numeral 802 denotes the characteristics of the CMOS semiconductor device in which the punch-through stopper layer is formed only immediately below the channel using the conventional resist mask. Note that the error bar in the figure indicates the variation in the delay time, and the X mark indicates the average value.
According to the present invention, it can be seen that the operation speed of the element is increased and, at the same time, the variation is greatly reduced. Note that the characteristics shown in FIG. 8 exemplify the case where the gate length is 0.25 μm for both pMOS and nMOS.

【0028】尚、本発明は、図1〜図8の実施例に限ら
ず、絶縁ゲート型半導体素子全般に広く応用できる。
The present invention is not limited to the embodiment shown in FIGS. 1 to 8, and can be widely applied to insulated gate semiconductor devices in general.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明によれば、チャンネル直下の埋め
込み層のピーク濃度を2×1017〜1×1018(c
-3)程度に保った状態でソースドレイン領域を成す拡
散層の接合深さ付近の不純物濃度を少なくとも5×10
16〜1×1017(cm-3)程度にすることが可能となっ
た。Si、Ar等の元素をイオン注入し、ゲート直下を
除くSi基板に、欠陥(空孔、格子間Si等)を導入
し、引き続いて酸化雰囲気中等でアニールする製造方法
を用いない場合は、上述の様な不純物の再分布はほとん
ど起こらず、拡散層の接合深さ付近の不純物濃度を下げ
ることはできない。この様な不純物プロファイルの制御
は本発明により初めて可能となった。また、チャンネル
直下の埋め込み層のピーク濃度が1×1017(cm-3
以下となる領域を、ウェーハー内の全てのトランジスタ
に対して、ゲート電極端から内側に0.02〜0.06
μm入った領域になる様に制御できる。これは、従来の
レジストマスクを用いたイオン注入では不可能な値であ
り、本発明に基づくゲート電極をマスクとしたセルフア
ライン法で初めて可能となった。
According to the present invention, the peak concentration of the buried layer immediately below the channel is 2 × 10 17 to 1 × 10 18 (c
m −3 ), the impurity concentration near the junction depth of the diffusion layer forming the source / drain region should be at least 5 × 10
It has become possible to reduce it to about 16 to 1 × 10 17 (cm −3 ). If the manufacturing method of ion-implanting elements such as Si and Ar, introducing defects (vacancies, interstitial Si, etc.) into the Si substrate except immediately below the gate, and subsequently annealing in an oxidizing atmosphere or the like is not used, the above-described method is used. The impurity redistribution as described above hardly occurs, and the impurity concentration in the vicinity of the junction depth of the diffusion layer cannot be reduced. Such control of the impurity profile has been made possible for the first time by the present invention. The peak concentration of the buried layer immediately below the channel is 1 × 10 17 (cm −3 ).
The following region was set to 0.02 to 0.06 inward from the gate electrode end for all transistors in the wafer.
It can be controlled so as to be in the area of μm. This is a value that cannot be obtained by ion implantation using a conventional resist mask, and is possible for the first time by a self-alignment method using a gate electrode as a mask according to the present invention.

【0030】その結果、短チャンネル効果を大幅に抑制
しつつ、ソースドレインを成す拡散層とwell間の接
合容量を、埋め込み型のパンチスルーストッパ層を全面
に形成した場合、1.3〜1.5(fF/μm2)程度
であったものを、0.5〜0.8(fF/μm2)程度
まで下げられ、接合容量を従来の1/2〜1/3程度に
低減することが可能となった。
As a result, while the short channel effect is largely suppressed, the junction capacitance between the diffusion layer forming the source / drain and the well is reduced to 1.3 to 1.0.1 when the buried punch-through stopper layer is formed on the entire surface. What was about 5 (fF / μm 2 ) can be reduced to about 0.5 to 0.8 (fF / μm 2 ), and the junction capacitance can be reduced to about 1/2 to 1/3 of the conventional one. It has become possible.

【0031】また、レジストマスクによりチャンネル直
下のみ埋め込み型のパンチスルーストッパ層を形成する
場合、素子が微細化されると、合わせ精度の問題からソ
ースドレイン領域とパンチスルーストッパ層の重なりが
無視できなくなるが、本発明によれば、セルフアライン
法で不純物プロファイルを制御できるため、短チャンネ
ル効果抑制と動作速度の改善(接合容量を下げる)を再
現良く両立でき、動作速度の大幅な高速化とそのばらつ
きの低減を実現できた。
In the case where a buried type punch-through stopper layer is formed only immediately below a channel by a resist mask, if the element is miniaturized, the overlap between the source / drain region and the punch-through stopper layer cannot be ignored due to the problem of alignment accuracy. However, according to the present invention, since the impurity profile can be controlled by the self-alignment method, the suppression of the short channel effect and the improvement of the operation speed (reduction of the junction capacitance) can be reproducibly compatible, and the operation speed is greatly increased and its variation is improved. Was able to be reduced.

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

【図1】本発明の実施例における半導体装置の断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例における半導体装置の断面図で
ある。
FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例における半導体装置の製造工程
図である。
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例における不純物プロファイル図
である。
FIG. 4 is an impurity profile diagram in the example of the present invention.

【図5】本発明の実施例における不純物プロファイル図
である。
FIG. 5 is an impurity profile diagram in the example of the present invention.

【図6】本発明の実施例における不純物プロファイル図
である。
FIG. 6 is an impurity profile diagram in the example of the present invention.

【図7】本発明に基づく実施例における半導体素子の特
性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram of a semiconductor device in an example according to the present invention.

【図8】本発明に基づく実施例における半導体素子の特
性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram of a semiconductor device in an example according to the present invention.

【図9】従来の半導体装置の製造工程図である。FIG. 9 is a manufacturing process diagram of a conventional semiconductor device.

【図10】従来の半導体素子の特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram of a conventional semiconductor device.

【図11】従来の半導体素子の特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201,301 ・・・ 半導体基板 102,302 ・・・ N−well 202,303 ・・・ P−well 103,203 ・・・ 埋め込み型パンチスルーストッパ層 306 ・・・ BN層 307 ・・・ BP層 104,309 ・・・ N型不純物層 204,310 ・・・ P型不純物層 105,205,305 ・・・ ゲート絶縁膜 106,206,308 ・・・ ゲート電極 107,311 ・・・ P-層 109,314 ・・・ P+層 207,312 ・・・ N-層 209,315 ・・・ N+101,201,301 ... Semiconductor substrate 102,302 ... N-well 202,303 ... P-well 103,203 ... Embedded punch-through stopper layer 306 ... BN layer 307 ... BP layer 104,309 ... N-type impurity layer 204,310 ··· P-type impurity layer 105,205,305 ··· Gate insulating film 106,206,308 ··· Gate electrode 107,311 ··· P - layer 109,314 ··· P + layer 207,312 ··· N - layer 209,315 ··· N + layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8238 H01L 21/336 H01L 27/092 H01L 29/78 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8238 H01L 21/336 H01L 27/092 H01L 29/78

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板と、該半導体基板の所定領域に
形成した第1導電型の不純物から成るウェルと、絶縁ゲ
ート型半導体素子のソースドレイン領域を成す第2導電
型の不純物領域を該ウェルに設けて成る半導体装置にお
いて、該絶縁ゲート型半導体素子のゲート直下の該ウェ
ルの所定の深さの領域に、該ウェルの不純物濃度よりも
高濃度の第1の第1導電型の不純物領域を設け、更に、
該第2導電型の不純物領域内に該ゲート直下に設けた不
純物領域と同一元素の不純物から成る第2の第1導電型
の不純物領域を設け、その不純物濃度のピーク値が該第
2導電型の不純物領域と該ウェルの接合深さ付近の該第
2の第1導電型の不純物領域の不純物濃度よりも高濃度
であることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate, a well of a first conductivity type formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, and a second conductivity type impurity region forming a source / drain region of an insulated gate semiconductor device. In the semiconductor device provided above, an impurity region of a first first conductivity type having a higher concentration than the impurity concentration of the well is formed in a region of a predetermined depth in the well immediately below the gate of the insulated gate semiconductor element. Provided, and
A second first conductivity type impurity region made of the same element as the impurity region provided immediately below the gate is provided in the second conductivity type impurity region, and the peak value of the impurity concentration is the second conductivity type. A semiconductor device having a higher impurity concentration than the impurity region of the second first conductivity type near the junction depth of the impurity region and the well.
【請求項2】該絶縁ゲート型半導体素子のゲート直下の
該ウェル内の所定の深さの領域に設けた該第1の第1導
電型の不純物領域が、2×1017〜1×1018(c
-3)のピーク濃度を有することを特徴とする請求項1
記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first first conductivity type impurity region provided in a region of a predetermined depth in said well immediately below a gate of said insulated gate semiconductor device is 2 × 10 17 to 1 × 10 18. (C
2. A peak concentration of m.sup.-3 ).
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項3】該第2導電型の不純物領域内に設けた第2
の第1導電型の不純物領域が、該第2導電型の不純物領
域と該ウェルの接合深さ付近で、5×1016〜1×10
17(cm-3)の不純物濃度を有することを特徴とする請
求項1または請求項2記載の半導体装置。
3. A second conductive type impurity region provided in the second conductivity type impurity region.
Is approximately 5 × 10 16 to 1 × 10 5 near the junction depth of the well of the second conductivity type and the well.
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has an impurity concentration of 17 (cm -3 ).
【請求項4】該絶縁ゲート型半導体素子のゲート直下の
該ウェル内に設けた第1の第1導電型の不純物領域のピ
ーク濃度が、ゲート電極端から外側に0.02μmの領
域とゲート電極端から内側に0.06μm入った領域の
間で、1×1017(cm-3)の不純物濃度を横切ること
を特徴とする請求項1または請求項2または請求項3記
載の半導体装置。
4. A region in which a peak concentration of a first first conductivity type impurity region provided in the well immediately below a gate of the insulated gate semiconductor device is 0.02 μm outward from an end of a gate electrode, and a gate electrode is formed. 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity concentration crosses an impurity concentration of 1 × 10 17 (cm −3 ) in a region of 0.06 μm inside from the extreme.
【請求項5】半導体基板の所定領域に第1導電型の不純
物から成るウェルを形成する工程と、絶縁ゲート型半導
体素子のゲート絶縁膜を形成する工程と、該ウェルと同
一の導電型の埋め込み型の高濃度領域を形成する工程
と、ゲート電極を所定の形状に形成する工程と、該ゲー
ト電極をマスクとして、欠陥を導入し、熱処理により該
埋め込み型の高濃度領域を成す不純物を拡散させる工程
と、ソースドレイン領域を成す第2導電型の不純物から
成る領域を形成する工程を少なくとも有することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
5. A step of forming a well made of a first conductivity type impurity in a predetermined region of a semiconductor substrate, a step of forming a gate insulating film of an insulated gate semiconductor device, and embedding of the same conductivity type as the well. Forming a high-concentration region of the mold, forming a gate electrode in a predetermined shape, introducing defects using the gate electrode as a mask, and diffusing impurities forming the high-concentration region of the buried type by heat treatment. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising at least a step and a step of forming a region made of a second conductivity type impurity that forms a source / drain region.
【請求項6】前記ゲート電極をマスクとして、欠陥を導
入し、熱処理により該埋め込み型の高濃度領域を成す不
純物を拡散させる工程において、Si+またはAr+等を
イオン注入し、欠陥を導入することを特徴とする請求項
5記載の半導体装置の製造方法。
6. In the step of introducing a defect using the gate electrode as a mask and diffusing impurities forming the high-concentration region of the buried type by heat treatment, ions are implanted with Si.sup. + Or Ar.sup. + To introduce the defect. 6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein:
【請求項7】前記Si+を加速電圧50〜100keV
でドーズ量1×1014〜5×1015(cm-2)イオン注
入することを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製
造方法。
7. The method according to claim 7, wherein said Si + is supplied with an acceleration voltage of 50 to 100 keV.
7. The method according to claim 6, wherein ions are implanted at a dose of 1 × 10 14 to 5 × 10 15 (cm −2 ).
【請求項8】前記ゲート電極をマスクとして、欠陥を導
入し、熱処理により該埋め込み型の高濃度領域を成す不
純物を拡散させる工程において、該熱処理を、酸化雰囲
気で800℃〜950℃程度で20分〜1時間程度施す
ことを特徴とする請求項5または請求項6または請求項
7記載の半導体装置の製造方法。
8. In the step of introducing a defect using the gate electrode as a mask and diffusing impurities forming the high-concentration region of the buried type by heat treatment, the heat treatment is performed at about 800 ° C. to 950 ° C. in an oxidizing atmosphere. 8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein said step is performed for about one minute to one hour.
【請求項9】前記埋め込み型の高濃度領域に少なくとも
砒素が含まれることを特徴とする請求項5または請求項
6または請求項7または請求項8記載の半導体装置の製
造方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein said buried type high concentration region contains at least arsenic.
【請求項10】半導体基板の所定領域に第1導電型の不
純物から成るウェルを形成する工程と、絶縁ゲート型半
導体素子のゲート絶縁膜を形成する工程と、該ウェルと
同一の導電型の埋め込み型の高濃度領域を形成する工程
と、ゲート電極を所定の形状に形成する工程と、水蒸気
を含む雰囲気中で熱酸化を施し、該埋め込み型の高濃度
領域を成す不純物を拡散させる工程と、ソースドレイン
領域を成す第2導電型の不純物から成る領域を形成する
工程を少なくとも有することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
10. A step of forming a well made of a first conductivity type impurity in a predetermined region of a semiconductor substrate, a step of forming a gate insulating film of an insulated gate semiconductor device, and embedding of the same conductivity type as the well. Forming a high-concentration region of the mold, forming a gate electrode into a predetermined shape, performing thermal oxidation in an atmosphere containing water vapor, and diffusing impurities forming the high-concentration region of the buried type. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising at least a step of forming a region made of a second conductivity type impurity that forms a source / drain region.
【請求項11】前記熱処理を施し、該埋め込み型の高濃
度領域を成す不純物を拡散させる工程において、該熱処
理を、水蒸気を含む雰囲気中で850℃〜950℃程度
で20分〜1時間程度熱酸化を施すことを特徴とする請
求項10記載の半導体装置の製造方法。
11. The step of performing the heat treatment to diffuse impurities forming the high concentration region of the buried type, the heat treatment is performed at about 850 ° C. to 950 ° C. for about 20 minutes to 1 hour in an atmosphere containing water vapor. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein oxidation is performed.
【請求項12】前記埋め込み型の高濃度領域に少なくと
も砒素が含まれることを特徴とする請求項10または請
求項11記載の半導体装置の製造方法。
12. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein said buried high-concentration region contains at least arsenic.
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