JP3371600B2 - Method for manufacturing MIS transistor - Google Patents

Method for manufacturing MIS transistor

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JP3371600B2
JP3371600B2 JP07192495A JP7192495A JP3371600B2 JP 3371600 B2 JP3371600 B2 JP 3371600B2 JP 07192495 A JP07192495 A JP 07192495A JP 7192495 A JP7192495 A JP 7192495A JP 3371600 B2 JP3371600 B2 JP 3371600B2
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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、高集積化されたLSI
中の論理回路、アナログ回路へ適用できるMISトラン
ジタの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a highly integrated LSI.
The present invention relates to a method for manufacturing a MIS transistor applicable to a logic circuit and an analog circuit in the inside.

【0002】[0002]

【従来の技術】設計ルール1μm以下のPchトランジ
スタを製造する場合、ゲート長もまた1μm以下とな
る。このような微細構造の場合、パンチスルー、しきい
値電圧低下といったショートチャネル効果が問題とな
る。これを抑制する方法として、LDD構造によるP-
層の形成が一般的によく用いられている。この製造方法
を図5に示す。
2. Description of the Related Art When manufacturing a Pch transistor having a design rule of 1 μm or less, the gate length is also 1 μm or less. In the case of such a fine structure, short channel effects such as punch through and lowering of threshold voltage become a problem. As a method of suppressing this, P by the LDD structure
Layer formation is commonly used. This manufacturing method is shown in FIG.

【0003】まず、(a)の工程において、N型の性質
を有する半導体基板50上に、薄いゲート酸化膜(例え
ば厚さ20nm以下)51を形成し、その上に、例えば
ゲート長1μm以下の微細なゲート電極52を形成す
る。さらに、全面に厚さ0.01〜0.03μmの例え
ば酸化膜、窒化膜等の薄い非晶質性の絶縁膜53を化学
気相成長法、スパッタ法等により成膜する。この後、ボ
ロンイオン54を1〜5×1013/cm2 程度注入す
る。
First, in the step (a), a thin gate oxide film (for example, a thickness of 20 nm or less) 51 is formed on a semiconductor substrate 50 having an N-type property, and a gate length of 1 μm or less is formed thereon. A fine gate electrode 52 is formed. Further, a thin amorphous insulating film 53 such as an oxide film or a nitride film having a thickness of 0.01 to 0.03 μm is formed on the entire surface by a chemical vapor deposition method, a sputtering method or the like. After that, boron ions 54 are implanted at about 1 to 5 × 10 13 / cm 2 .

【0004】次の(b)の工程では、上記絶縁膜53と
同様の絶縁膜55を基板表面に厚さ約0.4μm程度成
膜する。さらに、(a)の工程で注入したボロンを活性
化するため適当な温度で熱処理を行い、基板表面での濃
度が約1×1018/cm2 程度となる比較的低濃度のP
- 層56、57を形成する。次の(c)の工程では、絶
縁膜55に異方性エッチバックを行い、ゲート電極53
の両側に隣接する状態で、側壁58、59を形成する。
この時の側壁の厚さdは約0.2μm程度が適当であ
る。
In the next step (b), an insulating film 55 similar to the insulating film 53 is formed on the surface of the substrate to a thickness of about 0.4 μm. Further, in order to activate the boron implanted in the step (a), heat treatment is carried out at an appropriate temperature so that the concentration on the surface of the substrate is about 1 × 10 18 / cm 2, which is a relatively low concentration of P.
- forming a layer 56, 57. In the next step (c), the insulating film 55 is anisotropically etched back to form the gate electrode 53.
Side walls 58 and 59 are formed so as to be adjacent to both sides of the side wall.
At this time, the thickness d of the side wall is appropriately about 0.2 μm.

【0005】次の(d)の工程では、側壁58、59と
ゲート電極52をマスクとして自己整合的にBF2 (2
フッ化ボロン)イオンあるいはボロンイオン60を、1
×1015/cm2 〜5×1015/cm2 程度注入する。
この時、基板50にイオンが到達する領域は側壁58、
59を形成した領域よりも外側になる。そして、(e)
の工程において、注入されたイオン60を活性化し、高
濃度のP+ 層(ソース、ドレイン)62、63を形成す
る。
In the next step (d), BF 2 (2
Boron fluoride ion or 60 boron ions
× 10 15 / cm 2 ~5 × 10 15 / cm 2 of about injected.
At this time, the region where the ions reach the substrate 50 is the side wall 58,
It is located outside the region where 59 is formed. And (e)
In the step of, the implanted ions 60 are activated to form high-concentration P + layers (source and drain) 62 and 63.

【0006】以上により微細構造のPchトランジスタ
が形成される。この構造では、P-層56、57の存在
により実効チャネル長が長くなること、およびこのP-
層56、57が抵抗成分として作用しここで電圧降下を
生じさせるためチャネル領域61の間にかかる電圧がド
レイン電圧に比べ小さくなることにより、パンチスルー
を抑制することが可能になる。従って、P- 層56、5
7はパンチスルー抑制層として作用する。
As described above, a Pch transistor having a fine structure is formed. In this structure, the presence of the P layers 56 and 57 increases the effective channel length, and this P
Since the layers 56 and 57 act as a resistance component and cause a voltage drop here, the voltage applied between the channel regions 61 becomes smaller than the drain voltage, whereby punch-through can be suppressed. Therefore, the P layers 56, 5
7 acts as a punch-through suppressing layer.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような製造方法を用いた場合、P- 層56、57の長さ
aは側壁厚さdにより大きく左右される。側壁厚さdは
製造上2つの大きなばらつき要因を有している。1つは
絶縁膜55を成膜する時の膜厚ばらつきであり、もう1
つは異方性エッチバック時のエッチングレートのばらつ
きである。
However, when the manufacturing method as described above is used, the length a of the P layers 56 and 57 largely depends on the side wall thickness d. The side wall thickness d has two major factors in manufacturing. One is the variation in film thickness when the insulating film 55 is formed, and the other is
One is the variation in etching rate during anisotropic etch back.

【0008】絶縁膜55の成膜時のばらつきは10%程
度であり、上記製造条件では±0.04μm程度のばら
つきとなる。また、異方性エッチバックによるばらつき
は20%程度であり、上記製造条件では±0.04μm
程度のばらつきとなる。従って、側壁厚さdのばらつき
は、この2つのばらつきにより、{(0.04)2
(0.04)2 1/2 =0.056μmとなる。これは
実効チャネル長が側壁のプロセスによって0.056μ
mのばらつきを発生させてしまうことを示している。現
在、微細化が進みゲート長が0.5μmより小さい領域
に達しようとしているLSIプロセスにおいては10%
以上のばらつきとなってしまう。従って、このようなば
らつきは、微細構造のトランジスタの製造において許容
できない大きさのものである。
The variation in the formation of the insulating film 55 is about 10%, which is about ± 0.04 μm under the above manufacturing conditions. The variation due to anisotropic etch back is about 20%, and is ± 0.04 μm under the above manufacturing conditions.
There will be variations in the degree. Therefore, the variation of the side wall thickness d is {(0.04) 2 +
(0.04) 2 } 1/2 = 0.056 μm. This is because the effective channel length is 0.056μ due to the sidewall process.
This indicates that a variation of m is generated. Currently, 10% in the LSI process where the miniaturization progresses and the gate length is about to reach a region smaller than 0.5 μm.
The above variations result. Therefore, such variations are of an unacceptable magnitude in the manufacture of microstructured transistors.

【0009】また、P- 層56、57の長さaのばらつ
きにより、パンチスルー抑制の効果もばらついてしまう
ため、安定したトランジスタ特性を得ることができない
という問題も生じる。本発明は上記問題に鑑みてなされ
たもので、上記したばらつきを少なくし安定したトラン
ジスタ特性を得ることを目的とする。
Further, the variation in the length a of the P layers 56 and 57 also varies the effect of suppressing punch-through, which causes a problem that stable transistor characteristics cannot be obtained. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the above-mentioned variations and obtain stable transistor characteristics.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明においては、半導体基板(1
1)にゲート絶縁膜(12)を介してゲート電極(1
3)を形成する工程と、前記ゲート電極の表面および前
記半導体基板の表面に、前記ゲート電極の表面の絶縁膜
の方が前記半導体基板の表面の絶縁膜より厚くなるよう
に、絶縁膜(14a、14b)を形成する工程と、前記
ゲート電極の側表面に形成された絶縁膜(14a)を基
準とし斜め方向からイオン(15)注入して、前記半導
体基板内にパンチスルー抑制層(16a、16b)を形
成する工程と、前記ゲート電極および前記ゲート電極の
側表面に形成された絶縁膜をマスクとして、前記半導体
基板表面に垂直方向からソース、ドレインを形成するた
めのイオンとして2フッ化ボロンイオン(18)を注入
する工程と、熱処理により前記注入されたイオンを活性
化してソース、ドレイン(18a、18b)を形成する
工程とを備え 前記2フッ化ボロンイオンの注入を、前
記熱処理時にボロンの異常拡散により前記ゲート電極中
に注入されたボロン原子が前記ゲート絶縁膜を突き抜け
てチャネル領域に達しないようにする加速電圧にて行う
MISトランジスタの製造方法を特徴としている。
In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1, the semiconductor substrate (1
1) via the gate insulating film (12) to the gate electrode (1
3), and an insulating film on the surface of the gate electrode on the surface of the gate electrode and the surface of the semiconductor substrate.
Is thicker than the insulating film on the surface of the semiconductor substrate.
Punch, the insulating film (14a, 14b) forming a, the ions (15) from an oblique direction with respect to the insulating film formed on the side surface (14a) of the gate electrode implanted to, in the semiconductor substrate A step of forming a through suppression layer (16a, 16b), and a step of forming a source and a drain from the vertical direction on the surface of the semiconductor substrate by using the gate electrode and the insulating film formed on the side surface of the gate electrode as a mask. implanting boron difluoride ions (18) as an ion source to activate the implanted ions by heat treatment, the drain (18a, 18b) and forming a said boron difluoride ions Before injection
In the gate electrode due to abnormal diffusion of boron during the heat treatment
Boron atoms implanted in the silicon penetrate through the gate insulating film.
It is characterized by a method of manufacturing a MIS transistor that is performed with an accelerating voltage so as not to reach the channel region .

【0011】請求項2に記載の発明では、請求項1に記
載のMISトランジスタの製造方法、において、前記ゲ
ート電極の表面の絶縁膜を、前記ボロンのイオン注入の
飛程を表すプロジェクティドレンジRp以上とすること
を特徴としている
[0011] In the invention described in claim 2, a method of manufacturing a MIS transistor according to claim 1, in the gate
The insulating film on the surface of the cathode electrode,
It is characterized in that it is set to a projected range Rp or more representing a range .

【0012】請求項に記載の発明では、請求項1また
は2に記載のMISトランジスタの製造方法において、
前記半導体基板は単結晶シリコン基板(11)であり、
前記ゲート電極(13)は多結晶シリコンで構成された
ものであって、前記絶縁膜を形成する工程は、熱酸化に
より前記ゲート電極および前記単結晶シリコン基板のそ
れぞれの表面に同時に酸化膜(14a、14b)を形成
する工程であることを特徴としている。
[0012] In the invention described in claim 3, also claim 1
In the method of manufacturing a MIS transistor described in 2 ,
The semiconductor substrate is a single crystal silicon substrate (11),
The gate electrode (13) is made of polycrystalline silicon, and in the step of forming the insulating film, an oxide film (14a) is simultaneously formed on each surface of the gate electrode and the single crystal silicon substrate by thermal oxidation. , 14b) are formed.

【0013】請求項に記載の発明では、請求項1乃至
のいずれか1つに記載のMISトランジスタの製造方
法において、前記パンチスルー抑制層を形成するための
イオンは、リンイオンまたはリンを含む化合物イオン
(15)、あるいはボロンイオンまたはボロンを含む化
合物イオン(20)であることを特徴としている。な
お、上記各手段のカッコ内の符号は、後述する実施例記
載の具体的手段との対応関係を示すものである。
According to the invention described in claim 4 , claims 1 to
3. In the method of manufacturing a MIS transistor according to any one of 3 above, the ions for forming the punch-through suppressing layer are phosphorus ions or phosphorus-containing compound ions (15), or boron ions or boron-containing compound ions ( 20). The reference numerals in parentheses of the above-mentioned means indicate the correspondence with the concrete means described in the embodiments described later.

【0014】[0014]

【発明の作用効果】請求項1乃至に記載の発明によれ
ば、ゲート絶縁膜の側表面に形成された絶縁膜を基準と
し斜め方向からイオン注入が行われてパンチスルー抑制
層が形成され、またゲート電極およびゲート電極の側表
面に形成された絶縁膜をマスクとして、垂直方向からソ
ース、ドレインを形成するためのイオンが注入される。
[Effects of the invention] According to the invention described in claims 1 to 4, the punch-through suppression layer being performed ion implantation from an oblique direction with respect to the insulating film formed on the side surface of the gate insulating film is formed Ions for forming a source and a drain are vertically implanted using the gate electrode and the insulating film formed on the side surface of the gate electrode as a mask.

【0015】従って、パンチスルー抑制層およびソー
ス、ドレインのいずれも、ゲート絶縁膜の側表面に形成
された絶縁膜を基準として注入されたイオンにより形成
されるため、パンチスルー抑制層およびソース、ドレイ
ンの位置関係のばらつきを少なくすることができ、この
ことによりショートチャネル効果のばらつきも少なくす
ることができる。
Therefore, since the punch-through suppressing layer, the source and the drain are both formed by the ions implanted with the insulating film formed on the side surface of the gate insulating film as a reference, the punch-through suppressing layer, the source and the drain are formed. It is possible to reduce the variation in the positional relationship of (1), and thus the variation in the short channel effect can also be reduced.

【0016】また、フッ化ボロンイオンの注入により
ソース、ドレインを形成ているから、小さなゲート長
でもショートチャネル効果を十分抑制することができる
Pchトランジスタを製造することができる。また、請
求項に記載の発明によれば、熱酸化によりゲート電極
および半導体基板のそれぞれの表面に同時に酸化膜を形
成するようにしている。この場合、半導体基板は単結晶
シリコン基板であり、ゲート電極は多結晶シリコンで構
成されているため、ゲート電極の表面の酸化膜の方が単
結晶シリコン基板の表面の酸化膜より厚くすることがで
き、この熱酸化のみで側壁を形成することができる。従
って、図5に示す従来必要であったエッチバック工程を
不要とすることができ、そのエッチバック工程によるば
らつきをなくすことができる。
Further, because they form a source, a drain by implantation of boron difluoride ions, it is possible to manufacture a Pch transistor can be sufficiently suppressed short channel effect even with a small gate length. Further, according to the invention described in claim 3 , an oxide film is simultaneously formed on the respective surfaces of the gate electrode and the semiconductor substrate by thermal oxidation. In this case, since the semiconductor substrate is a single crystal silicon substrate and the gate electrode is composed of polycrystalline silicon, the oxide film on the surface of the gate electrode may be thicker than the oxide film on the surface of the single crystal silicon substrate. It is possible to form the side wall only by this thermal oxidation. Therefore, the conventionally required etch-back process shown in FIG. 5 can be eliminated, and variations due to the etch-back process can be eliminated.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図1は、本発明にかかるMISトランジスタの製
造方法においてMOSトランジスタに適用した場合の第
1実施例を示す工程断面図である。まず、(a)の工程
において、N型の単結晶シリコン基板11の上に、厚さ
20nm以下(例えば16nm)のゲート酸化膜12を
形成し、その上にゲート電極13を形成する。このゲー
ト電極13は、例えば多結晶シリコンで形成され、リン
または砒素等により高濃度にN型にドープされて構成さ
れたものであり、300〜350nmの厚さのものであ
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a process sectional view showing a first embodiment when applied to a MOS transistor in the method of manufacturing a MIS transistor according to the present invention. First, in the step (a), a gate oxide film 12 having a thickness of 20 nm or less (for example, 16 nm) is formed on an N-type single crystal silicon substrate 11, and a gate electrode 13 is formed thereon. The gate electrode 13 is made of, for example, polycrystalline silicon, is heavily N-doped with phosphorus or arsenic, and has a thickness of 300 to 350 nm.

【0018】次の(b)の工程では、酸素のみを供給す
るドライ性雰囲気中、あるいは酸素と水素の混合ガスを
燃焼させたウェット性雰囲気中で熱処理し、基板表面を
熱酸化して酸化膜14a、14bを形成する。この時、
ゲート電極13の表面酸化膜14aの厚さをt2 とし、
シリコン基板11の表面酸化膜14bの厚さをt1 とす
ると、t2 >t1 となる。例えば、1000°C、90
minのドライ酸化では酸化膜14aの厚さが100n
mとなるのに対し、酸化膜14bの厚さは50nmと約
半分になる。
In the next step (b), heat treatment is performed in a dry atmosphere in which only oxygen is supplied or in a wet atmosphere in which a mixed gas of oxygen and hydrogen is burned, and the substrate surface is thermally oxidized to form an oxide film. 14a and 14b are formed. This time,
The thickness of the surface oxide film 14a of the gate electrode 13 is t2,
If the thickness of the surface oxide film 14b of the silicon substrate 11 is t1, then t2> t1. For example, 1000 ° C, 90
In dry oxidation of min, the thickness of the oxide film 14a is 100 n
While the thickness of the oxide film 14b is 50 nm, the thickness is about half, which is 50 nm.

【0019】次の(c)の工程では、リンイオンまたは
リンを含む化合物イオンを斜めイオン注入する。この入
射角としては、基板面の法線に対し10〜60度程度が
適当である。また、注入量としては1〜9×1013/c
2 程度が適当であり、加速エネルギーとしては30k
eV〜120keVが適当である。また、この時、ゲー
ト酸化膜12下のチャネル領域に達するほとんどのイオ
ンは、注入されたイオンがゲート電極13の側面から通
過したものとなるように加速電圧を設定する。なぜな
ら、もしゲート電極13の上面より進入した大部分のイ
オンがゲート電極13直下のチャネル領域に達してしま
うと、しきい値電圧が大きく変化し所望の性能を得るこ
とができなくなるからである。
In the next step (c), phosphorus ions or compound ions containing phosphorus are obliquely ion-implanted. The incident angle is preferably about 10 to 60 degrees with respect to the normal to the substrate surface. The injection amount is 1 to 9 × 10 13 / c
m 2 is suitable, and the acceleration energy is 30 k
eV to 120 keV is suitable. At this time, the acceleration voltage is set so that most of the ions that reach the channel region under the gate oxide film 12 are the implanted ions that have passed through the side surface of the gate electrode 13. This is because if most of the ions that have entered from the upper surface of the gate electrode 13 reach the channel region directly below the gate electrode 13, the threshold voltage changes significantly and it becomes impossible to obtain the desired performance.

【0020】この後、適当な熱処理を施し、注入された
イオンを活性化し、ゲート電極13直下の領域を部分的
に含んでN型のパンチスルー抑制層16a、16bを形
成する。このような斜めイオン注入法を用いることによ
りシリコン基板11中に形成されるパンチスルー抑制層
16a、16bは、ゲート電極13の側面に形成された
酸化膜表面17a、17bを基準として位置が決定され
ることになる。
After that, appropriate heat treatment is performed to activate the implanted ions to form N-type punch-through suppressing layers 16a and 16b partially including the region directly below the gate electrode 13. The positions of the punch-through suppressing layers 16a and 16b formed in the silicon substrate 11 by using such an oblique ion implantation method are determined with reference to the oxide film surfaces 17a and 17b formed on the side surfaces of the gate electrode 13. Will be.

【0021】次の(d)の工程では、BF2 イオン18
をシリコン基板11の表面に対して垂直にイオン注入す
る。この時のBF2 イオン18の加速電圧は、110k
eV以下とする。そして、(e)の工程において、熱処
理を施しソース、ドレインとなるP+ 層18a、18b
を形成する。この時、ゲート電極13直下のチャネル領
域19において、P+ 層18a、18bに接した位置に
パンチスルー抑制層16a、16bが長さbだけ残る。
In the next step (d), BF 2 ions 18
Are implanted perpendicularly to the surface of the silicon substrate 11. The acceleration voltage of the BF 2 ion 18 at this time is 110 k.
eV or less. Then, in the step (e), heat treatment is applied to the P + layers 18a and 18b serving as the source and the drain.
To form. At this time, in the channel region 19 immediately below the gate electrode 13, the punch-through suppression layers 16a and 16b are left by the length b at the positions in contact with the P + layers 18a and 18b.

【0022】上記実施例においては、熱酸化により絶縁
膜14a、14bを形成しているため、ゲート電極13
上およびシリコン基板11上に酸化膜を同時に形成する
ことができ、その場合に、ゲート電極13の表面上では
厚い酸化膜14aが、シリコン基板11表面上ではゲー
ト電極13上よりは薄い酸化膜14bが形成される。従
って、厚い酸化膜14aと薄い酸化膜14bを同時に形
成することができるため、図5に示す従来の酸化膜53
と側壁58とが同一工程で形成できるという効果があ
る。また、側壁となる厚い酸化膜14aを1回の酸化工
程のみで形成しているため、従来のようなエッチバック
工程が不要になるという効果もある。また、酸化膜14
bは薄い酸化膜であるため、ソース、ドレイン形成用の
BF2 イオンをシリコン基板11に到達させる際に、特
に問題とはならない。例えば、上述した1000°C、
90minの熱処理を行った場合、シリコン基板11上
の絶縁膜14bの厚さは50nmになるため、加速電圧
が80keVもあれば十分シリコン基板11中にBF2
イオンを到達させることできる。
In the above embodiment, the gate electrodes 13 are formed because the insulating films 14a and 14b are formed by thermal oxidation.
An oxide film can be simultaneously formed on the upper surface and the silicon substrate 11, in which case a thick oxide film 14a is formed on the surface of the gate electrode 13 and a thin oxide film 14b is formed on the surface of the silicon substrate 11 than the gate electrode 13. Is formed. Therefore, since the thick oxide film 14a and the thin oxide film 14b can be formed at the same time, the conventional oxide film 53 shown in FIG.
And the side wall 58 can be formed in the same process. Further, since the thick oxide film 14a to be the side wall is formed by only one oxidation step, there is an effect that the conventional etch back step is unnecessary. In addition, the oxide film 14
Since b is a thin oxide film, there is no particular problem when the BF 2 ions for forming the source and drain reach the silicon substrate 11. For example, the above-mentioned 1000 ° C,
When the heat treatment is performed for 90 minutes, the thickness of the insulating film 14b on the silicon substrate 11 becomes 50 nm. Therefore, if the acceleration voltage is 80 keV, the BF 2 in the silicon substrate 11 is sufficient.
Ions can reach.

【0023】また、シリコン基板11には10nm以上
の厚さの酸化膜14bが形成されているため、イオン注
入時にチャネリングすることもなく、ばらつきの少ない
再現性のよいボロンの濃度プロファイルを得ることがで
きる。なお、ゲート電極13上に、より厚い絶縁膜が必
要な場合は、熱処理温度をさげてやればよい。例えば、
850°Cのウェット酸化の場合、ゲート電極13に1
00nmの酸化膜を形成してもシリコン基板11上には
30nmしか形成されない。通常、処理温度で考えた場
合、ウェット酸化の方がドライ酸化に比べ低い温度であ
り、シリコン基板上に対しゲート電極周りにより厚い酸
化膜を形成することができる。また、ドライ酸化の場合
には、ウェット酸化に比べ処理温度が1000℃程度と
高く、ゲート電極周りの酸化膜は同じ処理時間では薄く
なるが、ゲート電極のエッジ部を丸めるという効果があ
る。
Further, since the oxide film 14b having a thickness of 10 nm or more is formed on the silicon substrate 11, it is possible to obtain a boron concentration profile with little variation and good reproducibility without channeling at the time of ion implantation. it can. If a thicker insulating film is required on the gate electrode 13, the heat treatment temperature may be lowered. For example,
In the case of wet oxidation at 850 ° C, 1 is applied to the gate electrode 13.
Even if a 00 nm oxide film is formed, only 30 nm is formed on the silicon substrate 11. When considering the processing temperature, wet oxidation is usually lower than dry oxidation, and a thicker oxide film can be formed on the silicon substrate around the gate electrode. Further, in the case of dry oxidation, the processing temperature is as high as about 1000 ° C. as compared with wet oxidation, and the oxide film around the gate electrode becomes thin in the same processing time, but it has an effect of rounding the edge portion of the gate electrode.

【0024】また、BF2 イオンはゲート電極13と側
壁酸化膜14aをマスクとして注入される。この場合、
ゲート電極13側面の酸化膜表面17a、17bが基準
となってイオン注入される。また、パンチスルー抑制層
16a、16bを形成するための斜めイオン注入も側壁
酸化膜14aを基準として行われる。従って、BF2
より形成されるP+ 層18a、18bとパンチスルー抑
制層16a、16bの位置関係は、側壁酸化膜14aの
膜厚のばらつきと関係なくなる。従って、その位置関係
のばらつきが従来のものよりも小さくなり、ゲート長L
gに対するショートチャネル効果の現れ方が安定するた
め、トランジスタ特性が安定する。
BF 2 ions are implanted using the gate electrode 13 and the sidewall oxide film 14a as a mask. in this case,
Ion implantation is performed with reference to the oxide film surfaces 17a and 17b on the side surfaces of the gate electrode 13. The oblique ion implantation for forming the punch-through suppressing layers 16a and 16b is also performed with the sidewall oxide film 14a as a reference. Therefore, the positional relationship between the P + layers 18a and 18b formed of BF 2 and the punch-through suppressing layers 16a and 16b is independent of the variation in the thickness of the sidewall oxide film 14a. Therefore, the variation of the positional relationship becomes smaller than that of the conventional one, and the gate length L
Since the appearance of the short channel effect with respect to g is stable, the transistor characteristics are stable.

【0025】なお、P+ 層18a、18bを形成するた
めのBF2 イオンの注入加速電圧を極端に高くすると、
ボロンの異常拡散により、ゲート電極13中に注入され
たボロン原子はゲート酸化膜12を突き抜けてチャネル
領域19に達し、しきい値電圧の制御ができなくなる。
従って、図2に示すようにBF2 の加速電圧を110k
eVより小さくする必要がある。この図2は、ゲート酸
化膜12の膜厚を16nmとした場合の、BF2 の加速
エネルギーに対するしきい値電圧(Vth)の変化を示
すグラフである。
When the accelerating voltage for implanting BF 2 ions for forming the P + layers 18a and 18b is made extremely high,
Due to the abnormal diffusion of boron, the boron atoms injected into the gate electrode 13 penetrate the gate oxide film 12 and reach the channel region 19, making it impossible to control the threshold voltage.
Therefore, as shown in FIG. 2, the acceleration voltage of BF 2 is 110 k
It must be smaller than eV. FIG. 2 is a graph showing changes in the threshold voltage (Vth) with respect to the acceleration energy of BF 2 when the film thickness of the gate oxide film 12 is 16 nm.

【0026】また、上記のようにBF2 イオン注入の最
大加速電圧を最大で110keVとすると、ボロンのイ
オン注入の飛程を表すプロジェクティドレンジRpは最
大で0.082μmとなる。従って、安定したP+ 層1
8a、18bの特性を得るためにはシリコン基板11表
面上の絶縁膜14bはこの時のRp以下すなわち0.0
82μm以下の厚さとするのがよい。一方、ショートチ
ャネル効果を抑制するためにはゲート電極13側面はそ
れ以上の厚さ(例えば0.1μm)の絶縁膜が必要とな
る。
When the maximum accelerating voltage for BF 2 ion implantation is 110 keV at maximum, the projected range Rp representing the range of boron ion implantation is 0.082 μm at maximum. Therefore, stable P + layer 1
In order to obtain the characteristics of 8a and 18b, the insulating film 14b on the surface of the silicon substrate 11 is not more than Rp at this time, that is, 0.0
The thickness is preferably 82 μm or less. On the other hand, in order to suppress the short channel effect, the side surface of the gate electrode 13 needs to have an insulating film having a greater thickness (for example, 0.1 μm).

【0027】一方、BF2 イオンでなくボロンイオンを
用いてイオン注入した場合には、図3に示すように、B
2 でイオン注入した場合に比べて大きなゲート長Lg
からPchトランジスタのしきい値電圧の低下が開始す
る、すなわちショートチャネル効果が発生してしまい安
定したトランジスタ性能を得ることができない。従っ
て、小さなゲート長でもショートチャネル効果を十分抑
制するためには、BF2 イオンを用いる必要がある。な
お、図3に示すものは、BF2 イオンとボロンイオンが
同じ注入深さになるように、それぞれの加速電圧を設定
して実験した場合のグラフであり、(a)はBF2 イオ
ンを用いた場合、(b)はボロンイオンを用いた場合を
示す。
On the other hand, when boron ions are used instead of BF 2 ions, as shown in FIG.
Larger gate length Lg than in the case of ion implantation with F 2
Therefore, the threshold voltage of the Pch transistor starts to decrease, that is, the short channel effect occurs, and stable transistor performance cannot be obtained. Therefore, it is necessary to use BF 2 ions in order to sufficiently suppress the short channel effect even with a small gate length. Use Incidentally, as shown in FIG. 3, as BF 2 ions and boron ions are the same implantation depth, a graph when the experiment set each of the accelerating voltages, the (a) is BF 2 ions In the case where the boron ion is present, (b) shows the case where boron ions are used.

【0028】図4に本発明の第2実施例を示す。第1実
施例と異なるのは、(c)の工程において、リンイオン
またはリンを含む化合物イオン15の代わりにボロンあ
るいはボロンを含む化合物のイオン20を用いてイオン
注入した点である。このことによりパンチスルー抑制層
をP- 層20a、20bとすることができる。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that, in the step (c), ion implantation is carried out by using boron or an ion 20 of a compound containing boron instead of the phosphorus ion or the compound ion 15 containing phosphorus. This allows the punch-through suppressing layers to be P layers 20a and 20b.

【0029】この場合、第1実施例と同様、P+ 層18
a、18bとP- 層20a、20bの位置関係のばらつ
きを小さくすることができ、トランジスタ特性を安定さ
せることができる。なお、パンチスルー抑制層をP-
をN- 層とした場合に比べて電界緩和の作用がある。本
発明は、側壁酸化膜として図5に示す従来技術にて形成
される側壁酸化膜58、59を用い、この側壁酸化膜形
成後、斜めイオン注入および垂直イオン注入を行うもの
にも適用することができる。但し、その場合よりも上記
した実施例の方が以下の点で優れた効果を有する。
In this case, similarly to the first embodiment, the P + layer 18
It is possible to reduce variations in the positional relationship between the a and 18b and the P layers 20a and 20b, and to stabilize the transistor characteristics. Note that the punch-through suppressing layer has an electric field relaxing effect as compared with the case where the P layer is the N layer. The present invention is also applicable to the case where the side wall oxide films 58 and 59 formed by the conventional technique shown in FIG. 5 are used as the side wall oxide films, and oblique ion implantation and vertical ion implantation are performed after the formation of the side wall oxide films. You can However, the above-described embodiment is more effective than that in the following points.

【0030】すなわち、上記実施例では、側壁酸化膜1
4aは1回の工程で形成されるものであるため、その膜
厚ばらつきを、図5に示すような成膜、エッチバックの
2工程で形成される側壁酸化膜の膜厚ばらつきに比べて
低減することができる。従って、図5に示す側壁酸化膜
を用いてイオン注入を行った場合に比べ、膜厚ばらつき
の影響を低減することができるため、パンチスルー抑制
層によって規定される実効チャネル長のばらつきを抑制
することができるとともに、P+ 層18a、18bとゲ
ート電極とのオーバーラップ量のばらつきを抑制するこ
とができ、トランジスタ特性をより一層安定化すること
ができる。
That is, in the above embodiment, the sidewall oxide film 1
Since 4a is formed in one step, the film thickness variation is reduced as compared with the film thickness variation of the sidewall oxide film formed in the two steps of film formation and etch back as shown in FIG. can do. Therefore, as compared with the case where the ion implantation is performed using the sidewall oxide film shown in FIG. 5, the influence of the film thickness variation can be reduced, so that the variation of the effective channel length defined by the punch-through suppressing layer is suppressed. In addition, it is possible to suppress variations in the amount of overlap between the P + layers 18a and 18b and the gate electrode, and it is possible to further stabilize the transistor characteristics.

【0031】なお、上述した実施例では、Pchトラン
ジスタの製造方法について説明したが、Nchトランジ
スタについても適当なイオン種の注入により同様に製造
することができる。
Although the method of manufacturing the Pch transistor has been described in the above embodiment, the Nch transistor can be manufactured in the same manner by implanting an appropriate ion species.

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

【図1】本発明の第1実施例を示す工程図である。FIG. 1 is a process drawing showing a first embodiment of the present invention.

【図2】BF2 イオンの加速エネルギーに対するしきい
値電圧の変化特性を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing change characteristics of threshold voltage with respect to acceleration energy of BF 2 ions.

【図3】BF2 イオンとボロンイオンを用いた場合のゲ
ート長Lgに対するしきい値電圧の変化特性を示すグラ
フである。
FIG. 3 is a graph showing change characteristics of the threshold voltage with respect to the gate length Lg when BF 2 ions and boron ions are used.

【図4】本発明の第2実施例を示す工程図である。FIG. 4 is a process drawing showing a second embodiment of the present invention.

【図5】従来の製造工程を示す工程図である。FIG. 5 is a process chart showing a conventional manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…単結晶シリコン基板、12…ゲート絶縁膜、13
…ゲート電極、14a、14b…酸化膜、15…リンイ
オンまたはリンを含む化合物イオン、16a、16b…
パンチスルー抑制層、18…BF2 イオン。
11 ... Single crystal silicon substrate, 12 ... Gate insulating film, 13
... Gate electrodes, 14a, 14b ... Oxide film, 15 ... Phosphorus ions or compound ions containing phosphorus, 16a, 16b ...
Punch-through suppressing layer, 18 ... BF 2 ions.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−302433(JP,A) 特開 平3−203243(JP,A) 特開 平6−104277(JP,A) 特開 平3−209836(JP,A) 特開 昭56−161673(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-4-302433 (JP, A) JP-A-3-203243 (JP, A) JP-A-6-104277 (JP, A) JP-A-3- 209836 (JP, A) JP-A-56-161673 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29/78

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板にゲート絶縁膜を介してゲー
ト電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の表面および前記半導体基板の表面に
前記ゲート電極の表面の絶縁膜の方が前記半導体基板の
表面の絶縁膜より厚くなるように、絶縁膜を形成する工
程と、 前記ゲート電極の側表面に形成された絶縁膜を基準とし
斜め方向からイオン注入して、前記半導体基板内にパン
チスルー抑制層を形成する工程と、 前記ゲート電極および前記ゲート電極の側表面に形成さ
れた絶縁膜をマスクとして、前記半導体基板表面に垂直
方向からソース、ドレインを形成するためのイオンとし
て2フッ化ボロンイオンを注入する工程と、熱処理により前記 注入されたイオンを活性化してソー
ス、ドレインを形成する工程とを備え 前記2フッ化ボロンイオンの注入を、前記熱処理時にボ
ロンの異常拡散により前記ゲート電極中に注入されたボ
ロン原子が前記ゲート絶縁膜を突き抜けてチャネル領域
に達しないようにする加速電圧にて行う ことを特徴とす
るMISトランジスタの製造方法。
1. A step of forming a gate electrode on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a step of forming a gate electrode on a surface of the gate electrode and a surface of the semiconductor substrate .
The insulating film on the surface of the gate electrode is more
A step of forming an insulating film so as to be thicker than the surface insulating film ; and ion-implanting obliquely with reference to the insulating film formed on the side surface of the gate electrode to form a punch-through suppressing layer in the semiconductor substrate. forming a said as a mask the insulating film formed on the side surface of the gate electrode and the gate electrode, and a source, the ion for forming the drain from the vertical direction to the semiconductor substrate surface
Implanting boron difluoride ions Te, source by activating the implanted ions by heat treatment, and forming a drain, the injection of the boron difluoride ions, ball during the heat treatment
Of boron implanted in the gate electrode due to abnormal diffusion of boron.
Ron atoms penetrate through the gate insulating film and channel region
A method for manufacturing a MIS transistor, characterized in that the MIS transistor is performed at an accelerating voltage so as not to exceed
【請求項2】 前記ゲート電極の表面の絶縁膜を、前記
ボロンのイオン注入の飛程を表すプロジェクティドレン
ジRp以上とすることを特徴とする請求項1に記載のM
ISトランジスタの製造方法。
2. The insulating film on the surface of the gate electrode is
Project drain showing the range of boron ion implantation
Di Rp or more , M according to claim 1, characterized in that
Method of manufacturing IS transistor.
【請求項3】 前記半導体基板は単結晶シリコン基板で
あり、前記ゲート電極は多結晶シリコンで構成されたも
のであって、前記絶縁膜を形成する工程は、熱酸化によ
り前記ゲート電極および前記単結晶シリコン基板のそれ
ぞれの表面に同時に酸化膜を形成する工程であることを
特徴とする請求項1または2に記載のMISトランジス
タの製造方法。
3. The semiconductor substrate is a single crystal silicon substrate, the gate electrode is made of polycrystalline silicon, and the step of forming the insulating film includes the step of forming the insulating film by thermal oxidation. 3. The method of manufacturing a MIS transistor according to claim 1, which is a step of simultaneously forming an oxide film on each surface of the crystalline silicon substrate.
【請求項4】 前記パンチスルー抑制層を形成するため
のイオンは、リンイオンまたはリンを含む化合物イオ
ン、あるいはボロンイオンまたはボロンを含む化合物イ
オンであることを特徴とする請求項1乃至のいずれか
1つに記載のMISトランジスタの製造方法。
4. ions for forming the punch-through suppression layer may be any of claims 1 to 3, characterized in that a compound ions or compound ions containing boron ions or boron, including phosphorus or phosphorus 1. A method of manufacturing a MIS transistor according to one.
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