JP3413990B2 - Manufacturing method of stacked diffusion layer type MIS semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of stacked diffusion layer type MIS semiconductor device

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JP3413990B2
JP3413990B2 JP24857494A JP24857494A JP3413990B2 JP 3413990 B2 JP3413990 B2 JP 3413990B2 JP 24857494 A JP24857494 A JP 24857494A JP 24857494 A JP24857494 A JP 24857494A JP 3413990 B2 JP3413990 B2 JP 3413990B2
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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】この発明は、積み上げ拡散層型M
IS半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to a stacked diffusion layer type M.
The present invention relates to a method for manufacturing an IS semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図10〜図16は、従来の積み上げ拡散
層型MIS半導体装置の製造方法の一例を工程順に示す
断面図である。
10 to 16 are sectional views showing an example of a method of manufacturing a conventional stacked diffusion layer type MIS semiconductor device in the order of steps.

【0003】この従来の積み上げ拡散層型MIS半導体
装置の製造方法によれば、図10に示すように、まず、
半導体基板101の表面を選択的に酸化することにより
選択酸化膜(フィールド絶縁膜)102を形成して素子
間分離を行った後、この半導体基板1上に不純物がドー
プされた半導体層から成る積み上げ拡散層103および
層間絶縁膜としても機能する絶縁膜から成るオフセット
層104を順次形成する。
According to this conventional method of manufacturing a stacked diffusion layer type MIS semiconductor device, as shown in FIG.
After selectively oxidizing the surface of the semiconductor substrate 101 to form a selective oxide film (field insulating film) 102 for element isolation, the semiconductor substrate 1 is stacked with an impurity-doped semiconductor layer. An offset layer 104 made of an insulating film that also functions as a diffusion layer 103 and an interlayer insulating film is sequentially formed.

【0004】次に、図11に示すように、オフセット層
104上に所定形状のレジストパターン105を形成し
た後、このレジストパターン105をマスクとしてオフ
セット層104および積み上げ拡散層103を選択的に
エッチングする。ここで、このエッチングは、積み上げ
拡散層103がその厚さ方向に完全にエッチングされる
ようにするために、オーバーエッチング気味に行う。符
号106はこのエッチングによりゲート電極を形成すべ
き部分に形成された凹部を示す。
Next, as shown in FIG. 11, after forming a resist pattern 105 having a predetermined shape on the offset layer 104, the offset layer 104 and the stacked diffusion layer 103 are selectively etched by using the resist pattern 105 as a mask. . Here, this etching is performed with a slight overetching so that the stacked diffusion layer 103 is completely etched in the thickness direction thereof. Reference numeral 106 indicates a recess formed in the portion where the gate electrode is to be formed by this etching.

【0005】次に、レジストパターン105を除去した
後、図12に示すように、サイドウォールスペーサ形成
用絶縁膜107をCVD法により全面に形成する。
Next, after removing the resist pattern 105, an insulating film 107 for forming a sidewall spacer is formed on the entire surface by a CVD method, as shown in FIG.

【0006】次に、図13に示すように、サイドウォー
ルスペーサ形成用絶縁膜107を反応性イオンエッチン
グ(RIE)法により基板表面に対して垂直方向にエッ
チングして凹部106の側面にサイドウォールスペーサ
108を形成する。ここで、(凹部106の幅)−2×
(サイドウォールスペーサ108の幅)がゲート長に相
当する。
Next, as shown in FIG. 13, the side wall spacer forming insulating film 107 is etched in a direction perpendicular to the substrate surface by a reactive ion etching (RIE) method to form a side wall spacer on the side surface of the recess 106. 108 is formed. Here, (width of recess 106) -2 ×
(Width of sidewall spacer 108) corresponds to the gate length.

【0007】次に、図14に示すように、積み上げ拡散
層103、オフセット層104およびサイドウォールス
ペーサ108をマスクとして半導体基板1の表面に対し
てほぼ垂直な方向からこの半導体基板1中に不純物10
9のイオン注入を行うことにより、凹部106における
サイドウォールスペーサ108により覆われた部分を除
く半導体基板1の表面部の不純物濃度を所望のしきい値
電圧Vthが得られるような値に設定する。
Next, as shown in FIG. 14, impurities 10 are formed in the semiconductor substrate 1 from a direction substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1 by using the stacked diffusion layer 103, the offset layer 104 and the sidewall spacers 108 as a mask.
By performing the ion implantation of No. 9, the impurity concentration of the surface portion of the semiconductor substrate 1 excluding the portion covered by the sidewall spacers 108 in the concave portion 106 is set to a value such that a desired threshold voltage V th can be obtained. .

【0008】次に、図15に示すように、凹部106に
おけるサイドウォールスペーサ108により覆われた部
分を除く半導体基板1の表面部を熱酸化することにより
ゲート絶縁膜110を形成した後、このゲート絶縁膜1
10上にゲート電極111を形成する。次に、熱処理を
行うことにより積み上げ拡散層103中の不純物を半導
体基板101中に拡散させてソース領域112およびド
レイン領域113を形成する。これらのゲート電極11
1、ソース領域112およびドレイン領域113により
MISトランジスタが構成される。この後、全面に層間
絶縁膜114を形成する。
Next, as shown in FIG. 15, a gate insulating film 110 is formed by thermally oxidizing the surface portion of the semiconductor substrate 1 excluding the portion covered by the sidewall spacers 108 in the concave portion 106, and then the gate insulating film 110 is formed. Insulation film 1
A gate electrode 111 is formed on 10. Next, heat treatment is performed to diffuse the impurities in the stacked diffusion layer 103 into the semiconductor substrate 101 to form the source region 112 and the drain region 113. These gate electrodes 11
1, the source region 112 and the drain region 113 form a MIS transistor. After that, the interlayer insulating film 114 is formed on the entire surface.

【0009】なお、上記MISトランジスタがnチャネ
ルMISトランジスタである場合には、半導体基板10
1は例えばp型、ソース領域112およびドレイン領域
113は例えばn+ 型であり、このときの積み上げ拡散
層103中の不純物はn型不純物である。また、上記M
ISトランジスタがpチャネルMISトランジスタであ
る場合には、半導体基板101は例えばn型、ソース領
域112およびドレイン領域113は例えばp+ 型であ
り、このときの積み上げ拡散層103中の不純物はp型
不純物である。
When the MIS transistor is an n-channel MIS transistor, the semiconductor substrate 10
1 is, for example, p-type, and the source region 112 and the drain region 113 are, for example, n + -type, and the impurities in the stacked diffusion layer 103 at this time are n-type impurities. Also, the above M
When the IS transistor is a p-channel MIS transistor, the semiconductor substrate 101 is, for example, n-type, the source region 112 and the drain region 113 are, for example, p + -type, and the impurities in the stacked diffusion layer 103 at this time are p-type impurities. Is.

【0010】次に、図16に示すように、層間絶縁膜1
14およびオフセット層104の所定部分を順次エッチ
ング除去することによりコンタクトホール115、11
6を形成した後、これらのコンタクトホール115、1
16を通じて積み上げ拡散層103に接続された配線1
17、118を形成する。以上により、目的とする積み
上げ拡散層型MIS半導体装置が製造される。
Next, as shown in FIG. 16, the interlayer insulating film 1
14 and a predetermined portion of the offset layer 104 are sequentially removed by etching to remove the contact holes 115, 11
After forming 6, the contact holes 115, 1
Wiring 1 connected to stacked diffusion layer 103 through 16
17 and 118 are formed. As described above, the intended stacked diffusion layer type MIS semiconductor device is manufactured.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の製造方法により製造された積み上げ拡散層型MI
S半導体装置においては、MISトランジスタのVth調
節用のイオン注入によって形成される不純物109の注
入領域が、いかなるゲート長を有するMISトランジス
タに対しても同一に形成されるため、レジストパターン
105(図11)の寸法のばらつきやサイドウォールス
ペーサ108(図13)を形成する際の加工のばらつき
などによるゲート長のばらつきに起因する個々のMIS
トランジスタ間でのVthのばらつきが問題となる。特
に、ゲート長が短くなるばらつきの場合には、短チャネ
ル効果によってVthの低下が生じ、オフ時の洩れ電流の
増加やそれに伴う消費電力の増加、あるいは、各種の記
憶回路におけるデータ保持特性の劣化を引き起こすとい
う問題があった。
However, the stacked diffusion layer type MI manufactured by the above-described conventional manufacturing method.
In the S semiconductor device, the implantation region of the impurity 109 formed by the ion implantation for adjusting the V th of the MIS transistor is formed in the same manner for the MIS transistor having any gate length. 11) Individual MISs caused by variations in gate length due to variations in dimensions and variations in processing when forming the sidewall spacers 108 (FIG. 13).
The variation in V th between transistors becomes a problem. In particular, in the case of variations in which the gate length is shortened, V th is reduced due to the short channel effect, which increases the leakage current at the time of turning off and the power consumption accompanying it, or the data retention characteristics of various memory circuits. There was a problem of causing deterioration.

【0012】したがって、この発明の目的は、MISト
ランジスタのゲート長のばらつきによるしきい値電圧V
thの低下を防止し、それによってオフ時の洩れ電流の低
減による低消費電力化や各種の記憶回路などにおける動
作特性の確保を容易にし、製造歩留まりの向上を図るこ
とができる積み上げ拡散層型MIS半導体装置の製造方
法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a threshold voltage V due to variations in the gate length of MIS transistors.
A stacked diffusion layer type MIS capable of preventing a decrease in th , facilitating lowering of power consumption due to reduction of leakage current at the time of off and ensuring of operating characteristics in various memory circuits, and improvement of manufacturing yield. It is to provide a method for manufacturing a semiconductor device.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、半導体基板(1)上に積み上げ拡散層
(3)およびこの積み上げ拡散層(3)を覆うオフセッ
ト層(4)を順次形成する工程と、積み上げ拡散層
(3)およびオフセット層(4)のうちの少なくともゲ
ート電極(12)を形成すべき部分を除去して凹部
(6)を形成する工程と、凹部(6)の側面にサイドウ
ォールスペーサ(8)を形成する工程と、積み上げ拡散
層(3)、オフセット層(4)およびサイドウォールス
ペーサ(8)をマスクとして半導体基板(1)中にMI
Sトランジスタのしきい値電圧調節用のイオン注入を行
う工程と、凹部(6)におけるサイドウォールスペーサ
(8)により覆われた部分を除く半導体基板(1)上に
ゲート絶縁膜(11)を形成する工程と、ゲート絶縁膜
(11)上にゲート電極(12)を形成する工程と、積
み上げ拡散層(3)中の不純物を半導体基板(1)中に
拡散させてソース領域(13)およびドレイン領域(1
4)を形成する工程とを有する積み上げ拡散層型MIS
半導体装置の製造方法において、しきい値電圧調節用の
イオン注入が、半導体基板(1)の表面に対してほぼ垂
直な方向から行われるしきい値電圧を高くする第1の不
純物を用いた第1のイオン注入および半導体基板(1)
の表面の法線に対して少なくとも0度よりも大きな角度
をなす方向から行われるしきい値電圧を低くする第2の
不純物を用いた第2のイオン注入から成ることを特徴と
するものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a stacked diffusion layer (3) and an offset layer (4) covering the stacked diffusion layer (3) on a semiconductor substrate (1). A step of sequentially forming, a step of removing at least a portion of the stacked diffusion layer (3) and the offset layer (4) where the gate electrode (12) is to be formed to form a recess (6), and a recess (6) Forming a sidewall spacer (8) on the side surface of the semiconductor substrate (1) and using the stacked diffusion layer (3), the offset layer (4), and the sidewall spacer (8) as a mask in the MI substrate.
Step of performing ion implantation for adjusting the threshold voltage of the S-transistor, and forming a gate insulating film (11) on the semiconductor substrate (1) excluding the portion covered with the sidewall spacer (8) in the recess (6) And a step of forming a gate electrode (12) on the gate insulating film (11), and impurities in the stacked diffusion layer (3) are diffused into the semiconductor substrate (1) to form a source region (13) and a drain. Area (1
4) Stacked diffusion layer type MIS having a step of forming
In a method of manufacturing a semiconductor device, ion implantation for adjusting a threshold voltage is performed from a direction substantially perpendicular to a surface of a semiconductor substrate (1) using a first impurity for increasing a threshold voltage. Ion implantation and semiconductor substrate (1)
Second ion implantation using a second impurity for lowering the threshold voltage, which is performed from a direction forming an angle greater than 0 degree with respect to the surface normal. .

【0014】この発明においては、第1のイオン注入お
よび第2のイオン注入は、第1の不純物の注入領域の一
端と第2の不純物の注入領域の一端との間の間隔をδ、
第1の不純物および第2の不純物の注入領域のしきい値
電圧をVthL 、第1の不純物の注入領域のしきい値電圧
をVthH とし、MISトランジスタのゲート長LがΔL
だけ短くなるときに生じる短チャネル効果によるしきい
値電圧の低下の効果を−K・ΔLで表したとき、第1の
不純物および第2の不純物から成る不純物分布が K=−2δ(VthH −VthL )/L(L−ΔL) を満たす条件で行われる。
In the present invention, in the first ion implantation and the second ion implantation, the distance between one end of the first impurity implantation region and one end of the second impurity implantation region is δ,
The threshold voltage of the first impurity and second impurity implanted regions is V thL , the threshold voltage of the first impurity implanted region is V thH, and the gate length L of the MIS transistor is ΔL.
When the effect of the lowering of the threshold voltage due to the short channel effect that occurs when it is shortened by −K · ΔL is expressed, the impurity distribution of the first impurity and the second impurity is K = −2δ (V thH − V thL ) / L (L-ΔL) is satisfied.

【0015】この発明において、第1の不純物および第
2の不純物は互いに伝導型が異なるものであり、例え
ば、第1の不純物がp型不純物である場合には、第2の
不純物はn型不純物である。
In the present invention, the first impurity and the second impurity have different conductivity types from each other. For example, when the first impurity is a p-type impurity, the second impurity is an n-type impurity. Is.

【0016】[0016]

【作用】上述のように構成されたこの発明による積み上
げ拡散層型MIS半導体装置の製造方法によれば、しき
い値電圧調節用のイオン注入が、半導体基板(1)の表
面に対してほぼ垂直な方向から行われるしきい値電圧を
高くする第1の不純物を用いた第1のイオン注入および
半導体基板(1)の表面の法線に対して少なくとも0度
よりも大きな角度をなす方向から行われるしきい値電圧
を低くする第2の不純物を用いた第2のイオン注入から
成るので、以下の理由により、MISトランジスタのゲ
ート長に依存しない均一なしきい値電圧を得ることがで
きる。
According to the method of manufacturing the stacked diffusion layer type MIS semiconductor device of the present invention configured as described above, the ion implantation for adjusting the threshold voltage is substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate (1). First ion implantation using a first impurity for increasing the threshold voltage and a direction forming an angle of at least greater than 0 degree with respect to a normal line of the surface of the semiconductor substrate (1). Since the second ion implantation using the second impurity for lowering the threshold voltage is applied, a uniform threshold voltage independent of the gate length of the MIS transistor can be obtained for the following reason.

【0017】すなわち、いま、図1に示すように、積み
上げ拡散層型MIS半導体装置の製造においてしきい値
電圧調節用のイオン注入を行う直前の状態を考える。図
1において、符号51は半導体基板、52は積み上げ拡
散層、53はオフセット層、54は凹部、55はサイド
ウォールスペーサを示す。この図1に示す構造に対し
て、積み上げ拡散層52、オフセット層53およびサイ
ドウォールスペーサ55をマスクとして、まず、半導体
基板51の表面に対してほぼ垂直な方向からしきい値電
圧Vthを高くする第1の不純物56を用いた第1のイオ
ン注入を行う。次に、積み上げ拡散層52、オフセット
層53およびサイドウォールスペーサ54をマスクとし
て、半導体基板51の表面の法線に対して少なくとも0
度よりも大きな角度をなす方向、すなわち半導体基板5
1の表面の法線に対して傾斜した方向からVthを低くす
る第2の不純物57を用いた第2のイオン注入を行う。
That is, now, as shown in FIG. 1, let us consider a state immediately before ion implantation for adjusting a threshold voltage in manufacturing a stacked diffusion layer type MIS semiconductor device. In FIG. 1, reference numeral 51 is a semiconductor substrate, 52 is a stacked diffusion layer, 53 is an offset layer, 54 is a recess, and 55 is a sidewall spacer. With respect to the structure shown in FIG. 1, the threshold voltage V th is first increased from the direction substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 51 by using the stacked diffusion layer 52, the offset layer 53 and the sidewall spacer 55 as a mask. First ion implantation using the first impurity 56 is performed. Next, using the stacked diffusion layer 52, the offset layer 53, and the sidewall spacers 54 as a mask, at least 0 with respect to the normal to the surface of the semiconductor substrate 51.
Direction that forms an angle larger than the degree, that is, the semiconductor substrate 5
Second ion implantation using the second impurity 57 that lowers V th is performed from the direction inclined with respect to the normal line to the surface of No. 1.

【0018】このとき、サイドウォールスペーサ55に
より覆われた部分を除く半導体基板1の表面部の第1の
不純物56および第2の不純物57がともに注入された
領域においては、低いVthの値(VthL )を有する不純
物分布が形成される。また、サイドウォールスペーサ5
5により覆われた部分を除く半導体基板1の表面部の斜
めイオン注入によるシャドウ効果のために第1の不純物
56だけが注入された領域においては、高いしきい値電
圧Vthの値(VthH )を有する不純物分布が形成され
る。
At this time, in the region of the surface portion of the semiconductor substrate 1 excluding the portion covered by the sidewall spacer 55, into which both the first impurity 56 and the second impurity 57 are implanted, a low V th value ( An impurity distribution having V thL ) is formed. In addition, the sidewall spacer 5
In the region where only the first impurity 56 is implanted due to the shadow effect due to the oblique ion implantation in the surface portion of the semiconductor substrate 1 excluding the portion covered by 5, the high threshold voltage V th (V thH An impurity distribution with is formed.

【0019】上述のような不純物分布を有するMISト
ランジスタのVthは、 Vth=VthL +(VthH −VthL )・(2δ/L) (1) で表される。ただし、Lはゲート長、δは第1の不純物
56の注入領域の一端と第2の不純物57の注入領域の
一端との間の間隔である。
The Vth of the MIS transistor having the above-described impurity distribution is expressed by Vth = VthL + ( VthH - VthL ) .multidot. ( 2.delta./L ) (1). Here, L is the gate length, and δ is the distance between one end of the implantation region of the first impurity 56 and one end of the implantation region of the second impurity 57.

【0020】ゲート長に依存しない均一なVthを得るた
めには、 Vth(L−ΔL)−Vth(L) =−K・ΔL+(2δ(VthH −VthL )/L(L−ΔL))・ΔL≡0 (2) であればよい。ここで、−K・ΔLは、ゲート長Lが短
くなるときに生じる短チャネル効果によるVth低下の効
果を表したものである。
In order to obtain a homogeneous V th which is not dependent on the gate length, V th (L-ΔL) -V th (L) = -K · ΔL + (2δ (V thH -V thL) / L (L- ΔL)) · ΔL≡0 (2) Here, −K · ΔL represents the effect of V th reduction due to the short channel effect that occurs when the gate length L becomes shorter.

【0021】(2)式より、第1のイオン注入および第
2のイオン注入の条件(ドーズ量、注入エネルギー、斜
めイオン注入の傾斜角度など)の選定により K=−2δ(VthH −VthL )/L(L−ΔL) (3) を満たすように上述の不純物分布を調節することによ
り、ゲート長Lに依存しない均一なVthを得ることがで
きることがわかる。
From the equation (2), K = −2δ (V thH −V thL ) by selecting the conditions of the first ion implantation and the second ion implantation (dose amount, implantation energy, inclination angle of oblique ion implantation, etc.). ) / L (L-ΔL) (3) By adjusting the above-mentioned impurity distribution, it can be seen that a uniform V th independent of the gate length L can be obtained.

【0022】[0022]

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。なお、実施例の全図において、同
一または対応する部分には同一の符号を付す。図2〜図
9はこの発明の一実施例による積み上げ拡散層型MIS
半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals. 2 to 9 are stacked diffusion layer type MISs according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device in the order of steps.

【0023】この実施例による積み上げ拡散層型MIS
半導体装置の製造方法によれば、図2に示すように、ま
ず、例えばシリコン基板のような半導体基板1の表面を
例えばLOCOS法により選択的に酸化することにより
例えば二酸化シリコン膜から成る選択酸化膜(フィール
ド絶縁膜)2を形成して素子間分離を行った後、この半
導体基板1上に不純物がドープされた例えば多結晶シリ
コン層のような半導体層から成る積み上げ拡散層3およ
び層間絶縁膜としても機能する絶縁膜から成るオフセッ
ト層4を順次形成する。ここで、積み上げ拡散層3を構
成する不純物がドープされた例えば多結晶シリコン層の
ような半導体層は、例えばCVD法により半導体層を形
成した後にこの半導体層中にイオン注入や拡散などによ
り不純物をドープしたり、あるいは、CVD法により半
導体層を形成する際に不純物をドープしたりすることに
より形成される。
Stacked diffusion layer type MIS according to this embodiment
According to the method of manufacturing a semiconductor device, as shown in FIG. 2, first, the surface of a semiconductor substrate 1 such as a silicon substrate is selectively oxidized by, for example, the LOCOS method to form a selective oxide film made of, for example, a silicon dioxide film. After the (field insulating film) 2 is formed and the elements are separated from each other, a stacked diffusion layer 3 and an interlayer insulating film, which are semiconductor layers such as a polycrystalline silicon layer doped with impurities, are formed on the semiconductor substrate 1. The offset layer 4 made of an insulating film that also functions is sequentially formed. Here, the semiconductor layer such as a polycrystalline silicon layer, which is doped with impurities and which constitutes the stacked diffusion layer 3, is doped with impurities by, for example, ion implantation or diffusion after forming the semiconductor layer by the CVD method. It is formed by doping or by doping impurities when the semiconductor layer is formed by the CVD method.

【0024】次に、図3に示すように、オフセット層4
上に所定形状のレジストパターン5を形成した後、この
レジストパターン5をマスクとしてオフセット層4およ
び積み上げ拡散層3を選択的にエッチングする。ここ
で、このエッチングは、積み上げ拡散層3がその厚さ方
向に完全にエッチングされるようにするために、オーバ
ーエッチング気味に行う。符号6はこのエッチングによ
りゲート電極を形成すべき部分に形成された凹部を示
す。
Next, as shown in FIG. 3, the offset layer 4
After forming a resist pattern 5 having a predetermined shape on the upper surface, the offset layer 4 and the stacked diffusion layer 3 are selectively etched using the resist pattern 5 as a mask. Here, this etching is performed with a slight overetching so that the stacked diffusion layers 3 are completely etched in the thickness direction. Reference numeral 6 indicates a recess formed in the portion where the gate electrode is to be formed by this etching.

【0025】次に、レジストパターン5を除去した後、
図4に示すように、サイドウォールスペーサ形成用絶縁
膜7を例えばCVD法により全面に形成する。
Next, after removing the resist pattern 5,
As shown in FIG. 4, the sidewall spacer forming insulating film 7 is formed on the entire surface by, eg, CVD.

【0026】次に、図5に示すように、サイドウォール
スペーサ形成用絶縁膜7を例えばRIE法により基板表
面に対して垂直方向にエッチングして凹部6の側面にサ
イドウォールスペーサ8を形成する。ここで、(凹部6
の幅)−2×(サイドウォールスペーサ8の幅)がゲー
ト長に相当する。ここまでの工程は、すでに説明した従
来の積み上げ拡散層型MIS半導体装置の製造方法にお
ける図10〜図13に示す工程と同様である。
Next, as shown in FIG. 5, the sidewall spacer forming insulating film 7 is etched in the direction perpendicular to the substrate surface by, eg, RIE to form sidewall spacers 8 on the side surfaces of the recesses 6. Here, (recess 6
2 × (width of the sidewall spacer 8) corresponds to the gate length. The steps up to this point are the same as the steps shown in FIGS. 10 to 13 in the manufacturing method of the conventional stacked diffusion layer type MIS semiconductor device described above.

【0027】次に、図6に示すように、積み上げ拡散層
3、オフセット層4およびサイドウォールスペーサ8を
マスクとして半導体基板1の表面に対してほぼ垂直な方
向からこの半導体基板1中にVthを高く設定する不純物
9を用いた第1のイオン注入を行う。ここで、不純物9
としては、具体的には、例えば半導体基板1がシリコン
基板である場合、例えばホウ素(B)が用いられる。
Next, as shown in FIG. 6, the stacked diffusion layer 3, the offset layer 4 and the sidewall spacers 8 are used as masks in the semiconductor substrate 1 from a direction substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1 in the direction V th. The first ion implantation is performed using the impurity 9 that sets the value high. Where impurities 9
Specifically, for example, when the semiconductor substrate 1 is a silicon substrate, boron (B) is used, for example.

【0028】次に、図7に示すように、積み上げ拡散層
3、オフセット層4およびサイドウォールスペーサ8を
マスクとして半導体基板1の表面の法線に対して0度よ
り大きい所定の角度をなす斜め方向からVthを低く設定
する不純物10を用いた第2のイオン注入を行う。この
第2のイオン注入、すなわち斜めイオン注入において
は、積み上げ拡散層3、オフセット層4およびサイドウ
ォールスペーサ8により形成される段差のため、凹部6
におけるサイドウォールスペーサ8により覆われた部分
を除く半導体基板1の表面部に不純物10の注入領域
が、第1のイオン注入による不純物9の注入領域に比べ
て狭く形成される。ここで、不純物10としては、具体
的には、例えば半導体基板1がシリコン基板である場
合、例えばヒ素(As)やリン(P)が用いられる。
Next, as shown in FIG. 7, the stacked diffusion layer 3, the offset layer 4 and the side wall spacers 8 are used as a mask to form an oblique angle greater than 0 degree with respect to the normal line of the surface of the semiconductor substrate 1. The second ion implantation is performed using the impurity 10 that sets V th low in the direction. In the second ion implantation, that is, the oblique ion implantation, the recess 6 is formed due to the step formed by the stacked diffusion layer 3, the offset layer 4, and the sidewall spacer 8.
In the surface portion of the semiconductor substrate 1 excluding the portion covered by the side wall spacers 8 in, the region for implanting the impurity 10 is formed narrower than the region for implanting the impurity 9 by the first ion implantation. Here, as the impurities 10, specifically, when the semiconductor substrate 1 is a silicon substrate, for example, arsenic (As) or phosphorus (P) is used.

【0029】以上の不純物9を用いた第1のイオン注入
および不純物10を用いた第2のイオン注入は、凹部6
におけるサイドウォールスペーサ8により覆われた部分
を除く半導体基板1の表面部に(3)式の条件を満たす
不純物分布が形成される条件(ドーズ量、注入エネルギ
ー、斜めイオン注入の傾斜角度など)で行う。
The first ion implantation using the impurity 9 and the second ion implantation using the impurity 10 are performed in the recess 6
Under the condition that an impurity distribution satisfying the condition of the formula (3) is formed on the surface portion of the semiconductor substrate 1 except the portion covered by the sidewall spacer 8 (dose amount, implantation energy, inclination angle of oblique ion implantation, etc.). To do.

【0030】次に、図8に示すように、凹部6における
サイドウォールスペーサ8により覆われた部分を除く半
導体基板1の表面部を熱酸化することにより例えば二酸
化シリコン膜のようなゲート絶縁膜11を形成した後、
このゲート絶縁膜11上に例えば不純物がドープされた
多結晶シリコン層から成るゲート電極12を形成する。
次に、熱処理を行うことにより積み上げ拡散層3中の不
純物を半導体基板1中に拡散させてソース領域13およ
びドレイン領域14を形成する。これらのゲート電極1
2、ソース領域13およびドレイン領域14によりMI
Sトランジスタが構成される。この後、全面に層間絶縁
膜15を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, the surface portion of the semiconductor substrate 1 excluding the portion covered by the sidewall spacer 8 in the recess 6 is thermally oxidized to form a gate insulating film 11 such as a silicon dioxide film. After forming
A gate electrode 12 made of, for example, a polycrystalline silicon layer doped with impurities is formed on the gate insulating film 11.
Next, heat treatment is performed to diffuse the impurities in the stacked diffusion layer 3 into the semiconductor substrate 1 to form the source region 13 and the drain region 14. These gate electrodes 1
2. Source region 13 and drain region 14 cause MI
An S transistor is formed. After that, the interlayer insulating film 15 is formed on the entire surface.

【0031】なお、上記MISトランジスタがnチャネ
ルMISトランジスタである場合には、半導体基板1は
例えばp型、ソース領域13およびドレイン領域14は
例えばn+ 型であり、このときの積み上げ拡散層3中の
不純物はn型不純物(半導体基板1が例えばシリコン基
板である場合には例えばPやAs)である。また、上記
MISトランジスタがpチャネルMISトランジスタで
ある場合には、半導体基板1は例えばn型、ソース領域
13およびドレイン領域14は例えばp+ 型であり、こ
のときの積み上げ拡散層3中の不純物はp型不純物(半
導体基板1が例えばシリコン基板である場合には例えば
B)である。
When the MIS transistor is an n-channel MIS transistor, the semiconductor substrate 1 is, for example, p-type, and the source region 13 and the drain region 14 are, for example, n + -type. In the stacked diffusion layer 3 at this time. Is an n-type impurity (for example, P or As when the semiconductor substrate 1 is a silicon substrate, for example). When the MIS transistor is a p-channel MIS transistor, the semiconductor substrate 1 is, for example, n-type, the source region 13 and the drain region 14 are, for example, p + type, and the impurities in the stacked diffusion layer 3 at this time are It is a p-type impurity (for example, B when the semiconductor substrate 1 is, for example, a silicon substrate).

【0032】次に、図9に示すように、層間絶縁膜15
およびオフセット層4の所定部分を順次エッチング除去
してコンタクトホール16、17を形成した後、これら
のコンタクトホール16、17を通じて積み上げ拡散層
3に接続された配線18、119を形成する。以上によ
り、目的とする積み上げ拡散層型MIS半導体装置が製
造される。
Next, as shown in FIG. 9, the interlayer insulating film 15 is formed.
Then, predetermined portions of the offset layer 4 are sequentially removed by etching to form the contact holes 16 and 17, and then the wirings 18 and 119 connected to the stacked diffusion layer 3 through the contact holes 16 and 17 are formed. As described above, the intended stacked diffusion layer type MIS semiconductor device is manufactured.

【0033】以上のように、この実施例によれば、Vth
調節用のイオン注入として、Vthを高くする不純物9を
用いた半導体基板1の表面に対してほぼ垂直な方向から
の第1のイオン注入、および、Vthを低くする不純物1
0を用いた半導体基板1の表面の法線に対して斜め方向
からの第2のイオン注入を(3)式が満足されるような
不純物分布が形成される条件で行っていることにより、
ゲート長に依存しない均一なVthを得ることができる。
これによって、ゲート長のばらつきによるVthの低下を
防止し、オフ時の洩れ電流の低減による低消費電力化や
各種の記憶回路などにおける動作特性の確保などを容易
とし、積み上げ拡散層型MIS半導体装置の製造歩留ま
りの大幅な向上を図ることができる。
As described above, according to this embodiment, V th
As the ion implantation for adjustment, the first ion implantation using the impurity 9 for increasing V th from a direction substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1 and the impurity 1 for lowering V th are performed.
By performing the second ion implantation in an oblique direction with respect to the normal line of the surface of the semiconductor substrate 1 using 0, under the condition that the impurity distribution satisfying the expression (3) is formed,
It is possible to obtain a uniform V th that does not depend on the gate length.
This prevents a decrease in V th due to variations in gate length, facilitates lower power consumption due to reduced leakage current at the time of OFF, and secures operating characteristics in various memory circuits. The manufacturing yield of the device can be significantly improved.

【0034】以上、この発明の一実施例について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施例に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。
Although one embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention. .

【0035】例えば、上述の実施例においては、半導体
基板1の表面に対してほぼ垂直な方向からの第1のイオ
ン注入を行った後に半導体基板1の表面の法線に対して
斜め方向からの第2のイオン注入を行っているが、第2
のイオン注入を行った後に第1のイオン注入を行うよう
にしてもよい。
For example, in the above-described embodiment, after the first ion implantation is performed from a direction substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1, it is oblique from the normal to the surface of the semiconductor substrate 1. The second ion implantation is performed, but the second
The first ion implantation may be performed after the ion implantation of.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
しきい値電圧調節用のイオン注入が、半導体基板の表面
に対してほぼ垂直な方向から行われるしきい値電圧を高
くする第1の不純物を用いた第1のイオン注入および半
導体基板の表面の法線に対して少なくとも0度よりも大
きな角度をなす方向から行われるしきい値電圧を低くす
る第2の不純物を用いた第2のイオン注入から成ること
により、MISトランジスタのゲート長のばらつきによ
るしきい値電圧Vthの低下を防止し、それによってオフ
時の洩れ電流の低減による低消費電力化や各種の記憶回
路などにおける動作特性の確保を容易にし、積み上げ拡
散層型MIS半導体装置の製造歩留まりの向上を図るこ
とができる。
As described above, according to the present invention,
The ion implantation for adjusting the threshold voltage is performed from a direction substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. The first ion implantation using the first impurity for increasing the threshold voltage and the surface of the semiconductor substrate are performed. Due to the second ion implantation using the second impurity for lowering the threshold voltage, which is performed from a direction that forms an angle of at least greater than 0 degree with respect to the normal line, variation in the gate length of the MIS transistor may occur. It is possible to prevent the threshold voltage V th from lowering, thereby facilitating the reduction of power consumption due to the reduction of the leakage current at the time of off and the securing of the operating characteristics in various memory circuits, and the manufacture of the stacked diffusion layer type MIS semiconductor device. The yield can be improved.

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

【図1】この発明の原理を説明するための略線図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the principle of the present invention.

【図2】この発明の一実施例による積み上げ拡散層型M
IS半導体装置の製造方法を説明するための断面図であ
る。
FIG. 2 is a stacked diffusion layer type M according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the IS semiconductor device.

【図3】この発明の一実施例による積み上げ拡散層型M
IS半導体装置の製造方法を説明するための断面図であ
る。
FIG. 3 is a stacked diffusion layer type M according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the IS semiconductor device.

【図4】この発明の一実施例による積み上げ拡散層型M
IS半導体装置の製造方法を説明するための断面図であ
る。
FIG. 4 is a stacked diffusion layer type M according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the IS semiconductor device.

【図5】この発明の一実施例による積み上げ拡散層型M
IS半導体装置の製造方法を説明するための断面図であ
る。
FIG. 5 is a stacked diffusion layer type M according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the IS semiconductor device.

【図6】この発明の一実施例による積み上げ拡散層型M
IS半導体装置の製造方法を説明するための断面図であ
る。
FIG. 6 is a stacked diffusion layer type M according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the IS semiconductor device.

【図7】この発明の一実施例による積み上げ拡散層型M
IS半導体装置の製造方法を説明するための断面図であ
る。
FIG. 7 is a stacked diffusion layer type M according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the IS semiconductor device.

【図8】この発明の一実施例による積み上げ拡散層型M
IS半導体装置の製造方法を説明するための断面図であ
る。
FIG. 8 is a stacked diffusion layer type M according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the IS semiconductor device.

【図9】この発明の一実施例による積み上げ拡散層型M
IS半導体装置の製造方法を説明するための断面図であ
る。
FIG. 9 is a stacked diffusion layer type M according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the IS semiconductor device.

【図10】従来の積み上げ拡散層型MIS半導体装置の
製造方法を説明するための断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a conventional stacked diffusion layer type MIS semiconductor device.

【図11】従来の積み上げ拡散層型MIS半導体装置の
製造方法を説明するための断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a conventional stacked diffusion layer type MIS semiconductor device.

【図12】従来の積み上げ拡散層型MIS半導体装置の
製造方法を説明するための断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the conventional stacked diffusion layer type MIS semiconductor device.

【図13】従来の積み上げ拡散層型MIS半導体装置の
製造方法を説明するための断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the conventional stacked diffusion layer type MIS semiconductor device.

【図14】従来の積み上げ拡散層型MIS半導体装置の
製造方法を説明するための断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the conventional stacked diffusion layer type MIS semiconductor device.

【図15】従来の積み上げ拡散層型MIS半導体装置の
製造方法を説明するための断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the conventional stacked diffusion layer type MIS semiconductor device.

【図16】従来の積み上げ拡散層型MIS半導体装置の
製造方法を説明するための断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the conventional stacked diffusion layer type MIS semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 3 積み上げ拡散層 4 オフセット層 8 サイドウォールスペーサ 9、10 不純物 11 ゲート絶縁膜 12 ゲート電極 13 ソース領域 14 ドレイン領域 1 Semiconductor substrate 3 Stacked diffusion layer 4 Offset layer 8 Sidewall spacer 9,10 impurities 11 Gate insulating film 12 Gate electrode 13 Source area 14 drain region

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に積み上げ拡散層およびこ
の積み上げ拡散層を覆うオフセット層を順次形成する工
程と、 上記積み上げ拡散層および上記オフセット層のうちの少
なくともゲート電極を形成すべき部分を除去して凹部を
形成する工程と、 上記凹部の側面にサイドウォールスペーサを形成する工
程と、 上記積み上げ拡散層、上記オフセット層および上記サイ
ドウォールスペーサをマスクとして上記半導体基板中に
MISトランジスタのしきい値電圧調節用のイオン注入
を行う工程と、 上記凹部における上記サイドウォールスペーサにより覆
われた部分を除く上記半導体基板上にゲート絶縁膜を形
成する工程と、 上記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、 上記積み上げ拡散層中の不純物を上記半導体基板中に拡
散させてソース領域およびドレイン領域を形成する工程
とを有する積み上げ拡散層型MIS半導体装置の製造方
法において、 上記しきい値電圧調節用のイオン注入が、上記半導体基
板の表面に対してほぼ垂直な方向から行われるしきい値
電圧を高くする第1の不純物を用いた第1のイオン注入
および上記半導体基板の表面の法線に対して少なくとも
0度よりも大きな角度をなす方向から行われるしきい値
電圧を低くする第2の不純物を用いた第2のイオン注入
から成ることを特徴とする積み上げ拡散層型MIS半導
体装置の製造方法。
1. A step of sequentially forming a stacked diffusion layer and an offset layer covering the stacked diffusion layer on a semiconductor substrate, and removing at least a portion of the stacked diffusion layer and the offset layer where a gate electrode is to be formed. Forming a concave portion, forming a sidewall spacer on a side surface of the concave portion, and using the stacked diffusion layer, the offset layer and the sidewall spacer as a mask, a threshold voltage of a MIS transistor in the semiconductor substrate. A step of performing ion implantation for adjustment, a step of forming a gate insulating film on the semiconductor substrate except a portion of the recess covered with the sidewall spacers, and a step of forming a gate electrode on the gate insulating film. The impurities in the stacked diffusion layer are diffused into the semiconductor substrate to A step of forming a source region and a drain region, wherein the ion implantation for adjusting the threshold voltage is performed from a direction substantially perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. The first ion implantation using the first impurity for increasing the threshold voltage performed and the threshold voltage performed from a direction forming an angle of at least greater than 0 degree with respect to the normal to the surface of the semiconductor substrate. A method of manufacturing a stacked diffusion layer type MIS semiconductor device, which comprises a second ion implantation using a second impurity that lowers the impurity concentration.
【請求項2】 上記第1の不純物の注入領域の一端と上
記第2の不純物の注入領域の一端との間の間隔をδ、上
記第1の不純物および上記第2の不純物の注入領域のし
きい値電圧をVthL 、上記第1の不純物の注入領域のし
きい値電圧をVthH とし、MISトランジスタのゲート
長LがΔLだけ短くなるときに生じる短チャネル効果に
よるしきい値電圧の低下の効果を−K・ΔLで表したと
き、上記第1の不純物および上記第2の不純物から成る
不純物分布が K=−2δ(VthH −VthL )/L(L−ΔL) を満たす条件で上記第1のイオン注入および上記第2の
イオン注入を行うようにしたことを特徴とする請求項1
記載の積み上げ拡散層型MIS半導体装置の製造方法。
2. The distance between the one end of the first impurity implantation region and the one end of the second impurity implantation region is δ, and the distance between the first impurity implantation region and the second impurity implantation region is δ. the threshold voltage V thL, the first threshold voltage of the implantation region of impurity and V thH, the gate length L of the MIS transistor of reduction in the threshold voltage due to the short channel effect that occurs when the shortened by ΔL When the effect is expressed by −K · ΔL, the above condition is satisfied under the condition that the impurity distribution of the first impurity and the second impurity satisfies K = −2δ (V thH −V thL ) / L (L−ΔL). The first ion implantation and the second ion implantation are performed.
A method for manufacturing the stacked diffusion layer type MIS semiconductor device described.
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