JP3425043B2 - Method for manufacturing MIS type semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing MIS type semiconductor device

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JP3425043B2
JP3425043B2 JP23217696A JP23217696A JP3425043B2 JP 3425043 B2 JP3425043 B2 JP 3425043B2 JP 23217696 A JP23217696 A JP 23217696A JP 23217696 A JP23217696 A JP 23217696A JP 3425043 B2 JP3425043 B2 JP 3425043B2
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ゲート電極とソー
ス・ドレイン領域とに同時に不純物を導入して構成され
るMIS型半導体装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MIS type semiconductor device constructed by introducing impurities into a gate electrode and source / drain regions at the same time.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、コンピュータを始めとする電子機
器の高性能化により、半導体集積回路にはますます高集
積、高速、低消費電力などの性能が求められている。こ
れらの半導体集積回路の大部分はMOS(Metal Oxide o
n Semiconductor )型トランジスタと呼ばれる半導体素
子で構成されている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor integrated circuits have been required to have higher performance such as higher integration, higher speed, and lower power consumption due to higher performance of electronic devices such as computers. Most of these semiconductor integrated circuits are MOS (Metal Oxide)
n Semiconductor) type transistor.

【0003】以下、図面を参照しながら、上記従来のM
OS型半導体装置の一例について説明する。
Hereinafter, the above-mentioned conventional M will be described with reference to the drawings.
An example of the OS type semiconductor device will be described.

【0004】図11(a)〜図11(c)は、従来の相
補型MOS(CMOS型)半導体装置(FET)の製造
工程を示す断面図である。
11A to 11C are cross-sectional views showing a manufacturing process of a conventional complementary MOS (CMOS) semiconductor device (FET).

【0005】まず、図11(a)に示すように、nチャ
ネル型MOSトランジスタ形成領域であるp型半導体領
域2a(本従来例では、p型半導体基板1と同じ不純物
濃度の領域)と、pチャネル型MOSトランジスタ形成
領域であるn型半導体領域2b(nウェル)と、p型半
導体領域2a−n型半導体領域2b間を分離する素子分
離領域3とが形成されているp型半導体基板1の上に、
厚みが4〜8nmのゲート酸化膜4と、厚みが100〜
200nmのゲート電極15とを形成する。
First, as shown in FIG. 11A, a p-type semiconductor region 2a (a region having the same impurity concentration as that of the p-type semiconductor substrate 1 in this conventional example), which is an n-channel MOS transistor forming region, is formed. A p-type semiconductor substrate 1 in which an n-type semiconductor region 2b (n-well) that is a channel-type MOS transistor formation region and an element isolation region 3 that isolates the p-type semiconductor region 2a and the n-type semiconductor region 2b are formed. above,
The gate oxide film 4 having a thickness of 4 to 8 nm and the thickness of 100 to
A 200 nm gate electrode 15 is formed.

【0006】次に、図11(b)に示すように、nチャ
ネル型MOSトランジスタのゲート電極15と、p型半
導体領域2a内のゲート電極15の両側方に位置する領
域18とに砒素イオン(As+ )を注入する。注入条件
は、例えば加速エネルギーが30〜60KeV、注入量
が6〜8×1015cm-2である。一方、pチャネル型M
OSトランジスタのゲート電極15と、n型半導体領域
2b内のゲート電極15の両側方に位置する領域19と
にフッ化ホウ素イオン(BF2 +)を注入する。注入条件
は、例えば加速エネルギーが10〜30KeV、注入量
が3〜6×1015cm-2である。
Next, as shown in FIG. 11B, arsenic ions () are formed in the gate electrode 15 of the n-channel MOS transistor and the regions 18 located on both sides of the gate electrode 15 in the p-type semiconductor region 2a. As + ). The implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 30 to 60 KeV and an implantation amount of 6 to 8 × 10 15 cm −2 . On the other hand, p-channel type M
Boron fluoride ions (BF 2 + ) are implanted into the gate electrode 15 of the OS transistor and the regions 19 located on both sides of the gate electrode 15 in the n-type semiconductor region 2b. The implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 10 to 30 KeV and an implantation amount of 3 to 6 × 10 15 cm −2 .

【0007】最後に,図11(c)に示す工程で、10
00℃,10秒間の熱処理(RTA)を行い不純物イオ
ンを活性化する。この熱処理により、nチャネル型MO
Sトランジスタ形成領域においては、ゲート電極15を
低抵抗化してn型ゲート電極15aとし、p型半導体領
域2a中にn型ソース・ドレイン領域18aを形成する
一方、pチャネル型MOSトランジスタ形成領域におい
ては、ゲート電極15を低抵抗化してp型ゲート電極1
5bとし、n型半導体領域2b中にp型ソース・ドレイ
ン領域19aを形成する。
Finally, in the step shown in FIG.
Heat treatment (RTA) is performed at 00 ° C. for 10 seconds to activate the impurity ions. By this heat treatment, n-channel MO
In the S transistor formation region, the resistance of the gate electrode 15 is reduced to form the n-type gate electrode 15a, and the n-type source / drain region 18a is formed in the p-type semiconductor region 2a, while in the p-channel MOS transistor formation region. , P-type gate electrode 1 by reducing the resistance of the gate electrode 15
5b, and p-type source / drain regions 19a are formed in the n-type semiconductor region 2b.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のようなゲート電極とソース・ドレイン領域とに不純
物を同時に注入して形成されるnチャネル型MOSトラ
ンジスタにおいて、以下のような問題があった。
However, the above-mentioned conventional n-channel MOS transistor formed by simultaneously implanting impurities into the gate electrode and the source / drain regions has the following problems.

【0009】問題点(1) nチャネル型MOSトランジスタのドレイン領域18a
において、砒素イオンの注入によって形成される結晶欠
陥のために、ジャンクションにおけるリーク電流が大き
い。
Problem (1) N-channel MOS transistor drain region 18a
In, the leakage current at the junction is large due to the crystal defects formed by the implantation of arsenic ions.

【0010】問題点(2) nチャネル型MOSトランジスタのドレイン領域18a
において、電界が比較的大きくGIDL(Gate Induced
Drain Leakage)電流が大きい。
Problem (2) N-channel MOS transistor drain region 18a
At GIDL (Gate Induced
Drain Leakage) The current is large.

【0011】問題点(3) nチャネル型MOSトランジスタのドレイン領域18a
において、プロファイルが急峻なのでジャンクションの
寄生容量が大きくなる。
Problem (3) N-channel MOS transistor drain region 18a
At, since the profile is steep, the parasitic capacitance of the junction becomes large.

【0012】問題点(4) nチャネル型MOSトランジスタのドレイン領域18a
付近の電界が大きく、キャリアがインパクトイオン化を
起こしやすい。そのために、MOS型トランジスタのド
レイン電流が減小したり、MOS型トランジスタのしき
い値が変動するなどの経時劣化が大きい。つまり、信頼
性が低い。
Problem (4) N-channel MOS transistor drain region 18a
The electric field in the vicinity is large, and the carriers easily cause impact ionization. As a result, the drain current of the MOS type transistor is reduced, and the threshold value of the MOS type transistor is greatly changed. That is, the reliability is low.

【0013】また、CMOS型トランジスタにおいて
は、さらに下記の問題点(5),(6)が生じる。
Further, the following problems (5) and (6) occur in the CMOS type transistor.

【0014】問題点(5) 砒素の拡散係数とホウ素の拡散係数の差によって、pチ
ャネル型MOSトランジスタの実効チャネル長がnチャ
ネル型MOSトランジスタの実効チャネル長よりも短く
なり過ぎ、性能面で両トランジスタのバランスが悪化す
る。
Problem (5) Due to the difference between the diffusion coefficient of arsenic and the diffusion coefficient of boron, the effective channel length of the p-channel type MOS transistor becomes too shorter than the effective channel length of the n-channel type MOS transistor. The transistor balance deteriorates.

【0015】問題点(6) nチャネル型MOSトランジスタのゲート電極15aの
空乏化とpチャネル型MOSトランジスタのゲート電極
15bのホウ素イオンの突き抜けを同時に抑制できな
い。つまり、RTAのような短時間の熱処理(例えば1
000℃,10秒)を行うと、nチャネル型MOSトラ
ンジスタのゲート電極15a中の砒素イオンの活性化が
不十分で空乏化を起こし、駆動力が低下する虞れがあ
る。その一方、長時間の熱処理(例えば900℃,30
分)を行うと、pチャネル型MOSトランジスタのゲー
ト電極15b中のホウ素イオンがチャネル領域に拡散し
デバイスの特性を劣化させる虞れがある。
Problem (6) The depletion of the gate electrode 15a of the n-channel MOS transistor and the penetration of boron ions into the gate electrode 15b of the p-channel MOS transistor cannot be suppressed at the same time. That is, a short time heat treatment such as RTA (for example, 1
(000 ° C., 10 seconds), the activation of arsenic ions in the gate electrode 15a of the n-channel MOS transistor is insufficient and depletion occurs, which may reduce the driving force. On the other hand, long-term heat treatment (eg 900 ° C, 30
If this is done, the boron ions in the gate electrode 15b of the p-channel MOS transistor may diffuse into the channel region and deteriorate the characteristics of the device.

【0016】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、不純物イオンをゲート電極とソー
ス・ドレイン領域とに同時に注入して形成されるMIS
型トランジスタにおいて、寄生容量の低減による動作速
度の向上と、リーク電流の低減と,信頼性の向上とを図
ることにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to form an MIS formed by implanting impurity ions into a gate electrode and a source / drain region at the same time.
Type transistor, it is intended to improve the operating speed by reducing the parasitic capacitance, reduce the leak current, and improve the reliability.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明が講じた手段は、ゲート電極の両側面上にチ
ャネル調整用サイドウォールを予め形成してから、ゲー
ト電極とソース・ドレイン領域への燐イオンの同時注入
を行うことにある。
In order to achieve the above object, the means taken by the present invention is to form a channel adjusting sidewall on both side surfaces of a gate electrode in advance, and then to form the gate electrode and the source / drain. The purpose is to perform simultaneous implantation of phosphorus ions into the region.

【0018】具体的には、本発明のMIS型半導体装置
の製造方法は、半導体基板上のnチャネル型MISトラ
ンジスタ形成領域の上にゲート絶縁膜を形成する第1の
工程と、上記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する第
2の工程と、上記ゲート電極の両側面上にチャネル調整
用サイドウォールを形成する第3の工程と、上記nチャ
ネル型MISトランジスタ形成領域において、上記チャ
ネル調整用サイドウォールをマスクとして上記ゲート電
極及び上記半導体基板の内部に燐イオンを注入する第4
の工程と、熱処理により上記燐イオンを拡散,活性化さ
せて、上記ゲート電極を低抵抗のn型ゲート電極とする
とともに上記半導体基板内の上記n型ゲート電極の両側
方に位置する領域にn型ソース・ドレイン領域を形成す
る第5の工程とを備え、上記第3の工程は、上記半導体
基板とゲート電極との露出した部分を酸化して、全面上
に酸化膜を形成する工程と、異方性エッチングにより上
記酸化膜をエッチバックし、上記ゲート電極の両側面上
に上記酸化膜の一部をチャネル調整用サイドウォールと
して残置させる工程とを含む
[0018] Specifically, the manufacturing method of the M IS-type semiconductor device of the present invention includes a first step of forming a gate insulating film on the n-channel type MIS transistor formation region on a semiconductor substrate, the gate insulating A second step of forming a gate electrode on the film; a third step of forming a channel adjusting sidewall on both side surfaces of the gate electrode; and a step of adjusting the channel in the n-channel MIS transistor forming region. Fourth implantation of phosphorus ions into the gate electrode and the inside of the semiconductor substrate using the sidewall as a mask
And the heat treatment to diffuse and activate the phosphorus ions to form the gate electrode as a low-resistance n-type gate electrode and to form n regions in the semiconductor substrate on both sides of the n-type gate electrode. A fifth step of forming a mold source / drain region , wherein the third step is the semiconductor step.
The exposed part of the substrate and gate electrode is oxidized to
The process of forming an oxide film on the
Etch back the oxide film, and on both sides of the gate electrode
Part of the oxide film is used as a channel adjustment sidewall.
And leaving them to remain .

【0019】この方法により、nチャネルMISトラン
ジスタのソース・ドレイン領域が、砒素イオンよりもイ
オン半径の小さい燐イオンを導入して形成されているた
めに、結晶欠陥が少なくなり、ジャンクションにおける
リーク電流が低減される。また、燐イオンのソース・ド
レイン領域における濃度分布がなだらかとなるので、ド
レイン領域における電界は小さくなり、GIDL電流が
低減される。さらに、ソース・ドレイン領域が深くなる
ので、空乏層の幅が増大し、寄生容量が低減される。ま
た、電界のドレイン領域近傍への集中が緩和され、ホッ
トキャリアの発生に起因する特性の劣化を有効に防止で
きる。さらに、ゲート電極の両側にチャネル調整用サイ
ドウォールが設けられているので、ゲート電極とドレイ
ン領域とのオーバーラップ量が大きくなることはなく、
ゲート・ドレイン間容量が低減される。すなわち、上述
の問題点(1)〜(4)が解消する。また、膜厚の制御
性のよい酸化法により、かつゲート電極の側部の酸化に
よりチャネル調整用サイドウォールが形成されるので、
ゲート容量とゲート・ドレイン間容量とが低減し、回路
動作が高速化される。また、チャネル調整用サイドウォ
ールの幅を極めて薄くすることが可能となり、フォトリ
ソグラフィーの精度で決定されるゲート長の限界以上に
微細なゲート長を有するMISトランジスタの形成が可
能となる。
According to this method, since the source / drain regions of the n-channel MIS transistor are formed by introducing phosphorus ions having an ion radius smaller than that of arsenic ions, crystal defects are reduced and a leak current at the junction is reduced. Will be reduced. Further, since the concentration distribution of phosphorus ions in the source / drain region becomes gentle, the electric field in the drain region becomes small, and the GIDL current is reduced. Furthermore, since the source / drain regions are deepened, the width of the depletion layer is increased and the parasitic capacitance is reduced. Further, the concentration of the electric field in the vicinity of the drain region is relaxed, and the characteristic deterioration due to the generation of hot carriers can be effectively prevented. Furthermore, since the channel adjusting sidewalls are provided on both sides of the gate electrode, the amount of overlap between the gate electrode and the drain region does not increase,
The gate-drain capacitance is reduced. That is, the above problems (1) to (4) are solved. Also, control of film thickness
Oxidation method with good properties and for oxidation of the side of the gate electrode
Since the channel adjustment sidewall is formed,
The gate capacitance and the capacitance between the gate and drain are reduced,
The operation is speeded up. In addition, the channel adjustment side wall
The width of the tool can be made extremely thin,
Exceeding the gate length limit determined by the accuracy of sography
Allows formation of MIS transistors with fine gate length
It becomes Noh.

【0020】記第4の工程では、低濃度の燐イオンを
注入し、上記第4の工程の後かつ上記第5の工程の前
に、上記チャネル調整用サイドウォールの上にLDD用
サイドウォールを形成する工程と、上記LDD用サイド
ウォールをマスクとして上記ゲート電極及び上記半導体
基板の内部に高濃度の燐イオンを注入する工程とをさら
に備え、上記第5の工程では、上記高濃度の燐イオンを
拡散,活性化させて、上記半導体基板内の上記n型ソー
ス・ドレイン領域の外側にn型高濃度ソース・ドレイン
領域を形成することができる。
[0020] In the above SL fourth step, a low concentration of phosphorus ions are implanted in, the fourth and before the fifth step after step, LDD sidewall on said channel adjustment sidewall And a step of implanting high-concentration phosphorus ions into the inside of the gate electrode and the semiconductor substrate by using the LDD sidewall as a mask. In the fifth step, the high-concentration phosphorus ion is formed. Ions can be diffused and activated to form n-type high-concentration source / drain regions outside the n-type source / drain regions in the semiconductor substrate.

【0021】この方法により、nチャネル型MISトラ
ンジスタがいわゆるLDD構造となるので、短チャネル
効果の防止機能の高いかつ微細なnチャネル型MISト
ランジスタの形成が可能となる。
By this method, the n-channel type MIS transistor has a so-called LDD structure, so that it is possible to form a fine n-channel type MIS transistor having a high function of preventing the short channel effect.

【0022】記第1〜第3の工程では、半導体基板上
のpチャネル型MISトランジスタ形成領域の上にも、
上記nチャネル型MISトランジスタ形成領域における
と同様のゲート絶縁膜,ゲート電極及びチャネル調整用
サイドウォールを形成し、上記第3の工程の後上記第5
の工程の前に、上記pチャネル型MISトランジスタ形
成領域において、上記チャネル調整用サイドウォールを
マスクとして上記ゲート電極及び上記半導体基板の内部
にp型不純物イオンを注入する工程をさらに備え、上記
第5の工程では、上記pチャネル型MISトランジスタ
形成領域のゲート電極を低抵抗のp型ゲート電極にする
とともに上記半導体基板内の上記p型ゲート電極の両側
方に位置する領域にp型ソース・ドレイン領域を形成す
ることができる。
[0022] In the above SL first to the third step, also on the p-channel type MIS transistor formation region on a semiconductor substrate,
The same gate insulating film, gate electrode, and channel adjusting sidewall as in the n-channel type MIS transistor formation region are formed, and after the third step, the fifth step is performed.
Before the step of (4), the method further comprises a step of implanting p-type impurity ions into the gate electrode and the inside of the semiconductor substrate in the p-channel type MIS transistor formation region using the channel adjusting sidewall as a mask. In the step of, the gate electrode of the p-channel type MIS transistor formation region is a low-resistance p-type gate electrode, and p-type source / drain regions are formed in regions on both sides of the p-type gate electrode in the semiconductor substrate. Can be formed.

【0023】この方法により、CMIS型半導体装置が
形成されるが、同じ条件下で熱処理を行って不純物イオ
ンを活性化した後も、nチャネル型MISトランジスタ
のソース・ドレイン領域とpチャネル型MISトランジ
スタのソース・ドレイン領域とはほぼ同じ深さや実効チ
ャネル長を有する。したがって、性能面でpチャネル型
MISトランジスタとnチャネル型MISトランジスタ
とのバランスがよくなる。また、n型ゲート電極に燐イ
オンを注入しているので、p型ゲート電極からチャネル
側にp型不純物イオンが突き抜けを起こさない程度の短
時間あるいは低温条件下の熱処理でもnゲート電極が空
乏化することなく、高い駆動力が得られる。すなわち、
上記問題点(5)及び(6)が解消することになる。
According to this method, the CMIS type semiconductor device is formed. Even after the heat treatment is performed under the same conditions to activate the impurity ions, the source / drain regions of the n channel type MIS transistor and the p channel type MIS transistor are formed. The source / drain regions have substantially the same depth and effective channel length. Therefore, in terms of performance, the balance between the p-channel type MIS transistor and the n-channel type MIS transistor is improved. Further, since phosphorus ions are implanted into the n-type gate electrode, the n-gate electrode is depleted even in a heat treatment for a short time or at a low temperature to such an extent that p-type impurity ions do not penetrate from the p-type gate electrode to the channel side. A high driving force can be obtained without That is,
The above problems (5) and (6) will be solved.

【0024】記第4の工程では、低濃度の燐イオンを
注入し、上記p型不純物イオンを注入する工程では、低
濃度のp型不純物イオンを注入し、上記第4の工程及び
p型不純物イオンを注入する工程の後、かつ上記第5の
工程の前に、上記チャネル調整用サイドウォールの側面
上にLDD用サイドウォールを形成する工程と、上記n
チャネル型MISトランジスタ形成領域において、上記
LDD用サイドウォールをマスクとして上記ゲート電極
及び上記半導体基板の内部に高濃度の燐イオンを注入す
る工程と、上記pチャネル型MISトランジスタ形成領
域において、上記LDD用サイドウォールをマスクとし
て上記ゲート電極及び上記半導体基板の内部に高濃度の
p型不純物イオンを注入する工程とをさらに備え、上記
第5の工程では、上記高濃度の燐イオンと上記高濃度の
p型不純物イオンとを拡散,活性化させて、上記n型ソ
ース・ドレイン領域の外側にn型高濃度ソース・ドレイ
ン領域を形成するとともに、上記p型ソース・ドレイン
領域の外側にp型高濃度ソース・ドレイン領域を形成す
ることができる。
[0024] In the above SL fourth step, injecting a low concentration of phosphorus ions, the step of implanting the p-type impurity ions, and implanting low-concentration p-type impurity ions, the fourth step and p-type After the step of implanting the impurity ions and before the fifth step, a step of forming an LDD side wall on the side surface of the channel adjusting side wall;
In the channel type MIS transistor formation region, a step of implanting a high concentration of phosphorus ions into the inside of the gate electrode and the semiconductor substrate using the LDD side wall as a mask, and in the p channel type MIS transistor formation region, the LDD type The method further comprises the step of implanting high-concentration p-type impurity ions into the inside of the gate electrode and the semiconductor substrate using the sidewalls as masks. In the fifth step, the high-concentration phosphorus ions and the high-concentration p-ions are added. Type impurity ions are diffused and activated to form n-type high-concentration source / drain regions outside the n-type source / drain regions, and p-type high-concentration source outside the p-type source / drain regions. -A drain region can be formed.

【0025】この方法により、nチャネル及びpチャネ
ル型MISトランジスタがいわゆるLDD構造となるの
で、短チャネル効果の防止機能の高いかつ微細なMIS
トランジスタの形成が可能となる。
By this method, the n-channel and p-channel type MIS transistors have a so-called LDD structure, so that a fine MIS transistor having a high function of preventing the short channel effect is provided.
It becomes possible to form a transistor.

【0026】[0026]

【0027】[0027]

【0028】[0028]

【0029】[0029]

【0030】[0030]

【0031】[0031]

【0032】[0032]

【0033】[0033]

【0034】[0034]

【0035】[0035]

【0036】[0036]

【0037】[0037]

【0038】[0038]

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態) まず、本発明の第1の実施形態について、図面を参照し
ながら説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0040】図1(a)〜図1(d)は、第1の実施形
態におけるnチャネルMOS型半導体装置の製造工程を
示す断面図である。
1 (a) to 1 (d) are sectional views showing the manufacturing steps of the n-channel MOS type semiconductor device in the first embodiment.

【0041】まず図1(a)に示すように、p型半導体
基板1(本実施形態では、p型半導体領域として機能す
る)の上に厚みが4〜8nmのシリコン酸化膜からなる
ゲート酸化膜4と、厚みが100〜200nmのポリシ
リコン膜からなるゲート電極5とを形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a gate oxide film made of a silicon oxide film having a thickness of 4 to 8 nm is formed on a p-type semiconductor substrate 1 (which functions as a p-type semiconductor region in this embodiment). 4 and a gate electrode 5 made of a polysilicon film having a thickness of 100 to 200 nm are formed.

【0042】次に、図1(b)に示すように、CVD法
によりゲート電極5及びp型半導体基板1の上に厚みが
100〜150nmのシリコン酸化膜9を堆積する。
Next, as shown in FIG. 1B, a silicon oxide film 9 having a thickness of 100 to 150 nm is deposited on the gate electrode 5 and the p-type semiconductor substrate 1 by the CVD method.

【0043】次に、図1(c)に示すように、異方性ド
ライエッチングを行って、シリコン酸化膜9をエッチバ
ックし、ゲート電極5の両側面上にチャネル調整用サイ
ドウォール6を形成する。このチャネル調整用サイドウ
ォール6の厚みは、40〜100nm程度である。
Next, as shown in FIG. 1C, anisotropic dry etching is performed to etch back the silicon oxide film 9 to form channel adjusting sidewalls 6 on both side surfaces of the gate electrode 5. To do. The thickness of the channel adjusting sidewall 6 is about 40 to 100 nm.

【0044】次に、図1(d)に示すように、チャネル
調整用サイドウォール6をマスクとして用いて燐イオン
(P+ )の注入を行い、ゲート電極5と、p型半導体基
板1内のゲート電極5の両側方に位置する領域とに燐イ
オン(P + を導入する。このときの注入条件は、加速
エネルギーが5〜20KeV、注入量が2〜4×1015
cm-2である。さらに、図1(d)に示す状態で、97
5〜1050℃,10秒の条件、あるいは850℃,2
0〜30分の条件による熱処理を行い、不純物イオン
(P+ )を活性化して、ゲート電極5を低抵抗化された
n型ゲート電極5aとするとともに、p型半導体基板1
中にn型ソース・ドレイン領域10aを形成する。n型
ソース・ドレイン領域10aの深さは0.15〜0.2
μm程度である。
Next, as shown in FIG. 1D, phosphorus ions (P +) are implanted using the channel adjusting sidewall 6 as a mask to remove the gate electrode 5 and the p-type semiconductor substrate 1 from each other. Phosphorus ions (P + ) are introduced into the regions located on both sides of the gate electrode 5. The implantation conditions at this time are as follows: acceleration energy is 5 to 20 KeV and implantation amount is 2 to 4 × 10 15.
cm -2 . Further, in the state shown in FIG.
5 to 1050 ° C for 10 seconds, or 850 ° C for 2 seconds
A heat treatment is performed under the condition of 0 to 30 minutes to activate the impurity ions (P +) to form the gate electrode 5 as the n-type gate electrode 5a having a reduced resistance, and the p-type semiconductor substrate 1
An n-type source / drain region 10a is formed therein. The depth of the n-type source / drain region 10a is 0.15 to 0.2.
It is about μm.

【0045】以下の工程は省略するが、層間絶縁膜を介
して何層かの金属配線を形成することで、半導体装置が
形成される。
Although the following steps are omitted, a semiconductor device is formed by forming several layers of metal wiring via an interlayer insulating film.

【0046】以上の工程を経て製造されたnチャネルM
OS型トランジスタは、燐イオンの注入によって形成さ
れたn型ゲート電極5aを有するため、上記従来の砒素
イオンを用いて形成されたn型ゲート電極15a(図1
1(b)参照)と比べてゲート電極の空乏化が起こら
ず、nチャネルMOS型トランジスタの駆動力が高い。
また、上記従来のソース・ドレイン領域は砒素イオンを
注入して形成されているが、砒素イオンは拡散係数が小
さく接合が浅くなるので、ソース・ドレイン領域の寄生
抵抗(シート抵抗)が大きくなる。上記従来の構造によ
って本実施形態と同程度の機能を発揮し得る構造を得よ
うとすると、サイドウォールの直下部に低濃度ソース・
ドレイン領域を形成したいわゆるLDD構造とする必要
がある。そのとき、砒素イオンの注入によって形成され
る低濃度ソース・ドレイン領域の深さは30〜50nm
程度であり、シート抵抗は1KΩ/□程度である。それ
に対し、本実施形態では、燐イオンを用いているので砒
素イオンと比べてソース・ドレイン領域の深さが0.1
5〜0.2μm程度まで大きくなる。したがって、シー
ト抵抗が80〜100Ω/□程度に低減される。
N-channel M manufactured through the above steps
Since the OS-type transistor has the n-type gate electrode 5a formed by implanting phosphorus ions, the n-type gate electrode 15a (FIG. 1) formed using the conventional arsenic ions is used.
1 (b)), depletion of the gate electrode does not occur and the driving power of the n-channel MOS transistor is high.
Further, although the conventional source / drain regions are formed by implanting arsenic ions, since the diffusion coefficient of arsenic ions is small and the junction becomes shallow, the parasitic resistance (sheet resistance) of the source / drain regions becomes large. In order to obtain a structure capable of exhibiting the same function as that of the present embodiment by the above conventional structure, a low concentration source
It is necessary to have a so-called LDD structure in which a drain region is formed. At this time, the depth of the low-concentration source / drain regions formed by implanting arsenic ions is 30 to 50 nm.
The sheet resistance is about 1 KΩ / □. On the other hand, in the present embodiment, since phosphorus ions are used, the depth of the source / drain regions is 0.1 compared to arsenic ions.
It increases to about 5 to 0.2 μm. Therefore, the sheet resistance is reduced to about 80 to 100Ω / □.

【0047】なお、本発明におけるチャネル調整用サイ
ドウォール6がない構造で、本実施形態のごとく拡散距
離の長い燐イオンを用いてn型ソース・ドレイン領域1
0aを形成すると、燐イオンの横方向の拡散距離も長く
なりn型ゲート電極5aの内方に入り込んだn型ソース
・ドレイン領域10aが形成されてしまう。そのため、
nチャネルMOSトランジスタの実効チャネル長が小さ
くなり、ゲート長が小さい領域で特性が劣化し、いわゆ
る短チャネル効果が大きくなる。そのために、従来、ポ
リシリコンゲート電極とn型ソース・ドレイン領域とに
不純物イオンの同時注入を行う場合には、砒素イオンの
注入を行っている。
In the structure without the channel adjusting sidewall 6 of the present invention, the n-type source / drain region 1 is formed by using phosphorus ions having a long diffusion distance as in the present embodiment.
When 0a is formed, the diffusion distance of phosphorus ions in the lateral direction also becomes long, and the n-type source / drain regions 10a that enter the inside of the n-type gate electrode 5a are formed. for that reason,
The effective channel length of the n-channel MOS transistor becomes small, the characteristics deteriorate in the region where the gate length is small, and the so-called short channel effect becomes large. Therefore, conventionally, when simultaneously implanting impurity ions into the polysilicon gate electrode and the n-type source / drain regions, arsenic ions are implanted.

【0048】それに対し、本発明ではチャネル調整用サ
イドウォール6を形成してからn型ソース・ドレイン領
域10a形成のための燐イオンの注入を行うので、実効
チャネル長がゲート長(ポリシリコンの線幅)とほぼ等
しく設定でき、短チャネル効果を抑えることができる。
そして、短チャネル効果を防止しながら、上述した従来
のnチャネルMOSトランジスタにおける問題点(1)
〜(5)を下記のように解決できる。
On the other hand, according to the present invention, since the channel adjusting sidewall 6 is formed and then phosphorus ions are implanted to form the n-type source / drain regions 10a, the effective channel length is the gate length (polysilicon line). The width can be set to be almost equal to the width, and the short channel effect can be suppressed.
Then, while preventing the short channel effect, there is a problem (1) in the above-described conventional n-channel MOS transistor.
~ (5) can be solved as follows.

【0049】−問題点(1)に対して− 図8(a),(b)は、本実施形態による燐イオンを注
入してソース・ドレイン領域を形成した場合と、従来の
方法による砒素イオンを注入してソース・ドレイン領域
を形成した場合とにおける接合リーク電流のデータを示
す。図8(a),(b)を比較するとわかるように、砒
素イオンの注入によるものでは電流値の大きいリーク
(10-8A)の発生頻度が高いが、本実施形態では電流
値の大きいリーク(10-8A)は生じず、10-9A以下
の微小なリークしか生じていない。すなわち、nチャネ
ルMOSトランジスタのn型ソース・ドレイン領域10
aが、砒素イオンよりもイオン半径の小さい燐イオンを
導入して形成されているために、結晶欠陥が少なくな
り、ジャンクションにおけるリーク電流も小さいことが
わかる。
-To the problem (1)-FIGS. 8A and 8B show the case where the source / drain regions are formed by implanting phosphorus ions according to the present embodiment, and the arsenic ions according to the conventional method. Data of junction leakage current in the case of implanting and forming source / drain regions are shown. As can be seen by comparing FIGS. 8A and 8B, the leakage of a large current value (10 −8 A) is high in the implantation of arsenic ions, but in the present embodiment, the leakage of a large current value is high. (10 −8 A) does not occur, and only a minute leak of 10 −9 A or less occurs. That is, the n-type source / drain region 10 of the n-channel MOS transistor
It is understood that since a is formed by introducing phosphorus ions having an ion radius smaller than that of arsenic ions, crystal defects are reduced and the leak current at the junction is also small.

【0050】−問題点(2)に対して− 燐イオンの注入時における濃度分布は砒素イオンの注入
時における濃度分布ほど急峻ではなく、かつその後の熱
処理による拡散距離も長いので、不純物の濃度分布がな
だらかとなる。そのため、n型ドレイン領域10におけ
る電界は小さくなり、GIDL電流が低減される。
-To Problem (2) -The concentration distribution of phosphorus ions at the time of implantation is not as steep as that of the concentration distribution at the time of implantation of arsenic ions, and the diffusion distance due to the subsequent heat treatment is long. Becomes gentle. Therefore, the electric field in the n-type drain region 10 becomes small and the GIDL current is reduced.

【0051】−問題点(3)に対して− 図9は、本実施形態による燐イオンを注入してソース・
ドレイン領域を形成した場合と、従来の方法による砒素
イオンを注入してソース・ドレイン領域を形成した場合
とにおけるpn接合部の容量を比較した図である。同図
からわかるように、本実施形態のごとく燐イオンを注入
してソース・ドレイン領域を形成したことにより、pn
接合部の容量が大幅に低減されている。上述のように、
n型ドレイン領域10aが深くなり、かつ燐イオンの濃
度分布がなだらかになるので砒素イオンにより形成され
るドレイン領域に比べ空乏層の幅が増大する。そのた
め、寄生容量が低減している。
-To the problem (3)-In FIG.
FIG. 6 is a diagram comparing the capacitance of a pn junction with a case where a drain region is formed and a case where a source / drain region is formed by implanting arsenic ions by a conventional method. As can be seen from the figure, since the source / drain regions are formed by implanting phosphorus ions as in this embodiment, the pn
The capacity of the junction is greatly reduced. As mentioned above,
Since the n-type drain region 10a becomes deep and the concentration distribution of phosphorus ions becomes gentle, the width of the depletion layer increases as compared with the drain region formed by arsenic ions. Therefore, the parasitic capacitance is reduced.

【0052】−問題点(4)に対して− 上述のように、n型ドレイン領域10aにおける燐イオ
ンの濃度分布がなだらかとなるため、電界のドレイン領
域近傍への集中が緩和され、ホットキャリアの発生に起
因する特性の劣化を有効に防止でき、よって、信頼性が
向上する。
As to the problem (4), as described above, the concentration distribution of phosphorus ions in the n-type drain region 10a becomes gentle, so that the concentration of the electric field in the vicinity of the drain region is relaxed, and hot carriers are generated. It is possible to effectively prevent the deterioration of the characteristics caused by the occurrence, and thus improve the reliability.

【0053】なお、n型ゲート電極5aの両側面上にチ
ャネル調整用サイドウォール6が設けられているので、
n型ゲート電極5aとn型ドレイン領域10aとの間の
距離が長くなり、ゲート・ドレイン間容量が小さくなる
という利点がある。
Since the channel adjusting sidewalls 6 are provided on both side surfaces of the n-type gate electrode 5a,
There is an advantage that the distance between the n-type gate electrode 5a and the n-type drain region 10a becomes long and the gate-drain capacitance becomes small.

【0054】したがって、本実施形態におけるnチャネ
ルMOSトランジスタでは、ジャンクションのリーク電
流は小さく、ホットキャリアの発生確率は低く、寄生容
量は小さく、GIDL電流は小さい。言い換えると、駆
動力が大きく、リーク電流が小さく、かつ信頼性にも優
れたデバイスを提供することができる。
Therefore, in the n-channel MOS transistor according to the present embodiment, the junction leakage current is small, the hot carrier generation probability is low, the parasitic capacitance is small, and the GIDL current is small. In other words, it is possible to provide a device having a large driving force, a small leak current, and excellent reliability.

【0055】(第2の実施形態) 次に、第2の実施形態のMOS型半導体装置について、
図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) Next, regarding a MOS type semiconductor device of the second embodiment,
A description will be given with reference to the drawings.

【0056】図2(a)〜図2(d)は、第2の実施形
態におけるnチャネルMOS型半導体装置の製造工程を
示す断面図である。
2A to 2D are cross-sectional views showing the manufacturing process of the n-channel MOS type semiconductor device according to the second embodiment.

【0057】まず図2(a)に示すように、p型半導体
基板1(本実施形態では、p型半導体領域として機能す
る)の上に厚みが4〜8nmのシリコン酸化膜からなる
ゲート酸化膜4と、厚みが100〜200nmのポリシ
リコン膜からなるゲート電極5とを形成する。
First, as shown in FIG. 2A, a gate oxide film made of a silicon oxide film having a thickness of 4 to 8 nm is formed on a p-type semiconductor substrate 1 (which functions as a p-type semiconductor region in this embodiment). 4 and a gate electrode 5 made of a polysilicon film having a thickness of 100 to 200 nm are formed.

【0058】次に、図2(b)に示すように、熱酸化に
よりゲート電極5の上面及び両側面とp型半導体基板1
の表面の上に厚みが5〜20nmのシリコン酸化膜8
(熱酸化膜)を堆積する。
Next, as shown in FIG. 2B, the upper surface and both side surfaces of the gate electrode 5 and the p-type semiconductor substrate 1 are thermally oxidized.
Oxide film 8 having a thickness of 5 to 20 nm on the surface of
(Thermal oxide film) is deposited.

【0059】次に、図2(c)に示すように、異方性ド
ライエッチングを行って、シリコン酸化膜8をエッチバ
ックしゲート電極5の側壁にチャネル調整用サイドウォ
ール6を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, anisotropic dry etching is performed to etch back the silicon oxide film 8 to form the channel adjusting sidewall 6 on the sidewall of the gate electrode 5.

【0060】次に、図2(d)に示すように、チャネル
調整用サイドウォール6をマスクとして用い、燐イオン
(P+ )の注入を行い、ゲート電極5と、p型半導体基
板1内のゲート電極5の両側方に位置する領域とに燐イ
オン(P + を導入する。このときの注入条件は、加速
エネルギーが5〜20KeV、注入量が2〜4×1015
cm-2である。さらに、図2(d)に示す状態で、97
5〜1050℃,10秒の条件による熱処理を行い、不
純物イオン(P+ )を活性化して、ゲート電極5を低抵
抗化されたn型ゲート電極5aとするとともに、p型半
導体基板1中にn型ソース・ドレイン領域10aを形成
する。
Next, as shown in FIG. 2D, phosphorus ion (P +) is implanted by using the channel adjusting sidewall 6 as a mask to implant the gate electrode 5 and the p-type semiconductor substrate 1 with each other. Phosphorus ions (P + ) are introduced into the regions located on both sides of the gate electrode 5. The implantation conditions at this time are as follows: acceleration energy is 5 to 20 KeV and implantation amount is 2 to 4 × 10 15.
cm -2 . Further, in the state shown in FIG.
Heat treatment is performed at a temperature of 5 to 1050 ° C. for 10 seconds to activate the impurity ions (P + ) so that the gate electrode 5 becomes the n-type gate electrode 5a having a reduced resistance, and the p-type semiconductor substrate 1 is formed. The n-type source / drain region 10a is formed.

【0061】以下の工程は省略するが、層間絶縁膜を介
して何層かの金属配線を形成することで、半導体装置が
形成される。
Although the following steps are omitted, a semiconductor device is formed by forming several layers of metal wiring via an interlayer insulating film.

【0062】本実施形態の工程を経て製造されたnチャ
ネル型MOSトランジスタは、上記第1の実施形態の製
造工程によって製造されたトランジスタと基本的に同じ
特徴を有し、上記従来のnチャネル型MOSトランジス
タにおける問題点(1)〜(4)を解消することができ
る。加えて、本実施形態では、チャネル調整用サイドウ
ォール6の幅が熱酸化で決まるので制御性がよく、チャ
ネル調整用サイドウォール6がポリシリコン膜(ゲート
電極5)を酸化して得られるので、図2(d)に示すよ
うに、n型ソース・ドレイン領域10aの表面位置より
もゲート酸化膜4の位置が少し高くなる結果、ゲート容
量及びゲート・ドレイン間容量が低減され、回路動作が
高速になる。
The n-channel type MOS transistor manufactured through the process of this embodiment has basically the same characteristics as the transistor manufactured by the manufacturing process of the above-mentioned first embodiment, and has the above-mentioned conventional n-channel type. Problems (1) to (4) in the MOS transistor can be solved. In addition, in the present embodiment, since the width of the channel adjusting sidewall 6 is determined by thermal oxidation, the controllability is good, and the channel adjusting sidewall 6 is obtained by oxidizing the polysilicon film (gate electrode 5). As shown in FIG. 2D, the position of the gate oxide film 4 is slightly higher than the surface position of the n-type source / drain region 10a. As a result, the gate capacitance and the gate / drain capacitance are reduced, and the circuit operation speed is high. become.

【0063】しかも、熱酸化によるシリコン酸化膜8
厚み5〜20nm)はCVD法によるシリコン酸化膜
9(厚み100〜150nm)と異なり極めて薄い。し
たがって、本実施形態では、フォトリソグラフィーの精
度で決定される限界のゲート長よりもゲート長を短くで
きるため、極めて微細なMOSトランジスタを形成する
ことができるという著効が得られる。
Moreover, the silicon oxide film 8 formed by thermal oxidation
Unlike the silicon oxide film 9 (thickness 100 to 150 nm) formed by the CVD method, the thickness (5 to 20 nm) is extremely thin. Therefore, in this embodiment , since the gate length can be made shorter than the limit gate length determined by the accuracy of photolithography, it is possible to obtain a remarkable effect that an extremely fine MOS transistor can be formed.

【0064】(第3の実施形態) 次に、本発明の第3の実施形態について、図面を参照し
ながら説明する。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0065】図3(a)〜図3(f)は、第3の実施形
態におけるnチャネルMOS型半導体装置の製造工程を
示す断面図である。
3 (a) to 3 (f) are sectional views showing the manufacturing steps of the n-channel MOS type semiconductor device in the third embodiment.

【0066】まず図3(a)に示すように、p型半導体
基板1(本実施形態では、p型半導体領域として機能す
る)の上に厚みが4〜8nmのシリコン酸化膜からなる
ゲート酸化膜4と、厚みが100〜200nmのポリシ
リコン膜からなるゲート電極5とを形成する。
First, as shown in FIG. 3A, a gate oxide film made of a silicon oxide film having a thickness of 4 to 8 nm is formed on a p-type semiconductor substrate 1 (which functions as a p-type semiconductor region in this embodiment). 4 and a gate electrode 5 made of a polysilicon film having a thickness of 100 to 200 nm are formed.

【0067】次に、図3(b)に示すように、CVD法
によりゲート電極5及びp型半導体基板1の上に厚みが
50〜80nmのシリコン酸化膜9を堆積する。
Next, as shown in FIG. 3B, a silicon oxide film 9 having a thickness of 50 to 80 nm is deposited on the gate electrode 5 and the p-type semiconductor substrate 1 by the CVD method.

【0068】次に、図3(c)に示すように、異方性ド
ライエッチングを行って、シリコン酸化膜9をエッチバ
ックしゲート電極5の両側面上に幅(厚み)が40〜5
0nmのチャネル調整用サイドウォール6を形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, anisotropic dry etching is performed to etch back the silicon oxide film 9 so that the width (thickness) is 40 to 5 on both side surfaces of the gate electrode 5.
A 0 nm channel adjusting sidewall 6 is formed.

【0069】次に、図3(d)に示すように、チャネル
調整用サイドウォール6をマスクとして用いて燐イオン
(P+ )の注入を行い、ゲート電極5と、p型半導体基
板1内のゲート電極5の両側方に位置する領域10とに
低濃度の燐イオン(P + を導入する。このときの注入
条件は、加速エネルギーが5〜20KeV、注入量が1
〜5×1014cm-2である。
Next, as shown in FIG. 3D, phosphorus ions (P +) are implanted using the channel adjusting sidewall 6 as a mask to remove the gate electrode 5 and the p-type semiconductor substrate 1 from each other. A low concentration of phosphorus ions (P + ) is introduced into the regions 10 located on both sides of the gate electrode 5. The implantation conditions at this time are acceleration energy of 5 to 20 KeV and implantation amount of 1
˜5 × 10 14 cm −2 .

【0070】次に、図3(e)に示すように、CVD法
によるシリコン酸化膜(図示せず)の堆積と異方性エッ
チングによるエッチバックとを行って、チャネル調整用
サイドウォール6の外側に、幅が150〜200nm程
度のLDD用サイドウォール7を形成する。
Next, as shown in FIG. 3E, a silicon oxide film (not shown) is deposited by the CVD method and is etched back by anisotropic etching to outside the channel adjusting sidewall 6. Then, the sidewall 7 for LDD having a width of about 150 to 200 nm is formed.

【0071】そして、図3(f)に示すように、各サイ
ドウォール6,7をマスクとして用いて燐イオン(P+
)の注入を行い、n型ゲート電極5aと、p型半導体
基板1内のサイドウォール7の側方に位置する領域とに
高濃度の燐イオン(P + を導入する。このときの注入
条件は、加速エネルギーが5〜20KeV、注入量が2
〜4×1015cm-2である。さらに、図3(f)に示す
状態で、975〜1050℃,10秒の条件による熱処
理を行い、不純物イオン(P+ )を活性化して、ゲート
電極5を低抵抗化されたn型ゲート電極5aとするとと
もに、n型低濃度ソース・ドレイン領域10aとn型高
濃度ソース・ドレイン領域12aとを形成する。
Then, as shown in FIG. 3F, phosphorus ions (P +
) Is performed to introduce high-concentration phosphorus ions (P + ) into the n-type gate electrode 5a and the region located on the side of the sidewall 7 in the p-type semiconductor substrate 1. The implantation conditions at this time are: an acceleration energy of 5 to 20 KeV and an implantation amount of 2
It is about 4 × 10 15 cm -2 . Further, in the state shown in FIG. 3F, heat treatment is performed under the conditions of 975 to 1050 ° C. for 10 seconds to activate the impurity ions (P + ) and to make the gate electrode 5 a low resistance n-type gate electrode. 5a, an n-type low concentration source / drain region 10a and an n-type high concentration source / drain region 12a are formed.

【0072】以下の工程は省略するが、層間絶縁膜を介
して何層かの金属配線を形成することで、半導体装置が
形成される。
Although the following steps are omitted, a semiconductor device is formed by forming several layers of metal wiring via an interlayer insulating film.

【0073】本実施形態の製造工程により得られたnチ
ャネルMOSトランジスタは、上述の第1の実施形態で
示されたnチャネルMOSトランジスタの特徴に加え、
LDD構造による利点をも有する。すなわち、低エネル
ギー(5〜20KeV)のイオン注入によってn型低濃
度ソース・ドレイン領域10aを形成しているので、接
合が浅くなり、n型低濃度ドレイン領域10aからの空
乏層の伸びを小さく抑制することができ、短チャネル効
果をより確実に抑制できる。
The n-channel MOS transistor obtained by the manufacturing process of this embodiment has the characteristics of the n-channel MOS transistor shown in the first embodiment, and
It also has the advantage of an LDD structure. That is, since the n-type low-concentration source / drain region 10a is formed by ion implantation with low energy (5 to 20 KeV), the junction becomes shallow, and the extension of the depletion layer from the n-type low-concentration drain region 10a is suppressed small. Therefore, the short channel effect can be suppressed more reliably.

【0074】(第4の実施形態) 次に、本発明の第4の実施形態について、図面を参照し
ながら説明する。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0075】図4(a)〜図4(d)は、第4の実施形
態におけるCMOS型半導体装置の製造工程を示す断面
図である。
FIGS. 4A to 4D are sectional views showing the manufacturing process of the CMOS type semiconductor device in the fourth embodiment.

【0076】まず、図4(a)に示すように、p型半導
体基板1の上には、nチャネル型MOSトランジスタ形
成領域であるp型半導体領域2a(本実施形態では、p
型半導体基板1と同じ不純物濃度の領域)と、pチャネ
ル型MOSトランジスタ形成領域であるn型半導体領域
2bと、p型半導体領域2a−n型半導体領域2b間を
分離する素子分離領域3とが形成されている。上記p型
半導体領域2a及びn型半導体領域2bの上に厚みが4
〜8nmのシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜4と、
厚みが100〜200nmのポリシリコン膜からなるゲ
ート電極5とを形成する。
First, as shown in FIG. 4A, on the p-type semiconductor substrate 1, a p-type semiconductor region 2a (in this embodiment, p-type semiconductor region 2a) which is an n-channel MOS transistor forming region is formed.
Region having the same impurity concentration as that of the p-type semiconductor substrate 1, an n-type semiconductor region 2b which is a p-channel MOS transistor formation region, and an element isolation region 3 which separates the p-type semiconductor region 2a and the n-type semiconductor region 2b. Has been formed. A thickness of 4 is formed on the p-type semiconductor region 2a and the n-type semiconductor region 2b.
A gate oxide film 4 made of a silicon oxide film of ˜8 nm,
A gate electrode 5 made of a polysilicon film having a thickness of 100 to 200 nm is formed.

【0077】次に、図4(b)に示すように、CVD法
によりゲート電極5及びp型半導体基板1の上に厚みが
100〜150nmのシリコン酸化膜を堆積した後、異
方性ドライエッチングを行ってシリコン酸化膜をエッチ
バックしゲート電極5の両側面上にチャネル調整用サイ
ドウォール6を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, a silicon oxide film having a thickness of 100 to 150 nm is deposited on the gate electrode 5 and the p-type semiconductor substrate 1 by the CVD method, and then anisotropic dry etching is performed. Then, the silicon oxide film is etched back to form channel adjusting sidewalls 6 on both side surfaces of the gate electrode 5.

【0078】次に、図4(c)に示すように、p型半導
体領域2aにおいては、チャネル調整用サイドウォール
6をマスクとして用いて燐イオン(P+ )の注入を行
い、ゲート電極5と、p型半導体領域2a内のゲート電
極5の両側方に位置する領域10とに燐イオンを導入す
る。このときの注入条件は、加速エネルギーが5〜20
KeV、注入量が2〜4×1015cm-2である。ただ
し、図示しないがp型半導体領域2aに不純物イオンの
注入を行う間、n型半導体領域2bはレジストマスクで
覆われている。また、n型半導体領域2aにおいては、
チャネル調整用サイドウォール6をマスクとして用いて
フッ化ホウ素イオン(BF2 +)の注入を行い、ゲート電
極5と、n型半導体領域2b内のゲート電極5の両側方
に位置する領域11とにフッ化ホウ素イオンを導入す
る。このときの注入条件は、加速エネルギーが10〜3
0KeV、注入量が1〜4×1015cm-2である。ただ
し、図示しないがn型半導体領域2bに不純物イオンの
注入を行う間、p型半導体領域2aはレジストマスクで
覆われている。
Next, as shown in FIG. 4C, in the p-type semiconductor region 2a, phosphorus ions (P + ) are implanted using the channel adjusting sidewall 6 as a mask to form the gate electrode 5 and the gate electrode 5. , Phosphorus ions are introduced into the regions 10 located on both sides of the gate electrode 5 in the p-type semiconductor region 2a. The implantation condition at this time is that the acceleration energy is 5 to 20.
KeV, implantation amount is 2 to 4 × 10 15 cm -2 . However, although not shown, the n-type semiconductor region 2b is covered with a resist mask while the impurity ions are implanted into the p-type semiconductor region 2a. Further, in the n-type semiconductor region 2a,
Boron fluoride ions (BF 2 + ) are implanted using the channel adjusting sidewall 6 as a mask, and the gate electrode 5 and the regions 11 located on both sides of the gate electrode 5 in the n-type semiconductor region 2b are implanted. Boron fluoride ions are introduced. The implantation condition at this time is that the acceleration energy is 10 to 3
The injection amount is 0 KeV and the implantation amount is 1 to 4 × 10 15 cm -2 . However, although not shown, the p-type semiconductor region 2a is covered with a resist mask while the impurity ions are implanted into the n-type semiconductor region 2b.

【0079】さらに、図4(d)に示す状態で、975
〜1050℃,10秒の条件下による熱処理を行い、不
純物イオン(P+ ,BF2 +)を活性化する。この処理に
よって、p型半導体領域2aにおいては、ゲート電極5
を低抵抗化されたn型ゲート電極5aとするとともに、
n型ソース・ドレイン領域10aを形成する。また、n
型半導体領域2bにおいては、ゲート電極5を低抵抗化
されたp型ゲート電極5bとするとともに、p型ソース
・ドレイン領域11aを形成する。
Further, in the state shown in FIG.
A heat treatment is performed at 1050 ° C. for 10 seconds to activate the impurity ions (P + , BF 2 + ). By this process, the gate electrode 5 is formed in the p-type semiconductor region 2a.
Is a low resistance n-type gate electrode 5a, and
The n-type source / drain region 10a is formed. Also, n
In the type semiconductor region 2b, the gate electrode 5 is a p-type gate electrode 5b having a low resistance, and the p-type source / drain regions 11a are formed.

【0080】以下の工程は省略するが、層間絶縁膜を介
して何層かの金属配線を形成することで、半導体装置が
形成される。
Although the following steps are omitted, a semiconductor device is formed by forming several layers of metal wiring with an interlayer insulating film interposed therebetween.

【0081】本実施形態は、基本的には第1の実施形態
をCMOS型半導体装置に応用したものであり、nチャ
ネル型MOSトランジスタについては、上記第1の実施
形態で述べたとおりの特徴を有する。
This embodiment is basically an application of the first embodiment to a CMOS type semiconductor device, and the n-channel type MOS transistor has the characteristics as described in the first embodiment. Have.

【0082】加えて、本実施形態により形成されるCM
OS型半導体装置は、上記従来の砒素イオンの注入を用
いたnチャネル型MOSトランジスタとフッ化ホウ素イ
オンの注入を用いたpチャネル型MOSトランジスタを
組み合わせたCMOS型半導体装置に比べ、下記の利点
を有する。
In addition, the CM formed by this embodiment
The OS type semiconductor device has the following advantages as compared with the conventional CMOS type semiconductor device in which an n-channel type MOS transistor using arsenic ion implantation and a p-channel type MOS transistor using boron fluoride ion implantation are combined. Have.

【0083】第1に上記問題点(5)を解消できる。す
なわち、本実施形態ではnチャネル型MOSトランジス
タのn型ソース・ドレイン領域10aがホウ素イオンと
ほぼ同等の拡散係数を有する燐イオンを導入して形成さ
れているため、同じ条件下で熱処理を行って不純物イオ
ンを活性化した後も、nチャネル型MOSトランジスタ
のn型ソース・ドレイン領域10aとpチャネル型MO
Sトランジスタのp型ソース・ドレイン領域11aとは
ほぼ同じ深さや実効チャネル長を有する。したがって、
性能面でpチャネル型MOSトランジスタとnチャネル
型MOSトランジスタとのバランスがよくなる。
First, the above problem (5) can be solved. That is, in this embodiment, since the n-type source / drain region 10a of the n-channel MOS transistor is formed by introducing phosphorus ions having a diffusion coefficient almost equal to that of boron ions, heat treatment is performed under the same conditions. Even after activating the impurity ions, the n-type source / drain regions 10a and the p-channel MO of the n-channel MOS transistor are activated.
The p-type source / drain region 11a of the S transistor has substantially the same depth and effective channel length. Therefore,
In terms of performance, the balance between the p-channel type MOS transistor and the n-channel type MOS transistor is improved.

【0084】第2に上述の問題点(6)を解消できる。
図10は、本実施形態における燐イオンを注入して形成
されたn型ゲート電極と、従来の砒素イオンを注入して
形成されたゲート電極とのシート抵抗を示すデータであ
る。同図に示されるように、燐イオンを注入して形成さ
れたn型ゲート電極のシート抵抗値は、砒素イオンの注
入によって形成されn型ゲート電極のシート抵抗値よ
りも小さく、ゲート電極の空乏化が抑制されている。す
なわち、nチャネル型MOSトランジスタのn型ゲート
電極5aに燐イオンを注入しているので、pチャネル型
MOSトランジスタのp型ゲート電極5bでホウ素のチ
ャネル領域への突き抜けを起こさない程度の短時間ある
いは低温条件下の熱処理でもnチャネル型MOSトラン
ジスタのn型ゲート電極5aが空乏化することなく、高
い駆動力が得られる。
Secondly, the above-mentioned problem (6) can be solved.
FIG. 10 is data showing sheet resistances of an n-type gate electrode formed by implanting phosphorus ions and a conventional gate electrode formed by implanting arsenic ions in the present embodiment. As shown in the figure, the sheet resistance value of the n-type gate electrode formed by implanting phosphorus ions is smaller than the sheet resistance value of the n-type gate electrode formed by implanting arsenic ions, and Depletion is suppressed. That is, since phosphorus ions are implanted into the n-type gate electrode 5a of the n-channel MOS transistor, the p-type gate electrode 5b of the p-channel MOS transistor is short-time or short enough to prevent boron penetration into the channel region. A high driving force can be obtained without depleting the n-type gate electrode 5a of the n-channel MOS transistor even by heat treatment under low temperature conditions.

【0085】(第5の実施形態) 次に、本発明の第5の実施形態について、図面を参照し
ながら説明する。
(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0086】図5(a)〜図5(e)は、第5の実施形
態におけるCMOS型半導体装置の製造工程を示す断面
図である。
5A to 5E are cross-sectional views showing the manufacturing process of the CMOS type semiconductor device according to the fifth embodiment.

【0087】まず、図5(a)に示すように、p型半導
体基板1の上には、nチャネル型MOSトランジスタ形
成領域であるp型半導体領域2a(本実施形態では、p
型半導体基板1と同じ不純物濃度の領域)と、pチャネ
ル型MOSトランジスタ形成領域であるn型半導体領域
2bと、p型半導体領域2a−n型半導体領域2b間を
分離する素子分離領域3とが形成されている。上記p型
半導体領域2a及びn型半導体領域2bの上に厚みが4
〜8nmのシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜4と、
厚みが100〜200nmのポリシリコン膜からなるゲ
ート電極5とを形成する。
First, as shown in FIG. 5A, on the p-type semiconductor substrate 1, a p-type semiconductor region 2a (in this embodiment, p-type semiconductor region 2a) which is an n-channel MOS transistor forming region is formed.
Region having the same impurity concentration as that of the p-type semiconductor substrate 1, an n-type semiconductor region 2b which is a p-channel MOS transistor formation region, and an element isolation region 3 which separates the p-type semiconductor region 2a and the n-type semiconductor region 2b. Has been formed. A thickness of 4 is formed on the p-type semiconductor region 2a and the n-type semiconductor region 2b.
A gate oxide film 4 made of a silicon oxide film of ˜8 nm,
A gate electrode 5 made of a polysilicon film having a thickness of 100 to 200 nm is formed.

【0088】次に、図5(b)に示すように、CVD法
によりゲート電極5及びp型半導体基板1の上に厚みが
50〜80nmのシリコン酸化膜を堆積した後、異方性
ドライエッチングを行ってシリコン酸化膜をエッチバッ
クしゲート電極5の両側面上に幅が40〜50nmのチ
ャネル調整用サイドウォール6を形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, a silicon oxide film having a thickness of 50 to 80 nm is deposited on the gate electrode 5 and the p-type semiconductor substrate 1 by the CVD method, and then anisotropic dry etching is performed. Then, the silicon oxide film is etched back to form channel adjusting sidewalls 6 having a width of 40 to 50 nm on both side surfaces of the gate electrode 5.

【0089】次に、図5(c)に示すように、nチャネ
ル型MOSトランジスタ形成領域においては、チャネル
調整用サイドウォール6をマスクとして用いて燐イオン
(P+ )の注入を行い、ゲート電極5と、p型半導体領
域2a内のゲート電極5の両側方に位置する領域10と
に燐イオンを導入する。このときの注入条件は、加速エ
ネルギーが5〜20KeV、注入量が1〜5×1014
-2である。ただし、図示しないがp型半導体領域2a
に不純物イオンの注入を行う間、n型半導体領域2bは
レジストマスクで覆われている。また、n型半導体領域
2bにおいては、チャネル調整用サイドウォール6をマ
スクとして用いてフッ化ホウ素イオン(BF2 +)の注入
を行い、ゲート電極5と、n型半導体領域2b内のゲー
ト電極5の両側方に位置する領域11とにフッ化ホウ素
イオンを導入する。このときの注入条件は、加速エネル
ギーが5〜15KeV、注入量が5〜10×1014cm
-2である。ただし、図示しないがn型半導体領域2bに
不純物イオンの注入を行う間、p型半導体領域2aはレ
ジストマスクで覆われている。
Next, as shown in FIG. 5C, in the n-channel MOS transistor formation region, phosphorus ions (P + ) are implanted using the channel adjusting sidewall 6 as a mask to form the gate electrode. Phosphorus ions are introduced into the p-type semiconductor region 2a and the regions 10 located on both sides of the gate electrode 5 in the p-type semiconductor region 2a. The implantation conditions at this time are: an acceleration energy of 5 to 20 KeV and an implantation amount of 1 to 5 × 10 14 c.
m -2 . However, although not shown, the p-type semiconductor region 2a
The n-type semiconductor region 2b is covered with the resist mask while the impurity ions are implanted into the n-type semiconductor region 2b. In the n-type semiconductor region 2b, boron fluoride ions (BF 2 + ) are implanted using the channel adjusting sidewall 6 as a mask, and the gate electrode 5 and the gate electrode 5 in the n-type semiconductor region 2b are implanted. Boron fluoride ions are introduced into the regions 11 located on both sides of. The implantation conditions at this time are as follows: acceleration energy is 5 to 15 KeV and implantation amount is 5 to 10 × 10 14 cm.
-2 . However, although not shown, the p-type semiconductor region 2a is covered with a resist mask while the impurity ions are implanted into the n-type semiconductor region 2b.

【0090】次に、図5(d)に示すように、CVD法
によるシリコン酸化膜(図示せず)の堆積と異方性エッ
チングによるエッチバックとを行って、チャネル調整用
サイドウォール6の外側に、幅が150〜200nm程
度のLDD用サイドウォール7を形成する。
Next, as shown in FIG. 5 (d), a silicon oxide film (not shown) is deposited by the CVD method and etched back by anisotropic etching to outside the channel adjusting sidewall 6. Then, the sidewall 7 for LDD having a width of about 150 to 200 nm is formed.

【0091】次に、図5(e)に示すように、p型半導
体領域2aでは、各サイドウォール6,7をマスクとし
て用いて燐イオン(P+ )の注入を行い、ゲート電極5
と、p型半導体領域2a内のサイドウォール6,7の側
方に位置する領域とに燐イオンを導入する。このときの
注入条件は、加速エネルギーが5〜20KeV、注入量
が2〜4×1015cm-2である。また、n型半導体領域
2bでは、各サイドウォール6,7をマスクとして用い
てフッ化ホウ素イオン(BF2 +)の注入を行い、ゲート
電極5と、n型半導体領域2b内のサイドウォール6,
7の側方に位置する領域と中にフッ化ホウ素イオンを導
入する。このときの注入条件は、加速エネルギーが10
〜30KeV、注入量が1〜4×1015cm-2である。
ただし、図示しないが一方の半導体領域に不純物イオン
の注入を行う間、他の半導体領域はレジストマスクで覆
われている。
Next, as shown in FIG. 5E, in the p-type semiconductor region 2a, phosphorus ions (P +) are implanted using the sidewalls 6 and 7 as masks to form the gate electrode 5
And phosphorus ions are introduced into the regions located on the sides of the sidewalls 6 and 7 in the p-type semiconductor region 2a. The implantation conditions at this time are an acceleration energy of 5 to 20 KeV and an implantation amount of 2 to 4 × 10 15 cm -2 . Further, in the n-type semiconductor region 2b, boron fluoride ions (BF 2 + ) are implanted by using the sidewalls 6 and 7 as masks, and the gate electrode 5 and the sidewalls 6 and 6 in the n-type semiconductor region 2b are implanted.
Boron fluoride ions are introduced into and into the region located on the side of 7. The implantation condition at this time is that the acceleration energy is 10
˜30 KeV, and implant amount is 1˜4 × 10 15 cm −2 .
However, although not shown, while the impurity ions are implanted into one semiconductor region, the other semiconductor region is covered with the resist mask.

【0092】さらに、図5(e)に示す状態で、975
〜1050℃,10秒の条件による熱処理を行い、不純
物イオン(P+ ,BF2 +)を活性化する。この処理によ
って、p型半導体領域2aにおいては、ゲート電極5を
低抵抗化されたn型ゲート電極5aとするとともに、n
型低濃度ソース・ドレイン領域10aと、n型高濃度ソ
ース・ドレイン領域12aとを形成する。また、n型半
導体領域2bにおいては、ゲート電極5を低抵抗化され
たp型ゲート電極5bとするとともに、p型低濃度ソー
ス・ドレイン領域11aと、p型高濃度ソース・ドレイ
ン領域13aとを形成する。
Further, in the state shown in FIG.
Heat treatment is performed at 1050 ° C. for 10 seconds to activate the impurity ions (P + , BF 2 + ). By this process, in the p-type semiconductor region 2a, the gate electrode 5 is changed to the n-type gate electrode 5a whose resistance is reduced, and n
A low-concentration type source / drain region 10a and a high-concentration n-type source / drain region 12a are formed. In the n-type semiconductor region 2b, the gate electrode 5 is a p-type gate electrode 5b having a low resistance, and the p-type low-concentration source / drain region 11a and the p-type high-concentration source / drain region 13a are formed. Form.

【0093】以下の工程は省略するが、層間絶縁膜を介
して何層かの金属配線を形成することで、半導体装置が
形成される。
Although the following steps are omitted, a semiconductor device is formed by forming several layers of metal wiring with an interlayer insulating film interposed therebetween.

【0094】本実施形態の工程により形成されるCMO
S型トランジスタは、以下のように、上記第2の実施形
態と第3の実施形態の特徴を併せ持つものである。
CMO formed by the process of this embodiment
The S-type transistor has the features of the second embodiment and the third embodiment as described below.

【0095】第1に、nチャネル型トランジスタ,pチ
ャネル型MOSトランジスタ共にチャネル調整用サイド
ウォール6を形成後、浅い注入で低濃度のソース・ドレ
イン領域10a,11aを形成するというLDD構造を
有するため、各チャネル型MOSトランジスタにおける
短チャネル効果を抑制できる。
First, since both the n-channel type transistor and the p-channel type MOS transistor have the LDD structure in which the low concentration source / drain regions 10a and 11a are formed by shallow implantation after the channel adjusting sidewall 6 is formed. The short channel effect in each channel type MOS transistor can be suppressed.

【0096】第2に、nチャネル型MOSトランジスタ
の各ソース・ドレイン領域10a,12aを燐イオンを
導入して形成しているので、同じ条件下における熱処理
後に、nチャネル型MOSトランジスタの各ソース・ド
レイン領域10a,12aをpチャネル型MOSトラン
ジスタのソース・ドレイン領域11a,13aとほぼ同
様の形状とすることができ、各MOSトランジスタの性
能のバランスがよくなる。
Secondly, since the source / drain regions 10a and 12a of the n-channel type MOS transistor are formed by introducing phosphorus ions, each source / drain region of the n-channel type MOS transistor is subjected to heat treatment under the same conditions. The drain regions 10a and 12a can have substantially the same shape as the source / drain regions 11a and 13a of the p-channel type MOS transistor, and the balance of the performance of each MOS transistor is improved.

【0097】第3に、nチャネル型MOSトランジスタ
のn型ゲート電極5aが燐イオンの注入により形成され
ているため、pチャネル型MOSトランジスタのp型ゲ
ート電極5bにおいてホウ素イオンが突き抜けを起こさ
ない程度の短時間あるいは低温条件下の熱処理でも、n
型ゲート電極5aが十分活性化され、高い駆動力を得る
ことができる。
Thirdly, since the n-type gate electrode 5a of the n-channel MOS transistor is formed by implanting phosphorus ions, boron ions do not penetrate through the p-type gate electrode 5b of the p-channel MOS transistor. N for short time or low temperature
The mold gate electrode 5a is sufficiently activated and a high driving force can be obtained.

【0098】(第6の実施形態) 次に、本発明の第6の実施形態について、図面を参照し
ながら説明する。
(Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0099】図6(a)〜図6(d)は、第6の実施形
態におけるCMOS型半導体装置の製造工程を示す断面
図である。
FIGS. 6A to 6D are sectional views showing the manufacturing process of the CMOS type semiconductor device in the sixth embodiment.

【0100】まず、図6(a)に示すように、p型半導
体基板1の上には、nチャネル型MOSトランジスタ形
成領域であるp型半導体領域2a(本実施形態では、p
型半導体基板1と同じ不純物濃度の領域)と、pチャネ
ル型MOSトランジスタ形成領域であるn型半導体領域
2bと、p型半導体領域2a−n型半導体領域2b間を
分離する素子分離領域3とが形成されている。上記p型
半導体領域2a及びn型半導体領域2bの上に厚みが3
〜5nmのシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜4と、
厚みが100〜200nmのポリシリコン膜からなるゲ
ート電極5とを形成する。
First, as shown in FIG. 6A, on the p-type semiconductor substrate 1, a p-type semiconductor region 2a (in this embodiment, p-type semiconductor region 2a) which is an n-channel MOS transistor formation region is formed.
Region having the same impurity concentration as that of the p-type semiconductor substrate 1, an n-type semiconductor region 2b which is a p-channel MOS transistor formation region, and an element isolation region 3 which separates the p-type semiconductor region 2a and the n-type semiconductor region 2b. Has been formed. A thickness of 3 is formed on the p-type semiconductor region 2a and the n-type semiconductor region 2b.
A gate oxide film 4 made of a silicon oxide film of about 5 nm,
A gate electrode 5 made of a polysilicon film having a thickness of 100 to 200 nm is formed.

【0101】次に、図6(b)に示すように、CVD法
によりゲート電極5の上面及び両側面と基板表面との上
に厚みが5〜20nmのシリコン酸化膜9を堆積する。
そして、この状態で、p型半導体領域2aでは、燐イオ
ンの注入によりシリコン酸化膜9の中に燐イオンを導入
する。注入条件は加速エネルギーが3〜10KeV、注
入量が5〜8×1015cm-2である。また、n型半導体
領域2bでは、シリコン酸化膜9の中にフッ化ホウ素イ
オンを注入する。注入条件は加速エネルギーが3〜10
KeV、注入量が3〜8×1015cm-2である。これら
の注入は,不純物濃度のピークRPが酸化膜中にあり注
入の直後には半導体基板中にほとんど不純物イオンが導
入されない条件が望ましいが、半導体基板内に相当数の
不純物が入るような条件でも酸化膜を介して注入するこ
とにより注入時のイオンのチャネリングが抑えられるの
で浅い接合を形成できる。
Next, as shown in FIG. 6B, a silicon oxide film 9 having a thickness of 5 to 20 nm is deposited on the upper surface and both side surfaces of the gate electrode 5 and the substrate surface by the CVD method.
Then, in this state, in the p-type semiconductor region 2a, phosphorus ions are introduced into the silicon oxide film 9 by implantation of phosphorus ions. The implantation conditions are an acceleration energy of 3 to 10 KeV and an implantation amount of 5 to 8 × 10 15 cm -2 . Further, in the n-type semiconductor region 2b, boron fluoride ions are implanted into the silicon oxide film 9. The implantation conditions are acceleration energy of 3 to 10
KeV, implantation amount is 3 to 8 × 10 15 cm -2 . These implantations are preferably performed under the condition that the impurity concentration peak RP exists in the oxide film and almost no impurity ions are introduced into the semiconductor substrate immediately after the implantation, but even under the condition that a considerable number of impurities enter into the semiconductor substrate. By implanting through the oxide film, ion channeling at the time of implantation is suppressed, so that a shallow junction can be formed.

【0102】次に、図6(c)に示すように、CVD法
によりゲート電極5及びp型半導体基板1の上にシリコ
ン酸化膜を堆積した後、異方性ドライエッチングを行っ
てシリコン酸化膜9をエッチバックしゲート電極5の両
側面上に幅が120〜200nmのチャネル調整用サイ
ドウォール6を形成する。このチャネル調整用サイドウ
ォール6の形成時に異方性ドライエッチによって、ゲー
ト電極や基板表面の熱酸化膜はエッチングされる。そし
て、図6(c)に示す状態で、p型半導体領域2aにお
いては、チャネル調整用サイドウォール6をマスクとし
て用いて燐イオン(P+ )の注入を行い、ゲート電極5
と、p型半導体領域2a内のサイドウォール6の側方に
位置する領域12とに燐イオンを導入する。このときの
注入条件は、加速エネルギーが5〜20KeV、注入量
が2〜4×1015cm-2である。ただし、図示しないが
p型半導体領域2aに不純物イオンの注入を行う間、n
型半導体領域2bはレジストマスクで覆われている。ま
た、n型半導体領域2bにおいては、チャネル調整用サ
イドウォール6をマスクとして用いてフッ化ホウ素イオ
ン(BF2 +)の注入を行い、ゲート電極5と、n型半導
体領域2b内のサイドウォール6の側方に位置する領域
13とにフッ化ホウ素イオンを導入する。このときの注
入条件は、加速エネルギーが10〜30KeV、注入量
が1〜4×1015cm-2である。ただし、図示しないが
n型半導体領域2bに不純物イオンの注入を行う間、p
型半導体領域2aはレジストマスクで覆われている。
Next, as shown in FIG. 6C, after a silicon oxide film is deposited on the gate electrode 5 and the p-type semiconductor substrate 1 by the CVD method, anisotropic dry etching is performed to perform the silicon oxide film. 9 is etched back to form channel adjusting sidewalls 6 having a width of 120 to 200 nm on both side surfaces of the gate electrode 5. When the channel adjusting sidewall 6 is formed, the thermal oxide film on the gate electrode and the substrate surface is etched by anisotropic dry etching. Then, in the state shown in FIG. 6C, in the p-type semiconductor region 2a, phosphorus ions (P +) are implanted using the channel adjusting sidewall 6 as a mask, and the gate electrode 5 is formed.
And phosphorus ions are introduced into the region 12 located on the side of the sidewall 6 in the p-type semiconductor region 2a. The implantation conditions at this time are an acceleration energy of 5 to 20 KeV and an implantation amount of 2 to 4 × 10 15 cm -2 . However, although not shown, while implanting impurity ions into the p-type semiconductor region 2a, n
The type semiconductor region 2b is covered with a resist mask. In the n-type semiconductor region 2b, boron fluoride ions (BF 2 + ) are implanted using the channel adjusting sidewall 6 as a mask, and the gate electrode 5 and the sidewall 6 in the n-type semiconductor region 2b are implanted. Boron fluoride ions are introduced into the region 13 located on the side of. The implantation conditions at this time are an acceleration energy of 10 to 30 KeV and an implantation amount of 1 to 4 × 10 15 cm -2 . However, although not shown in the drawing, while implanting impurity ions into the n-type semiconductor region 2b, p
The type semiconductor region 2a is covered with a resist mask.

【0103】次に、図6(d)に示すように、975〜
1050℃,10秒の条件下で熱処理を行い、不純物イ
オン(P+ ,BF2 +)を活性化すると同時にL字状のシ
リコン酸化膜9内の不純物イオンを半導体基板内に拡散
させる。この処理によって、各領域2a,2b上のゲー
ト電極5を低抵抗化されたn型ゲート電極5a及びp型
ゲート電極5bとし、n型高濃度ソース・ドレイン領域
12aとp型高濃度ソース・ドレイン領域13aとを形
成するとともに、nチャネル型MOSトランジスタでは
燐イオンをp型半導体領域2a内に拡散させ、pチャネ
ル型MOSトランジスタではホウ素イオンをn型半導体
領域2b内に拡散させて、それぞれn型低濃度ソース・
ドレイン領域10a及びp型低濃度ソース・ドレイン領
域11aを形成する。この場合、nチャネル型MOSト
ランジスタ,pチャネル型MOSトランジスタのいずれ
においても、低濃度ソース・ドレイン領域における拡散
深さXjが20〜40nmで、表面の不純物濃度Cfが
2〜8×1020cm-3である。また、nチャネル型MO
Sトランジスタ,pチャネル型MOSトランジスタのい
ずれにおいても、高濃度ソース・ドレイン領域における
拡散深さXjが100〜150nmで、表面の不純物濃
度Cfが1〜10×1020cm-3である。
Next, as shown in FIG.
Heat treatment is performed at 1050 ° C. for 10 seconds to activate the impurity ions (P + , BF 2 + ) and simultaneously diffuse the impurity ions in the L-shaped silicon oxide film 9 into the semiconductor substrate. By this process, the gate electrode 5 on each of the regions 2a and 2b is made into the n-type gate electrode 5a and the p-type gate electrode 5b whose resistance is reduced, and the n-type high concentration source / drain region 12a and the p-type high concentration source / drain The region 13a is formed, and phosphorus ions are diffused into the p-type semiconductor region 2a in the n-channel MOS transistor, and boron ions are diffused into the n-type semiconductor region 2b in the p-channel MOS transistor, respectively. Low concentration sauce
A drain region 10a and a p-type low concentration source / drain region 11a are formed. In this case, in both the n-channel type MOS transistor and the p-channel type MOS transistor, the diffusion depth Xj in the low concentration source / drain region is 20 to 40 nm and the surface impurity concentration Cf is 2 to 8 × 10 20 cm −. Is 3 . In addition, an n-channel MO
In both the S-transistor and the p-channel MOS transistor, the diffusion depth Xj in the high-concentration source / drain region is 100 to 150 nm and the surface impurity concentration Cf is 1 to 10 × 10 20 cm −3 .

【0104】以下の工程は省略するが、層間絶縁膜を介
して何層かの金属配線を形成することで、半導体装置が
形成される。
Although the following steps are omitted, a semiconductor device is formed by forming several layers of metal wiring with an interlayer insulating film interposed therebetween.

【0105】本実施形態では、低濃度ソース・ドレイン
領域10a,11aを通常のイオン注入ではなく、シリ
コン酸化膜9からの不純物イオンの拡散によって形成す
ることが大きな特徴である。この方法によると、低濃度
ソース・ドレイン領域10a,11aの深さを非常に浅
くし、かつその不純物濃度を高くすることが可能であ
る。その結果、低濃度ソース・ドレイン領域の寄生抵抗
(シート抵抗)を小さくしながら同時に短チャネル効果
の発生を抑制し得るデバイスが得られる。
The feature of this embodiment is that the low-concentration source / drain regions 10a and 11a are formed by diffusion of impurity ions from the silicon oxide film 9 instead of normal ion implantation. According to this method, it is possible to make the depths of the low-concentration source / drain regions 10a and 11a very shallow and increase the impurity concentration thereof. As a result, it is possible to obtain a device that can reduce the parasitic resistance (sheet resistance) of the low-concentration source / drain regions and at the same time suppress the occurrence of the short channel effect.

【0106】(第7の実施形態) 次に、本発明の第7の実施形態について図を参照しなが
ら説明する。
(Seventh Embodiment) Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0107】図7(a)〜(e)は、第7の実施形態に
おけるCMOS型半導体装置の製造工程を示す断面図で
ある。
7A to 7E are cross-sectional views showing the manufacturing process of the CMOS type semiconductor device in the seventh embodiment.

【0108】ここで、本実施形態の図7(a)〜図7
(e)に示す工程は、上記第6実施形態における図6
(a)〜図6(d)に示す工程と基本的には同じであ
る。ただし、図7(b)に示す工程において、本実施形
態では、第6実施形態におけるCVD法に代えて、熱酸
化法によりシリコン酸化膜8を形成し、このシリコン酸
化膜8内に不純物イオンを注入し、後にこのシリコン酸
化膜8からの不純物イオンの拡散によって、低濃度ソー
ス・ドレイン領域10a,11aを形成するようにして
いる。また、図7(c)は、図6(b)に示す工程と図
6(c)に示す工程との間の工程(LDD用サイドウォ
ールを形成した後不純物イオンを注入する前の状態)を
より詳細に示している。
Here, FIGS. 7A to 7 of the present embodiment.
The process shown in (e) is the same as in FIG. 6 in the sixth embodiment.
The steps are basically the same as those shown in FIGS. However, in the step shown in FIG. 7B, in the present embodiment, the silicon oxide film 8 is formed by a thermal oxidation method instead of the CVD method in the sixth embodiment, and impurity ions are introduced into the silicon oxide film 8. After the implantation, the impurity ions are diffused from the silicon oxide film 8 to form the low concentration source / drain regions 10a and 11a. In addition, FIG. 7C shows a step between the step shown in FIG. 6B and the step shown in FIG. 6C (a state after forming the LDD sidewall and before implanting impurity ions). It shows in more detail.

【0109】したがって、本実施形態の製造工程で形成
されたCMOS型トランジスタは、上記第6実施形態に
おけるCMOSトランジスタと同様の利点を有する。加
えて、ゲート電極を構成するポリシリコン膜を酸化して
形成される熱酸化膜を利用することにより、ゲート容量
とゲート・ドレイン間容量とを小さくでき、トランジス
タで構成される回路の動作を高速化できる。
Therefore, the CMOS type transistor formed in the manufacturing process of this embodiment has the same advantages as the CMOS transistor in the sixth embodiment. In addition, by using a thermal oxide film formed by oxidizing the polysilicon film forming the gate electrode, the gate capacitance and the gate-drain capacitance can be reduced, and the operation of the circuit composed of transistors can be performed at high speed. Can be converted.

【0110】ただし、熱酸化膜からの不純物拡散は、C
VD酸化膜からの拡散より高温で行うか、あるいは酸化
膜中への注入条件を変える必要がある。
However, the impurity diffusion from the thermal oxide film is C
It is necessary to perform it at a higher temperature than the diffusion from the VD oxide film or to change the implantation conditions into the oxide film.

【0111】最後に、本発明をSOI(Silicon On Ins
ulator)基板を用い応用した例について簡単に説明す
る。従来のSOI−MOSデバイスは埋め込み酸化膜が
あるため基板の電位が取れないことが大きな欠点であっ
た。すなわち、チャネルを流れるキャリアがインパクト
イオン化を起こし電子、ホール対が発生すると、基板の
電位を取っていないためホールが基板内にとどまりトラ
ンジスタの特性を著しく劣化させる。それに対し、本発
明をSOI−MOSデバイスに適用すると、ソース・ド
レイン領域が燐イオンを導入して形成されているため
に、ドレイン付近の電界が弱められキャリアがインパク
トイオン化を起こす確率が減少する。したがって、デバ
イスの劣化を有効に防止することができ、従来より耐圧
が高く動作精度の良いデバイスが得られる。
Finally, the present invention is applied to SOI (Silicon On Ins
The following is a brief description of an example of application using an emulator substrate. Since the conventional SOI-MOS device has a buried oxide film, a major drawback is that the substrate potential cannot be obtained. That is, when the carriers flowing in the channel cause impact ionization and electron-hole pairs are generated, the holes remain in the substrate because the potential of the substrate is not taken, and the characteristics of the transistor are significantly deteriorated. On the other hand, when the present invention is applied to the SOI-MOS device, since the source / drain regions are formed by introducing phosphorus ions, the electric field in the vicinity of the drain is weakened and the probability of carriers causing impact ionization is reduced. Therefore, deterioration of the device can be effectively prevented, and a device having a higher breakdown voltage and higher operating accuracy than the conventional one can be obtained.

【0112】[0112]

【発明の効果】本発明のMIS型半導体装置の製造方法
によれば、MIS型半導体装置の製造方法として、ゲー
ト電極の両側面上にチャネル調整用サイドウォールを形
成し、チャネル調整用サイドウォールをマスクとしてゲ
ート電極及び半導体基板に燐イオンを注入し、低抵抗の
n型ゲート電極とn型ソース・ドレイン領域とを形成す
るようにしたので、砒素イオンよりもイオン半径の小さ
い燐イオンの導入により形成されたn型ソース・ドレイ
ン領域のジャンクションにおけるリーク電流の低減と、
GIDL電流の低減と、寄生容量の低減と、ホットキャ
リアの発生に起因する特性の劣化の防止とを図ることが
でき、よって、リーク電流の少ない駆動能力の大きい,
かつ信頼性の高いMIS型半導体装置の提供を図ること
ができる。
According to the method of manufacturing a MIS type semiconductor device of the present invention , as a method of manufacturing a MIS type semiconductor device, channel adjusting sidewalls are formed on both side surfaces of a gate electrode, and channel adjusting sidewalls are formed. Since phosphorus ions are implanted into the gate electrode and the semiconductor substrate by using as a mask to form a low resistance n-type gate electrode and n-type source / drain regions, introduction of phosphorus ions having a smaller ion radius than arsenic ions Reduction of leakage current at the junction of the n-type source / drain region formed by
The GIDL current can be reduced, the parasitic capacitance can be reduced, and the deterioration of the characteristics due to the generation of hot carriers can be prevented. Therefore, the leakage current is small and the driving capability is large.
Moreover, it is possible to provide a highly reliable MIS semiconductor device.

【0113】[0113]

【0114】[0114]

【0115】[0115]

【0116】[0116]

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

【図1】第1の実施形態におけるnチャネル型MOSト
ランジスタの製造工程を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an n-channel type MOS transistor according to a first embodiment.

【図2】第2の実施形態におけるnチャネル型MOSト
ランジスタの製造工程を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the n-channel MOS transistor according to the second embodiment.

【図3】第3の実施形態におけるLDD構造を有するn
チャネル型MOSトランジスタの製造工程を示す断面図
である。
FIG. 3 shows an n having an LDD structure according to a third embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the channel MOS transistor.

【図4】第4の実施形態における相補型MOSトランジ
スタの製造工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the complementary MOS transistor according to the fourth embodiment.

【図5】第5の実施形態におけるLDD構造を有する相
補型MOSトランジスタの製造工程を示す断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a complementary MOS transistor having an LDD structure according to a fifth embodiment.

【図6】第6の実施形態における相補型MOSトランジ
スタの製造工程を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the complementary MOS transistor according to the sixth embodiment.

【図7】第7の実施形態における相補型MOSトランジ
スタの製造工程を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the complementary MOS transistor according to the seventh embodiment.

【図8】燐イオンを注入して形成されたソース・ドレイ
ン領域と砒素イオンを注入して形成されたソース・ドレ
イン領域とにおける接合リーク電流をそれぞれ示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram showing junction leak currents in a source / drain region formed by implanting phosphorus ions and a source / drain region formed by implanting arsenic ions, respectively.

【図9】燐イオンを注入して形成されたソース・ドレイ
ン領域と砒素イオンを注入して形成されたソース・ドレ
イン領域とにおける接合容量を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a junction capacitance in a source / drain region formed by implanting phosphorus ions and a source / drain region formed by implanting arsenic ions.

【図10】燐イオンを注入して形成されたn型ゲート電
極と砒素イオンを注入して形成されたn型ゲート電極と
におけるシート抵抗を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing sheet resistance in an n-type gate electrode formed by implanting phosphorus ions and an n-type gate electrode formed by implanting arsenic ions.

【図11】従来の相補型MOSトランジスタの製造工程
を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a conventional complementary MOS transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2a p型半導体領域 2b n型半導体領域 3 素子分離領域 4 ゲート酸化膜 5 ゲート電極 6 チャネル調整用サイドウォール 7 LDD用サイドウォール 8 シリコン酸化膜 9 シリコン酸化膜 10a n型ソース・ドレイン領域(n型低濃度ソース
・ドレイン領域) 11a p型ソース・ドレイン領域(p型低濃度ソース
・ドレイン領域) 12a n型高濃度ソース・ドレイン領域 13a p型高濃度ソース・ドレイン領域 5a n型ゲート電極 5b p型ゲート電極
1 semiconductor substrate 2a p-type semiconductor region 2b n-type semiconductor region 3 element isolation region 4 gate oxide film 5 gate electrode 6 channel adjustment sidewall 7 LDD sidewall 8 silicon oxide film 9 silicon oxide film 10a n-type source / drain region (N type low concentration source / drain region) 11a p type source / drain region (p type low concentration source / drain region) 12a n type high concentration source / drain region 13a p type high concentration source / drain region 5a n type gate electrode 5b p-type gate electrode

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−218925(JP,A) 特開 平4−61254(JP,A) 特開 昭60−81866(JP,A) 特開 昭57−97676(JP,A) 特開 昭62−293776(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-4-218925 (JP, A) JP-A-4-61254 (JP, A) JP-A-60-81866 (JP, A) JP-A-57-97676 (JP , A) JP 62-293776 (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】 半導体基板上のnチャネル型MISトラ
ンジスタ形成領域の上にゲート絶縁膜を形成する第1の
工程と、 上記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する第2の工程
と、 上記ゲート電極の両側面上にチャネル調整用サイドウォ
ールを形成する第3の工程と、 上記nチャネル型MISトランジスタ形成領域におい
て、上記チャネル調整用サイドウォールをマスクとして
上記ゲート電極及び上記半導体基板の内部に燐イオンを
注入する第4の工程と、 熱処理により上記燐イオンを拡散,活性化させて、上記
ゲート電極を低抵抗のn型ゲート電極にするとともに上
記半導体基板内の上記n型ゲート電極の両側方に位置す
る領域にn型ソース・ドレイン領域を形成する第5の工
程とを備え、 上記第3の工程は、 上記半導体基板とゲート電極との露出した部分を酸化し
て、全面上に酸化膜を形成する工程と、 異方性エッチングにより上記酸化膜をエッチバックし、
上記ゲート電極の両側面上に上記酸化膜の一部をチャネ
ル調整用サイドウォールとして残置させる工程とを含む
ことを特徴とするMIS型半導体装置の製造方法。
1. A first step of forming a gate insulating film on an n-channel MIS transistor formation region on a semiconductor substrate, a second step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and the gate. A third step of forming channel adjusting sidewalls on both side surfaces of the electrode, and phosphorus in the gate electrode and the semiconductor substrate in the n-channel MIS transistor formation region using the channel adjusting sidewalls as a mask. The fourth step of implanting ions, and the heat treatment to diffuse and activate the phosphorus ions to make the gate electrode a low-resistance n-type gate electrode and both sides of the n-type gate electrode in the semiconductor substrate. and a fifth step of forming a n-type source and drain regions in the regions located above the third step, the semiconductor substrate and the gate electrode Oxidizing the exposed portion of the
Then, a step of forming an oxide film on the entire surface and etching back the oxide film by anisotropic etching,
Channel a part of the oxide film on both sides of the gate electrode.
And a step of leaving it as a side wall for adjustment of a semiconductor device, a method of manufacturing a MIS type semiconductor device.
【請求項2】 請求項1記載のMIS型半導体装置の製
造方法において、 上記第4の工程では、低濃度の燐イオンを注入し、 上記第4の工程の後かつ上記第5の工程の前に、上記チ
ャネル調整用サイドウォールの上にLDD用サイドウォ
ールを形成する工程と、上記LDD用サイドウォールを
マスクとして上記ゲート電極及び上記半導体基板の内部
に高濃度の燐イオンを注入する工程とをさらに備え、 上記第5の工程では、上記高濃度の燐イオンを拡散,活
性化させて、上記半導体基板内の上記n型ソース・ドレ
イン領域の外側にn型高濃度ソース・ドレイン領域を形
成することを特徴とするMIS型半導体装置の製造方
法。
2. The method for manufacturing a MIS type semiconductor device according to claim 1, wherein in the fourth step, low-concentration phosphorus ions are implanted, and after the fourth step and before the fifth step. And a step of forming an LDD sidewall on the channel adjusting sidewall and a step of implanting a high concentration of phosphorus ions into the gate electrode and the semiconductor substrate using the LDD sidewall as a mask. Further, in the fifth step, the high-concentration phosphorus ions are diffused and activated to form n-type high-concentration source / drain regions outside the n-type source / drain regions in the semiconductor substrate. A method of manufacturing a MIS type semiconductor device, comprising:
【請求項3】 請求項1記載のMIS型半導体装置の製
造方法において、 上記第1〜第3の工程では、半導体基板上のpチャネル
型MISトランジスタ形成領域の上にも、上記nチャネ
ル型MISトランジスタ形成領域におけると同様のゲー
ト絶縁膜,ゲート電極及びチャネル調整用サイドウォー
ルを形成し、 上記第3の工程の後上記第5の工程の前に、上記pチャ
ネル型MISトランジスタ形成領域において、上記チャ
ネル調整用サイドウォールをマスクとして上記ゲート電
極及び上記半導体基板の内部にp型不純物イオンを注入
する工程をさらに備え、 上記第5の工程では、上記pチャネル型MISトランジ
スタ形成領域のゲート電極を低抵抗のp型ゲート電極に
するとともに上記半導体基板内の上記p型ゲート電極の
両側方に位置する領域にp型ソース・ドレイン領域を形
成することを特徴とするMIS型半導体装置の製造方
法。
3. The method for manufacturing an MIS type semiconductor device according to claim 1, wherein in the first to third steps, the n channel type MIS is also formed on a p channel type MIS transistor formation region on a semiconductor substrate. A gate insulating film, a gate electrode, and a channel adjusting sidewall similar to those in the transistor formation region are formed, and in the p-channel MIS transistor formation region after the third step and before the fifth step, The method further includes a step of implanting p-type impurity ions into the gate electrode and the inside of the semiconductor substrate using the channel adjusting sidewall as a mask. In the fifth step, the gate electrode in the p-channel type MIS transistor formation region is lowered. A p-type gate electrode of a resistor and located on both sides of the p-type gate electrode in the semiconductor substrate. A method for manufacturing a MIS type semiconductor device, which comprises forming p-type source / drain regions in the regions.
【請求項4】 請求項3記載のMIS型半導体装置の製
造方法において、 上記第4の工程では、低濃度の燐イオンを注入し、 上記p型不純物イオンを注入する工程では、低濃度のp
型不純物イオンを注入し、 上記第4の工程及びp型不純物イオンを注入する工程の
後、かつ上記第5の工程の前に、上記チャネル調整用サ
イドウォールの側面上にLDD用サイドウォールを形成
する工程と、 上記nチャネル型MISトランジスタ形成領域におい
て、上記LDD用サイドウォールをマスクとして上記ゲ
ート電極及び上記半導体基板の内部に高濃度の燐イオン
を注入する工程と、 上記pチャネル型MISトランジスタ形成領域におい
て、上記LDD用サイドウォールをマスクとして上記ゲ
ート電極及び上記半導体基板の内部に高濃度のp型不純
物イオンを注入する工程とをさらに備え、 上記第5の工程では、上記高濃度の燐イオンと上記高濃
度のp型不純物イオンとを拡散,活性化させて、上記n
型ソース・ドレイン領域の外側にn型高濃度ソース・ド
レイン領域を形成するとともに、上記p型ソース・ドレ
イン領域の外側にp型高濃度ソース・ドレイン領域を形
成することを特徴とするMIS型半導体装置の製造方
法。
4. The method for manufacturing a MIS semiconductor device according to claim 3, wherein in the fourth step, a low concentration of phosphorus ions is implanted, and in the step of implanting the p-type impurity ions, a low concentration of p is added.
Type impurity ions are implanted, and after the fourth step and the step of implanting p-type impurity ions, but before the fifth step, an LDD sidewall is formed on the side surface of the channel adjusting sidewall. And a step of implanting a high concentration of phosphorus ions into the inside of the gate electrode and the semiconductor substrate using the LDD sidewall as a mask in the n-channel MIS transistor formation region, and forming the p-channel MIS transistor. The step of implanting high-concentration p-type impurity ions into the gate electrode and the semiconductor substrate using the LDD sidewall as a mask in the region, and in the fifth step, the high-concentration phosphorus ion is added. And the high-concentration p-type impurity ions are diffused and activated, and
N-type high-concentration source / drain regions are formed outside the p-type source / drain regions, and p-type high-concentration source / drain regions are formed outside the p-type source / drain regions. Device manufacturing method.
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