JPH01191478A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はMO3型半導体装置の製造方法に関し、特に短
チヤネル化を図ったMO3型トランジスタの製造方法に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing an MO3 type semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing an MO3 type transistor with a shortened channel.
従来、この種のM OS型トランジスタの製造方法とし
て、第3図(a)乃至第3図(d)に示されるように、
ゲート酸化膜形成後に一導電型の半導体基板表面上に不
純物を拡散して表面濃度を部分的に相違させる方法がと
られている。Conventionally, as a method for manufacturing this type of MOS transistor, as shown in FIGS. 3(a) to 3(d),
A method of diffusing impurities onto the surface of a semiconductor substrate of one conductivity type after forming a gate oxide film to partially vary the surface concentration is used.
即ち、第3図(a)のように、例えばP型シリコン基板
1上に通常のLOGO3工程によりフィールド酸化膜2
を1.0μm形成し、活性領域にゲート酸化膜3を50
0人形成した後、しきい値電圧を設定し或いは短チャン
ネル化を図るために、ゲート酸化膜3を通してP型不純
物、例えばボロンをシリコン基板1にイオン注入し、基
板表面に高濃度のP型不純物拡散層7を形成している。That is, as shown in FIG. 3(a), for example, a field oxide film 2 is formed on a P-type silicon substrate 1 by a normal LOGO3 process.
A gate oxide film 3 with a thickness of 1.0 μm is formed in the active region.
After forming the silicon substrate 1, a P-type impurity such as boron is ion-implanted into the silicon substrate 1 through the gate oxide film 3 in order to set the threshold voltage or shorten the channel. An impurity diffusion layer 7 is formed.
しかる後、第3図(b)のように、ゲート酸化膜3上に
多結晶シリコン層4を約6000成績層し、かつこの上
にフォトレジスト6をゲート電極となるべき領域にのみ
形成する。Thereafter, as shown in FIG. 3(b), a polycrystalline silicon layer 4 of about 6,000 layers is deposited on the gate oxide film 3, and a photoresist 6 is formed thereon only in the region to become the gate electrode.
そして、第3図(C)のように、このフォトレジスト6
をマスクとして前記多結晶シリコン層4をエツチングし
てゲート電極4を形成する。このフォトレジスト6はそ
の後除去する。続いて、前記ゲート電極4をマスクとし
て基板と逆導電型の不純物、例えば砒素(As)を10
0K e V、 1.OXIO16cm−”の条件で
イオン注入することにより、ゲート電極4に対して自己
整合的にソース・ドレイン拡散層9を形成する。Then, as shown in FIG. 3(C), this photoresist 6
Using this as a mask, the polycrystalline silicon layer 4 is etched to form the gate electrode 4. This photoresist 6 is then removed. Next, using the gate electrode 4 as a mask, 10% of an impurity having a conductivity type opposite to that of the substrate, such as arsenic (As), is added.
0K e V, 1. The source/drain diffusion layer 9 is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 4 by ion implantation under the condition of OXIO 16 cm-''.
しかる後、第3図(d)のように、PSG等の眉間絶縁
膜10を約5000成績層し、これにコンタクト孔を開
設した上でアルミニウム等の金属配線11を形成するこ
とによりNチャンネルMO3型トランジスタを形成して
いた。Thereafter, as shown in FIG. 3(d), about 5,000 layers of a glabellar insulating film 10 such as PSG is formed, contact holes are formed in this, and metal wiring 11 such as aluminum is formed to form an N-channel MO3. It formed a type transistor.
上述した従来の製造方法においては、ゲート酸化膜3を
形成した後に、半導体基板1にP型の不純物をイオン注
入したP型不純物拡散層7の濃度を高めているため、こ
のP型不純物拡散層7内に形成するN型ソース・ドレイ
ン拡散層9とP型不純物拡散層7との間では、通常の基
板濃度より濃度の高い分だけ接合容量が大きくなり、高
速化したトランジスタを形成する上で大きな問題点とな
っていた。In the conventional manufacturing method described above, after forming the gate oxide film 3, the concentration of the P-type impurity diffusion layer 7 is increased by ion-implanting P-type impurities into the semiconductor substrate 1. Between the N-type source/drain diffusion layer 9 and the P-type impurity diffusion layer 7 formed in the substrate 7, the junction capacitance becomes larger due to the higher concentration than the normal substrate concentration, which is useful for forming high-speed transistors. This was a big problem.
本発明は接合容量を抑制して、トランジスタの高速化を
可能どする半導体装置の製造方法を提供することを目的
としている。An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that suppresses junction capacitance and enables high-speed transistors.
本発明の半導体装置の製造方法は、−導電型の半導体基
板上にゲート酸化膜、多結晶シリコン層及び絶縁膜を順
次積層する工程と、この絶縁膜上に形成したマスクを利
用してゲート電極を形成する箇所の半導体基板表面に一
導電型の不純物を導入して不純物拡散層を形成する工程
と、前記マスクを利用してゲート電極形成領域の絶縁膜
を選択的に除去する工程と、この絶縁膜が除去された領
域に前記絶縁膜及び多結晶シリコンと性質の異なる層を
自己整合的に形成する工程と、この性質の異なる層をマ
スクとして前記絶縁膜及び多結晶シリコン層をエツチン
グ除去してゲート電極を形成する工程と、このゲート電
極を用いて自己整合的に前記半導体基板に逆導電型の不
純物を導入してソース・ドレイン拡散層を形成する工程
を含んでいる。The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of sequentially laminating a gate oxide film, a polycrystalline silicon layer, and an insulating film on a conductive type semiconductor substrate, and a process of sequentially laminating a gate oxide film, a polycrystalline silicon layer, and an insulating film on a conductive type semiconductor substrate, and using a mask formed on the insulating film to form a gate electrode. a step of introducing an impurity of one conductivity type into the surface of the semiconductor substrate where the gate electrode is to be formed to form an impurity diffusion layer; a step of selectively removing the insulating film in the gate electrode forming region using the mask; A step of forming a layer having different properties from the insulating film and polycrystalline silicon in a region where the insulating film has been removed in a self-aligned manner, and etching away the insulating film and the polycrystalline silicon layer using this layer having different properties as a mask. and a step of introducing impurities of opposite conductivity type into the semiconductor substrate in a self-aligned manner using the gate electrode to form source/drain diffusion layers.
上述した方法では、ゲート電極直下のチャネル領域にの
み基板と異なる不純物濃度の拡散層を形成でき、しきい
値電圧の設定及び短チヤネル化を実現する一方で、ソー
ス・ドレイン拡散層における接合容量の増加を防止した
MO3型トランジスタの製造が可能となる。In the above method, it is possible to form a diffusion layer with an impurity concentration different from that of the substrate only in the channel region directly under the gate electrode, and while it is possible to set the threshold voltage and shorten the channel, it also reduces the junction capacitance in the source/drain diffusion layer. It becomes possible to manufacture an MO3 type transistor that prevents the increase in the number of transistors.
次に、本発明を図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.
第1図(a)乃至第1図(f)は本発明の第1実施例を
工程順に示す断面図である。FIGS. 1(a) to 1(f) are cross-sectional views showing the first embodiment of the present invention in the order of steps.
先ず、第1図(a)に示すように、例えばP型シリコン
基板1に通常のLOGO3工程により、フィールド酸化
膜2を約1.0am形成して素子領域を画成し、かつこ
の素子領域にはゲート酸化膜3を500人形成する。First, as shown in FIG. 1(a), for example, a field oxide film 2 of about 1.0 am is formed on a P-type silicon substrate 1 by a normal LOGO3 process to define an element region, and a field oxide film 2 is formed in this element region. Forms gate oxide film 3 by 500 people.
次いで、第1図(b)に示すように、全面に多結晶シリ
コンN4を4000人、及びシリコン窒化膜等の絶縁膜
5を約1000成績層する。そして、この上にはゲート
電極を形成する領域を開口したパターンにフォトレジス
ト6を形成し、このフォトレジスト6をマスクにして前
記シリコン基板1にP型不純物、例えばボロンをイオン
注入する。これにより、シリコン基板1には選択的に比
較的高い濃度のP型不純物拡散層7が形成される。Next, as shown in FIG. 1(b), 4000 layers of polycrystalline silicon N4 and about 1000 layers of an insulating film 5 such as a silicon nitride film are formed on the entire surface. Then, a photoresist 6 is formed in a pattern with an opening in the region where the gate electrode is to be formed, and using this photoresist 6 as a mask, P-type impurities such as boron are ion-implanted into the silicon substrate 1. As a result, a relatively high concentration P-type impurity diffusion layer 7 is selectively formed in the silicon substrate 1.
次に、第1図(C)に示すように、前記フォトレジスト
6をマスクにしてゲート電極を形成する領域のシリコン
窒化膜5を除去し、フォトレジスト6を除去した上で酸
化を行って露呈された多結晶シリコン層4の表面をシリ
コン酸化膜8とする。Next, as shown in FIG. 1C, the silicon nitride film 5 in the area where the gate electrode is to be formed is removed using the photoresist 6 as a mask, and after removing the photoresist 6, oxidation is performed to expose the silicon nitride film 5. The surface of the polycrystalline silicon layer 4 thus formed is used as a silicon oxide film 8.
続いて、第1図(d)に示すように、前記シリコン窒化
膜5を全面除去する。Subsequently, as shown in FIG. 1(d), the silicon nitride film 5 is completely removed.
しかる上で、第1図(e)に示すように、前記シリコン
酸化膜8をマスクにして多結晶シリコン層4をエツチン
グしてゲート電極を形成し、このゲート電極に対して自
己整合的にN型不純物、例えばAsをイオン注入し、N
型のソース・ドレイン拡散層9を形成する。Then, as shown in FIG. 1(e), the polycrystalline silicon layer 4 is etched using the silicon oxide film 8 as a mask to form a gate electrode, and N is etched in a self-aligned manner to the gate electrode. Type impurity, for example, As, is ion-implanted, and N
A type source/drain diffusion layer 9 is formed.
次いで、第1図(f)に示すようにPSG等の眉間絶縁
膜膜10を約5000成績層し、これにコンタクトを開
設し、アルミニウム等の金属配線11を形成することに
より目的とする半導体装置が完成される。Next, as shown in FIG. 1(f), about 5,000 layers of the eyebrow insulating film 10 such as PSG are formed, contacts are made thereon, and metal wiring 11 made of aluminum or the like is formed to form the target semiconductor device. is completed.
このようにして製造されるMO3型トランジスタは、ゲ
ート電極4の直下の領域にのみシリコン基板1よりも高
い不純物拡散層7を形成されるので、短チヤネル化によ
るパンチスルーを抑制する一方で、ソース・ドレイン拡
散層9における基板との接合容量を増加することなく、
トランジスタの高速動作が可能とされる。In the MO3 type transistor manufactured in this way, the impurity diffusion layer 7 which is higher than the silicon substrate 1 is formed only in the region directly under the gate electrode 4, so that punch-through due to shortened channels is suppressed, and the source・Without increasing the junction capacitance between the drain diffusion layer 9 and the substrate,
It is said that high-speed operation of the transistor is possible.
第2図(a)乃至第2図(f)は本発明の第2実施例を
製造工程順に示す断面図である。FIGS. 2(a) to 2(f) are cross-sectional views showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
先ず、第2図(a)に示すように、P型シリコン基板1
にフィールド酸化膜2を1.0μm形成し、素子領域に
ゲート酸化膜3を500人形成した後、第2図(b)で
示すように全面に多結晶シリコン層4を4000人4、
絶縁膜としてCVDシリコン酸化膜12を約1000成
績層する。そして、この上にフォトレジスト6を設け、
かつこのフォトレジストには後にゲート電極を形成する
領域を開口する。First, as shown in FIG. 2(a), a P-type silicon substrate 1 is
After forming a field oxide film 2 of 1.0 μm in thickness and forming a gate oxide film 3 of 500 layers in the element region, a polycrystalline silicon layer 4 of 4000 layers was formed on the entire surface as shown in FIG. 2(b).
A CVD silicon oxide film 12 is formed in approximately 1000 layers as an insulating film. Then, a photoresist 6 is provided on this,
Moreover, a region where a gate electrode will be formed later is opened in this photoresist.
しかる後、このフォトレジスト6をマスクとしてシリコ
ン基板1の表面にP型不純物、例えばボロンをイオン注
入し、P型不純物拡散層7を形成する。Thereafter, using this photoresist 6 as a mask, ions of a P-type impurity, such as boron, are implanted into the surface of the silicon substrate 1 to form a P-type impurity diffusion layer 7.
次いで、第2図(c)に示すように、前記フォトレジス
ト6を利用して前記CVDシリコン酸化膜12を選択的
に除去し、その上でこの除去した部分の多結晶シリコン
層4上にエピタキシャル成長法でシリコン層13を成長
させる。更に、フォトレジスト6を除去した後、この上
に高融点金属。Next, as shown in FIG. 2(c), the CVD silicon oxide film 12 is selectively removed using the photoresist 6, and epitaxial growth is then performed on the removed portion of the polycrystalline silicon layer 4. A silicon layer 13 is grown using a method. Furthermore, after removing the photoresist 6, a high melting point metal is applied thereon.
例えばタングステン層14を積層する。For example, a tungsten layer 14 is laminated.
次に、第2図(d)に示すように、熱処理によりタング
ステン層14とシリコン層13を反応させたのち、未反
応のタングステン層14を除去し、タングステンシリサ
イドN15を形成する。Next, as shown in FIG. 2(d), after the tungsten layer 14 and the silicon layer 13 are reacted by heat treatment, the unreacted tungsten layer 14 is removed to form tungsten silicide N15.
しかる後、第2図(e)に示すように、タングステンシ
リサイド層15をマスクとして多結晶シリコン層4をエ
ツチングし、ゲート電極を形成する。そして、このゲー
ト電極4に対して自己整合的にN型不純物、例えばAs
をイオン注入することにより、N型ソース・ドレイン拡
散層9を形成する。Thereafter, as shown in FIG. 2(e), the polycrystalline silicon layer 4 is etched using the tungsten silicide layer 15 as a mask to form a gate electrode. Then, an N-type impurity, for example, As, is added in a self-aligned manner to the gate electrode 4.
By ion-implanting, an N-type source/drain diffusion layer 9 is formed.
更に、第2図(f)に示すようにPSG膜10を約50
00成績層し、コンタクトを開設して金属配線11を形
成することにより、目的とするMO3型トランジスタが
完成される。Furthermore, as shown in FIG. 2(f), the PSG film 10 is
The desired MO3 type transistor is completed by forming a metal wiring 11 by forming contacts and forming a metal wiring 11.
この方法で製造されるMO3型ト°ランジスタは、前記
第1実施例と全(同じ効果が得られるとともに、ゲート
電極が多結晶シリコンとタングステンシリサイド層15
の二層構造とされるため、ゲート電極の抵抗を低減して
更に高速化を達成できる。The MO3 type transistor manufactured by this method can obtain all the same effects as the first embodiment, and has a gate electrode made of polycrystalline silicon and a tungsten silicide layer 15.
Since it has a two-layer structure, it is possible to reduce the resistance of the gate electrode and achieve even higher speeds.
なお、タングステンシリサイド層は、モリブデン等地の
高融点金属のシリサイド層を用いても同じである。Note that the tungsten silicide layer may be a silicide layer of a high melting point metal such as molybdenum.
以上説明したように本発明は、ゲート電極直下のチャネ
ル領域にのみ基板と異なる不純物濃度の拡散層を自己整
合的に形成できるため、しきい値電圧の設定及び短チヤ
ネル化を実現する一方で、ソース・ドレイン拡散層にお
ける接合容量の増加を防止して高速化を可能としたMO
3型トランジスタを製造できる効果がある。As explained above, in the present invention, a diffusion layer having an impurity concentration different from that of the substrate can be formed in a self-aligned manner only in the channel region directly under the gate electrode, so that the threshold voltage can be set and the channel can be shortened. MO that enables high-speed operation by preventing an increase in junction capacitance in the source/drain diffusion layer
This has the effect of making it possible to manufacture type 3 transistors.
第1図(a)乃至第1図(f)は本発明の第1実施例を
製造工程順に示す断面図、第2図(a)乃至第2図(f
)は本発明の第2実施例を製造工程順に示す断面図、第
3図(a)乃至第3図(d)は従来の製造方法を工程順
に示す断面図である。
1・・・P型シリコン基板、2・・・フィールド酸化膜
、3・・・ゲート酸化膜、4・・・多結晶シリコン層(
ゲート電極)、5・・・シリコン窒化膜、6・・・フォ
トレジスト、7・・・P型不純物拡散層、8・・・シリ
コン酸化膜、9・・・N型ソース・ドレイン拡散層、1
0・・・層間絶縁膜、11・・・金属配線、12・・・
CVDシリコン酸化膜、13・・・シリコン層、14・
・・タングステン層、15・・・タングステンシリサイ
ド層。
第1図
第1図
第2図FIGS. 1(a) to 1(f) are cross-sectional views showing the first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps, and FIGS. 2(a) to 2(f)
) is a sectional view showing the second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps, and FIGS. 3(a) to 3(d) are sectional views showing the conventional manufacturing method in the order of steps. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... P-type silicon substrate, 2... Field oxide film, 3... Gate oxide film, 4... Polycrystalline silicon layer (
gate electrode), 5... silicon nitride film, 6... photoresist, 7... P type impurity diffusion layer, 8... silicon oxide film, 9... N type source/drain diffusion layer, 1
0... Interlayer insulating film, 11... Metal wiring, 12...
CVD silicon oxide film, 13... silicon layer, 14.
...Tungsten layer, 15...Tungsten silicide layer. Figure 1 Figure 1 Figure 2
Claims (1)
リコン層及び絶縁膜を順次積層する工程と、前記絶縁膜
上に形成したマスクを利用してゲート電極を形成する箇
所の半導体基板表面に一導電型の不純物を導入して不純
物拡散層を形成する工程と、前記マスクを利用してゲー
ト電極形成領域の絶縁膜を選択的に除去する工程と、こ
の絶縁膜が除去された領域に前記絶縁膜及び多結晶シリ
コンと性質の異なる層を自己整合的に形成する工程と、
この性質の異なる層をマスクとして前記絶縁膜及び多結
晶シリコン層をエッチング除去してゲート電極を形成す
る工程と、このゲート電極を用いて自己整合的に前記半
導体基板に逆導電型の不純物を導入してソース・ドレイ
ン拡散層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。1. The step of sequentially laminating a gate oxide film, a polycrystalline silicon layer, and an insulating film on a semiconductor substrate of one conductivity type, and the surface of the semiconductor substrate at a location where a gate electrode is formed using a mask formed on the insulating film. a step of introducing an impurity of one conductivity type to form an impurity diffusion layer; a step of selectively removing the insulating film in the gate electrode forming region using the mask; and a step of selectively removing the insulating film in the gate electrode formation region; forming a layer having different properties from the insulating film and polycrystalline silicon in a self-aligned manner;
A step of etching away the insulating film and the polycrystalline silicon layer using the layers with different properties as a mask to form a gate electrode, and introducing impurities of opposite conductivity type into the semiconductor substrate in a self-aligned manner using the gate electrode. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a source/drain diffusion layer.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5698461A (en) * | 1996-03-12 | 1997-12-16 | United Microelectronics Corp. | Method for fabricating lightly doped drain metal oxide semiconductor field effect transistor |
-
1988
- 1988-01-27 JP JP1474888A patent/JPH01191478A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5698461A (en) * | 1996-03-12 | 1997-12-16 | United Microelectronics Corp. | Method for fabricating lightly doped drain metal oxide semiconductor field effect transistor |
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