JPH02196434A - Manufacture of mos transistor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
コノ発明は、L D D (Lightly dope
d drain)構造をもつMOSトランジスタの製造
方法に関するものである。[Detailed description of the invention] (Industrial application field) The present invention is based on LDD (Lightly dope)
The present invention relates to a method of manufacturing a MOS transistor having a d drain structure.
(従来の技術)
MO3)ランジスタ、詳しくは、MO3型電界効果トラ
ンジスタ(MOS F ET; Metal−Oxid
e−5e+m1eonduetorField Eff
eet Transistor)を構成要素とする88
1回路では、集積回路の鳥積度を向上させる目的で、半
導体基板上に形成するMO3+−ランジスタの素子寸法
を縮小するのが一般的である。(Prior art) MO3) transistor, specifically MO3 type field effect transistor (MOS FET; Metal-Oxid)
e-5e+m1eonduetorField Eff
eet Transistor) as a component.
In one circuit, the element size of an MO3+- transistor formed on a semiconductor substrate is generally reduced in order to improve the integration density of an integrated circuit.
ところで、MOSトランジスタの基本的な構造は、第6
図に基本的なnチャンネル型のMOS)ランジスタの模
式図を示すように、St基板(P型シリコン基板101
)上に薄い酸化膜(ゲート酸化膜103)を介して金属
電極(ポリシリコン電極104)を設けた所謂MOSキ
ャパシタの両側に、キャリアの供給源となるソース10
5と、キャリアを取り出すドレイン106を拡散層(N
+拡散層102)で形成したものであり、隣接するMO
S)ランジスタとの分離は厚いフィールド酸化膜107
により行われている。By the way, the basic structure of a MOS transistor is
As shown in the figure, a schematic diagram of a basic n-channel type MOS transistor, an St substrate (P-type silicon substrate 101)
) on both sides of a so-called MOS capacitor on which a metal electrode (polysilicon electrode 104) is provided via a thin oxide film (gate oxide film 103), a source 10 serving as a carrier supply source is placed.
5 and the drain 106 from which carriers are taken out are formed by a diffusion layer (N
+ diffusion layer 102), and the adjacent MO
S) Separation from transistor is thick field oxide film 107
It is carried out by
このMOSトランジスタの素子寸法の縮小に於ては、ソ
ース、ドレイン105,106などの面積の縮小に併せ
て、図に示すゲート長しの縮小を行うことが必須となる
。MOSトランジスタの縮小の方法としては、スケーリ
ング則が良く知られている。このスケーリング則に従っ
て第6図に示すMOS)ランジスタを例えばゲート幅W
を1/K。In reducing the element dimensions of this MOS transistor, it is essential to reduce the gate length as shown in the figure in addition to reducing the area of the source, drain 105, 106, etc. The scaling law is well known as a method for scaling down MOS transistors. According to this scaling law, the MOS transistor shown in FIG.
1/K.
ゲート酸化@103の厚さを1/に、N+拡散層102
の深さを1/に、ゲート長りを1/になどと縮小してい
くと、特にゲート長りが1.5μm程度以下になると、
ホットキャリアと呼ばれる現象により酸化膜103中に
電流が注入され、MOSトランジスタの特性変動を生じ
させるという問題を発生させる。The thickness of the gate oxide @103 is reduced to 1/1, and the N+ diffusion layer 102 is
When the depth of the gate is reduced to 1/1 and the gate length is reduced to 1/1, especially when the gate length becomes about 1.5 μm or less,
A current is injected into the oxide film 103 due to a phenomenon called hot carriers, causing a problem of causing characteristic fluctuations of the MOS transistor.
この点を詳述すると、MOS)ランジスタのチャンネル
中の電界Cは、二極電動作の極限状態では単純に
ε”vOJ/L−ff ・・・(1)ただし、
voeはソース・ドレイン間電圧り、fμよ実効ゲート
長(第6図参照)と示されるが、五極管動作状態では、
第7図に示されているように、電界はドレイン近傍の空
乏層領域に集中する。従って、電界の最大値ε71.は
式(1)で示されるよりはるかに大きな値となる。To elaborate on this point, in the extreme state of bipolar operation, the electric field C in the channel of a MOS transistor is simply ε"vOJ/L-ff (1) However,
voe is the source-drain voltage, and fμ is the effective gate length (see Figure 6). In the pentode operating state,
As shown in FIG. 7, the electric field is concentrated in the depletion layer region near the drain. Therefore, the maximum value of the electric field ε71. is a much larger value than shown in equation (1).
このMOSトランジスタを縮小する場合、式(1)に示
すように” elfに比例してV。、つまり電源電圧(
11作電圧)を下げることができれば電界εは増大しな
いが、MO8ta積回路の使用上からの要求により、な
かなか電源電圧を下げることができず、その結果、電界
Cはゲート長しの縮小に比例して増大することとなる。When scaling down this MOS transistor, as shown in equation (1), V is proportional to elf, that is, the power supply voltage (
If the electric field ε could be lowered (11 operating voltage), the electric field ε would not increase, but due to the requirements of using MO8ta product circuits, it is difficult to lower the power supply voltage, and as a result, the electric field C is proportional to the reduction in gate length. This will result in an increase.
ここで、実効ゲート長り、#、とゲート長りの関係であ
るが、第6図より明らかなようにダ拡散層102の深さ
が一定であれば、L=L、、、+2 a (aはN+拡
散層の槽方向の拡がり)と、算術的な関係がある。Here, regarding the relationship between the effective gate length, #, and the gate length, as is clear from FIG. 6, if the depth of the diffusion layer 102 is constant, L=L,...+2 a ( There is an arithmetic relationship with a (the extent of the N+ diffusion layer in the tank direction).
二極電動作では以上説明したように実効ゲート長の縮小
に比例してεが増加するが、五極管動作でも同じことが
言え、更に五極宮動作では、ゲート電極の影響でドレイ
ン接合の酸化膜境界付近での空乏層中の電界が増加する
上に、縮小期に従ってゲートの酸化膜(第6図のゲート
酸化膜103)を薄くした場合は、この電界増加に更に
拍車をかける結果となる。As explained above, in dipole operation, ε increases in proportion to the reduction in the effective gate length, but the same holds true for pentode operation, and furthermore, in pentode operation, the drain junction decreases due to the influence of the gate electrode. In addition to the increase in the electric field in the depletion layer near the oxide film boundary, if the gate oxide film (gate oxide film 103 in Figure 6) is thinned according to the shrinkage period, this increase in electric field will be further accelerated. Become.
以上説明したような理由で強電界は十分なホットキャリ
アを発生させるだけの強度をもっこととなる。チャンネ
ル中で、とりわけドレイン空乏層中を流れるキャリアは
空乏層中の強電界Cで加速され、そのうち十分なエネル
ギーをもったホットキャリアは、チャンネル中に閉じ込
められろことなくその外へ飛び出し、基板電流を発生さ
せたり、酸化膜中へ注入されたりする。そして、と・の
酸化膜中へ注入されたキャリアは、その一部がトラップ
されたり、表面準位を生成させたりし、その結果、しき
い値電圧v7Hのシフト、相互コンダクタンスg、の低
下、サブスレッシシルト領域でのリークの増加といった
特性劣化を引きおこす。このホットキャリアによる特性
劣化は、ゲート長が1.5μm以下のNMOS)ランジ
スタに於て顕著であるとされている。For the reasons explained above, a strong electric field has enough strength to generate sufficient hot carriers. Carriers flowing in the channel, especially in the drain depletion layer, are accelerated by the strong electric field C in the depletion layer, and hot carriers with sufficient energy jump out of the channel without being trapped in the channel, increasing the substrate current. or injected into the oxide film. Then, some of the carriers injected into the oxide film of and/or are trapped or generate surface levels, resulting in a shift in the threshold voltage v7H, a decrease in the mutual conductance g, This causes characteristic deterioration such as increased leakage in the subthreshold silt region. It is said that this deterioration in characteristics due to hot carriers is remarkable in NMOS transistors with a gate length of 1.5 μm or less.
とのNMOS)ランジスタのホットキャリアによる特性
変動を防止する目的で、高濃度のN+ドレインとゲート
下部のP−層との間に低濃度のNのオフセット層を設け
る方法が提案されている。In order to prevent characteristic fluctuations due to hot carriers of NMOS transistors, a method has been proposed in which a lightly doped N offset layer is provided between a heavily doped N+ drain and a P- layer below the gate.
この構造はL D D (Lightly Doped
Drain)構造と呼ばれ、その考え方はピンチオフ
状態で生ずるドレイン空乏層のピーク電界強度を緩和す
ることである。つまり、ドレインの濃度を低くすること
で空乏層をドレイン側にも伸ばし、基板側で受は持つ電
圧を小さくし電界を弱めることである。This structure is called LDD (Lightly Doped
The idea is to alleviate the peak electric field strength of the drain depletion layer that occurs in a pinch-off state. In other words, by lowering the concentration of the drain, the depletion layer is extended to the drain side, and the voltage on the substrate side is reduced to weaken the electric field.
とのLDD構造をもつNチャンネル型MOSトランジス
タの従来の製造方法の第1の例を第8図(JL)〜(j
lに示し、以下説明する。A first example of the conventional manufacturing method of an N-channel MOS transistor having an LDD structure is shown in FIGS.
1 and will be explained below.
まず、P型(100)3.5Ω・国の基板201に周知
のLOCO8法を用いて厚い分離酸化膜(7000堆積
)202と素子形成領域203を形成したのち、950
℃、02雰囲気で200人厚0ゲート酸化膜204を形
成する(第8図(a))。First, a thick isolation oxide film (7000 Ω deposited) 202 and an element formation region 203 are formed on a P-type (100) 3.5 Ω substrate 201 using the well-known LOCO8 method.
A gate oxide film 204 with a thickness of 200 layers is formed at 0.degree.
次に、減圧CVC法によりポリシリコン膜205を基板
全面に3000人の厚さで形成したのち、900℃でP
OCj3+N2+02の雰囲気でデボジシ璽ンを行い、
ポリシリコン膜205にリン拡散を行い、ポリシリコン
をリンドープ膜とする(第8図(b))。Next, a polysilicon film 205 was formed to a thickness of 3000 nm over the entire surface of the substrate using the low pressure CVC method, and then a polysilicon film 205 was formed at 900°C.
Perform the debojishi seal in the atmosphere of OCj3 + N2 + 02,
Phosphorus is diffused into the polysilicon film 205 to make the polysilicon a phosphorus-doped film (FIG. 8(b)).
次に、ポジ型レジストを基板全面に塗布し、周知のフォ
トリソ技術によりゲートのポリシリコンを形成する為の
レジスト206を形成する(第8図(C))。このとき
、ゲート長は図中に示すように、ここでは1μmとする
。Next, a positive resist is applied to the entire surface of the substrate, and a resist 206 for forming gate polysilicon is formed by a well-known photolithography technique (FIG. 8(C)). At this time, the gate length is here 1 μm as shown in the figure.
次に、エツチングによりレジスト206で覆われた場所
以外のポリシリコン膜205を除去し、レジスト206
を除去することにより、レジスト206下の残存ポリシ
リコン膜205からなるゲートポリシリコン電極207
が得られる(第8図(d))。Next, the polysilicon film 205 other than the area covered with the resist 206 is removed by etching, and the resist 206 is removed.
By removing the gate polysilicon electrode 207 made of the remaining polysilicon film 205 under the resist 206,
is obtained (Fig. 8(d)).
次に、ゲートポリシリコン電極207をマスクとして、
P(リン)をイオン注入法により1.5×10′3個/
cIlのドーズ量、加速エネルギー33 keVで注入
することにより、深さ0.18μm2層抵抗1.6にΩ
/口のオフセットN−層208が形成される(第8図(
e))。Next, using the gate polysilicon electrode 207 as a mask,
1.5×10'3/P (phosphorus) was added by ion implantation method.
By implanting cIl at a dose of 33 keV and an acceleration energy of 33 keV, the two-layer resistance at a depth of 0.18 μm was reduced to 1.6 Ω.
An offset N-layer 208 is formed (FIG. 8).
e)).
ついで、減圧CVD法により基板全面にP2O6vIA
度、12wt%のPSGg[209を3000人厚に形
成する(第8図(f))。Then, P2O6vIA was applied to the entire surface of the substrate by low pressure CVD method.
12 wt % of PSGg[209] was formed to a thickness of 3000 mm (FIG. 8(f)).
ついで、RIE(リアクティブイオンエツチング)法に
よりPSG膜209をエツチングすることにより、残存
PSG膜209からなるゲートの側壁酸化膜(サイドウ
オール)210を形成する(第8図(g))。このとき
、サイドウオールの幅Wとしては、0.3μmが得られ
る。Next, the PSG film 209 is etched by RIE (reactive ion etching) to form a gate sidewall oxide film 210 made of the remaining PSG film 209 (FIG. 8(g)). At this time, the width W of the sidewall is 0.3 μm.
次に、900℃、02雰囲気で熱処理を行い、次のAs
イオン注入の際のプロテクト酸化膜となる酸化膜211
を200人厚0ゲ成する(第8図(h))。Next, heat treatment is performed at 900°C in 02 atmosphere, and the following As
Oxide film 211 that serves as a protective oxide film during ion implantation
A 200-person-thickness 0 game is created (Figure 8 (h)).
次に、Asを40keV、lXl0”個/dの条件でイ
オン注入し、ソース・ドレイン層212を得る(第8図
(i))。このとき、サイドウオール210によってA
sがイオン注入されなかった領域のN層208は残り、
その部分のN−11208によφNオフセット層(すな
わちL D DIが形成される。Next, As is ion-implanted under the conditions of 40 keV and lXl0''/d to obtain the source/drain layer 212 (FIG. 8(i)). At this time, the sidewall 210
The N layer 208 in the region where s was not ion-implanted remains,
A φN offset layer (that is, LD DI) is formed by N-11208 in that portion.
次に、層間絶縁膜としてBPSGllJ213を全面に
7000人厚に形成し、ソース・ドレインのコンタクト
ホール214,215を開孔したのち、メタル蒸着・メ
タルパターニングを行いソース。Next, BPSGllJ213 is formed as an interlayer insulating film to a thickness of 7,000 wafers over the entire surface, contact holes 214 and 215 for source and drain are opened, and then metal evaporation and metal patterning are performed to form the source.
ドレインの電極216,217を形成することにより、
LDD構造をもつNチャンネル型MO8)ランジスタが
完成する(第8図(j))。By forming the drain electrodes 216 and 217,
An N-channel type MO8 transistor having an LDD structure is completed (FIG. 8(j)).
第12図1g) 〜td)は、特開昭80−12776
1号公報に開示される従来のLDDW造Nチャンネル型
MO3)ランジスタの製造方法の第2の例である。続い
てこの方法を説明する。Figure 12 1g) to td) are from Japanese Patent Application Laid-Open No. 80-12776.
This is a second example of a method for manufacturing a conventional LDDW N-channel type MO3) transistor disclosed in Publication No. 1. Next, this method will be explained.
第12図[a)に示す工程fa)は、P型(100)基
板301に選択酸化によす6000人厚の酸化膜302
を形成した後、200人厚0ゲート酸化膜303を形成
し、さらにゲート電極となるタングステンシリサイド膜
304を全面に2000人厚に堆積した後、その上を1
000人酸化し酸化膜305を形成し、さらに1000
人厚のSi3N4膜306を堆積した後、フォトリソグ
ラフ技術によりSi、N4!1I306と酸化膜305
をゲート上に残したものである。In step fa) shown in FIG. 12 [a], an oxide film 300 with a thickness of 6000 mm is formed on a P-type (100) substrate 301 by selective oxidation.
After forming a gate oxide film 303 with a thickness of 200 mm, a tungsten silicide film 304 that will become a gate electrode is deposited on the entire surface to a thickness of 2000 mm, and then
000 oxidation to form an oxide film 305, and then 1000
After depositing a human-thick Si3N4 film 306, Si, N4!1I306 and oxide film 305 are deposited using photolithography technology.
was left on the gate.
次に第12図(blに示す(b)工程では、3000人
の選択酸化を施し酸化膜307を形成する。次に、その
酸化膜307をHFを含む湿式エツチングで除去したの
ち、残留した薄膜タングステンシリサイド膜を異方性エ
ツチング液によりエツチングし、第12図(C)に示す
形状を形成し、テーパーをもったゲート電極308を形
成する。Next, in step (b) shown in FIG. 12 (bl), 3000 people selective oxidation is performed to form an oxide film 307. Next, the oxide film 307 is removed by wet etching containing HF, and the remaining thin film is removed. The tungsten silicide film is etched using an anisotropic etching solution to form the shape shown in FIG. 12(C), thereby forming a tapered gate electrode 308.
次に、5t3N4膜306を除去後、第12図(d)に
示すようにAsイオンを60 kaVの加速エネルギー
で4 X 1018am”イオン注入し、950℃、3
0分の熱処理を施すことにより、LDD構造のドレイン
309をもつMOS)ランジスタを完成させる。Next, after removing the 5t3N4 film 306, as shown in FIG. 12(d), 4 x 1018 am'' As ions were implanted at an acceleration energy of 60 kaV, and the ion implantation was performed at 950°C for 3
By performing heat treatment for 0 minutes, a MOS transistor having an LDD structure drain 309 is completed.
第13図[a) 〜(f)は、特開昭61−17006
4号公報に開示されろ従来のLDD構造Nチャンネル型
MO3)ランジスタの製造方法の第3の例である。続い
てこの方法を説明する。Figures 13 [a] to (f) are from Japanese Patent Application Laid-Open No. 17006-1986.
This is a third example of a method for manufacturing a conventional LDD structure N-channel type MO3) transistor disclosed in Japanese Patent No. 4. Next, this method will be explained.
まず、第13図(a)に示すように、P型シリコン基板
401を用い、通常の選択酸化法によ抄フィールド酸化
膜402を形成する。次いで第13図(b)に示すよう
に、熱酸化によりゲート酸化膜403をP型シリコン基
板401上に形成し、ゲート電極となるポリシリコン4
04をCVD法によ咬膜厚400 nm堆積させる。そ
して、ポリシリコン404に導電性を持たせるため、リ
ンを5X10 effIの濃度でドープしてから、ポリ
シリコンの表面に熱酸化により膜厚30 nmの酸化膜
405を形成する。さらに、CVD法により窒化シリコ
ン膜406を150 nm堆積させる。First, as shown in FIG. 13(a), a field oxide film 402 is formed using a P-type silicon substrate 401 by a conventional selective oxidation method. Next, as shown in FIG. 13(b), a gate oxide film 403 is formed on the P-type silicon substrate 401 by thermal oxidation, and a polysilicon film 403 that will become the gate electrode is formed.
04 was deposited to a thickness of 400 nm on the occlusal membrane by the CVD method. Then, in order to make the polysilicon 404 conductive, it is doped with phosphorus at a concentration of 5×10 effI, and then an oxide film 405 with a thickness of 30 nm is formed on the surface of the polysilicon by thermal oxidation. Furthermore, a silicon nitride film 406 is deposited to a thickness of 150 nm using the CVD method.
次に、第13図(e)に示すように、レジスト407を
パターニングし、そのレジスト407をマスクにしてS
F、ガスを用いたドライエツチングにより窒化シリコン
膜406をエツチングする。この際、ポリシリコン40
4上の酸化膜405がエツチングのストッパになる。Next, as shown in FIG. 13(e), the resist 407 is patterned, and the resist 407 is used as a mask.
The silicon nitride film 406 is etched by dry etching using F. gas. At this time, polysilicon 40
The oxide film 405 on 4 serves as an etching stopper.
次に、レジスト407を除去後、第13図(dlに示す
ように窒化シリコン膜406を耐酸化マスクとして90
0℃ないし1000℃ウェット酸素雰囲気で露出してい
る部分のポリシリコン404を完全にSiO□に変える
。このとき、窒化シリコン膜406の下に5in2がも
ぐり込むため、前記第13図(dlに示すように、ポリ
シリコン404のエツジにテーパ404mが形成される
。乙のテーパ404aの形状はポリシリコン404の膜
厚およびリン濃度、酸化条件を一定にすれば、はぼ一定
となる。Next, after removing the resist 407, the silicon nitride film 406 is used as an oxidation-resistant mask as shown in FIG.
The exposed portion of the polysilicon 404 is completely converted to SiO□ in a wet oxygen atmosphere at 0°C to 1000°C. At this time, since 5in2 sinks under the silicon nitride film 406, a taper 404m is formed at the edge of the polysilicon 404, as shown in FIG. If the film thickness, phosphorus concentration, and oxidation conditions are kept constant, then it becomes almost constant.
次に、第13図(e)に示すように、窒化シリコン膜4
06を除去し、さらにS i O,の不要部分を緩衝フ
ッ酸溶液でエツチングする。Next, as shown in FIG. 13(e), the silicon nitride film 4
06 is removed, and unnecessary portions of S i O, are further etched with a buffered hydrofluoric acid solution.
次に、第13図(f)に示すように、ゲートのポリシリ
コン404をマスクにして、ヒ素をインプランテーシン
ンして自己整合的にN+拡散層408を形成する。この
とき、ゲートのポリシリコン404のエツジのテーパ4
04aにより同時に低濃度N@409が形成される。Next, as shown in FIG. 13(f), using the gate polysilicon 404 as a mask, arsenic is implanted to form an N+ diffusion layer 408 in a self-aligned manner. At this time, the taper 4 of the edge of the gate polysilicon 404 is
At the same time, low concentration N@409 is formed by 04a.
以下、図示はしないが公知の技術により絶縁膜を形成し
、コンタクトホールを開孔し、配線を施し、パッジペー
ジ璽ンを行い素子を完成させる。Thereafter, an insulating film is formed using a known technique (not shown), contact holes are formed, wiring is provided, and padding is performed to complete the device.
(発明が解決しようとする課w1)
しかしながら、以上述べた従来技術のうち、まず第8図
の第1の方法によるLDD層の形成法では
(1) 微細寸法のゲート長を得づらい(2)電界が
N−層208とN+ドレイン層212の界面に集中する
という問題点があった。この問題点について以下に詳細
に説明する。(Problem W1 to be Solved by the Invention) However, among the conventional techniques described above, the first method of forming an LDD layer shown in FIG. 8 (1) makes it difficult to obtain a gate length with minute dimensions (2) There is a problem in that the electric field is concentrated at the interface between the N- layer 208 and the N+ drain layer 212. This problem will be explained in detail below.
(1) ゲートの微細化について
一般に半導体集積回路の製造に於いて、その製造ライン
の安定して得られる最小解像寸法をi8I回路のデザイ
ンルールと呼び、MOSトランジスタを用いた集積回路
の集積度を向上させる為に第8図(j)に於けるコンタ
クトホール214,215の寸法やゲートポリシリコン
電極207の寸法をこのデザインルールで設計する。そ
して、この最小解像寸法は主としてマスクアライナ−の
性能に左右される。今仮に、このLDD構造をもつNチ
ャンネル型MOSトランジスタ(NMO8)を1μmデ
ザインルールで設計したとすると、第9図(図中第8図
と同一部分に第8FI!Jと同一符号を付す)に示すよ
う化N+ソース・N+ドレイン間(ソース・ドレインF
l 212相互間)は1μm+2X0.3μm=1.6
μmとなり、フォトリソ最小解像寸法よりもN+ソース
・N+ドレイン間が広くなり、1μmのNMO3の特性
よ咋もg、が劣化することとなる。(1) Regarding gate miniaturization In general, in the production of semiconductor integrated circuits, the minimum resolution dimension that can be stably obtained on the production line is called the i8I circuit design rule, and the degree of integration of integrated circuits using MOS transistors is called the i8I circuit design rule. In order to improve this, the dimensions of the contact holes 214 and 215 and the gate polysilicon electrode 207 in FIG. 8(j) are designed using this design rule. This minimum resolution size mainly depends on the performance of the mask aligner. Now, if we were to design an N-channel MOS transistor (NMO8) with this LDD structure using the 1 μm design rule, it would be shown in Figure 9 (the same parts as in Figure 8 are given the same symbols as 8FI!J). Between N+ source and N+ drain (source and drain F
l 212 mutual) is 1μm + 2X0.3μm = 1.6
.mu.m, the distance between the N+ source and N+ drain becomes wider than the photolithographic minimum resolution dimension, and the characteristics of 1 .mu.m NMO3 deteriorate.
このN+ソース・N+ドレイン間隔を短かくするには、
例えば0.8μmや0.6μmの最小解像力をもつマス
クアライナ−を準備すれば可能であるが、一般≠最小解
像寸法の細いアライナ−はどコストが高く、微細寸法を
もっNMO3)ランジスタ(つまりg7の大なる高性能
のトランジスタ)を得づらいという問題があうな。To shorten this N+ source/N+ drain distance,
For example, it is possible to prepare a mask aligner with a minimum resolution of 0.8 μm or 0.6 μm, but in general, thin aligners with minimum resolution dimensions are expensive, and NMO3 transistors (i.e. The problem is that it is difficult to obtain the G7's large high-performance transistor.
(2) f!4界の集中について
N−層の濃度とN−層およびN+ドレイン層に於ける電
界(V/cm)の関係を第10図に示す。図から判るよ
うに、N〜濃度が薄いと電界はN7N+境界に集中する
。これは、N−層が薄いなめ、ソース・ドレインに電圧
を印加するとN’−層がすばやく空乏化するためである
。逆に図中の例えば9.8X 10 l7cm−3の場
合のように濃度が濃いと、N−層の空乏化が発生しずら
く、電界はゲートとN−層の境界に集中し、ざらにN−
濃度を低くした場合よりも電界は強くなり、前述のよう
にMOS)ランジスタの劣化を発生させるに近い値とな
る。そこで、とのNオフセット層の中で電界が均一とな
り、ある特定の領域に集中しないようにオフセット層の
濃度を決める必要がある。第1θ図の場合は、■、■の
プロファイルで示すN−の濃度の場合が均一である。と
ころが、N−層の濃度をあまり低くすると、寄生ドレイ
ン抵抗が入り、ドレイるべく小さく、かつN−層の電界
集中が低い値を選び、第10図中破線Oで示すように多
少ゲート近傍での電界は高いものの、トランジスタの特
性を擾る為のN−層濃度を選ぶのが一般的であった。(2) f! FIG. 10 shows the relationship between the concentration of the N- layer and the electric field (V/cm) in the N- layer and the N+ drain layer regarding the concentration of the four fields. As can be seen from the figure, when the N~ concentration is low, the electric field is concentrated at the N7N+ boundary. This is because the N- layer is thin, and when a voltage is applied to the source/drain, the N'- layer is quickly depleted. Conversely, if the concentration is high, such as in the case of 9.8X 10 l7cm-3 in the figure, depletion of the N-layer is difficult to occur, and the electric field is concentrated at the boundary between the gate and the N-layer, causing a rough N-
The electric field becomes stronger than when the concentration is lowered, and has a value close to causing deterioration of the MOS transistor as described above. Therefore, it is necessary to determine the concentration of the offset layer so that the electric field is uniform within the N offset layer and is not concentrated in a particular region. In the case of FIG. 1θ, the N- concentration shown by the profiles of ■ and ■ is uniform. However, if the concentration of the N-layer is made too low, parasitic drain resistance will be introduced, and by choosing a value that is as small as possible and has a low electric field concentration in the N-layer, the drain resistance will be reduced somewhat near the gate, as shown by the broken line O in Figure 10. Although the electric field is high, it has been common practice to select an N-layer concentration that affects the characteristics of the transistor.
このN−層の電界集中がゲート直下あるいはN/N”層
の境界に集中することを防ぐ方法としては、N−層に横
方向の濃度傾斜をもたせることが考えられ、文献アイイ
ーイーイー・トランスアクシ璽ンズ・オン・エレクトロ
ン・デバイシス(I EEE Transaction
s on Electron Devices) E
D −29,1982,P611に開示され第11図に
示すような二重拡散ドレイン構造(Double Di
ffusedDrainHDDD) 、すなわち、ゲー
トのポリシリコン501をマスクとして同一の開孔部5
02よりゲートの酸化膜503を通してN−層形成の為
のリン、N+層形成の為のAsをそれぞれ連続的にイオ
ン注入し、N−層504.N”層505をP−基板50
6中に形成する方法が提案されている。この方法では、
確かに、図中下部にプロファイルを示すようにN−層は
傾斜型のプロファイルをもつものの、ゲート電極端よゆ
リンを拡散しなければならないため、MOS FETの
短チャンネル効果が無視できなくなってしまい、1.5
μm以下のゲート長をもつMOS FETの実現は困難
な状況となっていた。One way to prevent the electric field concentration in the N-layer from concentrating directly under the gate or at the N/N'' layer boundary is to give the N-layer a concentration gradient in the lateral direction. Axis on Electron Devices (IEEE Transaction
s on Electron Devices) E
D-29, 1982, P611 and shown in FIG.
ffusedDrainHDDD), that is, the same opening 5 is formed using the gate polysilicon 501 as a mask.
From 02 onwards, ions of phosphorus for forming an N- layer and arsenic for forming an N+ layer are sequentially implanted through the gate oxide film 503 to form an N- layer 504. N'' layer 505 to P-substrate 50
6 has been proposed. in this way,
Although it is true that the N-layer has a sloped profile as shown in the lower part of the figure, the short channel effect of the MOS FET cannot be ignored because the phosphor must be diffused from the edge of the gate electrode. , 1.5
It has been difficult to realize a MOS FET with a gate length of less than μm.
第12図の第2の例および第13図の第3の例は、前述
第1の例での欠点を解決するために考えられた方法であ
るが、これらの方法も以下にまとめろ欠点をもっている
。The second example in Figure 12 and the third example in Figure 13 are methods devised to solve the drawbacks of the first example, but these methods also have drawbacks as summarized below. .
(1) ゲート直下のLDD層を形成するためにAs
などの不純物をイオン注入で注入しようとすると、高エ
ネルギーが必要となる。しかるに、この不純物で同時に
ソース・ドレイン層を形成するわけであるから、高エネ
ルギーでイオン注入が行われると、ソース・ドレイン層
の拡散の深さがその后の熱処理で深(なってしまい、浅
接合のソース・ドレインの形成ができなくなり、その結
果、素子のm積度の向上が防げられろ。(1) As to form the LDD layer directly under the gate
When attempting to implant impurities such as these by ion implantation, high energy is required. However, since the source and drain layers are formed at the same time with these impurities, when ion implantation is performed at high energy, the diffusion depth of the source and drain layers becomes deep (or shallow) due to subsequent heat treatment. It becomes impossible to form a source/drain junction, and as a result, an increase in the m-integrity of the device is prevented.
(2) 両方法とも常圧でゲート電極を酸化している
ことからテーパーが緩やかであり、ゲートを断面からみ
た場合、つまり例えば第12図fd)および第13図(
ト)におけるゲートの台形の面積が小となる問題があり
、この面積が小さいと、ゲート電極の抵抗成分が大とな
ってしまうという問題がある。(2) In both methods, the gate electrode is oxidized at normal pressure, so the taper is gentle, and when the gate is viewed from the cross section, for example, Fig. 12 fd) and Fig. 13 (
There is a problem that the area of the trapezoid of the gate in (g) is small, and if this area is small, there is a problem that the resistance component of the gate electrode becomes large.
この発明は、以上述べた第1の従来例の■ホトリソ最小
解像寸法より大なるソース・ドレイン間隔を有するLD
D構造しか実現できない、■ドレイン電流を得る為にゲ
ート直下の電界が高くなるという構造のためMOS)ラ
ンジスタの劣化が速くなる、という問題を解決し、■ホ
トリソ最小解像寸法=ソース・ドレイン間隔、■ドレイ
ン電流を犠牲にすることな(LDDliiでの電界分布
を均一にすることができるLDD構造MOSトランジス
タの製造方法を提供することを目的とする。This invention provides an LD having a source-drain distance larger than the photolithography minimum resolution dimension of the first conventional example described above.
This solves the problem that only the D structure can be realized, ■ The structure in which the electric field directly under the gate increases to obtain drain current, so the deterioration of the MOS transistor becomes faster. ■ Minimum photolithographic resolution dimension = source-drain distance , (2) It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an LDD structure MOS transistor that can make the electric field distribution in the LDDlii uniform without sacrificing the drain current.
さらに、この発明は、上述第2.第3の従来例での■L
DD層とソース・ドレイン層を独立にコントロールでき
ないため、ソース・ドレインの拡散層が深くなって微細
トランジスタが実現できない、■ゲート電極のテーパー
が緩やかなためゲートWa極抵抗の小さくできない、と
いう問題点も解消し、■LDD層とソース・ドレイン層
とを独立にコントロールでき微細トランジスタを実現で
きる、■ゲート電極のテーパーを急峻にしてゲートS極
抵抗を低下を図ることができるLDD構造MO3)ラン
ジスタの製造方法を提供することを目的とする。Furthermore, this invention is based on the above-mentioned 2. ■L in the third conventional example
Since the DD layer and the source/drain layer cannot be controlled independently, the source/drain diffusion layer becomes deep, making it impossible to realize a fine transistor. ■The gate electrode has a gentle taper, making it impossible to reduce the gate resistance. ■The LDD layer and the source/drain layer can be controlled independently to realize a fine transistor.■The taper of the gate electrode can be made steeper to lower the gate south pole resistance. The purpose is to provide a manufacturing method.
(課題を解決するための手段)
この発明では、半導体基板の表面にゲートの絶縁酸化膜
を形成した後、このゲートの絶縁酸化膜上にゲート電極
形成用のポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜
上にマスク層を形成し、このマスク層を選択的にゲート
領域上にのみ残した後、ゲート領域に残存する前記マス
ク層をマスクとしてポリシリコン膜を高圧酸化法で酸化
することにより、マスク層下に断面台形状のゲート酸化
膜を残存ポリシリコン膜で形成し、その他のポリシリコ
ン膜はすべて酸化膜に変換し、その変換酸化膜を含む、
ゲート電極部以外の不要な酸化膜を除去した後、前記ゲ
ート領域のマスク層をマスクとじて不純物のイオン注入
を行い、ゲート電極両側の基板内にソース・ドレインの
拡散層を形成し、その後、前記マスク層を除去した上で
全面不純物イオン注入を行うことにより、断面台形状ゲ
ート電極の両側部下の基板内に、ソース・ドレインの拡
散層と接続される低濃度層を形成するものである。(Means for Solving the Problems) In the present invention, after forming a gate insulating oxide film on the surface of a semiconductor substrate, a polysilicon film for forming a gate electrode is formed on this gate insulating oxide film, and this polysilicon film is formed on the gate insulating oxide film. By forming a mask layer on the silicon film, leaving this mask layer selectively only on the gate region, and then oxidizing the polysilicon film by high-pressure oxidation using the mask layer remaining on the gate region as a mask, A gate oxide film with a trapezoidal cross section is formed under the mask layer using the remaining polysilicon film, and all other polysilicon films are converted to oxide films, including the converted oxide film.
After removing unnecessary oxide films other than the gate electrode portion, impurity ions are implanted using the mask layer in the gate region as a mask to form source/drain diffusion layers in the substrate on both sides of the gate electrode, and then, By removing the mask layer and implanting impurity ions over the entire surface, a low concentration layer connected to the source/drain diffusion layer is formed in the substrate under both sides of the gate electrode having a trapezoidal cross section.
(作 用)
上記この発明においては、例えば第3図に示すように、
ゲート領域に残されたマスク層をマスクとして、最小解
像寸法=ソース・ドレイン間隔として、ソース・ドレイ
ンの拡散層が形成される。(Function) In the above invention, for example, as shown in FIG.
Using the mask layer left in the gate region as a mask, source/drain diffusion layers are formed with minimum resolution dimension=source/drain interval.
また、前記マスク層をマスクとするポリシリコン膜の選
択酸化により断面台形状に形成されたポリシリコンゲー
ト電極のひさし部を利用して、つまり、ひさし部におい
ては、該ひさし部を通して、厚みに比例した量の不純物
が基板にイオン注入されることを利用して、ひさし部下
の基板内に、傾斜型濃度プロファイルをもつ低濃度層が
例えば第4図に示すように形成される。In addition, by using the eaves of the polysilicon gate electrode formed to have a trapezoidal cross section by selective oxidation of the polysilicon film using the mask layer as a mask, Utilizing the fact that a certain amount of impurity is ion-implanted into the substrate, a low concentration layer having a sloped concentration profile is formed in the substrate under the eaves, as shown in FIG. 4, for example.
また、前記ポリシリコン膜の選択酸化により断面台形状
のポリシリコンゲート電極を形成する際、高圧酸化法で
ポリシリコン膜を選択酸化しているので、残存ポリシリ
コン膜からなる断面台形状ゲート電極の側面(テーパー
面)は例えば第2図に示すように急峻なものが得られる
。In addition, when forming a polysilicon gate electrode with a trapezoidal cross section by selective oxidation of the polysilicon film, the polysilicon film is selectively oxidized using a high pressure oxidation method, so that the gate electrode with a trapezoidal cross section made of the remaining polysilicon film is For example, a steep side surface (tapered surface) can be obtained as shown in FIG.
また、前記マスク層をマスクとするイオン注入でソース
・ドレインの拡散層の形成を行い、その後、マスク層を
除去した上で、2回目のイオン注入で低濃度層を形成し
ているので、両方の層を独立に制御でき、そのため電界
強度の最適化がソース・ドレインの拡散層の形成に影響
を与えることなく行うことができる。In addition, the source/drain diffusion layers are formed by ion implantation using the mask layer as a mask, and then the mask layer is removed and the low concentration layer is formed by the second ion implantation. layers can be controlled independently, and therefore the electric field strength can be optimized without affecting the formation of the source/drain diffusion layers.
(実施例)
以下この発明の一実施例を第1図[a)〜(jlを参照
して説明する。(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1(a) to (jl).
まずP型(100)3.5Ω・(至)のシリコン基板6
01に周知のLOCO8法を用いて厚い分離酸化膜(7
000堆積)602と素子形成領域603を形成したの
ち、素子形成領域603の基板601表面に、950℃
、0□雰囲気で200人厚0ゲート酸化膜604を形成
する(第1図(a))。First, P-type (100) 3.5Ω (to) silicon substrate 6
In 2001, a thick isolation oxide film (7
000 C) 602 and an element formation region 603, the surface of the substrate 601 in the element formation region 603 is heated at 950°C.
, 0□ atmosphere to form a 0 gate oxide film 604 with a thickness of 200 layers (FIG. 1(a)).
次に、ゲート酸化膜604上を含む基板上の全面に、減
圧CVD法によりポリシリコン膜605を3000人の
厚さで形成したのち、900’e。Next, a polysilicon film 605 was formed to a thickness of 3,000 mm over the entire surface of the substrate including the top of the gate oxide film 604 by low pressure CVD, and then a polysilicon film 605 was formed to a thickness of 900 mm.
POCJ3+N2+O,の雰囲気でのデポジシ璽ンによ
りポリシリコン膜605にリン拡散を行い、ポリシリコ
ン膜605をリンドープ膜とする。さらに、このポリシ
リコン膜605の表面層の一部を900℃、0゜雰囲気
で酸化し、200人厚0ゲ化膜606を形成したのち、
その上に減圧CVD法で3000人厚のSi、N4膜6
07を形成する(第1開山))。Phosphorus is diffused into the polysilicon film 605 by deposition in an atmosphere of POCJ3+N2+O, thereby making the polysilicon film 605 a phosphorus-doped film. Furthermore, a part of the surface layer of this polysilicon film 605 is oxidized at 900° C. in a 0° atmosphere to form a 200-layer thick 0-germ film 606.
On top of that, a 3,000-layer thick Si, N4 film 6 was applied using the low-pressure CVD method.
07 (first opening)).
次に、ポジ型レジストを基板全面に塗布し、周知のフォ
トリソ技術によりレジストパターン608を形成する(
第1図(C))。このときレジストパターン寸法は図中
に示すように1μmとする。Next, a positive resist is applied to the entire surface of the substrate, and a resist pattern 608 is formed using a well-known photolithography technique (
Figure 1 (C)). At this time, the resist pattern size is 1 μm as shown in the figure.
次に、エツチングによりレジストパターン608で覆れ
た場所以外のSi3N4膜607除去し、続いてレジス
トパターン608を除去することにより、Si3N4膜
の残しパターン(Si3N4膜パターン)609が得ら
レル(第1図(d))。ココテ、St3N4膜パターン
609はゲート領域に残されろ。Next, by etching, the Si3N4 film 607 is removed from areas other than those covered by the resist pattern 608, and by subsequently removing the resist pattern 608, a remaining pattern (Si3N4 film pattern) 609 of the Si3N4 film is obtained. Figure (d)). Please leave the St3N4 film pattern 609 in the gate region.
次に、そのSi、N、膜パターン609をマスクとして
、7気圧、950℃、ウェット02雰囲気で約40分の
酸化(高圧酸化)を行うことにより、ポリシリコン膜6
05のn 記S 13N4膜パターン609で覆われて
いない部分を全て酸化膜に変換する(第1図(e))。Next, using the Si, N, film pattern 609 as a mask, oxidation (high pressure oxidation) is performed for about 40 minutes in a wet 02 atmosphere at 7 atmospheres and 950°C.
05-n Note S All parts not covered with the 13N4 film pattern 609 are converted into an oxide film (FIG. 1(e)).
その結果、素子形成領域603では、ゲート酸化l14
604および酸化膜606の一部を含めて8000人厚
の酸化膜610が形成され、分離酸化膜602があった
フィールド領域では、該分離酸化膜602を含めて14
500人厚の酸化膜611が形成される。このとき、S
i3N4膜パターン609下のポリシリコン族605は
酸化されずにポリシリコンゲート電極f極612となる
が、Si3N4膜パターン609の端部よりの酸素の拡
散により酸化が一部進行し、第1図(elに示すように
Si、N4膜パターン609の両端がもちあがるように
ポリシリコン膜605が酸化される。発明者の実験テは
、Si、N4WIパターン609のポリシリコン膜60
5は、底面と約45°の角度で酸化され(図中θ#45
°)、ポリシリコン膜厚0.3μmの場合は、Si3N
、膜パターン609の端部よ)JW=0.3μmの位置
まで酸化が進んだ。すなわち、ひさしの幅が3μmで、
側面が445°と急峻なテーパー面の台形状のポリシリ
コンゲート電極612が得られた。このゲート電極61
2の形状を第2図に拡大して示す。なお、第2図では、
ポリシリコンの選択酸化を常圧酸化で行った場合のポリ
シリコンゲート電極形状を破線で示しである。発明者の
実験では、勿論酸化温度2時間などの影響もあるが、常
圧酸化では側面が35〜40”の緩いテーパー面であっ
た。As a result, in the element formation region 603, gate oxidation l14
An oxide film 610 with a thickness of 8,000 wafers including the oxide film 604 and a part of the oxide film 606 is formed, and in the field region where the isolation oxide film 602 was located, an oxide film 610 with a thickness of 8,000 wafers including the isolation oxide film 602 is formed.
An oxide film 611 having a thickness of 500 nm is formed. At this time, S
The polysilicon group 605 under the i3N4 film pattern 609 is not oxidized and becomes the polysilicon gate electrode f pole 612, but oxidation progresses partially due to the diffusion of oxygen from the edge of the Si3N4 film pattern 609, as shown in FIG. The polysilicon film 605 is oxidized so that both ends of the Si, N4 film pattern 609 are raised as shown in el.
5 is oxidized at an angle of about 45° with the bottom surface (θ#45 in the figure).
), if the polysilicon film thickness is 0.3 μm, Si3N
The oxidation progressed to a position of JW=0.3 μm (at the end of the film pattern 609). In other words, the width of the eaves is 3 μm,
A trapezoidal polysilicon gate electrode 612 with a steeply tapered side surface of 445° was obtained. This gate electrode 61
The shape of No. 2 is shown enlarged in FIG. In addition, in Figure 2,
The broken line indicates the shape of a polysilicon gate electrode when selective oxidation of polysilicon is performed by normal pressure oxidation. In the inventor's experiments, the side surface was gently tapered to 35 to 40 inches in normal pressure oxidation, although of course there are influences such as the oxidation temperature of 2 hours.
ついで、酸化膜610,611を5ooo人エツチング
する。これにより、素子形成領域603中、ゲート電極
両側部分においては酸化膜がすべて除去され、シリコン
基板601表面が露出し、フィールド領域においては、
酸化膜611の一部が分離用のフィールド酸化膜622
として残る(第1図(f))。Next, the oxide films 610 and 611 are etched by 500 mm. As a result, all the oxide film is removed on both sides of the gate electrode in the element formation region 603, the surface of the silicon substrate 601 is exposed, and in the field region,
A part of the oxide film 611 is a field oxide film 622 for isolation.
(Fig. 1(f)).
ついで、ゲート電極両側の基板露出表面に、900℃、
02雰囲気での酸化によりプロテクト酸化膜613を2
00人厚堆積成した後(この時、ゲート電極612の側
面にも同時に酸化膜が形成されろ) 、Asを40ke
V、lXl0”個/dの条件で全面にイオン注入する。Next, the exposed surface of the substrate on both sides of the gate electrode was heated at 900°C.
The protect oxide film 613 is oxidized in 0.02 atmosphere.
After depositing 0.00 ke of As (at this time, an oxide film is also formed on the side surfaces of the gate electrode 612), 40 ke of As is deposited.
Ions are implanted into the entire surface under the conditions of V, lXl0''/d.
このとき、厚さ3000人(7) S i3N4gl
zf ターン609と厚さ6500人の酸化膜622が
マスクとして働き、これらマスクでゲート領域とフィー
ルド領域は覆われていることから、ゲート電極諸両側の
基板部、つまりソース・ドレイン形成領域にのみAsが
イオン注入され、そこにソース・ドレインの84層61
4゜615が自己整合で形成される(第1図(g))。At this time, the thickness is 3000 people (7) S i3N4gl
Since the zf turns 609 and the oxide film 622 with a thickness of 6,500 yen act as a mask and cover the gate region and field region, As is applied only to the substrate portions on both sides of the gate electrodes, that is, to the source/drain formation regions. is ion-implanted, and 84 layers 61 of source and drain are formed there.
4°615 is formed by self-alignment (FIG. 1(g)).
次に、熱リン酸で5t3N4膜パターン609をエツチ
ング除去し、第1図(hlの構造を得る。Next, the 5t3N4 film pattern 609 is removed by etching with hot phosphoric acid to obtain the structure shown in FIG. 1 (hl).
次に、Pをイオンインプラ法により1.5X10!3個
/cdのドーズ量、100にθVの加速電圧で基板60
1に注入する。すると、Pはゲート電極両側のソース・
ドレイン形成領域とともに、台形状ポリシリコンゲート
電極612の両側ひさし部を通して、ひさし部下の基板
内にもイオン注入されろから、前記ひさし部下に、ソー
ス・ドレインのN”1i1614,615に接続された
N−オフセット層616を形成する(第1図(1))。Next, P was applied to the substrate 60 using the ion implantation method at a dose of 1.5×10!3 pieces/cd and an acceleration voltage of θV to 100.
Inject into 1. Then, P is the source and source on both sides of the gate electrode.
In addition to the drain formation region, ions are implanted into the substrate under the eaves through both side eaves of the trapezoidal polysilicon gate electrode 612. Therefore, N ions connected to the source and drain N''1i 1614 and 615 are implanted under the eaves. - Form an offset layer 616 (FIG. 1(1)).
しかも、この時、台形状ポリシリコンゲート電極612
のひさし部の厚さに対応した不純物注入量となるので、
Nオフ上98層616は傾斜型の濃度プロファイルをも
つことになる。とのNオフセラI−IJ 61sの濃度
プロファイルについては 84層614゜615との境
界が最も濃く、P−層つまりゲート電極中央の下部に向
って徐々に薄くなるというプロファイルである。Moreover, at this time, the trapezoidal polysilicon gate electrode 612
Since the amount of impurity implanted corresponds to the thickness of the eaves,
The N-off upper 98 layer 616 will have a graded concentration profile. Regarding the concentration profile of the N offset layer I-IJ 61s, the concentration is highest at the boundary with the 84 layer 614°615, and gradually becomes thinner toward the lower part of the P- layer, that is, the center of the gate electrode.
次に、眉間絶縁膜としてBPSG膜617を全面に70
00人厚に形成し、ソース・ドレインのコンタクトホー
ル618,619を開孔したのち、メタル蒸着・メタル
パターニングを行い、ソース・ドレインの電極620,
621を形成することにより、傾斜濃度プロファイルを
もったLDD構造をもつNチャンネル型MO3)ランジ
スタが完成する(第1図(j))。Next, a 70% BPSG film 617 is applied to the entire surface as an insulating film between the eyebrows.
After forming contact holes 618 and 619 for the source and drain, metal vapor deposition and metal patterning are performed to form electrodes 620 and 619 for the source and drain.
By forming 621, an N-channel type MO3) transistor having an LDD structure with a gradient concentration profile is completed (FIG. 1(j)).
なお、上記一実施例では、N型MO3)ランジスタの形
成の場合について述べたが、各層の導伝型を逆にし、P
型MO3)ランジスタを形成する場合も、また、0MO
8構造でNMO3,PMO8同時形成の場合も本実施例
を容易に応用できることは言うまでもない。In the above embodiment, the case of forming an N-type MO3) transistor was described, but the conductivity type of each layer is reversed, and a P-type MO3) transistor is formed.
When forming a type MO3) transistor, also 0MO
It goes without saying that this embodiment can be easily applied to the case where NMO3 and PMO8 are simultaneously formed in the 8 structure.
(発明の効果)
す上詳細に説明したようにこの発明によれば、ゲート領
域に残したマスク層をマスクとしてのポリシリコン膜の
選択酸化により断面台形状のポリシリコンゲート電極を
形成し、前記マスク層をマスクとしてのイオン注入によ
りソース・ドレインの拡散層を形成し、次いでマスク層
を除去した後ゲート電極の両側ひさし部を利用して、ひ
さし下に低濃度層を形成したので、
■ 最小解像寸法と同一のソース・ドレイン拡散層間隔
を有するLDD構造をもつトランジスタが形成できる
■ 傾斜型濃度プロファイルの低濃度層により、ドレイ
ン電流を犠牲にすることなく低濃度層での電界分布を均
一で低くできる
という特長を有し、容易に高[1のMO8@積回路を提
供することが可能となる。この効果について前述実施例
を参照して以下に詳しく説明する。(Effects of the Invention) As described above in detail, according to the present invention, a polysilicon gate electrode having a trapezoidal cross section is formed by selective oxidation of a polysilicon film using the mask layer left in the gate region as a mask. The source/drain diffusion layers were formed by ion implantation using the mask layer as a mask, and then after the mask layer was removed, a low concentration layer was formed under the eaves using the eaves on both sides of the gate electrode. ■ Minimum It is possible to form a transistor with an LDD structure that has the same source-drain diffusion layer spacing as the resolution dimension ■ A low-concentration layer with a graded concentration profile makes the electric field distribution uniform in the low-concentration layer without sacrificing drain current. It has the feature that it can be made low with a high [1] MO8@product circuit. This effect will be explained in detail below with reference to the above embodiments.
(1)ゲートの微細化について
第1図(g)のAsイオン注入時のゲート附近の拡大図
を第3!!gJに示す。この第3図に於て、ゲート領域
上に配置したSi3N4膜パターン609の膜厚が薄い
場合は図に示すようにθl#80〜85°の直角に近い
データを得ているが、前述実施例のごと<St、N、膜
厚を3000人と厚くすることにより、本実施例に示す
酸化条件ではθ=5°〜10゜のデータを得ている。(1) Regarding the miniaturization of gates, Figure 3 shows an enlarged view of the vicinity of the gate during As ion implantation in Figure 1 (g)! ! Shown in gJ. In FIG. 3, when the film thickness of the Si3N4 film pattern 609 placed on the gate region is thin, data close to the right angle of θl#80 to 85° is obtained as shown in the figure, but in the case of the above-mentioned example. By increasing the film thickness to 3000 mm, data of θ=5° to 10° was obtained under the oxidation conditions shown in this example.
従って、Asイオン注入時のマスクとなるSi、N。Therefore, Si and N serve as a mask during As ion implantation.
膜パターン609の輻Wは
W2=1.0 pm−2X0.3μm+2Xo、 3
・Co5(5°〜lO°)μm=Q、 998〜0.9
90μm
#1.0μm
つまり、はぼ1.0μmが得られる。このことは、図中
W3に示すN′″ソース、N9ドレイン間隔が7オトリ
ソ解像寸法とほぼ同一の1.0μmが得られることを示
している。The convergence W of the film pattern 609 is W2=1.0 pm-2X0.3μm+2Xo, 3
・Co5 (5° ~ lO°) μm = Q, 998 ~ 0.9
90 μm #1.0 μm In other words, approximately 1.0 μm is obtained. This indicates that the distance between the N''' source and N9 drain indicated by W3 in the figure is 1.0 μm, which is almost the same as the 7-otolithography resolution dimension.
すなわち、従来の第1の例では、フォトリソの最小解像
寸法+2倍のサイドフォール幅のN+ソース/N+ドレ
イン間隔をもつNMO8)ランジスタしか得られなかっ
たのに対し、本発明によればソース・ドレイン間隔がフ
ォトリソ解像寸法と同一のNMOSトランジスタが得ら
れることになる。このことは素子の集積度に大きく寄与
できる。That is, in the first conventional example, only an NMO8) transistor with an N+ source/N+ drain spacing of the minimum resolution dimension of photolithography + twice the sidefall width was obtained, whereas according to the present invention, the source/N+ drain spacing is An NMOS transistor whose drain spacing is the same as the photolithographic resolution dimension is obtained. This can greatly contribute to the degree of integration of the device.
(2)低濃度i(Nオフセット層)
第1図(i)のNオフセット層形成時のゲート附近の拡
大図を第4図に示す。ゲート電極612のひさし部の厚
さを利用して、加速電圧100keV。(2) Low concentration i (N offset layer) FIG. 4 shows an enlarged view of the vicinity of the gate when forming the N offset layer in FIG. 1(i). Using the thickness of the eaves of the gate electrode 612, an acceleration voltage of 100 keV is applied.
打込みドーズ量1.5 X 101s個/dのときは傾
斜型の濃度プロファイルをもつ頴オフセット層616が
図中W4で示すようにドレイン拡散層615の端から0
.15μmの位置まで形成される。又、打み込み加速電
圧を上げることにより、図中破線で示すように最大、ゲ
ートのポリシリコン厚さと同じff1li(0,3μm
)までコントロールすることが可能となる。When the implantation dose is 1.5 x 101s particles/d, the drain offset layer 616 with a sloped concentration profile is 0.0 mm from the end of the drain diffusion layer 615 as indicated by W4 in the figure.
.. It is formed up to a position of 15 μm. In addition, by increasing the implantation acceleration voltage, the maximum thickness of ff1li (0.3 μm), which is the same as the gate polysilicon thickness, is
) can be controlled.
この傾斜濃度プロファイルをもっNオフセット層につい
て、同一のドレイン電流を得る値のドーズ量で電界の値
をシミュレーシ普ンしたところ、第5図に示すように単
一のプロファイルをもつにオフセット層構造よりもより
低く均一な電界分布を得ることが明らかとなった。この
ことは素子の性能を犠牲にすることなり、トランジスタ
特性の信頼性を向上させることを可能とした。When we simulated the electric field value for the N offset layer with this gradient concentration profile at a dose that gives the same drain current, we found that the offset layer has a single profile as shown in Figure 5. It has become clear that a lower and more uniform electric field distribution can be obtained. This made it possible to improve the reliability of transistor characteristics without sacrificing the performance of the device.
またさらに、この発明によれば、従来の第2゜第3の例
に対しては、
■ マスク層をマスクとするイオン注入でソース・ドレ
インの拡散層形成を行い、そののちマスク層を除去した
上で、2日目のイオン注入で低濃度層を形成しているの
で、両方の層を独立に制御でき、そのため電界強度の最
適化がソース・ドレイン拡散層の形成に影響を与えるこ
となく行うことができ、特性の制御が容易であるばかり
か、この結果微細トランジスタの形成ができる。Furthermore, according to the present invention, in contrast to the conventional second and third examples, (1) forming source/drain diffusion layers by ion implantation using a mask layer as a mask, and then removing the mask layer; In the above, since a low concentration layer is formed by ion implantation on the second day, both layers can be controlled independently, and therefore the electric field strength can be optimized without affecting the formation of the source/drain diffusion layer. Not only can the characteristics be easily controlled, but as a result, fine transistors can be formed.
■ 高圧酸化法によりゲート電極の側面のテーパ−面を
急峻としたため、ゲートの電極の抵抗値の増加を招くこ
とな(LDD MOS トランジスタを形成することが
できろ。(2) Since the tapered surface of the side surface of the gate electrode is made steep by high-pressure oxidation, an LDD MOS transistor can be formed without causing an increase in the resistance value of the gate electrode.
という効果が期待できる。This effect can be expected.
第1図はこの発明のMOSトランジスタの製造方法の一
実施例を示す工程断面図、第2図は一実施例におけろゲ
ート電極形状を示す断面図、第3図は一実施例における
Asイオン注入時のゲート付近の拡大図、第4図は一実
施例におけるNオフセット層形成時のゲート付近の拡大
図、第5図はNオフセット層における電界の値のシミュ
レーシ璽ン結果を示す特性図、第6図は基本的なNチャ
ンネル型MOSトランジスタの模式図、第7図は五極管
動作状態におけるMOS)−ランジスタのチャンネル中
の電界分布図、第8図は従来の製造方法の第1の例を示
す工程断面図、第9図は従来の第1の例によるトランジ
スタの要部断面図、第10図はN−層の濃度とN−層お
よびN+ドレイン層におけろ電界の関係を示す特性図、
第11図は従来の二重拡散ドレイン構造を示す断面図、
第12図は従来の製造方法の第2の例を示す工程断面図
、第13図は従来の製造方法の第3の例を示す工程断面
図である。
601・・・シリコン基板、604・・・ゲート酸化膜
、605・・・ポリシリコン膜、607・・・Si3N
4膜、609・・・Si3N4Mパターン、610・・
・酸化膜、612・・・ポリシリコンゲート電極、61
4,615・・・ソース・ドレインN+層、616・・
・Nオフセット層。
第1図
71S−完明−X范引列−峡黄つツム
第1図
第4図
MOS l−ランンスタの1翫光り
第6図
第7図
第8図
従1ぐj1謎ヱテ〕32れめ刑−1のタリ第8図
イを釆の解り」で工の才1め1列
第8図
を田1−−−−
N−層
一−−−−−−−−−4−−−r)ニレインy1叉と電
矛トの関イ吊、
第10図
二i[;“y丈ドし1ン惰4罷
第11図
従来の製后丁先め矛2酎グJ
第12図
従来/I裂蔑ろう太の第3のダ」
第13図FIG. 1 is a process cross-sectional view showing one embodiment of the method for manufacturing a MOS transistor of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the gate electrode shape in one embodiment, and FIG. 3 is an As ion ion in one embodiment. FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity of the gate during implantation, FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity of the gate when forming the N offset layer in one example, and FIG. 5 is a characteristic diagram showing the simulation results of the electric field value in the N offset layer. , Fig. 6 is a schematic diagram of a basic N-channel type MOS transistor, Fig. 7 is a diagram of the electric field distribution in the channel of a MOS)-transistor in a pentode operating state, and Fig. 8 is a diagram of the first conventional manufacturing method. FIG. 9 is a cross-sectional view of the essential parts of a transistor according to the first conventional example, and FIG. 10 shows the relationship between the concentration of the N- layer and the electric field in the N- layer and the N+ drain layer. Characteristic diagram shown,
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional double-diffused drain structure.
FIG. 12 is a process sectional view showing a second example of the conventional manufacturing method, and FIG. 13 is a process sectional view showing a third example of the conventional manufacturing method. 601...Silicon substrate, 604...Gate oxide film, 605...Polysilicon film, 607...Si3N
4 films, 609...Si3N4M pattern, 610...
・Oxide film, 612...Polysilicon gate electrode, 61
4,615...source/drain N+ layer, 616...
・N offset layer. Fig. 1 71S-Complete light - "Understanding the 8th figure A of the punishment-1" and the 1st column of the craftsman's 1st column 8th figure 1---- N-Layer 1-----------4---- r) Nirain y1 fork and electric spear, Figure 10; /I Ryouta's Third Da'' Figure 13
Claims (1)
る工程と、 (b)そのゲートの絶縁酸化膜上にゲート電極形成用の
ポリシリコン膜を形成する工程と、 (c)そのポリシリコン膜上にマスク層を形成し、この
マスク層を選択的にゲート領域上にのみ残す工程と、 (d)ゲート領域に残存する前記マスク層をマスクとし
てポリシリコン膜を高圧酸化法で酸化することにより、
マスク層下に断面台形状のゲート電極を残存ポリシリコ
ン膜で形成し、その他のポリシリコン膜はすべて酸化膜
に変換する工程と、(e)その変換酸化膜を含む、ゲー
ト電極部以外の不要な酸化膜を除去する工程と、 (f)その後、前記ゲート領域のマスク層をマスクとし
て不純物のイオン注入を行い、ゲート電極両側の基板内
にソース・ドレインの拡散層を形成する工程と、 (g)その後、前記酸化膜を除去した上で全面不純物イ
オン注入を行うことにより、断面台形状ゲート電極の両
側部下の基板内に、ソース・ドレインの拡散層と接続さ
れる低濃度層を形成する工程とを具備してなるMOSト
ランジスタの製造方法。[Claims] (a) a step of forming a gate insulating oxide film on the surface of a semiconductor substrate; (b) a step of forming a polysilicon film for forming a gate electrode on the gate insulating oxide film; (c) forming a mask layer on the polysilicon film and selectively leaving this mask layer only on the gate region; and (d) using the mask layer remaining on the gate region as a mask, applying a high pressure to the polysilicon film. By oxidizing with oxidation method,
A step of forming a gate electrode with a trapezoidal cross section under the mask layer using the remaining polysilicon film, and converting all other polysilicon films to oxide films, and (e) removing unnecessary parts other than the gate electrode part, including the converted oxide film. (f) Then, using the mask layer in the gate region as a mask, impurity ions are implanted to form source/drain diffusion layers in the substrate on both sides of the gate electrode; g) Thereafter, by removing the oxide film and implanting impurity ions over the entire surface, a low concentration layer is formed in the substrate under both sides of the trapezoidal gate electrode to be connected to the source/drain diffusion layer. A method for manufacturing a MOS transistor, comprising the steps of:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1497289A JPH02196434A (en) | 1989-01-26 | 1989-01-26 | Manufacture of mos transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1497289A JPH02196434A (en) | 1989-01-26 | 1989-01-26 | Manufacture of mos transistor |
Publications (1)
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---|---|
JPH02196434A true JPH02196434A (en) | 1990-08-03 |
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JP1497289A Pending JPH02196434A (en) | 1989-01-26 | 1989-01-26 | Manufacture of mos transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02196434A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02211633A (en) * | 1989-02-13 | 1990-08-22 | Toshiba Corp | Semiconductor device and manufacture thereof |
JPH0864818A (en) * | 1994-02-01 | 1996-03-08 | Lg Semicon Co Ltd | Manufacture of semiconductor device |
US6208195B1 (en) | 1991-03-18 | 2001-03-27 | Integrated Device Technology, Inc. | Fast transmission gate switch |
US6215350B1 (en) | 1991-03-18 | 2001-04-10 | Integrated Device Technology, Inc. | Fast transmission gate switch |
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-
1989
- 1989-01-26 JP JP1497289A patent/JPH02196434A/en active Pending
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