JPH0281439A - 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〕
この発明は半導体装置の製造方法に関し、特にLigh
tly Doped Drain (以下LDDと称
す)構造の絶縁ゲート(MOS)電界効果半導体装置の
製造方法に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular to a method for manufacturing a semiconductor device.
The present invention relates to a method of manufacturing an insulated gate (MOS) field effect semiconductor device having a doped drain (hereinafter referred to as LDD) structure.
第2図(al〜(flは従来の半導体装置の製造工程を
示す断面図である。図において、1はp型シリコン基板
、2はフィールド酸化膜、3はゲート電極、4はゲート
絶縁膜、5は絶縁膜、6.6aは多結晶シリコンフィル
ム、7.7aは熱酸化膜、8aはn−型ソース領域、8
bはn°型ソース領域、9aはn−型ドレイン領域、9
bはn゛型トドレイン領域10はCVD酸化膜、11a
、11bはコンタクトホール、12はアルミ配線層であ
る。FIG. 2 (al to (fl) are cross-sectional views showing the manufacturing process of a conventional semiconductor device. In the figure, 1 is a p-type silicon substrate, 2 is a field oxide film, 3 is a gate electrode, 4 is a gate insulating film, 5 is an insulating film, 6.6a is a polycrystalline silicon film, 7.7a is a thermal oxide film, 8a is an n-type source region, 8
b is an n° type source region, 9a is an n- type drain region, 9
b is an n-type drain region 10 is a CVD oxide film, 11a
, 11b are contact holes, and 12 is an aluminum wiring layer.
次に製造方法について説明する。Next, the manufacturing method will be explained.
p型シリコン基板1の主面上に選択的にフィールド酸化
膜2を形成した後、フィールド酸化膜2に囲まれた領域
にゲート絶縁膜となるべき酸化膜を堆積し、その上にゲ
ート電極となるべき多結晶シリコンを堆積し、パターン
ニングによりゲート電極3を形成する。次にゲート電極
3をマスクとして余分な酸化膜を除去し、ゲート絶縁膜
4を形成する。そしてゲート電極3とゲート絶縁膜4を
マスクにして比較的低濃度(1016〜10 ”cm−
’)の砒素またはリンをイオン注入する(第2図(a)
)。After selectively forming a field oxide film 2 on the main surface of the p-type silicon substrate 1, an oxide film to be a gate insulating film is deposited in a region surrounded by the field oxide film 2, and a gate electrode is formed on it. The desired polycrystalline silicon is deposited and patterned to form the gate electrode 3. Next, using the gate electrode 3 as a mask, excess oxide film is removed to form a gate insulating film 4. Then, using the gate electrode 3 and gate insulating film 4 as masks, a relatively low concentration (1016 to 10"cm-
') ion implantation of arsenic or phosphorus (Figure 2(a)
).
次に厚さ400人の絶縁膜5をゲート電極3と基板1の
表面に形成し、その上に基板全体を覆うように多結晶シ
リコンフィルム6を0.5μmの厚さで形成する。この
多結晶シリコンフィルム6の厚みはソース・ドレインn
−61域8a、9aの幅を決定する重要な因子である。Next, an insulating film 5 with a thickness of 400 μm is formed on the gate electrode 3 and the surface of the substrate 1, and a polycrystalline silicon film 6 with a thickness of 0.5 μm is formed thereon so as to cover the entire substrate. The thickness of this polycrystalline silicon film 6 is n
This is an important factor that determines the width of the −61 regions 8a and 9a.
多結晶シリコンフィルム6はゲート電極3の形に対して
良いステップカバレッジを持つので事実上垂直な壁が得
られる0次に熱酸化膜7を多結晶シリコンフィルム6の
上に500人の厚みで形成する。この酸化膜7もまた、
ソース・ドレインn−1f、5域8a、9aの幅を決定
する重要な因子である(第2図(b))。Since the polycrystalline silicon film 6 has good step coverage with respect to the shape of the gate electrode 3, a virtually vertical wall can be obtained.A zero-order thermal oxide film 7 is formed on the polycrystalline silicon film 6 to a thickness of 500 nm. do. This oxide film 7 is also
This is an important factor that determines the width of the source/drain n-1f, 5 regions 8a, 9a (FIG. 2(b)).
次に熱酸化膜7を、ゲート電極3の形に対応する多結晶
シリコンフィルム6の側壁上にのみ残るように、異方性
エツチングにより除去する(第2図(C))。Next, the thermal oxide film 7 is removed by anisotropic etching so that it remains only on the sidewalls of the polycrystalline silicon film 6 corresponding to the shape of the gate electrode 3 (FIG. 2(C)).
次に熱酸化膜の残部7aをマスクにして多結晶シリコン
フィルム6を異方性エツチングし、ゲート電極3の側壁
上にのみ残るようにする。この時熱酸化1!J7aは多
結晶シリコンフィルム6のサイドエツチングを防ぐので
、多結晶シリコンフィルムの残部6aの幅は実際には多
結晶シリコンフィルム6の膜厚とほぼ同じになる。ゲー
ト電極3と多結晶シリコンフィルム6aをマスクとして
今度ハ比較的高曙度(10”〜10 ”am−’)の砒
素あるいはリンをイオン注入する(第2図(d))。Next, using the remaining portion 7a of the thermal oxide film as a mask, the polycrystalline silicon film 6 is anisotropically etched so that it remains only on the side walls of the gate electrode 3. At this time, thermal oxidation 1! Since J7a prevents side etching of the polycrystalline silicon film 6, the width of the remaining portion 6a of the polycrystalline silicon film is actually approximately the same as the thickness of the polycrystalline silicon film 6. Using the gate electrode 3 and the polycrystalline silicon film 6a as a mask, arsenic or phosphorus ions are implanted at a relatively high intensity (10'' to 10''am-') (FIG. 2(d)).
次に多結晶シリコンフィルム6aをフロサン系ガス、ハ
ロゲン系ガス、あるいはアルカリ液(例KOH)で等方
性エツチングにより除去する。この時熱酸化膜7aもリ
フトオフされる。その後、2度のイオン注入によって生
じた層に熱処理を施して活性化させる。すなわちn−型
ソース領域8aと、隣接するnゝ型ソース領域8b、n
−型ドレイン領域9aと、隣接するn゛型トドレイン領
域9b形成する(第4図(e))。Next, the polycrystalline silicon film 6a is removed by isotropic etching using a furosan-based gas, a halogen-based gas, or an alkaline solution (eg, KOH). At this time, the thermal oxide film 7a is also lifted off. Thereafter, the layer produced by the two ion implantations is activated by heat treatment. That is, an n-type source region 8a and an adjacent n-type source region 8b, n
A - type drain region 9a and an adjacent n-type drain region 9b are formed (FIG. 4(e)).
最後にCVD酸化膜10を基板全面に堆積し、コンタク
トホールIla、llbを開孔し、全面にアルミを堆積
後、例えばフォトレジストを用いてアルミ配線層12を
形成する。以上のようにしてLDD構造を持つMO3半
導体装置が完成する(第2図(f))。Finally, a CVD oxide film 10 is deposited over the entire surface of the substrate, contact holes Ila and llb are opened, and after aluminum is deposited over the entire surface, an aluminum wiring layer 12 is formed using, for example, photoresist. As described above, an MO3 semiconductor device having an LDD structure is completed (FIG. 2(f)).
従来の半導体装置の製造方法では、LDD構造を得るた
めのイオン注入用マスクとしてゲート側壁部に形成され
た多結晶シリコンフィルムを除去してしまうために、素
子完成時には、ゲート側壁部は絶縁膜のみで形成されて
いる。このためMO3FET動作中にホットキャリアが
ドレイン側のゲート側壁の絶縁膜に注入され、これによ
り低濃度n型(n−型)領域が空乏化し、このn−型領
域の抵抗が上昇し、MOSFETのトランスコンダクタ
ンスが劣化するという問題点があった。In conventional semiconductor device manufacturing methods, the polycrystalline silicon film formed on the gate sidewalls is removed as a mask for ion implantation to obtain the LDD structure, so when the device is completed, the gate sidewalls are only an insulating film. It is formed of. For this reason, during MO3FET operation, hot carriers are injected into the insulating film on the sidewall of the gate on the drain side, which depletes the low concentration n-type (n-type) region, increases the resistance of this n-type region, and increases the resistance of the MOSFET. There was a problem that the transconductance deteriorated.
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、ホントキャリアがゲート側壁部に注入されて
もトランスコンダクタンスの低下のないMO3電界効果
半導体装置を得る製造方法を提供することを目的とする
。This invention was made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a manufacturing method for obtaining an MO3 field effect semiconductor device in which the transconductance does not decrease even when real carriers are injected into the gate sidewall. purpose.
この発明に係る半導体装置の製造方法では、LDD構造
を得るためのイオン注入用マスクの一部であるゲート電
極側壁の部材に多結晶シリコンあるいは高融点金属また
はそのシリサイドを用い、さらにこれをゲート電極側壁
に残すようにしたものである。In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, polycrystalline silicon, a high melting point metal, or a silicide thereof is used as a member of the side wall of the gate electrode, which is a part of an ion implantation mask for obtaining an LDD structure, and this is further applied to the gate electrode. It was left on the side wall.
この発明においては、ゲート”を極側壁部に多結晶シリ
コンあるいは高融点金属またはそのシリサイドを残すよ
うにしたので、MOSFETの動作中にホントキャリア
の注入があってもドレイン電極から引き抜くことができ
、トランスコンダクタンスの低下を防ぐことができる。In this invention, since polycrystalline silicon, high melting point metal, or its silicide is left on the sidewall of the gate, even if true carriers are injected during operation of the MOSFET, they can be extracted from the drain electrode. A decrease in transconductance can be prevented.
以下、この発明の一実施例を図について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図(a)、 (b)、 (C1,(d)、 (e)
はこの発明の一実施例による半導体装置の製造工程を示
す断面図であり、第1図(d)゛ は第1図+d)の装
置を上から見た平面図である。図において、第2図と同
一符号は同一部分を示し、13はフォトレジストである
。Figure 1 (a), (b), (C1, (d), (e)
1(d) is a sectional view showing the manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1(d) is a top plan view of the device of FIG. 1+d). In the figure, the same reference numerals as in FIG. 2 indicate the same parts, and 13 is a photoresist.
次に製造方法について説明する。Next, the manufacturing method will be explained.
p型シリコン基板1の主面上に選択的にフィールド酸化
膜2を形成した後、フィールド酸化膜に囲まれた領域に
ゲート絶縁膜となるべき酸化膜を形成し、その上にゲー
ト電極となるべき多結晶シリコンを堆積し、パターンニ
ングによりゲート電極3を形成する。ゲート電極3をマ
スクにして余分な酸化膜、を除去し、ゲート絶縁膜4を
形成する。After selectively forming a field oxide film 2 on the main surface of a p-type silicon substrate 1, an oxide film to become a gate insulating film is formed in a region surrounded by the field oxide film, and an oxide film to become a gate electrode is formed thereon. A gate electrode 3 is formed by depositing polycrystalline silicon and patterning it. Excess oxide film is removed using gate electrode 3 as a mask, and gate insulating film 4 is formed.
そしてゲート電極3とゲート絶縁膜4をマスクにして比
較的低濃度(10”〜10 ”cm−”)の砒素または
リンをイオン注入する(第1図(a))。Then, using the gate electrode 3 and gate insulating film 4 as masks, arsenic or phosphorus ions at a relatively low concentration (10" to 10"cm-") are implanted (FIG. 1(a)).
次に厚さ400人の絶縁膜5をゲート電極3と基板1の
表面に形成し、その上に基板全体を覆うように多結晶シ
リコンフィルム6を0.5μmの厚さで形成する。この
多結晶シリコンフィルム6の厚みはソース・ドレインn
−jI域8 a、9 aの幅を決定する重要な因子であ
る。多結晶シリコンフィルム6はゲート電極3の形に対
して良いステップカバレッジを持つので事実上垂直な壁
が得られる(第1図(b))。Next, an insulating film 5 with a thickness of 400 μm is formed on the gate electrode 3 and the surface of the substrate 1, and a polycrystalline silicon film 6 with a thickness of 0.5 μm is formed thereon so as to cover the entire substrate. The thickness of this polycrystalline silicon film 6 is n
This is an important factor that determines the width of −jI regions 8a and 9a. Since the polycrystalline silicon film 6 has good step coverage with respect to the shape of the gate electrode 3, virtually vertical walls are obtained (FIG. 1(b)).
次に多結晶シリコンフィルム6を、ゲート電極3の側壁
上にのみ残るように異方性エツチングで除去する。ゲー
ト電極3と多結晶シリコンフィルムの残部6aをマスク
として今度は比較的高濃度(l O”〜10 ”am−
’)の砒素あるいはリンをイオン注入する。次にソース
・ドレインの短絡防止のためにフォトレジスト13をマ
スクとして、ソース・ドレイン領域上を除くフィールド
酸化膜2上のゲート電極側壁上の多結晶シリコンフィル
ム6a(第1図(d)゛斜線部)をフロリン系ガス、ハ
ロゲン系ガスあるいはアルカリ液(例KOH)で等方性
エツチングにより除去する。Next, polycrystalline silicon film 6 is removed by anisotropic etching so that it remains only on the side walls of gate electrode 3. Using the gate electrode 3 and the remaining portion 6a of the polycrystalline silicon film as a mask, a relatively high concentration (lO"~10"am-
') ion implantation of arsenic or phosphorus. Next, using the photoresist 13 as a mask to prevent short circuits between the source and drain, polycrystalline silicon film 6a on the side wall of the gate electrode on the field oxide film 2 except over the source and drain regions (see FIG. 1(d), shaded) part) is removed by isotropic etching using a fluorine gas, a halogen gas, or an alkaline solution (eg KOH).
その後、2度のイオン注入によって生じた層に熱処理を
施して活性化し、n−型ソース領域8aとn°°ソース
領域8b、n−型ドレイン領域9aとn°型トドレイン
領域9b形成する。次に基板全面にCVD酸化膜10を
堆積し、ゲート側壁部の多結晶シリコンフィルム6aと
n9型ソース領域8b及びn゛型ドレイン領域9bを共
通とするコンタクトホール11a、11bを開孔し、そ
の上にアルミを堆積し、フォトレジストを用いてアルミ
配線層12を形成する(第1図(e))。このようにし
てLDD構造を持つMO3型半導体装置が完成する。Thereafter, the layers produced by the two ion implantations are activated by heat treatment to form an n-type source region 8a, an n° source region 8b, an n-type drain region 9a, and an n° todrain region 9b. Next, a CVD oxide film 10 is deposited on the entire surface of the substrate, and contact holes 11a and 11b are opened, which share the polycrystalline silicon film 6a on the gate sidewall, the n9 type source region 8b, and the n' type drain region 9b. Aluminum is deposited thereon, and an aluminum wiring layer 12 is formed using photoresist (FIG. 1(e)). In this way, an MO3 type semiconductor device having an LDD structure is completed.
このように本実施例では、LDD構造を得るためのイオ
ン注入用マスクとしてゲート電極3の側壁に形成された
多結晶シリコンフィルム6aをソース・ドレイン領域上
に残すようにしたので、MO5FET動作中にホットキ
ャリアがドレイン側のゲート側壁部に注入されても、ド
レイン電極がら引き抜くことができるので、n−型領域
の抵抗が上昇することがなく、トランスコンダクタンス
の劣化を防ぐことができる。In this way, in this example, the polycrystalline silicon film 6a formed on the sidewalls of the gate electrode 3 is left on the source/drain regions as a mask for ion implantation to obtain the LDD structure. Even if hot carriers are injected into the gate sidewall on the drain side, they can be extracted from the drain electrode, so the resistance of the n-type region does not increase, and deterioration of transconductance can be prevented.
なお上記の実施例では、ゲート側壁部に残す部材6a及
びゲート電極3に多結晶シリコンを用いたが、高融点金
属やそのシリサイドである導電体層を用いてもよい。In the above embodiment, polycrystalline silicon is used for the member 6a left on the gate side wall portion and the gate electrode 3, but a conductive layer made of a high melting point metal or its silicide may also be used.
以上のようにこの発明によれば、LDD構造形成のため
のイオン注入用マスクであるゲート電極側壁の多結晶シ
リコンフィルムをドレイン電極とすることで、ゲート電
極側壁部にホットキャリアが注入されてもこれを引き抜
くことができ、MOSFETのトランスコンダクタンス
の劣化を防止する効果がある。As described above, according to the present invention, by using the polycrystalline silicon film on the side wall of the gate electrode, which is a mask for ion implantation for forming an LDD structure, as the drain electrode, hot carriers can be injected into the side wall of the gate electrode. This can be extracted, which has the effect of preventing deterioration of the transconductance of the MOSFET.
第1図(al、 (b)、 (C1,(dl、 +e)
は本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す
断面図、第1図(d)° は第1図(dlの装置を上か
ら見た平面図、第2図(al〜(f)は従来の半導体装
置の製造方法を示す断面図である。
図において、lはp型シリコン基板、2はフィールド酸
化膜、3はゲート電極、4はゲート絶縁膜、5は熱酸化
膜、6,6aは多結晶シリコンフィルム、7,7aは熱
酸化膜、8aはn−型ソース領域、8bはn゛型ソース
領域、9aはn−型ドレイン領域、9bはn°型トドレ
イン領域lOはCVD酸化膜、lla、llbはコンタ
クトホール(シェアドコンタクト)12はアルミ配線、
13はフォトレジストである。
なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。Figure 1 (al, (b), (C1, (dl, +e)
1(d) is a plan view of the device in FIG. 1(dl) viewed from above, and FIG. 2(al to (f) is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device. In the figure, l is a p-type silicon substrate, 2 is a field oxide film, 3 is a gate electrode, 4 is a gate insulating film, 5 is a thermal oxide film, 6, 6a is a polycrystalline silicon film, 7 and 7a are thermal oxide films, 8a is an n-type source region, 8b is an n-type source region, 9a is an n-type drain region, 9b is an n°-type drain region 1O is CVD oxidation The films, lla and llb are contact holes (shared contacts) 12 are aluminum wiring,
13 is a photoresist. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
1の導電層からなるゲート電極を形成する第1の工程と
、 該ゲート電極をマスクとして、上記半導体基板内に第2
導電型の低濃度不純物ドープ領域を形成する第2の工程
と、 上記ゲート電極及び上記不純物ドープ領域上に第2の絶
縁膜を形成する第3の工程と、 全面に第2の導電層を形成し、異方性エッチングにより
、該第2の導電層を上記ゲート電極側壁にのみ残して他
の部分は除去する第4の工程と、上記ゲート電極及び上
記第2の導電層をマスクとして、上記半導体基板内に第
2導電型の高濃度不純物ドープ領域を形成する第5の工
程と、上記第2の導電層の一部を選択的に除去する第6
の工程と、 全面に第3の絶縁膜を形成し、該絶縁膜を貫通し上記不
純物ドープ領域と上記第2の導電層を共通とするコンタ
クトホールを開孔する第7の工程と、 全面に金属膜を形成し、パターンニングによってソース
・ドレイン配線を形成する第8の工程からなることを特
徴とする半導体装置の製造方法。(1) A first step of forming a gate electrode made of a first insulating film and a first conductive layer on a first conductivity type semiconductor substrate, and using the gate electrode as a mask, forming a second gate electrode in the semiconductor substrate.
a second step of forming a conductive type lightly doped region; a third step of forming a second insulating film on the gate electrode and the impurity doped region; and forming a second conductive layer on the entire surface. and a fourth step of leaving the second conductive layer only on the side walls of the gate electrode and removing the other portions by anisotropic etching, and using the gate electrode and the second conductive layer as a mask, a fifth step of forming a second conductive type heavily doped region in the semiconductor substrate; and a sixth step of selectively removing a portion of the second conductive layer.
a seventh step of forming a third insulating film on the entire surface and opening a contact hole penetrating the insulating film and having the impurity doped region and the second conductive layer in common; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising an eighth step of forming a metal film and forming source/drain wiring by patterning.
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23321888A Pending JPH0281439A (en) | 1988-08-31 | 1988-09-16 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0281439A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04177828A (en) * | 1990-11-13 | 1992-06-25 | Nec Yamaguchi Ltd | Manufacture of semiconductor device |
-
1988
- 1988-09-16 JP JP23321888A patent/JPH0281439A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04177828A (en) * | 1990-11-13 | 1992-06-25 | Nec Yamaguchi Ltd | Manufacture of semiconductor device |
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