JPH03129741A - Manufacture of mos-type semiconductor device - Google Patents

Manufacture of mos-type semiconductor device

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JPH03129741A
JPH03129741A JP20610090A JP20610090A JPH03129741A JP H03129741 A JPH03129741 A JP H03129741A JP 20610090 A JP20610090 A JP 20610090A JP 20610090 A JP20610090 A JP 20610090A JP H03129741 A JPH03129741 A JP H03129741A
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insulating film
film
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drain
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豪弥 江崎
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Abstract

PURPOSE:To accurately control a spread of a diffusion layer into a part directly under a gate and to form an effective channel length of high accuracy by a method wherein an insulating film with which a side face of the gate is covered is left as an insulating-film pattern, impurities are introduced into the surface of a substrate by making use of the gate and the insulating-film pattern as a mask and a source and a drain are formed. CONSTITUTION:A field oxide film 2 and a gate oxide film 3 are formed in desired positions of a silicon substrate. A polycrystalline silicon film 4 is deposited on them; a photoresist pattern 5 used to form a gate pattern is formed. The polycrystalline silicon film 4 is etched by making use of the photoresist pattern 5 as a mask. A silicon oxide film 6 is deposited on it. Then, an etching gas 50 is made incident nearly perpendicularly to the surface of the substrate 1; the oxide film 6 is removed selectively. After that, phosphorus or arsenic is introduced by making use of a gate 4' and an insulating-film pattern 6' as a mask; a source diffusion layer and a drain diffusion layer 7, 8 are formed. At this time, a junction depth is adjusted in such a way the a spread in a transverse direction of the diffusion layers 7 and 8 becomes larger than a width W of the oxide film pattern 6'.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はMOS型半導体装置の製造方法に関しシリコン
・ゲートの如き自己整合プロセスのより改善された方法
およびそれに基づく新規な構造を提供することを目的と
したものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a MOS type semiconductor device, and an object of the present invention is to provide an improved method of self-alignment process such as a silicon gate, and a novel structure based thereon.

通常の自己整合プロセスに於ては 半導体基板上にゲー
ト絶縁膜を介して例えば多結晶シリコンのゲートパター
ンを形成し そのゲートノくターンそのものを拡散マス
クとして不純物を導入してソース・ドレイン拡散層を形
成すも その限 ゲート絶縁膜の上面は多結晶シリコン
に覆われているがその側面は高濃度の不純物にさらされ
る。このためゲート絶縁膜の耐圧低下がもたらされるこ
とが知られていも これを避けるには拡散層の濃度を下
げればよい八 そうすると抵抗の増大の如き他の問題を
ひきおこす。
In a normal self-alignment process, a gate pattern of, for example, polycrystalline silicon is formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and impurities are introduced using the gate turn itself as a diffusion mask to form source/drain diffusion layers. The upper surface of the gate insulating film is covered with polycrystalline silicon, but the side surfaces are exposed to high concentrations of impurities. Although it is known that this causes a drop in the withstand voltage of the gate insulating film, this can be avoided by lowering the concentration of the diffusion layer.8 Doing so will cause other problems such as an increase in resistance.

ソース・ドレイン方向のゲートパターンの昨すなわちゲ
ート長をLCとし ソース・ドレイン拡散層の横方向ひ
ろがりをIJとすると、ソース・ドレイン間の実効チャ
ネル長L・11は次式で表わされる。
If the width of the gate pattern in the source/drain direction, that is, the gate length, is LC, and the lateral extent of the source/drain diffusion layer is IJ, then the effective channel length L·11 between the source and drain is expressed by the following equation.

L−tt=  Lc −2・ l  J       
             (1)MOS型電界効果ト
ランジスタの特性は実効チャネル長L・「tにより規定
されるのは云うまでもなく、特性を揃えるためには高精
度に実効チャネル長を形成する必要があも そのために
(よ 出来るだけ少数の因子で実効チャネル長が決めら
れる様な構造や製造方法が好まし〜℃ 式(1)i戴L
・++が二ヶの因子LC,IJに依存している事を意味
しているlJ<、1.+を小さくすることによりその寄
与を少なくしてほとんどLcのみに依存する様な一因子
型にする方が良L%  Lかしソース・ドレイン拡散層
を浅くすると電極配線のつき抜けが起こり、拡散層一基
板間が短絡すも そこで、ゲート近傍に於ては浅く、電
極配線とのコンタクト形成領域では深くソース・ドレイ
ン拡散層を形成する方法がとられていも しかしそのた
めにはフォトマスク(ガラス乾板)が1枚余分に必要で
あり、深い拡散層とゲートとの相対位置がマスク合せに
より決まるのでマスク設計上寸法に余裕を取っておかね
ばなら式 高密度化に適さなくなも これに対して従来提案されている解決法の一つに 多結
晶シリコンゲートのパターンを形成したの仮 全面に熱
酸化膜を成長せし数 多結晶シリコン上の方が単結晶基
板上よりも酸化膜が厚く成長することを利用する方法が
特開昭52−22481号に示されていも この方法は基板上の酸化膜を弗化水素溶液でエッチし除
去した時点でエツチングを停止することにより、多結晶
シリコンゲート上にのみ酸化膜を残すことが出来も か
くしてゲートの側面を酸化膜で覆へ ゲート直下のゲー
ト絶縁膜が高濃度不純物に直接さらされることから保護
することが出来も しかしこの場合、ゲート側面の酸化
膜の厚み(戴 酸化膜の成長条件とエツチング条件の二
つの要因によって規定されるので精密に形成する事が困
難であも また 多結晶シリコンの熱酸化に於て酸化膜
は成長時に膨張するの°巴 ゲート側面の酸化膜を余り
厚くするとゲート近傍に歪力が加わり好ましくな(〜 
他方薄くしたのではゲートとソース・ドレイン間の耐圧
が低く実用に供する事が出来な(1 本発明は ゲート絶縁膜の耐圧低下が少なくドレイン近
傍の電界強度が緩和できる。信頼性の高いMOS型半導
体装置を容易かス 高精度に製造することができ、かつ
高密L ?RI細なMOSトランジスタを得る方法を提
供することを目的とする。
L-tt=Lc-2・lJ
(1) It goes without saying that the characteristics of a MOS field effect transistor are determined by the effective channel length L and t, and in order to make the characteristics uniform, it is necessary to form the effective channel length with high precision. (It is preferable to have a structure and manufacturing method that allows the effective channel length to be determined by as few factors as possible.) Formula (1)
- lJ<, 1. which means that ++ depends on two factors LC and IJ. It is better to reduce its contribution by reducing + to make it a one-factor type that depends almost only on Lc. However, when the source/drain diffusion layer is made shallow, electrode wiring penetration occurs and diffusion To prevent short circuits between layers and substrates, a method is used to form source/drain diffusion layers shallowly near the gate and deeply in the contact formation region with the electrode wiring. ) is required, and the relative position between the deep diffusion layer and the gate is determined by mask alignment, so it is necessary to leave some margin in the mask design. One solution that has been proposed in the past is to form a polycrystalline silicon gate pattern and then grow a thermal oxide film over the entire surface.The oxide film grows thicker on polycrystalline silicon than on a single crystal substrate. JP-A No. 52-22481 discloses a method that takes advantage of the fact that the polycrystalline silicon gate It is also possible to leave the oxide film only on the top of the gate.In this way, it is possible to cover the sides of the gate with the oxide film.It is also possible to protect the gate insulating film directly under the gate from being directly exposed to high concentration impurities. The thickness of the oxide film is determined by two factors: the growth conditions of the oxide film and the etching conditions, so it is difficult to form it precisely.Also, in thermal oxidation of polycrystalline silicon, the oxide film expands during growth. If the oxide film on the side of the gate is too thick, strain will be added to the vicinity of the gate, which is undesirable (~
On the other hand, if the gate is made thinner, the withstand voltage between the gate and the source/drain is too low to be of practical use. It is an object of the present invention to provide a method for easily manufacturing a semiconductor device with high accuracy and obtaining a high-density L-RI thin MOS transistor.

こうした目的を達成するたム 本発明の方法(飄半導体
基板のMOS)ランジスタ形成部にゲート絶縁膜を介し
てゲートを設けた後、上記ゲートの側面を覆う部分の上
記基板に垂直方向の膜厚がその他の部分の同膜厚よりも
厚い絶縁膜を上記M○Sトランジスタ形戊形成面に堆積
せし数 上記基板にほぼ垂直にエツチング材を入射せし
めて上記形成部の絶縁膜全面を垂直方向に所定量ドライ
エツチングすることにより、上記ゲートの側面を覆う部
分の絶縁膜を絶縁膜パターンとして残存させ、上記ゲー
トおよび上記絶縁膜パターンをマスクとして上記基板表
面に不純物を導入してソー入 ドレインを形成し 上記
絶縁膜パターンに隣接したソース又はドレイン上にソー
ス又はドレイン電極を形成する方法を提供するものであ
も まず、第1図にて本発明に用いるMOS型電界効果トラ
ンジスタの作成を工程順に示す。例としてNチャネルに
ついて説明すも <A) p型の(100)面を有するシリコン基板の所
望の位置に 周知の選択酸化法により素子間分離用のフ
ィールド酸化膜2を形威すも その後基板1を再び酸化
してMOSトランジスタ形成部に約1000人の厚さの
ゲート酸化H3を成長せしめる。
In order to achieve these objects, the method of the present invention (MOS on a semiconductor substrate) after providing a gate in the transistor formation area via a gate insulating film, the thickness of the film in the direction perpendicular to the substrate in the part covering the side surface of the gate is An insulating film that is thicker than the same film thickness in other parts is deposited on the surface where the M*S transistor type is formed.An etching agent is applied almost perpendicularly to the substrate to cover the entire surface of the insulating film in the formed part in a vertical direction. By dry etching a predetermined amount, the insulating film covering the side surface of the gate remains as an insulating film pattern, and using the gate and the insulating film pattern as a mask, impurities are introduced into the surface of the substrate to form a drain. This invention provides a method for forming a source or drain electrode on a source or drain adjacent to the above-mentioned insulating film pattern. First, FIG. show. As an example, an N-channel will be explained.<A) A field oxide film 2 for isolation between elements is formed at a desired position of a p-type (100) plane silicon substrate by a well-known selective oxidation method. is oxidized again to grow a gate oxide H3 with a thickness of approximately 1000 nm on the MOS transistor formation area.

(B)この上から約5ooo人の厚さの多結晶シリコン
膜4を周知の気相成長法により堆積せしム ゲートパタ
ーンを形成するためのフォトレジストパターン5を写真
蝕刻法により形成すム (C)フォトレジストパターン5をマスクとして多結晶
シリコン4をエッチする。この隊 フレオン系のガスに
よるドライエツチングあるいは硝酸弗酸系の化学液のい
づれでも良いパ 多結晶シリコン膜4のエツチング面と
基板1の表面とのなす角が出来るだけ90°に近くなる
様な条件を選凰 その粘気 多結晶シリコン膜4からゲ
ート4′が形成されそのゲート4′の側面4°bは基板
1表面に対してほぼ直角をなす如く急峻な面となんこの
後次の工程に移る前に ゲート4′をマスクとしてゲー
ト酸化膜3を選択的に除去しても良い力t ここではそ
のまま残しておく。
(B) A polycrystalline silicon film 4 with a thickness of about 5 mm is deposited on this by a well-known vapor phase growth method.A photoresist pattern 5 for forming a gate pattern is formed by a photolithography method. C) Etch polycrystalline silicon 4 using photoresist pattern 5 as a mask. In this process, either dry etching using Freon-based gas or nitric-hydrofluoric acid-based chemical solution may be used. A gate 4' is formed from the polycrystalline silicon film 4, and the side surface 4°b of the gate 4' is a steep surface almost perpendicular to the surface of the substrate 1. Before proceeding, the gate oxide film 3 may be selectively removed using the gate 4' as a mask.Here, it is left as is.

(D)この上から絶縁風 例えばシリコン酸化膜6を気
相成長法により所望の膜厚を有し 図のごとくゲート側
面を覆う部分の基板に垂直方向の膜厚が同地の部分より
も厚くなる如く堆積せしめもこの胤 ゲート4′の上面
4°aやゲート酸化膜3の如き水平面上に於ける膜厚と
ゲート側面4’b上に於ける膜厚が出来るだけ異ならな
い条件を選ぶ方がよ〜 そのためには常圧の気相成長法
よりもQ、1torr程度のガス圧で行う減圧気相成長
法の方がより適してい氏 (E)次に 基板1表面に対してほぼ垂直にエツチング
材としてエツチングガス50を入射せしめて酸化IIl
!6をドライエツチングにより選択的に除去すも この
様子をゲート4°近傍のみを拡大して第2図に示してあ
も ドライエツチングとして(よ アルゴンイオンの如
き不活性ガスの衝突エネルギーを利用するイオン・ビー
ムエツチングやスパッタリングの如き方法と、主として
フレオン系のガスの化学反応を利用する反応性スパッタ
リングやプラズマエツチングの如き方法とがある。前者
の方法はエツチングの選択性が少なく適用対象に限定が
ありまたプラズマエツチングではガスの運動方向に指向
性がなくエツチングは等方向に進行すもこれに対して平
行な二つの電極間に試料が置かれる反応性スパッタリン
グで(友 条件により基板1の表面にほぼ垂直にエツチ
ングガスを入射せしめる事が出来かつエツチングの選択
性もあるので本発明にとって′都合が良L1  ガスと
してフレオンCF4を用LX、0.01〜0.03to
rr程度のガス圧力で、電極上にテフロンを敷いた状態
で高周波電力400Wのとき、酸化膜のエツチング速度
は900人/分程度であも この条件の様に低いガス圧
力に於てはエツチングガスはほとんど基板表面に垂直に
入射すも従っテケー) 4 ’の上面4’aおよびゲー
ト酸化膜3上に於ける酸化膜6の面6aおよび6Cには
エツチングガスが垂直に入射する力t ゲート4′の側
面4’bとほぼ平行な傾斜面6bはガスの入射方向と平
行に近く、単位面積当りのガスの入射量が極めて少なく
エツチング速度が遅鶏 従って傾斜面6bの垂直方向へ
の後退速度が遅いので、図に於て右方へほとんど進ま哄
 表面6 a、6 b、6 cの最初の形状がほぼ保た
れたまま下方へ平行移動すも エツチング時間の推移レ
−* j 2−+いと共に点線で示した如くエツチング
が進行し ゲート4″の上面4°aに於て酸化膜6がほ
ぼ除去された時刻をt3とすると、 6′で示す形状に
酸化膜6が残されも 時刻t3又はそれをやや超過した
時刻にドライエツチングを停止して、ゲート4゛の側面
4’bおよびその近傍のゲート絶縁膜3のみを覆う如き
酸化膜の微細絶縁膜パターン6°を形威すも かくして
形成されたパターン6゛の巾Wはゲート側面4゛b上に
おける酸化M6の厚さにほぼ等しく℃(F)この後、ゲ
ート4゛および絶縁膜パターン6°をマスクとしてイオ
ン注入法又は熱拡散法により燐又は砒素を導入してソー
ス・ドレイン拡散層7および8を形成すも この時いづ
れの方法によるにしてL 拡散層7および8の横方向ひ
ろがりlJが酸化膜パターン6°の巾Wよりも大きくな
るよう接合深さを調節しておく。すなわ%  l J 
> W。
(D) Insulating wind from above For example, silicon oxide film 6 is grown to a desired thickness by vapor phase growth, and as shown in the figure, the film thickness in the vertical direction of the substrate in the part covering the side of the gate is thicker than in the same part. The method of selecting conditions is such that the film thickness on horizontal surfaces such as the upper surface 4°a of the gate 4' and the gate oxide film 3 and the film thickness on the gate side surfaces 4'b are as similar as possible. For that purpose, low-pressure vapor-phase epitaxy using a gas pressure of about 1 torr is more suitable than atmospheric vapor-phase epitaxy. Etching gas 50 is introduced as an etching agent to oxidize IIl.
! 6 is selectively removed by dry etching, and this situation is shown in Figure 2 with an enlarged view of only the 4° gate area. - There are methods such as beam etching and sputtering, and methods such as reactive sputtering and plasma etching that mainly utilize the chemical reaction of Freon gas.The former method has low etching selectivity and is limited in its application. In plasma etching, which has no directivity in the direction of gas movement and etching proceeds in the same direction, in reactive sputtering, in which the sample is placed between two parallel electrodes (depending on the conditions, the surface of the substrate 1 is approximately Freon CF4 is used as the L1 gas, which is convenient for the present invention because it allows the etching gas to be incident vertically and has etching selectivity.
When the high-frequency power is 400 W with Teflon placed on the electrode at a gas pressure of about rr, the etching rate of the oxide film is about 900 people/min. The force t with which the etching gas is incident perpendicularly to the upper surface 4'a and the surfaces 6a and 6C of the oxide film 6 on the gate oxide film 3 is 4'. The inclined surface 6b, which is almost parallel to the side surface 4'b, is close to parallel to the direction of gas incidence, and the amount of gas incident per unit area is extremely small, resulting in a slow etching rate. Since the etching is slow, it almost moves to the right in the figure.Although the initial shapes of surfaces 6a, 6b, and 6c are almost maintained, they move in parallel downward. At the same time, etching progresses as shown by the dotted line, and if t3 is the time when the oxide film 6 is almost removed from the upper surface 4°a of the gate 4'', then the time when the oxide film 6 is left in the shape shown by 6' is t3. At or after t3, the dry etching is stopped to form a fine insulating film pattern 6° of oxide film that covers only the side surface 4'b of the gate 4' and the gate insulating film 3 in the vicinity thereof. The width W of the pattern 6' thus formed is approximately equal to the thickness of the oxide M6 on the gate side surface 4'b (°C (F)) After that, using the gate 4' and the insulating film pattern 6' as a mask, ion implantation or heat treatment is performed. The source/drain diffusion layers 7 and 8 are formed by introducing phosphorus or arsenic by a diffusion method. Adjust the welding depth so that it is larger than % l J.
>W.

しかるのぢ ソース・ドレイン上にコンタクト電極を形
成すも 酸化膜6はゲート側面4’b上に於て(よ ゲート上面
4’aの如き水平面上におけるよりもl〜2割程度薄い
爪 その比率は酸化膜の成長条件が一定であればほぼ定
まっているので、水平面上での膜厚を監視することによ
り微細パターン6′の巾Wを所望の値に制御することが
出来る。第1図Fで明らかな如く、ソース・ドレイン拡
散層7および8を形成する際に ゲート4°の側面4’
bが酸化膜パターン6′により覆われているた△ ゲー
ト4゜直下に於てはゲート酸化膜3は直接高濃度不純物
にさらされな11〜 また 微細パターン6′の巾Wを導入すると、式(1)
に対して、第1図の構造に於ては次の関係が得られも L−+ 2 ・W=L*+++ 2 ・I J(2)即
ム L−+r= Lo−2(l J−W)       (
2)’ここ玄 既に述べた如く、 IJ>Wが満たされ
ねばならなt、%  そうでなければ ゲート4″と拡
散層7.8がオフセットになり正常な特性が得られな(
1さて、式(2)′を式(1〉と比較すると、 IJの
代わりに(IJ−W)を代入した形になっている事が判
瓜従って、 IJがWよりわずかに大きい程度であれば
り、に比して(IJ−W)が十分小さくなり、Llrは
ほとんどl、oにのみ依存する様な一因子型でかつ高精
度になん この事(友 高密度化又は高速化するために
ゲート長1.oを短かくした時に特に重要であも とい
うのG&  その場合、 ドレイン・ソース間耐圧のみ
ならず、MOS型電界効果トランジスタの重要な特性で
ある閾値VTも実効チャネル長1、 * r tに依存
するから特に高精度にL・tfを得る必要があるからで
あも 本発明におけるMOS)ランジスタの作成例について説
明すも 第1図Cの状態で、ゲート4′およびフィール
ド酸化膜2をマスクとして基板1(へ砒素A1やアンチ
モンSbの如く拡散係数の出来るだけ小さい不純物を導
入すも これには熱拡散法ドープトオキサイド法又はイ
オン注入法のいづれでも良いが周知の如(、高精度が必
要な場合にはイオン注入法が望ましもち 不純物濃度は
lO″〜101 @ c m −S程度で、後に形成す
るソース・ドレイン拡散層よりもやや低濃度にしておく
。かくしてソース・ドレインの一部となる浅い拡散層1
3.13’が形成されも この状態を第2図Aに示す。
However, although contact electrodes are formed on the source/drain, the oxide film 6 is about 1 to 20% thinner on the gate side surface 4'b (as compared to that on the horizontal plane such as the gate upper surface 4'a). is almost fixed if the growth conditions of the oxide film are constant, so the width W of the fine pattern 6' can be controlled to a desired value by monitoring the film thickness on the horizontal plane. As is clear from the above, when forming the source/drain diffusion layers 7 and 8, the side surface 4' of the gate 4° is
Since b is covered by the oxide film pattern 6', the gate oxide film 3 is not directly exposed to high concentration impurities directly under the gate 4°. (1)
On the other hand, in the structure shown in Fig. 1, the following relationship is obtained: L-+ 2 ・W=L*+++ 2 ・I W) (
2) As mentioned above, IJ>W must be satisfied t,%. Otherwise, the gate 4'' and the diffusion layer 7.8 will be offset and normal characteristics will not be obtained (
1 Now, if we compare equation (2)′ with equation (1), we can see that it has a form in which (IJ-W) is substituted for IJ. Therefore, even if IJ is slightly larger than W, (IJ-W) is sufficiently small compared to the burr, and Llr is a one-factor type that depends almost only on l and o, and is highly accurate. This is especially important when the gate length 1.o is shortened. Since it is necessary to obtain L·tf with high precision because it depends on 2 as a mask, an impurity with a diffusion coefficient as small as possible, such as arsenic A1 or antimony Sb, is introduced into the substrate 1. This can be done by thermal diffusion, doped oxide, or ion implantation, as is well known. If high precision is required, the ion implantation method is preferable.The impurity concentration is about 1O''~101@cm-S, which is slightly lower than the source/drain diffusion layer that will be formed later. Shallow diffusion layer 1 that becomes part of the drain
3.13' is formed. This state is shown in Figure 2A.

次に第1図のり、E、Fの工程に従Lz  Fに於てソ
ース・ドレイン拡散層7,8を燐不純物を導入して形威
すも この昧 拡散層7.8と先に形成した浅い拡散層
13は同一導電型の不純物を含んでいるので電気的に接
続される。拡散層7.8の横方開拡がりIJl友  酸
化膜の微細パターン6′の巾Wよりも小さくなる如く拡
散条件を選本 浅い拡散層13.13゛もこの工程に於
ける熱処理を受けるので拡散深さが増すカミ その不純
物の拡散係数が小さいので、ゲート4゛の下への拡がり
I’Jはきわめて小さ(1この状態を第2図Bに示す。
Next, according to the steps of No. 1, E, and F in FIG. Since the shallow diffusion layer 13 contains impurities of the same conductivity type, they are electrically connected. The diffusion conditions are selected so that the lateral expansion of the diffusion layer 7.8 is smaller than the width W of the fine pattern 6' of the oxide film.The shallow diffusion layer 13.13' is also subjected to heat treatment in this process, so it is difficult to diffuse. As the depth increases, the diffusion coefficient of the impurity is small, so the downward spread I'J of the gate 4 is extremely small (1) This state is shown in FIG. 2B.

この場合ler+は次式で表わされる。In this case, ler+ is expressed by the following equation.

L−tt= Lo−21’J          (3
)ここでビJは極めて小さく出来るのC,L−++はほ
とんどLoで決まも ソー入 ドレイン拡散層7.8の
接合深さXJは第1図の場合と較べて浅くなる力(IJ
を出来るだけWに近づける事により、電極形成時の合金
反応を防止出来る程度に深くすることは可能であも 上記の説明に於て(よ 酸化膜6を堆積せしめる以前に
浅い拡散層13が形成される方法によった力丈他の方法
も可能である。例えば 酸化膜6として、少くとも一部
に於て砒素を含むドープトオキサイドを用いても良(〜
 その場合、浅い拡散層13.13’は ソー入 ドレ
イン拡散層7.8の形成時に同時に形成される。
L-tt= Lo-21'J (3
)Here, BiJ can be made extremely small, and L-++ is almost always Lo.The junction depth XJ of the drain diffusion layer 7.8 is shallower than that shown in Fig.
It is possible to make it as deep as possible to prevent the alloy reaction during electrode formation by making it as close to W as possible. For example, doped oxide containing arsenic at least in part may be used as the oxide film 6.
In that case, the shallow diffusion layer 13.13' is formed simultaneously with the formation of the drain diffusion layer 7.8.

また上記の説明に於てはソース ドレイン拡散層7.8
を燐で、浅い拡散層13を砒素やアンチモンの如く燐よ
りも拡散係数の小さい不純物で形成した力t 拡散係数
には濃度依存性があり、低濃度になる程拡散係数が小さ
くなることを利用して、いずれの拡散層も同一不純物で
形成しても良〜も その場合(戴 例えば浅い拡散層1
3の不純物濃度をlOL@〜10”cm−”になる如く
制御し 他方ソース・ドレイン拡散層7.8の方は10
°〜10”cm−”程度の高濃度にすも 例えば燐を用
いた場合、この様に濃度を変えることにより拡散係数を
4〜6倍変化させられ 従って接合深さを2倍以上変え
ることが出来も 第3図に以上の方法を利用した本発明のMOSトランジ
スタの製造の一実施例を示す。
In addition, in the above explanation, source and drain diffusion layers 7.8
is made of phosphorus, and the shallow diffusion layer 13 is made of an impurity with a diffusion coefficient smaller than that of phosphorus, such as arsenic or antimony. In this case, both diffusion layers may be formed with the same impurity (for example, shallow diffusion layer 1
The impurity concentration of the source/drain diffusion layer 7.8 was controlled to be lOL@~10"cm-", while the impurity concentration of the source/drain diffusion layer 7.8 was 10
For example, when using phosphorus, changing the concentration in this way can change the diffusion coefficient by a factor of 4 to 6. Therefore, it is possible to change the junction depth by more than 2 times. FIG. 3 shows an example of manufacturing a MOS transistor of the present invention using the above method.

(A)第1図Bで多結晶シリコン・4を堆積せしめた上
からさらに酸化膜の如き第1の絶縁膜14を堆積せし奴
 その後フォトレジストパターン5を形成すも (B)レジストパターン5をマスクとして第1の絶縁膜
をエッチし そのまま続けて又は−旦しシストパターン
5を除去して多結晶シリコン4のエツチングを行ないゲ
ート4°およびその上面を覆う第1の絶縁膜14を形成
する。この時ゲート酸化膜3のエツチングも行ない基板
1の表面を露出せしめも (C)この眞 後で形成するソース ドレイン拡散層と
同一導電型の不純物を含む第2の絶縁膜を全面に堆積せ
しべ 第1図り、Eの工程同様:、:、ゲート4゛側面
を覆う第2の絶縁膜6゛を形威すも なお第2の絶縁膜
6°のすべてに不純物が添加されている必要はなく基板
1表面近像 すなわち膜の堆積の初肌 例えばはじめの
0.1μbみに添加されていれば十分であも (D)次にコンタクト形成に必要な程度に高濃度のソー
ス ドレイン拡散層7.8を形威すも この時の熱処理
により、第2の絶縁膜6′下の領域にその膜中の不純物
が拡散されて浅い拡散層13.13″が形成されも こ
の時ソース ドレイン拡散層7,8の深さば ゲート4
′直下の領域には達しない様に第2の絶縁膜6゛の巾W
よりやや小さくしてお(。
(A) A first insulating film 14 such as an oxide film is further deposited on top of the polycrystalline silicon 4 deposited as shown in FIG. Using this as a mask, the first insulating film is etched, and then the cyst pattern 5 is removed, and then the polycrystalline silicon 4 is etched to form a first insulating film 14 covering the gate 4° and its upper surface. . At this time, the gate oxide film 3 is also etched to expose the surface of the substrate 1 (C). Similar to step E in the first drawing: , :, Although the second insulating film 6 is formed to cover the side surface of the gate 4, it is not necessary that all of the second insulating film 6 is doped with impurities. A close-up image of the surface of the substrate 1, that is, the first layer of film deposition For example, it may be sufficient if it is added to the first 0.1 μb (D) Next, the source/drain diffusion layer 7 has a high concentration necessary for contact formation. However, due to the heat treatment at this time, the impurities in the film are diffused into the region below the second insulating film 6', forming a shallow diffusion layer 13.13''. 7,8 depth gate 4
'The width W of the second insulating film 6' is set so that it does not reach the area directly below.
Please make it slightly smaller (.

そうする事により第2図Bに示した構造と同様の構造が
得られも (E)ゲート4°へのコンタクト開孔部はソースドレイ
ン拡散層7.8からやや離れた領域に形成されるものと
して、第3図ではソース ドレイン電極10.11のみ
が示してあも ゲート4′は上面および側面に於て絶縁
WA14°、6′に完全に覆われているたべ この図の
如くソース ドレイン電極10.11がゲート4′上へ
延在していてもゲートとソース又はドレイン間が短絡す
る事はな(\ この実施例に於て(上 コンタクト開孔
部20,21の一辺が絶縁膜6′により構成されていも
 このため第1図Gの如く写真蝕刻法によってコンタク
ト開孔部20,21を形成する際のマスク合せ誤差を見
込んでおく必要がないので素子寸法がソース ドレイン
方向に於てより短縮されも ゲート4′へのコンタクト
形成については同様であるので素子形成に必要な基板1
の面積が減少することになり、 この実施例は半導体装
置の高密度化に特に有効であも なおゲート側面の絶縁膜6としては酸化膜のみならず窒
化膜その他の絶縁膜が適宜使用可能である。 さて、以
上のように ソース ドレイン拡散層7,8は電極配線
と良好なコンタクトを形成するため高濃度である力t 
本発明に於てはゲートパターン側面に絶縁膜のマスクが
形成された構成になっているので、ゲート直下のゲート
絶縁膜はその高濃度不純物に直接さらされることがなり
1  従ってゲート絶縁膜の耐圧カミ 膜本来の値に維
持されk  MOS型半導体装置に於ける故障原因の大
きな割合をゲート絶縁膜の耐圧不良が占めているので、
本発明はMOS型半導体装置の良品風 信頼性の向上に
寄与すも また本発明によれば ゲート側面の絶縁膜パターン6′
により、ソース ドレイン拡散層の接合深さXJを電極
配線とのコンタクト形成にとって望ましい程度に深く形
成しっス ゲート直下内への横方開拡がりを十分小さく
出来も それにより実効チャネル長L・11はほとんど
ゲート長L0にのみ依存する構成であるので、ゲートパ
ターンを高精度に形成することにより、所望の実効チャ
ネル長が高精度で得られ4  MOS型半導体装置の緒
特性は実効チャネル長に依存しているので、素子間の特
性を揃えることが容易になり、設計値通りの特性が得や
すくなるので製造工程の良品率が向上する。この効果(
友 高密度化するために寸法を微細化しゲート長が短か
くなった場合に特に重要である。
By doing so, a structure similar to that shown in FIG. 2B can be obtained, but (E) the contact opening to the gate 4° is formed in a region slightly distant from the source/drain diffusion layer 7.8. In Figure 3, only the source and drain electrodes 10 and 11 are shown.The gate 4' is completely covered with the insulation WA14 and 6' on the top and side surfaces.As shown in this figure, the source and drain electrodes 10 .11 extends above the gate 4', there will be no short circuit between the gate and the source or drain. Therefore, it is not necessary to take into account the mask alignment error when forming the contact openings 20 and 21 by photolithography as shown in FIG. Even if it is shortened, the contact formation to the gate 4' is the same, so the substrate 1 necessary for element formation is
Therefore, this embodiment is particularly effective for increasing the density of semiconductor devices.However, as the insulating film 6 on the gate side surface, not only an oxide film but also a nitride film or other insulating film can be used as appropriate. be. Now, as described above, the source and drain diffusion layers 7 and 8 have a high concentration of force t in order to form good contact with the electrode wiring.
Since the present invention has a structure in which an insulating film mask is formed on the side surface of the gate pattern, the gate insulating film directly under the gate is directly exposed to the high concentration impurities.1 Therefore, the withstand voltage of the gate insulating film is The film is maintained at its original value. Since breakdown voltage defects in the gate insulating film account for a large proportion of failures in MOS type semiconductor devices,
The present invention contributes to improving the quality and reliability of MOS type semiconductor devices.
By forming the junction depth XJ of the source/drain diffusion layer as deep as desired for forming contact with the electrode wiring, the lateral expansion directly under the gate can be made sufficiently small. Since the structure depends almost only on the gate length L0, by forming the gate pattern with high precision, the desired effective channel length can be obtained with high precision.4 The characteristics of a MOS semiconductor device depend on the effective channel length. Therefore, it becomes easy to match the characteristics between the elements, and it becomes easier to obtain the characteristics according to the designed values, which improves the yield rate in the manufacturing process. This effect (
Tomo: This is especially important when the gate length is shortened due to miniaturization to achieve higher density.

さらに本発明(よ ゲート側面の絶縁膜パターン直下近
傍に浅い拡散層を形成することにより、ゲート直下への
拡散層の拡がりをより精密に制御して、さらに高精度の
実効チャネル長形成が可能であん しかL これらの効
果をもたらしたゲート側面およびその近傍のみを覆う絶
縁膜の微細パターンの形成は自己整合的で特別のマスク
を追加することなくなされも それも全面に絶縁膜を堆
積せしめたの−基板表面に垂直に入射するエツチングガ
スでドライエツチングを行うだけで良く、極めて簡便か
つ制御性の良い方法である。
Furthermore, by forming a shallow diffusion layer in the vicinity of the insulating film pattern on the side surface of the gate, the spread of the diffusion layer directly under the gate can be controlled more precisely, and the effective channel length can be formed with even higher precision. The formation of the fine pattern of the insulating film that covers only the gate side and its vicinity, which brought about these effects, is self-aligned and can be done without the addition of a special mask. - It is an extremely simple and controllable method that only requires dry etching with an etching gas incident perpendicularly to the substrate surface.

まtユ ゲート側面の絶縁膜パターンの巾Wはその絶縁
膜の厚さにほぼ等しく形成されるので膜厚の制御により
その巾が高精度に得られる。第1図の方法の如くソース
・ドレイン拡散層の横方向への拡がりIJを出来るだけ
Wに近づける方が良い場合がある戟 その様な場合、パ
ターン巾Wが精度良く形成されているのでIJに余分な
余裕を見込む必要がなく、 (IJ−W)を最小限に抑
えることが出来も さらに 本発明は高精度にゲート側面の絶縁膜パターン
を形成しておきこれを利用する事により、ソース ドレ
イン拡散層への電極コンタクトを自己整合的に形成でき
るので、MQ、、Sトランジスタ素子の高密度化を高精
度に達成することが可能となる。この本発明の構成では
多結晶シリコンの大巾な熱酸化を行う必要がないの玄 
熱酸化膜の成長に伴う膜の膨張による歪みの発生あるい
はゲート耐圧の低下などの従来の欠点はなL℃さらに 
本発明はゲート側面を覆う絶縁膜として酸化膜のみなら
ず窒化膜も用いることが出来るのでアルカリ、イオンそ
の他の外部汚染のゲート絶縁膜への浸入が防止され特性
の安定化に有効であも さらに本発明において(表 ゲ
ート側面の上記絶縁膜パターン直下近傍に形成される拡
散層をソース・ドレインより低濃度とし ソース・ドレ
インからゲート直下領域方向への不純物分布の傾斜をよ
り緩やかにし ドレイン近傍の電界強度を緩和すること
により、短チャネルにおいて特に問題となるドレイン耐
圧の低下を防止する効果を生じも 以上の様に本発明は短チャネルで高密度なMOS型半導
体装置の種々の問題を解決した産業上の価値の高いもの
であム
Since the width W of the insulating film pattern on the side surface of the gate is formed to be approximately equal to the thickness of the insulating film, the width can be obtained with high precision by controlling the film thickness. As in the method shown in Figure 1, there are cases where it is better to make the lateral spread IJ of the source/drain diffusion layer as close to W as possible.In such cases, since the pattern width W is formed with high precision, There is no need to allow extra margin, and (IJ-W) can be minimized.Furthermore, the present invention forms an insulating film pattern on the side of the gate with high precision and utilizes this to form a source/drain pattern. Since electrode contacts to the diffusion layer can be formed in a self-aligned manner, it is possible to achieve high density of MQ, ., S transistor elements with high precision. The structure of the present invention eliminates the need for extensive thermal oxidation of polycrystalline silicon.
Conventional drawbacks such as distortion caused by expansion of the thermal oxide film and reduction in gate breakdown voltage are present.
In the present invention, not only an oxide film but also a nitride film can be used as the insulating film covering the side surface of the gate, which is effective in preventing alkali, ion, and other external contaminants from entering the gate insulating film and stabilizing the characteristics. In the present invention (Table 1), the diffusion layer formed near the insulating film pattern on the side surface of the gate is made to have a lower concentration than the source/drain, so that the slope of the impurity distribution from the source/drain toward the region directly below the gate is made gentler, and the electric field near the drain is Reducing the strength has the effect of preventing a drop in drain breakdown voltage, which is a particular problem in short channels. It's something of high value.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図A−Fは本発明に用いるMOSトランジスタの一
例の製造工程は 第2図A、Bは浅い拡散層を付加した
他のMO5hランジスタの要部工程飄 第3図A−Eは
ゲートを絶縁膜で覆った本発明の一実施例のMOSトラ
ンジスタの製造工程断面図であも
Figures 1A-F show the manufacturing process of an example of a MOS transistor used in the present invention. Figures 2A and B show the main steps of another MO5h transistor with a shallow diffusion layer added. Figures 3A-E show the manufacturing process of an example of a MOS transistor used in the present invention. It is also a cross-sectional view of the manufacturing process of a MOS transistor according to an embodiment of the present invention covered with an insulating film.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板のMOSトランジスタ形成部にゲート
絶縁膜を介してゲートを設けた後、上記ゲートの側面を
覆う部分の上記基板に垂直方向の膜厚がその他の部分の
同膜厚よりも厚い絶縁膜を上記MOSトランジスタ形成
部全面に堆積せしめ、上記基板にほぼ垂直にエッチング
材を入射せしめて上記形成部の絶縁膜全面を垂直方向に
所定量ドライエッチングすることにより、上記ゲートの
側面を覆う部分の絶縁膜を絶縁膜パターンとして残存さ
せ、上記ゲートおよび上記絶縁膜パターンをマスクとし
て上記基板表面に不純物を導入してソース、ドレインを
形成し、上記絶縁膜パターンに隣接したソース又はドレ
イン上にソース又はドレイン電極を形成することを特徴
とするMOS型半導体装置の製造方法。
(1) After a gate is provided in the MOS transistor forming area of a semiconductor substrate via a gate insulating film, the film thickness in the vertical direction of the substrate in the part covering the side surface of the gate is thicker than the same film thickness in other parts. An insulating film is deposited on the entire surface of the MOS transistor forming area, and an etching material is applied almost perpendicularly to the substrate to dry-etch the entire surface of the insulating film in the forming area by a predetermined amount in the vertical direction, thereby covering the side surface of the gate. A portion of the insulating film remains as an insulating film pattern, and impurities are introduced into the substrate surface using the gate and the insulating film pattern as a mask to form a source and a drain, and a source and a drain are formed on the source or drain adjacent to the insulating film pattern. A method for manufacturing a MOS type semiconductor device, which comprises forming a source or drain electrode.
(2)絶縁膜を堆積させる前に、ゲートをマスクとして
形成部にソース、ドレインと同一導電型の不純物を導入
することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のMO
S型半導体装置の製造方法。
(2) The MO according to claim 1, characterized in that, before depositing the insulating film, impurities of the same conductivity type as the source and drain are introduced into the formation portion using the gate as a mask.
A method for manufacturing an S-type semiconductor device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003509861A (en) * 1999-09-17 2003-03-11 テレフオンアクチーボラゲツト エル エム エリクソン Self-alignment method for forming deep trenches within shallow trenches for semiconductor device isolation

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003509861A (en) * 1999-09-17 2003-03-11 テレフオンアクチーボラゲツト エル エム エリクソン Self-alignment method for forming deep trenches within shallow trenches for semiconductor device isolation

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