JPH0316140A - Manufacture of mos-type semiconductor device - Google Patents

Manufacture of mos-type semiconductor device

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JPH0316140A
JPH0316140A JP5343790A JP5343790A JPH0316140A JP H0316140 A JPH0316140 A JP H0316140A JP 5343790 A JP5343790 A JP 5343790A JP 5343790 A JP5343790 A JP 5343790A JP H0316140 A JPH0316140 A JP H0316140A
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JP
Japan
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polysilicon film
diffusion layer
ion implantation
silicon substrate
mask
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JP5343790A
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Japanese (ja)
Inventor
Mikio Kishimoto
岸本 幹夫
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Publication of JPH0316140A publication Critical patent/JPH0316140A/en
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Abstract

PURPOSE:To simplify a manufacturing process by a method wherein, before a polysilicon film is oxidized and after it has been oxidized, a low-concentration ion implantation process and a high-concentration ion implantation process are executed respectively. CONSTITUTION:For example, phosphorus ions are implanted into a p-type silicon substrate 11 by making use of a polysilicon film 14 to be used as a gate electrode as a mask; an n-type low-concentration diffusion layer 15 is formed. For example, arsenic ions are implanted into the p-type silicon substrate 11 by making use of an oxide layer 16 of a polysilicon film as a mask; an n-type high-concentration diffusion layer 17 is formed. In this manner, the polysilicon film 14 to be used as the gate electrode is used as the impurity implantation mask when a source-drain diffusion layer is formed; a low-concentration ion implantation process and a high-concentration ion implantation process are executed respectively before the polysilicon film 14 is oxidized and after it has been oxidized. As a result, when only an oxidation process is executed during an ion implantation operation, the source-drain diffusion layer can be formed in a self-aligned manner. Thereby, a manufacturing process can be simplified.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、MOS型半導体装置の製造方法に関するもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a MOS type semiconductor device.

従来の技術 近年、低消費電力の要求からMOS型半導体装置が多く
利用されるようになってきた。一方、集積回路の集積度
が増加するにつれて半導体装置の寸法を小さくすること
が求められているが、MOS型半導体装置のゲート長を
短くしていくと、Pチャンネル・トランジスタではパン
チ・スルー耐圧の劣化がみられ、またNチャンネル・ト
ランジスタではドレイン領域近傍の電界強度が大きくな
ってホット・キャリアが発生し、しきい値電圧が著しく
低下するいわゆるショート・チャンネル効果をもたらす
ことが知られている。
2. Description of the Related Art In recent years, MOS type semiconductor devices have come into widespread use due to the demand for low power consumption. On the other hand, as the degree of integration of integrated circuits increases, there is a need to reduce the size of semiconductor devices, but as the gate length of MOS semiconductor devices decreases, the punch-through breakdown voltage of P-channel transistors increases. In addition, it is known that in N-channel transistors, the electric field strength near the drain region increases and hot carriers are generated, resulting in a so-called short channel effect that significantly lowers the threshold voltage.

これらショート・チャンネル効果を抑制するためには、
ゲート側端部のソース・ドレイン領域に低濃度拡散層を
設ける方法があり、例えばLDD構造として,知られる
ようなソース・ドレイン二重拡散構造がある。
In order to suppress these short channel effects,
There is a method of providing a low concentration diffusion layer in the source/drain region at the end on the gate side, such as a source/drain double diffusion structure known as an LDD structure.

以下に、従来のMOS型半導体装置の製造方法について
、Nチャンネル・トランジスタの構造を例にとって説明
する。
A conventional method for manufacturing a MOS type semiconductor device will be described below, taking the structure of an N-channel transistor as an example.

第4図(a)〜(d)は従来のMOS型半導体装置の製
造方法の一部分の工程順断面図であり、1はp型シリコ
ン、2は素子分離領域、3はゲート酸化膜、4はポリシ
リコン膜、5はn型低濃度拡散層、7はn型高濃度拡散
層、8は酸化シリコン膜である。
FIGS. 4(a) to 4(d) are step-by-step cross-sectional views of a part of a conventional method for manufacturing a MOS type semiconductor device, in which 1 is p-type silicon, 2 is an element isolation region, 3 is a gate oxide film, and 4 is a 5 is an n-type low concentration diffusion layer, 7 is an n-type high concentration diffusion layer, and 8 is a silicon oxide film.

まず、p型シリコン基板1に既知の技術にて厚い酸化膜
からなる素子分離領域2を形成する。つぎに、p型シリ
コン基板1にゲート酸化膜3を成長させ、その上にゲー
ト電極となるポリシリコン膜4を戊長させる。ついで、
ポリシリコン膜4に高濃度のリンを気相拡散して低抵抗
膜とする。さらに、露光技術を用いてレジスト膜を所望
のレジスト・パターンに形成し、このレジスト・パター
ンをマスクとして、ポリンリコン膜4をドライ・エッチ
ングにより選択除去してゲート電極とした後、レジスト
を除去する。この時の状態は、第4図(alに示される
First, an element isolation region 2 made of a thick oxide film is formed on a p-type silicon substrate 1 using a known technique. Next, a gate oxide film 3 is grown on the p-type silicon substrate 1, and a polysilicon film 4 that will become a gate electrode is elongated thereon. Then,
Highly concentrated phosphorus is diffused into the polysilicon film 4 in a vapor phase to form a low resistance film. Further, a resist film is formed into a desired resist pattern using an exposure technique, and using this resist pattern as a mask, the polyrecon film 4 is selectively removed by dry etching to form a gate electrode, and then the resist is removed. The state at this time is shown in FIG. 4 (al).

つぎに、第4図(b)に示すように、ゲート電極である
ポリシリコン膜4をマスクとしてp型シリコン基板1に
低濃度不純物を注入してn型低濃度拡散層5を形成する
Next, as shown in FIG. 4(b), a low concentration impurity is implanted into the p type silicon substrate 1 using the polysilicon film 4 serving as the gate electrode as a mask to form an n type low concentration diffusion layer 5.

つぎに、第4図fclに示すように、p型シリコン基板
1上に酸化シリコン膜8を周知のCVD法で0.1μm
の厚さに成長させ、ゲート電極の側端部にのみ酸化シリ
コン膜8が残るように異方性エッチングを行い、スベー
サを形成する。
Next, as shown in FIG.
The silicon oxide film 8 is grown to a thickness of , and anisotropic etching is performed so that the silicon oxide film 8 remains only on the side edges of the gate electrode, thereby forming a substrate.

そして、第4図(dlに示すように、ポリシリコン膜4
および酸化シリコン膜8のスペーサをマスクとしてp型
シリコン基板1に高濃度不純物を注入してn型高濃度拡
散層7を形成し、ゲート電極の両端にソース・ドレイン
の二重拡散層を形戎する。
Then, as shown in FIG. 4 (dl), the polysilicon film 4
Then, high concentration impurities are implanted into the p-type silicon substrate 1 using the spacer of the silicon oxide film 8 as a mask to form an n-type high concentration diffusion layer 7, and a source/drain double diffusion layer is formed at both ends of the gate electrode. do.

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の従来のMOS型半導体装置の製造
方法では、ゲート電極の両端にソース・ドレインの二重
拡散層を形成するために、酸化シリコンの成長工程と酸
化シリコンをスペーサに形成するためのエッチング工程
とを必要とし、製造コストが増加するという問題点を有
していた。また、スペーサ長を高い精度で制御する必要
があるため、工程が復雑になるという問題点も有してい
た。さらには、ソース・ドレイン低濃度拡散層の形戎後
、ゲート電極となるポリシリコン膜の酸化工程によりゲ
ートの寸法が減少するため、ソース・ドレイン拡散長の
制御精度が損なわれたときには、ゲートとソース・ドレ
インとが重ならないいわゆるオフセット・トランジスタ
となり、トランジスタ電気特性が著しく変化するという
問題点も有していた。
Problems to be Solved by the Invention However, in the above-mentioned conventional method for manufacturing a MOS type semiconductor device, in order to form a source/drain double diffusion layer at both ends of a gate electrode, a silicon oxide growth process and a silicon oxide growth process are required. This method requires an etching process to form the spacer, resulting in an increase in manufacturing costs. Furthermore, since it is necessary to control the spacer length with high precision, there is also the problem that the process becomes complicated. Furthermore, after forming the source/drain low-concentration diffusion layer, the dimensions of the gate are reduced due to the oxidation process of the polysilicon film that will become the gate electrode. There is also the problem that the transistor becomes a so-called offset transistor in which the source and drain do not overlap, and the electrical characteristics of the transistor change significantly.

この発明の目的は、製造工程を少なくしつつ、MOS型
半導体装置のソース・ドレインの二重拡散層を容易に形
成することができるMOS型半導体装置の製造方法を提
供することである。
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a MOS type semiconductor device that can easily form double diffusion layers for the source and drain of the MOS type semiconductor device while reducing the number of manufacturing steps.

課題を解決するための手段 この発明のMOS型半導体装置の製造方法は、高濃度不
純物を注入したゲート電極であるポリシリコン膜をマス
クとしてシリコン基板に低濃度不純物の注入を行い、つ
いで酸化を行ってゲート電極の両端にスベーサを形成す
るようにポリシリコン膜表面に酸化層を成長させた後、
このポリシリコン膜の酸化層をマスクとしシリコン基板
に高濃度不純物の注入を行う。
Means for Solving the Problems The method for manufacturing a MOS type semiconductor device of the present invention involves implanting low concentration impurities into a silicon substrate using a polysilicon film, which is a gate electrode implanted with high concentration impurities, as a mask, and then oxidizing the silicon substrate. After growing an oxide layer on the surface of the polysilicon film to form a substrate on both ends of the gate electrode,
Using the oxide layer of this polysilicon film as a mask, high concentration impurities are implanted into the silicon substrate.

あるいは、高濃度不純物を注入したゲート電極となるポ
リシリコン膜をマスクとしてシリコン基板に高濃度不純
物を注入し、この・後ゲート電極であるポリシリコン膜
の表面を酸化し、ついでポリシリコン膜の酸化層の除去
を行い、この後ゲート電極となるポリシリコン膜をマス
クとしてシリコ冫基板に低濃度不純物の注入を行う。
Alternatively, high concentration impurities are implanted into the silicon substrate using the polysilicon film that is implanted with high concentration impurities as a gate electrode as a mask, and then the surface of the polysilicon film that is the gate electrode is oxidized, and then the polysilicon film is oxidized. After removing the layer, a low concentration impurity is implanted into the silicon substrate using the polysilicon film that will become the gate electrode as a mask.

もしくは、高濃度の不純゛物Jを・往入したゲート電極
であるポリシリコン膜を酸化後、ボ”リシリコン膜の酸
化層をマスクとしてシリコン基板に自己整合的に高濃度
不純物の注入を行い、ついでポリシリコン膜の酸化層の
除去を行い、この後ゲート電極となるポリシリコン膜を
マスクとしてシリコン基板に低濃度不純物の注入を行う
Alternatively, after oxidizing the polysilicon film that is the gate electrode into which the high concentration impurity J has been introduced, the high concentration impurity is implanted into the silicon substrate in a self-aligned manner using the oxide layer of the polysilicon film as a mask. Next, the oxide layer of the polysilicon film is removed, and then low concentration impurities are implanted into the silicon substrate using the polysilicon film that will become the gate electrode as a mask.

作用 この発明の方法によれば、ゲート電極であるポリシリコ
ン膜が高濃度不純物を拡散されているためシリコン基板
に比べて速い酸化速度で酸化される増速酸化を利用し、
ゲート電極であるポリシリコン膜がマスクとしてシリコ
ン基板に低濃度不純物を注入し、さらにポリシリコン膜
を酸化することでゲート電極の両端にスペーサとなるポ
リシリコン膜の酸化層を形成し、このポリシリコン膜の
酸化層をマスクとして、ソース・ドレインの二重拡散層
を自己整合的に形成することができる。
Effect: According to the method of the present invention, enhanced oxidation is used in which the polysilicon film that is the gate electrode is oxidized at a faster oxidation rate than the silicon substrate because it is diffused with high concentration impurities.
Using the polysilicon film that is the gate electrode as a mask, low-concentration impurities are implanted into the silicon substrate, and the polysilicon film is further oxidized to form an oxide layer of polysilicon film that will serve as a spacer on both ends of the gate electrode. Using the oxide layer of the film as a mask, source/drain double diffusion layers can be formed in a self-aligned manner.

あるいは、ゲート電極であるポリシリコン膜がマスクと
してシリコン基板に高濃度不純物を注入し、さらにポリ
シリコン膜を酸化し、ゲート電極の両端にスペーサとな
るポリシリコン膜の酸化層を形成、さらに、このポリシ
リコン膜の酸化層を除去することで高濃度不純物の注入
時より減少した寸法を有するポリシリコン膜をマスクと
してシリコン基板に自己整合的に低濃度不純物を注入し
、ソース・ドレインの二重拡散層を自己整合的に形成す
ることができる。
Alternatively, high-concentration impurities are implanted into the silicon substrate using the polysilicon film that is the gate electrode as a mask, and the polysilicon film is further oxidized to form an oxide layer of the polysilicon film that will serve as a spacer at both ends of the gate electrode. By removing the oxide layer of the polysilicon film, the polysilicon film, which has dimensions smaller than when implanting high-concentration impurities, is used as a mask to implant low-concentration impurities into the silicon substrate in a self-aligned manner, resulting in double diffusion of the source and drain. The layers can be formed in a self-aligned manner.

あるいは、ゲート電極であるポリシリコン膜を酸化し、
ゲート電極の両端にスペーサとなるポリシリコン膜の酸
化層を形成し、このポリシリコン膜の酸化層をマスクと
してシリコン基板に高濃度不純物を注入、さらに、スペ
ーサ除去のためにポリシリコン膜の酸化層を除去し、こ
の後ポリシリコン膜をマスクとしてシリコン基板に低濃
度不純物を注入し、ソース・ドレインの二重拡散層を自
己整合的に形成することができる。
Alternatively, oxidize the polysilicon film that is the gate electrode,
An oxide layer of polysilicon film that will serve as a spacer is formed on both ends of the gate electrode, and high-concentration impurities are implanted into the silicon substrate using this oxide layer of polysilicon film as a mask.Furthermore, an oxide layer of polysilicon film is formed to remove the spacer. is removed, and then low concentration impurities are implanted into the silicon substrate using the polysilicon film as a mask, thereby forming source/drain double diffusion layers in a self-aligned manner.

すなわち、従来例のような酸化シリコン膜戊長や酸化シ
リコン膜選択除去工程を必要とせずプロセスが簡単であ
るにもかかわらず、ソース・.ドレインの二重拡散層を
有するMOS型半導体装置を得ることができる。
In other words, although the process is simple and does not require the silicon oxide film lengthening or selective silicon oxide film removal steps as in the conventional example, the source... A MOS type semiconductor device having a drain double diffusion layer can be obtained.

実施例 以下、この発明のMOS型半導体装置の製造方法を図面
を参照しながら説明する。ここでは、Nチャンネルトラ
ンジスタの場合について、三つの実施例について述べる
EXAMPLE Hereinafter, a method for manufacturing a MOS type semiconductor device according to the present invention will be explained with reference to the drawings. Here, three embodiments will be described for the case of an N-channel transistor.

第1図〜第3図はそれぞれ本発明のMOS型半導体装置
の製造方法の一部分を示す工程順断面図である。
1 to 3 are step-by-step cross-sectional views showing a part of the method for manufacturing a MOS type semiconductor device of the present invention.

第1図〜第3図において、11はp型シリコン基板、1
2は素子分離領域、13はゲート酸化膜、14はポリシ
リコン膜、15はn型低濃度拡散層、16はポリシリコ
ン膜の酸化層、17はn型高濃度拡散層である。
In FIGS. 1 to 3, 11 is a p-type silicon substrate;
2 is an element isolation region, 13 is a gate oxide film, 14 is a polysilicon film, 15 is an n-type low concentration diffusion layer, 16 is an oxide layer of the polysilicon film, and 17 is an n-type high concentration diffusion layer.

まず、第1の実施例について、第1図を用いて説明する
First, a first example will be described using FIG. 1.

例えば濃度が5 X 1 0 l6am−3のp型シリ
コン基板11に既知の技術にて厚い酸化膜からなる素子
分離領域12を形成する。つぎに、p型シリコン基板1
1にゲート酸化膜13を例えば10nmの厚さに成長さ
せ、その上にゲート電極となるポリシリコン膜14を例
えば0.4μmの厚さに威長させる。ついで、ポリシリ
コン膜14に高濃度のリンを例えば1000℃で気相拡
散し、例えば濃度3 x 1 0−20aI1−3の低
抵抗膜とする。さらに、レジスト膜を回転塗布し、露光
技術を用いてレジスト膜を所望のレジストパターンに形
成し、このレジスト・パターンをマスクとして、ポリシ
リコン膜14をドライ・エッチングにより選択除去して
ゲート電極とした後、レジストを除去する。この時の状
態は第1図(a)に示される。
For example, an element isolation region 12 made of a thick oxide film is formed on a p-type silicon substrate 11 having a concentration of 5 x 10 l6 am-3 using a known technique. Next, p-type silicon substrate 1
1, a gate oxide film 13 is grown to a thickness of, for example, 10 nm, and a polysilicon film 14 that will become a gate electrode is grown thereon to a thickness of, for example, 0.4 μm. Next, high-concentration phosphorus is vapor-phase diffused into the polysilicon film 14 at, for example, 1000° C. to form a low-resistance film with a concentration of, for example, 3×10-20aI1-3. Furthermore, a resist film was spin-coated, the resist film was formed into a desired resist pattern using exposure technology, and using this resist pattern as a mask, the polysilicon film 14 was selectively removed by dry etching to form a gate electrode. After that, remove the resist. The state at this time is shown in FIG. 1(a).

つぎに、第1図(b)に示すように、ゲート電極である
ポリシリコン膜14をマスクとして、p型シリコン基板
11に例えばリン・イオンを6 0 k e V,1 
0 X 1 0 l3am−2の条件で注入してn型低
濃度拡散層15を形成する(低濃度イオン注入工程)。
Next, as shown in FIG. 1(b), using the polysilicon film 14 serving as the gate electrode as a mask, for example, phosphorus ions are applied to the p-type silicon substrate 11 at 60 k e V, 1.
The n-type low concentration diffusion layer 15 is formed by implantation under the conditions of 0 x 10 l3am-2 (low concentration ion implantation step).

つぎに、第1図fclに示すように、例えば900℃、
30分の条件でポリシリコン膜14を熱酸化する。
Next, as shown in Fig. 1 fcl, for example, 900°C,
Polysilicon film 14 is thermally oxidized for 30 minutes.

この結果、ポリシリコン膜14の表面ば増速酸化により
例えば厚さ0.2μmのポリシリコン膜の酸化層16が
形成される。すなわち、ポリシリコン膜の酸化層l6の
戊長により、片側0.1μmのスベーサを加えたソース
・ドレイン注入マスクを形成したことになる。この時、
ポリシリコン膜14で覆われていないゲート酸化膜13
の厚さは、熱酸化によって例えば40nmに或長ずる(
酸化工程)。
As a result, an oxidized layer 16 of the polysilicon film having a thickness of, for example, 0.2 μm is formed on the surface of the polysilicon film 14 by accelerated oxidation. That is, by elongating the oxide layer l6 of the polysilicon film, a source/drain implantation mask with a 0.1 μm spacing on one side is formed. At this time,
Gate oxide film 13 not covered with polysilicon film 14
The thickness of the layer increases to, for example, 40 nm by thermal oxidation (
oxidation process).

ついで、第1図fdlに示すように、ポリシリコン膜の
酸化層16をマスクとして、p型シリコン基板11に例
えばヒ素・イオンを40keV,4x10I5Cll1
−2の条件で注入してn型高濃度拡散層17を形成する
(高濃度イオン注入工程)。
Next, as shown in FIG.
-2 conditions to form an n-type high concentration diffusion layer 17 (high concentration ion implantation step).

以上の工程により、ゲート電極の両端にソース・ドレイ
ンの二重拡散層が形成される。さらに、n型低濃度拡散
層15がゲート電極であるポリシリコン膜14とオーバ
ーラップするように例えば1000℃、20分間の条件
でアニール工程を行うことにより、n型低濃度拡散層1
5の拡散長を制御することができる。
Through the above steps, source/drain double diffusion layers are formed at both ends of the gate electrode. Furthermore, an annealing process is performed at 1000° C. for 20 minutes so that the n-type low concentration diffusion layer 15 overlaps the polysilicon film 14 serving as the gate electrode.
5 diffusion length can be controlled.

以降は、公知の技術によってNチャンネルトランジスタ
が形成される。
Thereafter, an N-channel transistor is formed using a known technique.

このようなMOS型半導体装置の製造方法によれば、ソ
ース・ドレインの二重拡散層形成時の不純物注入マスク
としてゲート電極となるポリシリコン膜を用い、ポリシ
リコン膜の酸化前および酸化後にそれぞれ低濃度イオン
注入工程および高濃度イオン注入工程を行うので、イオ
ン注入の際に酸化工程を設けるだけでソース・ドレイン
の二重拡散層を自己整合的に形成することができるため
、製造工程の簡略化を計ることができ、ばらつきの少な
い高精度で安価なMOS型半導体装置を得ることができ
る。
According to the manufacturing method of such a MOS type semiconductor device, a polysilicon film that will become a gate electrode is used as an impurity implantation mask when forming double diffusion layers of the source and drain, and low Since a concentrated ion implantation process and a high concentration ion implantation process are performed, the source/drain double diffusion layer can be formed in a self-aligned manner by simply providing an oxidation process during ion implantation, simplifying the manufacturing process. Therefore, it is possible to obtain a highly accurate and inexpensive MOS type semiconductor device with little variation.

つぎに、第2の実施例について、第2図を用いて説明す
る。
Next, a second embodiment will be described using FIG. 2.

まず、例えば濃度が5 X 1 0 l6c+n−3の
p型シリコン基板11に既知の技術にて厚い酸化膜から
なる素子分離領域12を形成する。つぎに、p型シリコ
ン基板11にゲート酸化膜13を例えば10nmの厚さ
に成長させ、その上にゲート電極となるポリシリコン膜
14を例えば0.4μmの厚さに成長させる。ついで、
ポリシリコン膜14に高濃度のリンを例えば1000℃
で気相拡散し、例えば濃度3’ X I Q 2 0 
am − 3の低抵抗膜とする。さらに、レジスト膜を
回転塗布し、露光技術を用いてレジスト膜を所望のレジ
スト・パターンに形成し、このレジスト・パターンをマ
スクとして、ポリシリコン膜14をドライ・エッチング
により選択除去してゲート電極とした後、レジストを除
去する。
First, an element isolation region 12 made of a thick oxide film is formed on a p-type silicon substrate 11 having a concentration of, for example, 5 x 10 l6c+n-3 using a known technique. Next, a gate oxide film 13 is grown on the p-type silicon substrate 11 to a thickness of, for example, 10 nm, and a polysilicon film 14 that will become a gate electrode is grown thereon to a thickness of, for example, 0.4 μm. Then,
Highly concentrated phosphorus is applied to the polysilicon film 14 at, for example, 1000°C.
For example, at a concentration of 3' X I Q 2 0
It is a low resistance film of am-3. Furthermore, a resist film is spin-coated, the resist film is formed into a desired resist pattern using exposure technology, and using this resist pattern as a mask, the polysilicon film 14 is selectively removed by dry etching to form a gate electrode. After that, remove the resist.

この時の状態は第2図ta+に示される。The state at this time is shown in FIG. 2 ta+.

つぎに、第2図(blに示すように、ゲート電極である
ポリシリコン膜14をマスクとして、p型シリコン基板
11に例えばヒ素・イオンを4 0 k e V,4X
10’5α−2の条件で注入してn型高濃度拡散層17
を形成する(高濃度イオン注入工程)。
Next, as shown in FIG. 2 (bl), using the polysilicon film 14 serving as the gate electrode as a mask, arsenic ions, for example, are applied to the p-type silicon substrate 11 at 40 k e V, 4X.
The n-type high concentration diffusion layer 17 is implanted under the condition of 10'5α-2.
(high concentration ion implantation process).

つぎに、第2図(Clに示すように、例えば900℃、
30分の条件でポリシリコン膜14を熱酸化する。この
結果、ポリシリコンlI14の表面は増速酸化により例
えば厚さ0.2μmのポリシリコン膜の酸化層16が形
成される。この時、ポリシリコン膜14で覆われていな
いゲート酸化膜13の厚さは、熱酸化によって例えば4
0nmに戊長ずる(酸化工程)。
Next, as shown in Figure 2 (Cl), for example, at 900°C,
Polysilicon film 14 is thermally oxidized for 30 minutes. As a result, an oxide layer 16 of a polysilicon film having a thickness of, for example, 0.2 μm is formed on the surface of the polysilicon lI 14 by accelerated oxidation. At this time, the thickness of the gate oxide film 13 not covered with the polysilicon film 14 is reduced by thermal oxidation to, for example, 4.
Elongate to 0 nm (oxidation process).

ついで、第2図(dlに示すように、ポリシリコン膜の
酸化層16を、例えばフッ化水素とフッ化アンモニウム
との混合溶液のエッチング処理により除去(酸化層除去
工程)した後、ゲート電極であるポリシリコン膜14を
マスクとして、p型シリコン基板11に例えばリン・イ
オンを5 9 k e V,1 0 X 1 013a
r+−2の条件で注入してn型低濃度拡散層5を形成す
る(低濃度イオン注入工程)。
Next, as shown in FIG. 2 (dl), the oxide layer 16 of the polysilicon film is removed by, for example, etching treatment using a mixed solution of hydrogen fluoride and ammonium fluoride (oxide layer removal step), and then the gate electrode is etched. Using a certain polysilicon film 14 as a mask, for example, phosphorus ions are applied to the p-type silicon substrate 11 at 5 9 k e V, 1 0 x 1 013a.
The n-type low concentration diffusion layer 5 is formed by implantation under the condition of r+-2 (low concentration ion implantation step).

以上の工程により、ゲート電極の両端にソース・ドレイ
ンの二重拡散層が形成される。
Through the above steps, source/drain double diffusion layers are formed at both ends of the gate electrode.

以降は、公知の技術によってNチャンネルトランジスタ
が形成される。
Thereafter, an N-channel transistor is formed using a known technique.

以上のようにして形成されたMOS型半導体装置の製造
方法では、ソース・ドレインの二重拡散層形成時の不純
物注入マスクとしてゲート電極となるポリシリコン膜を
用い、ポリシリコンの酸化前に高濃度イオン注入を行い
、ポリシリコンの酸化および酸化層の除去後に低濃度の
イオン注入を行うため、イオン注入の際に高精度に制御
できる酸化工程と酸化層除去工程とを設けるだ番ナでソ
ース・ドレインの二重拡散層を自己整合的に形成するこ
とができる。さらには酸化膜除去後のゲート電極となる
ポリシリコン膜をマスクとしてソース・ドレイン低濃度
拡散層形成用の不純物注入を行うため、ゲートとソース
・ドレインとの重なりを確保することができるため、製
造工程の簡略化を計ることができ、ばらつきの少ない高
精度で安価なMOS型半導体装置を得ることができる。
In the manufacturing method of the MOS type semiconductor device formed as described above, a polysilicon film that will become the gate electrode is used as an impurity implantation mask when forming the source/drain double diffusion layer, and a high concentration Ion implantation is performed, and low concentration ion implantation is performed after polysilicon oxidation and removal of the oxide layer, so it is a good idea to have an oxidation process and an oxide layer removal process that can be controlled with high precision during ion implantation. A double diffusion layer for the drain can be formed in a self-aligned manner. Furthermore, since the polysilicon film that will become the gate electrode after the oxide film is removed is used as a mask to implant impurities to form low concentration diffusion layers for the source and drain, it is possible to ensure the overlap between the gate and the source and drain. The process can be simplified, and a highly accurate and inexpensive MOS semiconductor device with little variation can be obtained.

つぎに第3の実施例について、第3図を用いて説明する
Next, a third embodiment will be described using FIG. 3.

まず、例えば濃度が5 X 1 0 l6cm−3のp
型シリコン基板11に既知の技術にて厚い酸化膜からな
る素子分離領域12を形成する。つぎに、p型シリコン
基板11にゲート酸化膜13を例えば10nmの厚さに
成長させ、その上にゲート電極となるポリシリコン膜1
4を例えば0.4μmの厚さに成長させる。ついで、ポ
リシリコン膜14に高濃度のリンを例えば1000℃で
気相拡散し、例えば濃度3 X 1 020cm−3の
低抵抗膜とする。さらに、レジスト膜を回転塗布し、露
光技術を用いてレジスト膜を所望のレジスト・パターン
に形成し、このレジスト・パターンをマスクとして、ポ
リシリコン膜14をドライ・エッチングにより選択除去
してゲート電極とした後、レジストを除去する。
First, for example, p with a concentration of 5 x 10 l6 cm-3
An element isolation region 12 made of a thick oxide film is formed on a mold silicon substrate 11 using a known technique. Next, a gate oxide film 13 is grown to a thickness of, for example, 10 nm on the p-type silicon substrate 11, and a polysilicon film 13 that will become the gate electrode is placed on top of the gate oxide film 13.
4 is grown to a thickness of, for example, 0.4 μm. Next, high-concentration phosphorus is vapor-phase diffused into the polysilicon film 14 at, for example, 1000° C. to form a low-resistance film with a concentration of, for example, 3×1020 cm −3 . Furthermore, a resist film is spin-coated, the resist film is formed into a desired resist pattern using exposure technology, and using this resist pattern as a mask, the polysilicon film 14 is selectively removed by dry etching to form a gate electrode. After that, remove the resist.

この時の状態は第3図(alに示される。The state at this time is shown in FIG. 3 (al).

つぎに、第3図(b)に示すように、例えば900℃、
30分の条件でポリシリコン膜14を熱酸化する。この
結果、ポリシリコン膜14の表面は増速酸化により例え
ば厚さ0.2μmのポリシリコン膜の酸化層16が形成
される。すなわち、ポリシリコン膜の酸化層16の戊長
により、片側0.1μmのスペーサを加えたソース・ド
レイン注入マスクを形成したことになる。この時、ポリ
シリコン膜l4で覆われていないゲート酸化膜13の厚
さは、熱酸化によって例えば40nmに戊長ずる(酸化
工程)。
Next, as shown in FIG. 3(b), for example, at 900°C,
Polysilicon film 14 is thermally oxidized for 30 minutes. As a result, an oxidized layer 16 of a polysilicon film having a thickness of, for example, 0.2 μm is formed on the surface of the polysilicon film 14 by accelerated oxidation. That is, by elongating the oxide layer 16 of the polysilicon film, a source/drain implantation mask with a 0.1 μm spacer added to one side is formed. At this time, the thickness of the gate oxide film 13 not covered with the polysilicon film l4 is increased to, for example, 40 nm by thermal oxidation (oxidation step).

つぎに、第3図(Clに示すように、ポリシリコン膜の
酸化層16をマスクとして、p型シリコン基板11に例
えばヒ素・イオンを40keV、4xIQ”cm−2の
条件で注入してn型高濃度拡散層17を形戎する(高濃
度イオン注入工程)。
Next, as shown in FIG. 3 (Cl), using the oxide layer 16 of the polysilicon film as a mask, arsenic ions, for example, are implanted into the p-type silicon substrate 11 under conditions of 40 keV and 4xIQ"cm-2 to form an n-type The high concentration diffusion layer 17 is shaped (high concentration ion implantation step).

ついで、第3図(d+に示すように、ポリシリコン膜の
酸化層16を、例えばフッ化水素とフフ化アンモニウム
との混合溶液によるエッチング処理により除去(酸化層
除去工程)した後、ゲート電極であるポリシリコン膜1
4をマスクとして、p型シリコン基板11に例えばリン
・イオンを6 0 k e V,1 0 X 1 01
3cra−2の条件で注入してn型低濃度拡散層15を
形成する(低濃度イオン注入工程)。
Next, as shown in FIG. 3 (d+), after the oxide layer 16 of the polysilicon film is removed by etching using a mixed solution of hydrogen fluoride and ammonium fluoride (oxide layer removal step), the gate electrode is removed. A certain polysilicon film 1
4 as a mask, for example, phosphorus ions are applied to the p-type silicon substrate 11 at 60 k e V, 10 x 101
The n-type low concentration diffusion layer 15 is formed by implantation under the condition of 3cra-2 (low concentration ion implantation step).

以上の工程により、ゲート電極の両端にソース・ドレイ
ンの二重拡散層が形成される。
Through the above steps, source/drain double diffusion layers are formed at both ends of the gate electrode.

以降は、公知の技術によってNチャンネルトランジスタ
が形成される。
Thereafter, an N-channel transistor is formed using a known technique.

以上のように形成したMOS型半導体装置の製造方法で
はソース・ドレインの二重拡散層形成時の不純物注入マ
スクとしてゲート電極となるボリシリコン膜を用い、ポ
リシリコン膜の酸化後および酸化層の除去後にそれぞれ
高濃度イオン注入工程および低濃度イオン注入工程を行
うため、イオン注入の際&ミ酸化工程と酸化層除去工程
を設けるだけでソース・ドレインの二重拡散層を自己整
合的に形成することができ、さらには、酸化膜除去後の
ゲート電極となるポリシリコン膜をマスクとしてソース
・ドレイン低濃度拡散層形成用の不純物注入を行うため
、ゲートとソース・ドレインとの重なりを確保すること
ができるため、製造工程の簡略化を計ることができ、ば
らつきの少ない高精度で安価なMOS型半導体装置を得
ることができる。
In the manufacturing method of the MOS type semiconductor device formed as described above, a polysilicon film that will become the gate electrode is used as an impurity implantation mask when forming the source/drain double diffusion layer, and the polysilicon film is oxidized and the oxide layer is removed. Since a high-concentration ion implantation process and a low-concentration ion implantation process are performed later, the double diffusion layers of the source and drain can be formed in a self-aligned manner by simply performing the ion implantation & oxidation process and the oxide layer removal process. Furthermore, since the polysilicon film that will become the gate electrode after the oxide film is removed is used as a mask to implant impurities to form low concentration diffusion layers for the source and drain, it is possible to ensure overlap between the gate and the source and drain. Therefore, the manufacturing process can be simplified, and a highly accurate and inexpensive MOS type semiconductor device with little variation can be obtained.

発明の効果 この発明のMOS型半導体装置の製造方法によれば、ソ
ース・ドレインの二重拡散層形成時の不純物注入マスク
としてゲート電極となるポリシリコン膜を用い、ポリシ
リコン膜の酸化前および酸化後にそれぞれ低濃度イオン
注入工程および高濃度イオン注入工程を行うので、イオ
ン注入の際に酸化工程を設けるだけでソース・ドレイン
の二重拡散層を自己整合的に形成することができるため
、あるいは、ソース・ドレインの二重拡散層形成時の不
純物注入マスクとしてゲート電極となるポリシリコン膜
を用い、ポリシリコンの酸化前に高濃度イオン注入を行
い、ポリシリコンの酸化および酸化層の除去後に低濃度
のイオン注入を行うため、イオン注入の際に高精度に制
御できる酸化工程と酸化層除去工程とを設けるだけでソ
ース・ドレインの二重拡散層を自己整合的に形成するこ
とができる。さらには酸化膜除去後のゲート電極となる
ポリシリコン膜をマスクとしてソース・ドレイン低濃度
拡散層形成用の不純物注入を行うため、ゲートとソース
・ドレインとの重なりを確保することができるため、あ
るいはソース・ドレインの二重拡散層形成時の不純物注
入マスクとしてゲート電極となるポリシリコン膜を用い
、ポリシリコン膜の酸化後および酸化層の除去後にそれ
ぞれ高濃度イオン注入工程および低濃度イオン注入工程
を行うため、イオン注入の際に酸化工程と酸化層除去工
程を設けるだけでソース・ドレインの二重拡散層を自己
整合的に形成することができ、さらには、酸化膜除去後
のゲート電極となるポリシリコン膜をマスクとしてソー
ス・ドレイン低濃度拡散層形成用の不純物注入を行うた
め、ゲートとソース・ドレインとの重なりを確保するこ
とができるため、製造工程の簡略化を計ることができ、
ばらつきの少ない高精度で安価なMOS型半導体装置を
得ることができる。
Effects of the Invention According to the method for manufacturing a MOS type semiconductor device of the present invention, a polysilicon film that will become a gate electrode is used as an impurity implantation mask when forming double diffusion layers for source and drain, and Since a low-concentration ion implantation process and a high-concentration ion implantation process are performed later, the source/drain double diffusion layer can be formed in a self-aligned manner by simply providing an oxidation process during ion implantation, or The polysilicon film that will become the gate electrode is used as an impurity implantation mask when forming the source/drain double diffusion layer, and high-concentration ion implantation is performed before polysilicon oxidation, and low-concentration ion implantation is performed after polysilicon oxidation and oxide layer removal. In order to perform ion implantation, the source/drain double diffusion layer can be formed in a self-aligned manner by simply providing an oxidation step and an oxide layer removal step that can be controlled with high precision during ion implantation. Furthermore, since the polysilicon film that will become the gate electrode after the oxide film is removed is used as a mask to implant impurities to form low concentration diffusion layers for the source and drain, it is possible to ensure overlap between the gate and the source and drain. The polysilicon film that will become the gate electrode is used as an impurity implantation mask when forming the source/drain double diffusion layer, and a high-concentration ion implantation process and a low-concentration ion implantation process are performed after oxidizing the polysilicon film and removing the oxide layer, respectively. Therefore, by simply performing an oxidation process and an oxide layer removal process during ion implantation, a double diffusion layer for the source and drain can be formed in a self-aligned manner, and furthermore, it can become the gate electrode after the oxide film is removed. Since the impurity implantation for forming the source/drain low concentration diffusion layer is performed using the polysilicon film as a mask, it is possible to ensure overlap between the gate and the source/drain, which simplifies the manufacturing process.
A highly accurate and inexpensive MOS type semiconductor device with little variation can be obtained.

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

第1図(a+〜+d)は、本発明の第1の実施例におけ
るMOS型半導体装置の製造方法を示す工程順断面図、
第2図+al〜fdlは、本発明の第2の実施例におけ
るMOS型半導体装置の製造方法を示す工程順断面図、
第3図(a)〜(dlは、本発明の第3の実施例におけ
るMOS型半導体装置の製造方法を示す工程順断面図、
第4図(al〜(diは、従来の実施例におけるM O
 ’S型半導体装置の製造方法を示す工程順断面図であ
る。 1・・・・・・p型シリコン基板、2・・・・・・素子
分離領域、3・・・・・・ゲート酸化膜、4・・・・・
・ポリシリコン膜、5・・・・・・n型低濃度拡散層、
6・・・・・・ポリンリコン膜の酸化層、7・・・・・
・n型高濃度拡散層。
FIG. 1 (a+ to +d) is a step-by-step sectional view showing a method for manufacturing a MOS type semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 +al to fdl are step-by-step cross-sectional views showing a method for manufacturing a MOS type semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;
FIGS. 3(a) to 3(dl) are step-by-step cross-sectional views showing a method for manufacturing a MOS type semiconductor device according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 4 (al~(di is MO in the conventional embodiment)
1A and 1B are step-by-step cross-sectional views showing a method for manufacturing an S-type semiconductor device. 1...p-type silicon substrate, 2...element isolation region, 3...gate oxide film, 4...
・Polysilicon film, 5... n-type low concentration diffusion layer,
6...Oxide layer of polyrecon film, 7...
・N-type high concentration diffusion layer.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)MOS型半導体装置のソース・ドレイン二重拡散
層を形成するに際し、シリコン基板上にゲート酸化膜を
介して形成されゲート電極となるポリシリコン膜をマス
クとして前記シリコン基板に低濃度不純物を注入するこ
とにより低濃度拡散層を形成する低濃度イオン注入工程
と、前記低濃度イオン注入工程後に前記ポリシリコン膜
の表面を酸化処理する酸化工程と、ついで前記酸化工程
により酸化された前記ポリシリコン膜をマスクとして前
記ポリシリコン膜をマスクとして前記シリコン基板に高
濃度不純物を注入することにより自己整合的に高濃度拡
散層を形成する高濃度イオン注入工程と、前記低濃度拡
散層の拡散長を制御するアニール工程とを含むMOS型
半導体装置の製造方法。
(1) When forming the source/drain double diffusion layer of a MOS type semiconductor device, low concentration impurities are applied to the silicon substrate using a polysilicon film formed on the silicon substrate via a gate oxide film and serving as a gate electrode as a mask. a low concentration ion implantation step of forming a low concentration diffusion layer by implanting; an oxidation step of oxidizing the surface of the polysilicon film after the low concentration ion implantation step; A high concentration ion implantation step of forming a high concentration diffusion layer in a self-aligned manner by implanting high concentration impurities into the silicon substrate using the polysilicon film as a mask, and determining the diffusion length of the low concentration diffusion layer. A method for manufacturing a MOS type semiconductor device, comprising a controlled annealing step.
(2)MOS型半導体装置のソース・ドレイン二重拡散
層を形成するに際し、シリコン基板上にゲート酸化膜を
介して形成されゲート電極となるポリシリコン膜をマス
クとして前記シリコン基板に高濃度不純物を注入するこ
とにより高濃度拡散層を形成する高濃度イオン注入工程
と、前記高濃度イオン注入工程後に前記ポリシリコン膜
の表面を酸化処理する酸化工程と、ついで前記ポリシリ
コン膜の酸化層を除去する酸化層除去工程と、前記酸化
層の除去後に前記ポリシリコン膜をマスクとして前記シ
リコン基板に低濃度不純物を注入することにより自己整
合的に低濃度拡散層を形成する低濃度イオン注入工程と
を含むMOS型半導体装置の製造方法。
(2) When forming the source/drain double diffusion layer of a MOS type semiconductor device, high concentration impurities are applied to the silicon substrate using the polysilicon film formed on the silicon substrate via the gate oxide film and serving as the gate electrode as a mask. a high concentration ion implantation step of forming a high concentration diffusion layer by implanting, an oxidation step of oxidizing the surface of the polysilicon film after the high concentration ion implantation step, and then removing the oxidized layer of the polysilicon film. an oxide layer removal step; and a low concentration ion implantation step of forming a low concentration diffusion layer in a self-aligned manner by injecting low concentration impurities into the silicon substrate using the polysilicon film as a mask after removing the oxide layer. A method for manufacturing a MOS type semiconductor device.
(3)MOS型半導体装置のソース・ドレイン二重拡散
層を形成するに際し、シリコン基板上にゲート酸化膜を
介して形成されゲート電極となるポリシリコン膜の表面
を酸化処理する酸化工程と、前記酸化工程により酸化さ
れた前記ポリシリコン膜をマスクとして前記シリコン基
板に高濃度不純物を注入することにより高濃度拡散層を
形成する高濃度イオン注入工程と、ついで前記ポリシリ
コン膜の酸化層を除去する酸化層除去工程と、前記酸化
層の除去後に前記ポリシリコン膜をマスクとして前記シ
リコン基板に低濃度不純物を注入することにより自己整
合的に低濃度拡散層を形成する低濃度イオン注入工程と
を含むMOS型半導体装置の製造方法。
(3) When forming a source/drain double diffusion layer of a MOS type semiconductor device, an oxidation process of oxidizing the surface of a polysilicon film that is formed on a silicon substrate via a gate oxide film and becomes a gate electrode; A high concentration ion implantation step of forming a high concentration diffusion layer by implanting high concentration impurities into the silicon substrate using the polysilicon film oxidized by the oxidation step as a mask, and then removing the oxidized layer of the polysilicon film. an oxide layer removal step; and a low concentration ion implantation step of forming a low concentration diffusion layer in a self-aligned manner by injecting low concentration impurities into the silicon substrate using the polysilicon film as a mask after removing the oxide layer. A method for manufacturing a MOS 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
US6489632B1 (en) 1993-01-18 2002-12-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device having a gate oxide film

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US6995432B2 (en) 1993-01-18 2006-02-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device having a gate oxide film with some NTFTS with LDD regions and no PTFTS with LDD regions
US7408233B2 (en) 1993-01-18 2008-08-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device having N-channel thin film transistor with LDD regions and P-channel thin film transistor with LDD region

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