JPH03204940A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

Info

Publication number
JPH03204940A
JPH03204940A JP2179213A JP17921390A JPH03204940A JP H03204940 A JPH03204940 A JP H03204940A JP 2179213 A JP2179213 A JP 2179213A JP 17921390 A JP17921390 A JP 17921390A JP H03204940 A JPH03204940 A JP H03204940A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion implantation
transfer gate
gate electrode
semiconductor substrate
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2179213A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2928342B2 (en
Inventor
Yoshiki Okumura
奥村 喜紀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2179213A priority Critical patent/JP2928342B2/en
Priority to DE4033309A priority patent/DE4033309C2/en
Publication of JPH03204940A publication Critical patent/JPH03204940A/en
Priority to US07/870,745 priority patent/US5218221A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2928342B2 publication Critical patent/JP2928342B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66568Lateral single gate silicon transistors
    • H01L29/66575Lateral single gate silicon transistors where the source and drain or source and drain extensions are self-aligned to the sides of the gate
    • H01L29/6659Lateral single gate silicon transistors where the source and drain or source and drain extensions are self-aligned to the sides of the gate with both lightly doped source and drain extensions and source and drain self-aligned to the sides of the gate, e.g. lightly doped drain [LDD] MOSFET, double diffused drain [DDD] MOSFET
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26Bombardment with radiation
    • H01L21/263Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H01L21/26586Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation characterised by the angle between the ion beam and the crystal planes or the main crystal surface
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1025Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1029Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
    • H01L29/1033Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure
    • H01L29/1041Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure with a non-uniform doping structure in the channel region surface
    • H01L29/1045Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure with a non-uniform doping structure in the channel region surface the doping structure being parallel to the channel length, e.g. DMOS like
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/36Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the concentration or distribution of impurities in the bulk material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66568Lateral single gate silicon transistors
    • H01L29/66636Lateral single gate silicon transistors with source or drain recessed by etching or first recessed by etching and then refilled
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7833Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's

Abstract

PURPOSE:To form respectively a high potential barrier at both ends of a channel region and to improve source/drain breakdown strengths by a method wherein the formation of ion-implanted layers for controlling a threshold voltage is performed by an obliquely rotating ion implantation method using a transfer gate electrode as a mask. CONSTITUTION:Boron ions which are P-type impurity ions identical with those in a semiconductor substrate 1 are obliquely implanted in the whole surface of the substrate 1 from the direction at a prescribed angle of inclination with respect to the direction normal to the substrate surface. Simultaneously with this, the substrate 1 is rotated centering around the normal of the center of a transfer gate electrode 5. By this obliquely rotational ion implantation method, P-type ion-implanted layers 4 for threshold voltage control use are formed using the electrode as a mask. It is desirable to set the angle of inclination for the ion implantation at 15 deg. or larger and 60 deg. or smaller and the ion implantation is normally performed at about 30 deg. or larger and about 45 deg. or smaller. Thereby, the concentration distribution of an impurity subsequent to diffusion can be made high remarkedly in the vicinities of a source and a drain at both ends of a channel region compared to that of the impurity in the vicinity of the center of the channel region.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、MO
S (Metal  0xide  Sem1cond
uctor)型LDD (LightIyDoped 
 Drain)構造トランジスタやその他のMO3型ト
ランジスタを形成する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 Industrial Application] This invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular, to a method for manufacturing a semiconductor device.
S (Metal Oxide Sem1cond
uctor) type LDD (LightIyDoped
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device forming a drain structure transistor and other MO3 type transistors.

[従来の技術] MOg型の電界効果型トランジスタの基本的な構造は、
St基板上に薄い酸化膜を介して金属電極を設けたいわ
ゆるMOSキャパシタの両側に、キャリアの供給源とな
るソースと、キャリアを取出すドレインとを配置したも
のである。酸化膜上の金属電極は、ソース/ドレイン間
のコンダクタンスを制御する機能を有するため、トラン
スファゲート電極と呼ばれている。このトランスファゲ
ート電極の材質としては、不純物をドーピングしたポリ
シリコンや、ポリシリコン上に堆積したタングステンな
どの高融点金属を不活性ガス中で熱処理して形成した金
属シリサイドなどが多く用いられる。
[Prior art] The basic structure of a MOg field effect transistor is as follows:
This is a so-called MOS capacitor in which a metal electrode is provided on an St substrate via a thin oxide film, and a source serving as a carrier supply source and a drain taking out carriers are arranged on both sides. The metal electrode on the oxide film has the function of controlling the conductance between the source and drain, and is therefore called a transfer gate electrode. The material used for this transfer gate electrode is often impurity-doped polysilicon or metal silicide formed by heat-treating a high-melting point metal such as tungsten deposited on polysilicon in an inert gas.

トランスファゲート電極の電圧(ゲート電圧)が、ソー
ス/ドレイン間のSi基板表面近傍(チャネル)の導電
型を反転させるのに必要な閾値電圧Vthよりも低い状
態では、ソース/ドレインともpn接合により分離され
ており、電流は流れない。Vth以上のゲート電圧を加
えるとチャネル表面の導電型は反転し、この部分にソー
ス/ドレインと同じ導電型の層が形成され、ソース/ド
レイン間に電流が流れることになる。
When the voltage of the transfer gate electrode (gate voltage) is lower than the threshold voltage Vth required to invert the conductivity type near the Si substrate surface (channel) between the source and drain, both the source and drain are separated by a pn junction. , and no current flows. When a gate voltage equal to or higher than Vth is applied, the conductivity type of the channel surface is reversed, a layer of the same conductivity type as the source/drain is formed in this portion, and a current flows between the source/drain.

ところで、ソース/ドレインとチャネルの境界の不純物
の濃度分布の変化が急激であると、この部分の電界強度
が高くなる。この電界によりキャリアがエネルギを得て
、いわゆるホットキャリアが発生する。そうすると、こ
のキャリアがトランスファゲート絶縁膜に注入され、ト
ランスファゲート絶縁膜と半導体基板との界面に界面準
位生成したり、また、トランスファゲート絶縁膜中にト
ラップされたりする。このため、MOSトランジスタの
閾値電圧やトランスコンダクタンスが、動作中に劣化し
ていく。これは、ホットキャリアによるMOS)ランジ
スタの劣化現象である。また、ソース/ドレイン間のな
だれ降伏に対するいわゆるアバランシェ耐圧も、ホット
キャリアにより劣化する。そこで、ソース/ドレイン近
傍のn型不純物濃度を低くして濃度分布変化を穏やかに
することにより、電界強度を緩和する。これによってM
OS)ランジスタのホットキャリアによる劣化を抑制す
るとともに、ソース/ドレインのアバランシェ耐圧の向
上を図ったものが、MO8型LDD構造トランジスタで
ある。
By the way, if the impurity concentration distribution at the boundary between the source/drain and the channel changes rapidly, the electric field strength at this portion increases. This electric field gives carriers energy and generates so-called hot carriers. Then, these carriers are injected into the transfer gate insulating film, and interface states are generated at the interface between the transfer gate insulating film and the semiconductor substrate, or they are trapped in the transfer gate insulating film. Therefore, the threshold voltage and transconductance of the MOS transistor deteriorate during operation. This is a phenomenon in which the MOS transistor deteriorates due to hot carriers. Moreover, the so-called avalanche breakdown voltage against avalanche breakdown between the source and drain is also degraded by hot carriers. Therefore, the electric field strength is alleviated by lowering the n-type impurity concentration near the source/drain to moderate the change in concentration distribution. This allows M
The MO8 type LDD structure transistor suppresses deterioration of the transistor due to hot carriers and improves the avalanche breakdown voltage of the source/drain.

従来のMO8型LDD構造トランジスタの製造方法とし
て、たとえば第14A図〜第14F図に示すものがある
。この製造方法では、まずp型の半導体基板1上にいわ
ゆるLOGO8(Local  0xidation 
 of  5ilicon)法によって、素子分離絶縁
膜2に囲まれた素子形成領域にトランスファゲート酸化
膜3を形成する(第14A図)。次に、閾値電圧制御の
ため、半導体基板1上の全面に、硼素イオンなどのp全
不純物を注入し、イオン注入領域4を形成する(第14
B図)。その後、ポリシリコンの膜を減圧CVD法によ
ってトランスファゲート酸化膜3上の全面に堆積させ、
写真製版と反応性イオンエツチングによってトランスフ
ァゲート電極5を形成する(第14C図)。トランスフ
ァゲート電極5として、ポリシリコンの代わりに、タン
グステンやモリブデン、チタンなどの高融点金属あるい
はこれらのシリサイド化したものと、ポリシリコンの2
層膜で形成する場合もある。このトランスファゲート電
極5には、導電性を高めるためにリンイオンがドーピン
グされる。この場合、トランスファゲート電極5はn型
となり、チャネルの導電型すなわちソース/ドレインの
導電型と同じになる。
As a conventional method for manufacturing an MO8 type LDD structure transistor, there is a method shown in FIGS. 14A to 14F, for example. In this manufacturing method, first, so-called LOGO8 (Local Oxidation) is formed on the p-type semiconductor substrate 1.
A transfer gate oxide film 3 is formed in an element formation region surrounded by an element isolation insulating film 2 by a method (FIG. 14A). Next, in order to control the threshold voltage, p-type impurities such as boron ions are implanted into the entire surface of the semiconductor substrate 1 to form an ion implantation region 4 (14th
Figure B). After that, a polysilicon film is deposited on the entire surface of the transfer gate oxide film 3 by low pressure CVD method,
Transfer gate electrode 5 is formed by photolithography and reactive ion etching (FIG. 14C). As the transfer gate electrode 5, instead of polysilicon, high melting point metals such as tungsten, molybdenum, titanium, etc. or their silicides, and two types of polysilicon are used.
It may also be formed from a layered film. This transfer gate electrode 5 is doped with phosphorus ions to improve conductivity. In this case, the transfer gate electrode 5 becomes n-type, which is the same conductivity type as the channel, that is, the conductivity type of the source/drain.

よって、トランスファゲート電極5にゲート電圧を印加
しない状態においても、そのn型トランスファゲート電
極5とp型チャネル表面との仕事関数の差により、p型
チャネル表面には実効的に正のゲート電圧が印加されて
いるような状態が作り出されている。また、トランスフ
ァゲート電極5にドープされているn型不純物は、その
後の熱処理によって、p型のチャネル表面に拡散してい
くことも生じる。これらの理由により、Vthが低下し
、場合によっては既にチャネルに反転層が生じることも
あり得る。なお上述のイオン注入領域4は、p全不純物
を前もって注入することにより、トランスファゲート電
極5にドーピングされた不純物イオンの影響を打消し、
所望のvthを確保するためのものである。
Therefore, even when no gate voltage is applied to the transfer gate electrode 5, a positive gate voltage is effectively applied to the p-type channel surface due to the difference in work function between the n-type transfer gate electrode 5 and the p-type channel surface. A state is created in which it appears that the voltage is being applied. Furthermore, the n-type impurity doped in the transfer gate electrode 5 may diffuse into the p-type channel surface due to subsequent heat treatment. For these reasons, Vth decreases, and in some cases, an inversion layer may already be formed in the channel. Note that the above-mentioned ion implantation region 4 cancels the influence of impurity ions doped into the transfer gate electrode 5 by implanting all p impurities in advance.
This is to ensure the desired vth.

次に、ゲート電極5をマスクとして、リンイオンや砒素
イオンなどのn型の不純物を、半導体基板1表面に垂直
に注入して、n型のイオン注入層6を形成する(第14
D図)。その後、減圧CVD法や常圧CVD法によって
、全面に二酸化シリコン等の絶縁膜を半導体基板1上に
堆積させ、これに異方性エツチングを施してサイドウオ
ールスペーサ7を形成する(第14E図)。次にさらに
、トランスファゲート電極5とサイドウオールスペーサ
7をマスクとして、リンイオンや砒素イオンなどのn型
不純物を半導体基板1表面に垂直に注入し、イオン注入
層6よりも濃度の高いn型のイオン注入層8を形成する
(第14F図)。その後、注入された不純物イオンを活
性化させるための熱処理を経て、MO8型LDD構造ト
ランジスタが完成する。
Next, using the gate electrode 5 as a mask, n-type impurities such as phosphorus ions and arsenic ions are implanted perpendicularly to the surface of the semiconductor substrate 1 to form an n-type ion implantation layer 6 (14th
Figure D). Thereafter, an insulating film such as silicon dioxide is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by low pressure CVD or normal pressure CVD, and this is anisotropically etched to form sidewall spacers 7 (FIG. 14E). . Next, using the transfer gate electrode 5 and sidewall spacer 7 as a mask, n-type impurities such as phosphorus ions and arsenic ions are implanted perpendicularly to the surface of the semiconductor substrate 1, and n-type ions with a higher concentration than the ion implantation layer 6 are implanted. An injection layer 8 is formed (FIG. 14F). Thereafter, a heat treatment is performed to activate the implanted impurity ions, and an MO8 type LDD structure transistor is completed.

なお、上記従来例においては、基板としてp型の半導体
基板を用いたが、少なくとも基板表面近傍にp型の不純
物を注入した領域であるpウェルを形成したものも用い
られる。また、基板とじてn型の半導体基板や、少なく
とも表面近傍にn型の不純物を注入した領域であるnウ
ェルを形成した基板が用いられる場合もある。この場合
には、トランスファゲート電極5はp型、閾値電圧制御
用のイオン注入領域4はn型であり、ソース領域および
ドレイン領域にはp型のイオン注入層6゜8が形成され
る。
In the above conventional example, a p-type semiconductor substrate is used as the substrate, but a p-well, which is a region in which p-type impurities are implanted, may also be formed at least near the substrate surface. Further, as the substrate, an n-type semiconductor substrate or a substrate in which an n-well, which is a region in which n-type impurities are implanted at least near the surface, is formed may be used. In this case, the transfer gate electrode 5 is of p type, the ion implantation region 4 for threshold voltage control is of n type, and p type ion implantation layers 6.8 are formed in the source and drain regions.

上記従来例は、半導体基板1の表面に垂直な方向からの
みのイオン注入によっているため、トランスファゲート
電極5形成前に閾値電圧制御用のイオン注入領域4を形
成する必要がある。それに対し、斜めイオン注入法の適
用によりトランスファゲート電極5の形成後に各イオン
注入層を形成する方法として、特開昭61−22696
8号公報に記載のものが挙げられる。同公報に記載のM
O8型半導体装置の製造方法は、第15A図〜第15D
図を参照して、まずp型半導体基板11上に形成された
フィールド酸化膜12およびトランスファゲート電極1
4をマスクとして、リンイオンを加速電圧20KeVで
注入し、n型領域18を形成する(第15A図)。続い
てゲート電極14をマスクとして硼素イオンを入射角3
0°、加速電圧30KeVで注入すると入射の正面に不
純物が注入され、トランスファゲート電極14直下のチ
ャネル形成領域の右側側壁にはn型領域18よりも内側
にp型領域が形成される(第15B図)。同様の傾斜イ
オン注入を反対側からも行なうとn型領域18のすべて
の側面および下面を取囲む形でp型頭域19aおよび1
9bが形成される(第15C図)。
In the conventional example described above, ions are implanted only from the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1, so it is necessary to form the ion implantation region 4 for controlling the threshold voltage before forming the transfer gate electrode 5. On the other hand, as a method of forming each ion implantation layer after forming the transfer gate electrode 5 by applying the oblique ion implantation method, Japanese Patent Laid-Open No. 61-22696
Examples include those described in Publication No. 8. M described in the same bulletin
The method for manufacturing an O8 type semiconductor device is shown in FIGS. 15A to 15D.
Referring to the figure, first, a field oxide film 12 and a transfer gate electrode 1 are formed on a p-type semiconductor substrate 11.
4 as a mask, phosphorus ions are implanted at an acceleration voltage of 20 KeV to form an n-type region 18 (FIG. 15A). Next, using the gate electrode 14 as a mask, boron ions are applied at an incident angle of 3.
When the impurity is implanted at 0° and an acceleration voltage of 30 KeV, impurities are implanted in the front side of the impurity, and a p-type region is formed inside the n-type region 18 on the right side wall of the channel formation region directly under the transfer gate electrode 14 (15th B). figure). When similar inclined ion implantation is performed from the opposite side, p-type head regions 19a and 1 are formed to surround all sides and bottom surfaces of n-type region 18.
9b is formed (Figure 15C).

次にフォトレジスト20をバターニングしてトランスフ
ァゲート電極14の周囲に形成し、これをマスクとして
砒素イオンを高濃度に注入するとソース/ドレインとな
るn型領域21が形成される(第15D図)。
Next, a photoresist 20 is patterned and formed around the transfer gate electrode 14, and using this as a mask, arsenic ions are implanted at a high concentration to form an n-type region 21 that will become a source/drain (FIG. 15D). .

最後に、シリコン酸化膜22をCVD法で全面に堆積す
るとともに、ゲート、ソース、ドレインの各領域の所定
の場所にコンタクト穴を反応性イオンエツチング法等で
形成し、アルミニウムをスパッタ法やCVD法により堆
積してこれをノでターニングすればnチャネルMO8型
半導体装置が完成する。
Finally, a silicon oxide film 22 is deposited on the entire surface using the CVD method, contact holes are formed at predetermined locations in each of the gate, source, and drain regions using a reactive ion etching method, etc., and aluminum is deposited on the entire surface using a sputtering method or a CVD method. By depositing and turning the deposited material, an n-channel MO8 type semiconductor device is completed.

以上述べたように、この従来例によれば、斜めイオン注
入によってp型頭域19a、19bを形成しているため
、ゲート電極14を形成した後に各イオン注入層が形成
される。
As described above, according to this conventional example, since the p-type head regions 19a and 19b are formed by oblique ion implantation, each ion implantation layer is formed after the gate electrode 14 is formed.

[発明が解決しようとする課題] 上記従来の半導体装置の製造方法のうち、第1の従来例
による場合には、トランスファゲート電極5の形成前に
半導体基板1表面全面に垂直イオン注入することにより
、閾値電圧制御のための拡散層であるイオン注入領域4
を形成する。そのため、チャネル領域全体にわたってp
型不純物イオン濃度分布は第16図のグラフに破線で示
すようにほぼ一様になる。熱拡散の工程を経た後もこの
傾向は大きくは変わらず、第16図に2点鎖線で示すよ
うな分布になる。閾値電圧はチャネル領域全体のチャネ
ルポテンシャルのほぼ平均的な値に対応して決まるため
、所定の閾値電圧が設定されると形成すべきイオン注入
領域4の濃度分布の平均値もそれに対応して決められる
。第1の従来例ではチャネル領域近傍のイオン注入領域
4の濃度分布、ひいてはチャネルポテンシャルの分布が
ほぼ一様になり、ソース領域、ドレイン領域近傍のチャ
ネルポテンシャルは、チャネル中央のポテンシャルとほ
ぼ同じ比較的低い値になってしまう。
[Problems to be Solved by the Invention] Among the conventional semiconductor device manufacturing methods described above, in the case of the first conventional example, by performing vertical ion implantation on the entire surface of the semiconductor substrate 1 before forming the transfer gate electrode 5. , an ion implantation region 4 which is a diffusion layer for threshold voltage control.
form. Therefore, p
The type impurity ion concentration distribution becomes almost uniform as shown by the broken line in the graph of FIG. Even after the thermal diffusion process, this tendency does not change significantly, resulting in a distribution as shown by the two-dot chain line in FIG. Since the threshold voltage is determined corresponding to the approximately average value of the channel potential of the entire channel region, when a predetermined threshold voltage is set, the average value of the concentration distribution of the ion implantation region 4 to be formed is also determined correspondingly. It will be done. In the first conventional example, the concentration distribution in the ion-implanted region 4 near the channel region and, in turn, the channel potential distribution are almost uniform, and the channel potential near the source and drain regions is relatively the same as the potential at the center of the channel. The value will be low.

したがって、チャネル領域両端のソース/ドレイン領域
近傍に十分な電位障壁が形成されない。そのため、ソー
スおよびドレイン近傍での半導体基板側への空乏層の広
がりが大きくなる。デバイスが高集積化するに伴って、
トランスファゲート電極の長さ、あるいは有効チャネル
長が短くなるにつれて、この空乏層の広がりのために、
ソース/ドレイン間の貫通が生じ易くなり、ソース/ド
レイン間のパンチスルー耐圧が低下する。この空乏層の
広がりを押さえるためにチャネル領域の濃度を高くする
と、閾値電圧が所望の値よりも高くなってしまう。
Therefore, a sufficient potential barrier is not formed near the source/drain regions at both ends of the channel region. Therefore, the depletion layer expands toward the semiconductor substrate near the source and drain. As devices become more highly integrated,
As the length of the transfer gate electrode or the effective channel length becomes shorter, due to the expansion of this depletion layer,
Penetration between the source and drain is likely to occur, and the punch-through breakdown voltage between the source and drain decreases. If the concentration of the channel region is increased in order to suppress the expansion of this depletion layer, the threshold voltage will become higher than a desired value.

また、パッケージ中の放射性同位元素の放射するα粒子
がソース/ドレイン領域を貫通ずるいわゆるALPEN
(Alpha  ParticleSource/Dr
ain   Penetration)効果が生じ易く
なる。α粒子がソース/ドレインを貫通したとき、その
貫通経路に沿って電子・正孔対が生成される。この電子
・正孔対は、ソース/ドレインと半導体基板間の空乏層
の電界によって分離し、α粒子の貫通経路に沿って新た
に過渡的な空乏層が生じる。このように、α粒子の貫通
経路に沿って過渡的な空乏層が生じることをファンネリ
ング現象という。トランジスタの動作中に、このファン
ネリング現象により生ずる過渡的空乏層が、ソース/ド
レイン近傍の空乏層間に生じるならば、ソース/ドレイ
ン間に過渡的なバンチスルーが起こることになり、それ
によって新しいモードのソフトエラー(“L−H” ソ
フトエラー)を引き起こす。
In addition, the so-called ALPEN phenomenon occurs in which alpha particles emitted from radioactive isotopes in the package penetrate the source/drain region.
(Alpha Particle Source/Dr.
ain Penetration) effect is more likely to occur. When the α particle penetrates the source/drain, electron-hole pairs are generated along the penetration path. These electron-hole pairs are separated by the electric field of the depletion layer between the source/drain and the semiconductor substrate, and a new transient depletion layer is created along the penetration path of the α particles. This generation of a transient depletion layer along the penetration path of α particles is called the funneling phenomenon. If a transient depletion layer caused by this funneling phenomenon occurs between the depletion layers near the source/drain during operation of a transistor, transient bunch-through will occur between the source/drain, thereby causing new mode soft error (“L-H” soft error).

このように、第1の従来例のような製造方法では、デバ
イスの高集積化に伴なってソース/ドレイン耐圧が劣化
するとともにソフトエラーが生じやすくなり、デバイス
の初期特性および長期的な信頼性が劣化するという問題
がある。
As described above, in the manufacturing method of the first conventional example, as the device becomes highly integrated, the source/drain withstand voltage deteriorates and soft errors are more likely to occur, resulting in poor device characteristics and long-term reliability. There is a problem of deterioration.

また、第2の従来例においてp型領域19a。Furthermore, in the second conventional example, the p-type region 19a.

19bの形成に用いられている傾斜イオン注入法を、第
1の従来例の構成のMO8型LDD構造トランジスタの
製造工程におけるイオン注入領域4の形成に適用するこ
ともできるが、この場合、次のような問題が生ずる。第
1の従来例におけるイオン注入領域4の形成を、トラン
スファゲート電極5とサイドウオールスペーサ7をマス
クとして、所定傾斜角の対称2方向からの傾斜イオン注
入(以下「斜め固定イオン注入jと記す)によって形成
した場合の、イオン注入完了直後のイオン注入領域4の
プロファイルおよびそれに対応する基板表面近傍の不純
物濃度分布を、第17図に破線で示す。第17図かられ
かるように、傾斜イオン注入を適用すると、イオン注入
直後はトランスファゲート電極5の中央直下の左右の位
置においてイオン注入層4のプロファイルが急峻に変化
している。これは、サイドウオールスペーサ7のマスキ
ング作用によって所定の照射パターンを有する不純物イ
オンビームが、固定された傾斜角で、しかも同一位置を
同一のパターンで一定時間照射されるため、その照射パ
ターンの影響が不純物濃度分布の変化に顕著に及ぶこと
によるものである。
The inclined ion implantation method used to form the ion implantation region 19b can also be applied to the formation of the ion implantation region 4 in the manufacturing process of the MO8 type LDD structure transistor having the configuration of the first conventional example, but in this case, the following method is applied. Problems like this arise. In the first conventional example, the ion implantation region 4 is formed by oblique ion implantation from two symmetrical directions at a predetermined inclination angle (hereinafter referred to as "oblique fixed ion implantation j") using the transfer gate electrode 5 and sidewall spacer 7 as masks. The profile of the ion implanted region 4 immediately after the completion of ion implantation and the corresponding impurity concentration distribution near the substrate surface are shown by broken lines in FIG. 17.As can be seen from FIG. When ion implantation is applied, immediately after ion implantation, the profile of the ion implantation layer 4 changes sharply at the left and right positions directly below the center of the transfer gate electrode 5. This is because the masking effect of the sidewall spacer 7 prevents the prescribed irradiation pattern from being applied. This is because the impurity ion beam has a fixed inclination angle and irradiates the same position in the same pattern for a certain period of time, so the irradiation pattern has a significant effect on changes in the impurity concentration distribution.

このイオン注入領域4のプロファイルに対応し、基板表
面近傍の不純物イオンの濃度分布は、イオン注入完了直
後はトランスファゲート電極5の左右両側部近傍直下に
おいて極めて高いp型不純物濃度を示し、その中央にお
いては低くなっている。
Corresponding to the profile of the ion implantation region 4, the concentration distribution of impurity ions near the substrate surface shows an extremely high p-type impurity concentration immediately below the vicinity of both left and right sides of the transfer gate electrode 5 immediately after the completion of ion implantation, and at the center thereof. is low.

イオン注入完了後に、不純物イオンを活性化させるため
の熱処理工程が必要となる。この拡散における不純物イ
オンの移動速度は、不純物濃度の勾配に比例することが
知られている。したがって、イオン注入完了直後におい
て第17図に破線で示すような急峻な不純物濃度変化を
有する領域では、極めて短時間の熱処理で拡散が急激に
進むことになる。そのため、デバイスにとって必要な条
件で熱処理をしようとすると、特に濃度分布が急峻な領
域でその平均化が容易に生じてしまい、熱処理後は第1
7図の2点鎖線で示す緩やかな濃度分布となる。その結
果、上記第1の従来例の場合と同様に、チャネル領域近
傍の濃度分布、ひいてはチャネルポテンシャル分布が一
様に近くなり、チャネル領域両端のソース/ドレイン領
域近傍にはやはり十分な電位障壁が形成されないという
問題がある。
After the ion implantation is completed, a heat treatment step is required to activate the impurity ions. It is known that the movement speed of impurity ions during this diffusion is proportional to the gradient of impurity concentration. Therefore, immediately after the completion of ion implantation, in a region having a steep change in impurity concentration as shown by the broken line in FIG. 17, diffusion rapidly progresses with an extremely short heat treatment. Therefore, when heat treatment is performed under the conditions necessary for the device, it is easy to average out the concentration distribution, especially in regions where the concentration distribution is steep, and after heat treatment, the first
This results in a gentle concentration distribution shown by the two-dot chain line in FIG. As a result, as in the case of the first conventional example, the concentration distribution near the channel region and, in turn, the channel potential distribution become nearly uniform, and there is still a sufficient potential barrier near the source/drain regions at both ends of the channel region. The problem is that it is not formed.

本発明は上記従来の問題点を解消するため、チャネル領
域両端のソース/ドレイン近傍のみに高い電位障壁を形
成することによって、デバイスが高集積化してもソース
/ドレイン耐圧などの特性が劣化することのない半導体
装置の製造方法を提供することを目的とする。
In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention forms a high potential barrier only near the source/drain at both ends of the channel region, thereby preventing characteristics such as source/drain breakdown voltage from deteriorating even if the device is highly integrated. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device without any problems.

[課題を解決するための手段] 本発明の半導体装置の製造方法は、少なくとも表面近傍
に一導電型の領域を有する半導体基板上に絶縁膜を介し
てトランスファゲート電極を形成する第1工程と、この
トランスファゲート電極をマスクとして、半導体基板表
面に半導体基板とは反対の導電型の不純物イオンを注入
し、低濃度のソース領域およびドレイン領域を形成する
第2工程と、トランスファゲート電極の両側の側壁に絶
縁物のサイドウオールスペーサを形成する第3工程と、
このサイドウオールスペーサおよびトランスファゲート
電極をマスクとして、半導体基板表面に半導体基板とは
反対の導電型の不純物イオンを注入し、高濃度のソース
領域およびドレイン領域を形成する第4工程と、注入さ
れた不純物イオンを熱拡散させるための熱処理を行なう
第5工程とを備える。本発明は、第2工程と第3工程の
間、あるいは第4工程と第5工程の間に、半導体基板表
面に半導体基板の法線方向から所定の傾斜角をなして、
かつ半導体基板をその1つの法線を回転軸として回転さ
せた状態で、半導体基板と同じ導電型の不純物イオンを
注入する工程を有することを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] A method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a first step of forming a transfer gate electrode on a semiconductor substrate having a region of one conductivity type at least near the surface via an insulating film; Using this transfer gate electrode as a mask, impurity ions of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate are implanted into the surface of the semiconductor substrate to form a low concentration source region and a drain region, and the side walls on both sides of the transfer gate electrode. a third step of forming an insulating sidewall spacer on the
A fourth step of implanting impurity ions of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate into the surface of the semiconductor substrate using the sidewall spacers and transfer gate electrodes as a mask to form highly concentrated source and drain regions; and a fifth step of performing heat treatment to thermally diffuse impurity ions. In the present invention, between the second and third steps, or between the fourth and fifth steps, the surface of the semiconductor substrate is tilted at a predetermined angle from the normal direction of the semiconductor substrate.
The present invention is characterized in that it includes a step of implanting impurity ions of the same conductivity type as the semiconductor substrate while the semiconductor substrate is rotated about one normal line thereof as a rotation axis.

[作用] 本発明によれば、閾値電圧制御のためのイオン注入層の
形成を、トランスファゲート電極をマスクとして斜め回
転注入法によって行なうことにより、イオン注入完了直
後の不純物濃度分布が、斜め固定イオン注入法に比べて
、よりなだらかなものになる。そのため、その後の熱処
理による拡散工程において、デバイスに必要な条件で熱
処理した場合にも濃度分布の急激な平均化が生ずること
がない。よって拡散後もイオン注入直後とほぼ同様の分
布が保たれる。その結果、拡散後の不純物の濃度分布を
、チャネル領域の中央近傍に比べて、チャネル両端のソ
ース/ドレイン近傍において顕著に高くするようにする
ことができる。したがって、チャネル領域のチャネルポ
テンシャルもこの濃度分布に対応して分布し、チャネル
領域の中央近傍で低く、両端において顕著に高くなる。
[Function] According to the present invention, by forming the ion implantation layer for threshold voltage control by the oblique rotational implantation method using the transfer gate electrode as a mask, the impurity concentration distribution immediately after the completion of ion implantation is changed to the obliquely fixed ion Compared to the injection method, the process is more gradual. Therefore, in the subsequent diffusion step by heat treatment, even if the heat treatment is performed under conditions necessary for the device, the concentration distribution will not be sharply averaged. Therefore, even after diffusion, almost the same distribution as immediately after ion implantation is maintained. As a result, the concentration distribution of impurities after diffusion can be made significantly higher near the source/drain at both ends of the channel than near the center of the channel region. Therefore, the channel potential of the channel region is also distributed corresponding to this concentration distribution, being low near the center of the channel region and significantly high at both ends.

これによってチャネル領域の両端に高い電位障壁が形成
されることになり、ソース/ドレイン領域間の空乏層の
広がりが抑えられる。その結果ソース/ドレイン間の空
乏層の貫通が生じにくくなって、ソース/ドレイン間の
耐圧が向上する。
As a result, a high potential barrier is formed at both ends of the channel region, and the spread of the depletion layer between the source/drain regions is suppressed. As a result, penetration of the depletion layer between the source/drain becomes less likely to occur, and the withstand voltage between the source/drain is improved.

また、α粒子がソース/ドレイン領域に侵入しても、そ
れによるファンネリング現象もチャネル領域両端の高い
電位障壁によって抑制され、ALPEN効果に起因する
ソース/ドレイン間の過渡的パンチスルーも防止される
Furthermore, even if α particles enter the source/drain region, the resulting funneling phenomenon is suppressed by the high potential barrier at both ends of the channel region, and transient punch-through between the source/drain caused by the ALPEN effect is also prevented. Ru.

[実施例] 以下本発明の一実施例を第1A図〜第1F図および第2
図に基づいて説明する。
[Example] An example of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1A to 1F and 2.
This will be explained based on the diagram.

本発明の第1の実施例の製造工程は、第1A図〜第1F
図に示すとおりである。まず、p型の半導体基板1上に
LOCOS法によって素子分離領域2に囲まれた素子形
成領域にトランスファゲート絶縁膜3を形成する(第1
A図)。次にポリシリコンの膜を減圧CVD法によって
トランスファゲート絶縁膜3上の全面に堆積させ、写真
製版と反応性イオンエツチングによってトランスファゲ
ート電極5を形成する(第1B図)。このトランスファ
ゲート電極5は、ポリシリコンの単層で形成する場合の
ほか、タングステンやモリブデン。
The manufacturing process of the first embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1A to 1F.
As shown in the figure. First, a transfer gate insulating film 3 is formed on a p-type semiconductor substrate 1 in an element formation region surrounded by an element isolation region 2 by the LOCOS method (first
Figure A). Next, a polysilicon film is deposited on the entire surface of the transfer gate insulating film 3 by low pressure CVD, and a transfer gate electrode 5 is formed by photolithography and reactive ion etching (FIG. 1B). The transfer gate electrode 5 may be formed of a single layer of polysilicon, or may be formed of tungsten or molybdenum.

チタンなどの高融点金属とポリシリコンの2層を減圧C
VD法やスパッタ法によって堆積し、写真製版と反応性
イオンエツチングを施すことによっても形成することが
できる。また、高融点金属をシリサイド化したいわゆる
高融点金属シリサイドを堆積し、フォトエツチングを施
して形成してもよい。
Two layers of high melting point metal such as titanium and polysilicon are heated under reduced pressure C.
It can be deposited by a VD method or a sputtering method, and can also be formed by photolithography and reactive ion etching. Alternatively, a so-called high melting point metal silicide, which is a high melting point metal silicided, may be deposited and photoetched.

なおトランスファゲート電極5には、その導電性を高め
る目的でたとえばリンイオンなどの不純物イオンをドー
ピングし、半導体基板と反対の導電型すなわちチャネル
と同じ導電型にされる。このために、n型トランスファ
ゲート電極とp型チャネル領域の間の仕事関数差、およ
びその後の熱処理によるリンイオンのチャネルへの拡散
によって、閾値電圧が低下することになる。そのため後
述するイオン注入領域4を形成することにより閾値電圧
を上げることが必要になる。
Note that the transfer gate electrode 5 is doped with impurity ions such as phosphorus ions for the purpose of increasing its conductivity, so that it has a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate, that is, the same conductivity type as the channel. Therefore, the threshold voltage is lowered due to the work function difference between the n-type transfer gate electrode and the p-type channel region and the diffusion of phosphorus ions into the channel due to subsequent heat treatment. Therefore, it is necessary to increase the threshold voltage by forming an ion implantation region 4, which will be described later.

次に半導体基板1の表面全面に、その法線方向に対して
所定の傾斜角θをなす方向から斜めに、半導体基板1と
同じp型の不純物イオンである硼素イオンを注入する。
Next, boron ions, which are the same p-type impurity ions as the semiconductor substrate 1, are implanted into the entire surface of the semiconductor substrate 1 obliquely from a direction forming a predetermined inclination angle θ with respect to the normal direction.

これと同時に、トランスファゲート電極5の中央の法線
を中心に、半導体基板1を回転させる。この斜め回転イ
オン注入により、トランスファゲート電極5をマスクと
して、閾値電圧制御用のp型のイオン注入層4が形成さ
れる(第1C図)。
At the same time, the semiconductor substrate 1 is rotated about the normal line at the center of the transfer gate electrode 5. By this oblique rotational ion implantation, a p-type ion implantation layer 4 for threshold voltage control is formed using the transfer gate electrode 5 as a mask (FIG. 1C).

イオン注入の傾斜角θは、約10″以下であれば、結晶
軸方向に異常に深くまでイオンが侵入するいわゆるチャ
ネリング効果が生じるため、好ましくない。また、θが
約10°以上であっても、約15°以下であればトラン
スファゲート電極5の直下へのイオン注入が十分に行な
われず、閾値電圧の制御が困難である。またθが約60
°を越えると、トランスファゲート電極5の直下へのイ
オン注入量が多くなって、閾値電圧が高くなりすぎてし
まうという問題がある。したがってイオン注入の傾斜角
θは、15°以上、60°以下に設定することが好まし
く、通常は約30°以上、約45°以下で行なう。
If the tilt angle θ of ion implantation is less than about 10″, it is not preferable because a so-called channeling effect occurs in which ions penetrate abnormally deep in the direction of the crystal axis.Also, even if θ is about 10° or more, If θ is less than about 15°, ion implantation directly under the transfer gate electrode 5 will not be performed sufficiently, making it difficult to control the threshold voltage.
If it exceeds .degree., the amount of ions implanted directly under the transfer gate electrode 5 will increase, resulting in a problem that the threshold voltage will become too high. Therefore, the tilt angle θ of ion implantation is preferably set to 15° or more and 60° or less, and is usually performed at about 30° or more and about 45° or less.

その後、半導体基板1の表面全面に、その法線方向から
半導体基板1の導電型と反対のn型の不純物イオンであ
るリンイオンあるいは砒素イオンを注入する。これによ
り、トランスファゲート電極5をマスクとしてn型のイ
オン注入層6が形成される(第1D図)。次に、半導体
基板1の表面全面にCVD法などによって二酸化シリコ
ンの酸化膜を堆積し、これに異方性エツチングを施して
サイドウオールスペーサ7を形成する(第1E図)。
Thereafter, phosphorus ions or arsenic ions, which are n-type impurity ions opposite to the conductivity type of the semiconductor substrate 1, are implanted into the entire surface of the semiconductor substrate 1 from the normal direction. As a result, an n-type ion implantation layer 6 is formed using the transfer gate electrode 5 as a mask (FIG. 1D). Next, an oxide film of silicon dioxide is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by CVD or the like, and is subjected to anisotropic etching to form sidewall spacers 7 (FIG. 1E).

その次に、半導体基板1の表面全面に、その法線方向か
らn型の不純物イオンであるリンイオンあるいは砒素イ
オンを注入する。これによりトランスファゲート電極5
およびサイドウオールスペーサ7をマスクとして、n型
のイオン注入層8が形成される(第1F図)。
Next, phosphorus ions or arsenic ions, which are n-type impurity ions, are implanted into the entire surface of the semiconductor substrate 1 from the normal direction. As a result, the transfer gate electrode 5
Then, an n-type ion implantation layer 8 is formed using the sidewall spacer 7 as a mask (FIG. 1F).

このとき、イオン注入層6へのイオン注入量は、LDD
構造形成のために、イオン注入層8の濃度よりもはるか
に低濃度になるように設定されている。
At this time, the amount of ions implanted into the ion implantation layer 6 is LDD
For structure formation, the concentration is set to be much lower than that of the ion implantation layer 8.

また、熱処理を行なうことにより各イオン注入層6,8
を活性化し、不純物イオンの拡散層が形成される。
In addition, by performing heat treatment, each ion implantation layer 6, 8
, and a diffusion layer of impurity ions is formed.

なお本実施例においては、MO8型LDD構造トランジ
スタを形成する基板として、p型の半導体基板1を用い
たが、それに代えて、少なくとも基板表面から所定の深
さにp型の領域であるpウェルを形成したものを用いる
こともできる。
In this embodiment, a p-type semiconductor substrate 1 was used as the substrate for forming the MO8 type LDD structure transistor, but instead of this, a p-well, which is a p-type region, is formed at least at a predetermined depth from the substrate surface. It is also possible to use a material formed with the following.

また、基板側の導電型はp型に限るものではなく、基板
側およびイオン注入領域4をn型とし、イオン注入層6
,8をp型として形成することも可能である。
Further, the conductivity type on the substrate side is not limited to p-type, but the substrate side and ion implantation region 4 are n-type, and the ion implantation layer 6
, 8 can also be formed as p-type.

上述のようにして製造したMO8型LDD構造トランジ
スタの不純物イオン濃度分布は、第2図のようになる。
The impurity ion concentration distribution of the MO8 type LDD structure transistor manufactured as described above is as shown in FIG.

斜め回転注入法を用いた場合のイオン注入領域4のプロ
ファイルおよびチャネルポテンシャル分布は、非晶質タ
ーゲットへの垂直イオン注入の理論であるLSS理論に
加えて、トランスファゲート電極5のシャドウィング効
果とゲート突接は効果を考慮した重み関数を導入した数
値解析によって計算することができる。第2図の不純物
イオン濃度の分布は、この計算結果をもとにチャネル領
域表面の分布を模式的に示したものである。
The profile and channel potential distribution of the ion implantation region 4 when using the oblique rotational implantation method are based on the LSS theory, which is the theory of vertical ion implantation into an amorphous target, as well as the shadowing effect of the transfer gate electrode 5 and the gate The tangent can be calculated by numerical analysis that introduces a weighting function that takes the effect into consideration. The distribution of impurity ion concentration in FIG. 2 is a schematic representation of the distribution on the surface of the channel region based on this calculation result.

以下、第2図の不純物イオン濃度分布を求めるための数
値解析の理論の概要を説明する。
An outline of the theory of numerical analysis for determining the impurity ion concentration distribution shown in FIG. 2 will be explained below.

半導体基板1に注入した不純物の分布は、第1に、注入
量、加速電圧および注入方向によって決まる。この関係
は、注入イオンとターゲット原子との衝突の機構を解析
することによって知ることができる。また、不純物分布
を決める第2の要素として、注入後の熱処理条件が挙げ
られる。すなわち、ターゲット原子との衝突によって決
まる分布は、熱処理中の拡散によって変形される。
The distribution of impurities implanted into the semiconductor substrate 1 is first determined by the implantation amount, accelerating voltage, and implantation direction. This relationship can be known by analyzing the mechanism of collision between implanted ions and target atoms. Further, the second factor that determines the impurity distribution is the heat treatment conditions after implantation. That is, the distribution determined by collisions with target atoms is modified by diffusion during heat treatment.

まず、熱処理を含まない第1の要素について考える。タ
ーゲットとなる物質が結晶質でも、チャネリング効果が
起こらないようなランダム方向にイオン注入が行なわれ
る場合には、非晶質とみなしても差支えない。したがっ
て非晶質中でのイオン注入の理論を適用する。
First, consider the first element that does not involve heat treatment. Even if the target material is crystalline, if ions are implanted in a random direction such that no channeling effect occurs, it can be regarded as amorphous. Therefore, the theory of ion implantation in amorphous materials is applied.

注入イオンはターゲット原子と衝突しその運動方向を曲
げられ、第3図に示すような軌跡を描く。
The implanted ions collide with target atoms and their direction of motion is bent, creating a trajectory as shown in FIG.

イオンが移動する距離Rを飛程、その注入方向への射影
RPを射影飛程という。
The distance R that the ions travel is called the range, and the projection RP in the injection direction is called the projected range.

また注入イオンの飛程はxy面方向成分RXアを持って
いる。このような各飛程は、衝突がそれぞれランダムに
起こるため、平均値のまわりにある分布をもって広がっ
ている。Lindhardらは、これらの飛程の分布を
与える積分方程式を導き、実験値とかなり良い一致を示
す注入イオンの分布の式を示した。これをLSS理論と
呼んでいる(たとえば「(株)工業調査会、エレクトロ
ニクス全集(8)イオン注入技術、p29〜p40」)
Further, the range of the implanted ions has a component RXa in the xy plane direction. Each of these ranges is spread out with a certain distribution around the average value because collisions occur randomly. Lindhard et al. derived an integral equation giving the distribution of these ranges and presented an expression for the distribution of implanted ions that showed fairly good agreement with experimental values. This is called the LSS theory (for example, "Kogyo Kenkyukai Co., Ltd., Electronics Complete Works (8) Ion Implantation Technology, p.29-p.40")
.

このLSS理論から導かれる不純物イオンの3次元の濃
度分布N (X、 Y、  Z)の式は、下記に示すと
おりである。
The formula for the three-dimensional concentration distribution N (X, Y, Z) of impurity ions derived from this LSS theory is as shown below.

ここで、 〈ΔRp > :Rpの標準偏差 くΔX2 >、 <ΔY2>:X方向、y方向偏差の二
乗平均 〈ΔX>ミf7WY丁>:RpのX方向の広がり くΔY〉ミfて17丁>:Rpのy方向の広がり 次に、上記LSS理論に加えて、トランスファゲート電
極5のシャドウィング効果とゲート突接は効果を考慮し
た重み関数を導入した数値解析について説明する。
Here, <ΔRp>: Standard deviation of Rp ΔX2>, <ΔY2>: Root mean square of deviations in the X and y directions <ΔX> wide f7WY>: spread of Rp in the X direction ΔY> 17 >: Expansion of Rp in the y direction Next, in addition to the LSS theory described above, a numerical analysis will be described in which a weighting function is introduced that takes into consideration the shadowing effect of the transfer gate electrode 5 and the gate contact effect.

斜め回転注入には、第4A図、第4B図および第4C図
に示す3つの因子が含まれている。まず第1は、トラン
スファゲート電極5のエツジの注入イオンに対するシャ
ドウィング(第4A図参照)の因子であり、これを因子
[A]とする。第2の因子は、半導体基板1表面からト
ランスファゲート電極5の下方へのイオンの直接の入り
込みによるもの(第4B図参照)であり、これを因子[
B]とする。第3の因子は、トランスファゲート電極5
の側面におけるポリシリコンゲート5bを通してのイオ
ンの突抜けによるもの(第4C図参照)であり、これを
因子[C] とする。
The oblique rotation implantation includes three factors shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C. The first factor is the shadowing factor (see FIG. 4A) for the implanted ions at the edge of the transfer gate electrode 5, and this is referred to as a factor [A]. The second factor is due to the direct entry of ions from the surface of the semiconductor substrate 1 to the lower part of the transfer gate electrode 5 (see FIG. 4B), which is calculated by the factor [
B]. The third factor is the transfer gate electrode 5
This is due to the penetration of ions through the polysilicon gate 5b on the side surface (see FIG. 4C), and this is taken as a factor [C].

これら3つの因子[A]  [B]  [CFは、いず
れも、トランスファゲート電極5が存在しない場合に半
導体基板1に注入されるイオン数を減少させるように作
用する。したがって、その効果を確率という概念に取込
むことができる。つまり、トランスファゲート電極5が
実際に存在するときに基板に注入されるイオン数は、ト
ランスファゲート電極5が存在しない場合に半導体基板
1に注入されるイオン数に対してどれだけの比率である
かを考え、これを重みと称する。この重みは、まず明ら
かにトランスファゲート電極5からの距離に依存する。
These three factors [A] [B] [CF all act to reduce the number of ions implanted into the semiconductor substrate 1 when the transfer gate electrode 5 is not present. Therefore, this effect can be incorporated into the concept of probability. In other words, what is the ratio of the number of ions implanted into the substrate when transfer gate electrode 5 actually exists to the number of ions implanted into semiconductor substrate 1 when transfer gate electrode 5 does not exist? This is called weight. This weight obviously depends first of all on the distance from the transfer gate electrode 5.

さて、斜め回転イオン注入により形成される不純物分布
は、大きく分けて2つの成分から構成される。1つは半
導体基板1表面から注入されるもので、因子[A]  
[B]を含んでいる。他は、ポリシリコンゲート側面か
ら注入されるもので、因子[C]を含んでいる。因子[
A]  [B]  [C]を重みとして取込むと、斜め
回転注入により形成される不純物分布N(x、z)は下
記のように表わされる。
Now, the impurity distribution formed by oblique rotational ion implantation is roughly divided into two components. One is implanted from the surface of the semiconductor substrate 1, and the factor [A]
Contains [B]. The others are implanted from the side of the polysilicon gate and contain factor [C]. factor[
When A] [B] [C] are taken in as weights, the impurity distribution N(x, z) formed by oblique rotation implantation is expressed as follows.

N (x、 り=NOcos θ fW(r) ρ(り
+W□。d(X)  ρ。ad  (z)1ここで、 No :不純物イオンの単位面積当りの照射量 θ :基板に垂直な方向に対するイオン注入方向の傾斜
角 W(I):因子[A] [8]によるX方向の重み関数 W。。、 (1)  :因子[C] によるX方向の重
み関数/’ (1)  : W(1) □1.0. W
−、d(1) ・Qのときの2方向の濃度分布 ρつ。a (1)  :W(I)・Q、W−6d(x)
・1,0のときの2方向の濃度分布 また、上式の第1項「Na  cosθW(x) I)
 (り Jは半導体基板の表面から注入される成分を表
わし、第2項rNo  cosθWmoa (x)  
pm。a (i) Jはポリシリコンゲート5bの側面
から注入される成分を表わしている。
N (x, ri=NOcos θ fW(r) ρ(ri+W□.d(X) ρ.ad (z)1 where, No: Irradiation amount per unit area of impurity ions θ: Direction perpendicular to the substrate Inclination angle of the ion implantation direction W(I): Weighting function W in the X direction by factor [A] [8]..., (1) : Weighting function in the X direction by factor [C] /' (1) : W (1) □1.0.W
-, d(1) ・Concentration distribution ρ in two directions when Q. a (1): W(I)・Q, W-6d(x)
・Concentration distribution in two directions when 1, 0 Also, the first term of the above equation “Na cosθW(x) I)
(J represents the component injected from the surface of the semiconductor substrate, and the second term rNo cosθWmoa (x)
p.m. a (i) J represents a component injected from the side surface of polysilicon gate 5b.

座標系は、トランスファゲート電極5の側面下部の半導
体基板1表面上に原点0をとり、第5図に示すようにx
、  y、  z軸をとる。
The coordinate system has an origin 0 on the surface of the semiconductor substrate 1 below the side surface of the transfer gate electrode 5, and x as shown in FIG.
, y, and z axes.

重み関数の分布の具体例として、θ=45゜注入イオン
の照射エネルギE1m。=42keV。
As a specific example of the distribution of the weighting function, θ=45° and the irradiation energy of implanted ions E1m. =42keV.

No =2.8X10’ 3 cm−2に対して、W(
x)、W、、od (x)、p (z)、  ρ−od
(z)を計算した結果を、第6A図および第6B図に示
す。
For No = 2.8X10'3 cm-2, W(
x), W,, od (x), p (z), ρ-od
The results of calculating (z) are shown in FIGS. 6A and 6B.

このようにして求められた関数値と、上記N(x、y、
z)の式から、チャネル表面近傍の不純物イオン濃度分
布を求めた結果を示したものが第2図のグラフの破線で
示す曲線である。
The function value obtained in this way and the above N(x, y,
The curve shown by the broken line in the graph of FIG. 2 shows the result of determining the impurity ion concentration distribution near the channel surface from the equation (z).

このグラフかられかるように、斜め回転イオン注入によ
り形成されたイオン注入完了直後の不純物イオンプロフ
ァイルは、チャネル両端近傍においてp型イオン濃度が
高くなる傾向は見られるが、第17図に示した斜め固定
注入の場合に比べて緩やかに変化している。これは、既
に従来技術の説明においても述べたように、以下の理由
によるものと考えられる。まず斜め固定イオン注入では
、トランスファゲート電極5およびサイドウオールスペ
ーサ7で遮蔽されることにより、その影の境界で濃度分
布が急激に変化する照射イオンが、同一傾斜角で一定時
間照射されるために、イオン注入完了直後の濃度分布も
その影の影響を顕著に受けて急激に変化する。それに対
し、斜め回転注入においては、照射イオンと半導体基板
1が相互に回転するため、トランスファゲート電極5と
サイドウオールスペーサ7の遮蔽による影が時々刻々移
動するため、この影による不純物イオン濃度分布の変化
に与える影響が平均化されて緩和され、緩やかな変化を
有する濃度分布になるものと考えられる。
As can be seen from this graph, the impurity ion profile immediately after the completion of ion implantation formed by oblique rotational ion implantation shows a tendency for the p-type ion concentration to increase near both ends of the channel, but It changes more slowly than in the case of fixed injection. This is considered to be due to the following reasons, as already stated in the description of the prior art. First, in oblique fixed ion implantation, the irradiated ions whose concentration distribution changes rapidly at the boundaries of the shadows are shielded by the transfer gate electrode 5 and the sidewall spacer 7, but are irradiated at the same tilt angle for a certain period of time. , the concentration distribution immediately after the completion of ion implantation is also significantly influenced by the shadow and changes rapidly. On the other hand, in oblique rotational implantation, since the irradiated ions and the semiconductor substrate 1 rotate with respect to each other, the shadow caused by the shielding of the transfer gate electrode 5 and the sidewall spacer 7 moves from time to time. It is thought that the influence on the change is averaged and relaxed, resulting in a concentration distribution with gradual changes.

以上のように斜め回転注入により形成された不純物プロ
ファイルは、イオン注入直後においても緩やかに変化し
たものであるため、その後に必要な熱処理の影響を受け
にくい。すなわち、熱処理による不純物の拡散は、不純
物プロファイルの空間的勾配に比例するため、斜め回転
注入により形成された不純物プロファイルが熱処理後に
おいてもそれほど大きく変化することはない。これは、
熱処理後の不純物プロファイルの最適分布を、たとえば
DRAM (Dynamic  RandomAcce
ss  Memory)におけるリフレッシュ特性を確
保するための最適熱処理条件のように、デバイスの特性
を維持するために要求される熱処理条件のもとて実現で
きるということを意味している。すなわち、斜め回転注
入により形成された不純物イオンプロファイルは、その
後にデバイスにとって最適な条件下での熱処理を加えて
も、その熱処理による拡散の影響をそれほど強くは受け
ないため、最適な不純物イオンプロファイルを熱処理条
件とはほぼ独立に決定することができる。
As described above, the impurity profile formed by oblique rotational implantation changes gradually even immediately after ion implantation, and therefore is not easily affected by the heat treatment required thereafter. That is, since the diffusion of impurities due to heat treatment is proportional to the spatial gradient of the impurity profile, the impurity profile formed by oblique rotational implantation does not change significantly even after the heat treatment. this is,
The optimal distribution of the impurity profile after heat treatment is determined by, for example, DRAM (Dynamic Random Accelerator).
This means that it can be achieved under the heat treatment conditions required to maintain device characteristics, such as the optimal heat treatment conditions for ensuring refresh characteristics in ss memory. In other words, even if the impurity ion profile formed by oblique rotational implantation is subsequently subjected to heat treatment under the optimal conditions for the device, it will not be affected as strongly by the diffusion caused by the heat treatment. It can be determined almost independently of the heat treatment conditions.

一方、たとえば斜め固定イオン注入により形成された不
純物プロファイルは、注入直後ではその変化がかなり急
峻であり、その後に必要な熱処理の影響を相当強く受け
る。そのために不純物イオンプロファイルの最適分布を
維持することのできる熱処理条件は、デバイスにとって
最適な熱処理条件とならない場合が多い。むしろ逆に、
デバイスにとって最適な熱処理を行なった場合には、熱
処理後に最適な不純物イオンプロファイルを得ることが
できない可能性が大きい。
On the other hand, the impurity profile formed by, for example, oblique fixed ion implantation has a fairly steep change immediately after implantation, and is considerably influenced by the heat treatment required thereafter. Therefore, heat treatment conditions that can maintain an optimal distribution of impurity ion profiles are often not optimal heat treatment conditions for the device. On the contrary,
If the optimum heat treatment is performed for the device, there is a high possibility that the optimum impurity ion profile cannot be obtained after the heat treatment.

以上のように、イオン注入完了直後の不純物イオンプロ
ファイルが緩やかに変化するほど、デバイスにとっての
最適な熱処理条件のもとて最適な不純物イオンプロファ
イルを得ることができる。
As described above, the more gently the impurity ion profile changes immediately after ion implantation is completed, the more optimal the impurity ion profile can be obtained under the optimal heat treatment conditions for the device.

この意味において、斜め回転注入の方が斜め固定注入よ
りもデバイス設計にとっては優れたイオン注入方法であ
るということができる。
In this sense, it can be said that oblique rotational implantation is a better ion implantation method for device design than oblique fixed implantation.

また、閾値電圧はチャネルポテンシャルのチャネル領域
全体の平均値にほぼ対応する。これを定性的に説明する
と、概路次のようになる。ソース/ドレイン領域近傍の
長さ(第2図に示すΔL)の部分のp型不純物イオン濃
度を高くすると、この部分の閾値電圧が高くなり、この
部分の不純物散乱によるキャリアの移動度すなわち電界
の強さに比例したドリフト速度の低下を生じる。したが
ってトランジスタ全体の閾値電圧Vthも高くなる。そ
こでチャネルの中央部のp型イオン濃度を従来のトラン
ジスタよりも低くすることにより、反対にこの部分の閾
値電圧が低下し、この部分の移動度が大きくなる。これ
によりチャネル全体の閾値電圧Vthを低くすることが
できる。以上のことから、チャネル全体の閾値電圧vt
hは、チャネル長(第2図の長さし)全体のp型不純物
イオン濃度のほぼ平均的な値に対応して決まることにな
る。
Further, the threshold voltage approximately corresponds to the average value of the channel potential over the entire channel region. A qualitative explanation of this is as follows. When the p-type impurity ion concentration in the length (ΔL shown in Figure 2) near the source/drain region is increased, the threshold voltage in this region increases, and the carrier mobility, that is, the electric field, due to impurity scattering in this region increases. This results in a decrease in drift velocity proportional to the strength. Therefore, the threshold voltage Vth of the entire transistor also becomes high. Therefore, by lowering the p-type ion concentration in the central part of the channel than in conventional transistors, the threshold voltage in this part decreases and the mobility in this part increases. This allows the threshold voltage Vth of the entire channel to be lowered. From the above, the threshold voltage of the entire channel vt
h is determined corresponding to a substantially average value of the p-type impurity ion concentration over the entire channel length (length scale in FIG. 2).

したがって、所定の閾値電圧を得るためのチャネルポテ
ンシャルの分布は、斜め回転注入にすることにより、斜
め固定注入方式に比べて、ソース/ドレイン領域近傍の
チャネルポテンシャルが高くなる。その結果この部分が
電位障壁を形成し、ソース/ドレイン領域間の空乏層の
拡がりを抑制するため、トランスファゲート電極5に電
圧を印加しないときのソース/ドレイン耐圧が向上する
Therefore, in the channel potential distribution for obtaining a predetermined threshold voltage, by using oblique rotational implantation, the channel potential near the source/drain region is higher than when using the oblique fixed implantation method. As a result, this portion forms a potential barrier and suppresses the spread of the depletion layer between the source/drain regions, thereby improving the source/drain breakdown voltage when no voltage is applied to the transfer gate electrode 5.

また、α粒子がソース/ドレイン領域を突抜けてチャネ
ル領域に進入したとしても、α粒子の侵入経路に沿って
過渡的に空乏層が生じるファンネリング現象も、この電
位障壁によって抑えられる。
Furthermore, even if α particles penetrate through the source/drain region and enter the channel region, the funneling phenomenon in which a depletion layer is transiently created along the α particle penetration path is also suppressed by this potential barrier.

したがってALPEN効果に起因するソース/ドレイン
間の過渡的なパンチスルーと、それによるソフトエラー
(“L→H″エラー)も抑制されることになる。
Therefore, transient punch-through between the source/drain caused by the ALPEN effect and the resulting soft error ("L→H" error) are also suppressed.

このように本実施例によれば、チャネル領域両端のソー
ス/ドレイン近傍に高い電位障壁が形成されることによ
り、デバイスが高集積化して有効チャネル長が短くなる
場合にも、良好な初期特性を得ることができる。また過
渡特性についても良好な信頼性を保ちつつ動作させるこ
とができる。
In this way, according to this embodiment, by forming a high potential barrier near the source/drain at both ends of the channel region, good initial characteristics can be maintained even when the device becomes highly integrated and the effective channel length becomes short. Obtainable. Furthermore, it is possible to operate the device while maintaining good reliability regarding transient characteristics.

次に、本発明の他の実施例について第7A図〜第7F図
に基づいて説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 7A to 7F.

本実施例の製造工程は、LOCO8法によってp型の半
導体基板l上に素子分離領域2に囲まれた素子形成領域
にトランスファゲート絶縁膜3を形成しく第7A図)、
さらにトランスファゲート電極5を形成する(第7B図
)までは第1A図および第1B図に示す実施例と同様で
ある。
In the manufacturing process of this embodiment, a transfer gate insulating film 3 is formed in an element formation region surrounded by an element isolation region 2 on a p-type semiconductor substrate l by the LOCO8 method (FIG. 7A).
Furthermore, the process up to the formation of the transfer gate electrode 5 (FIG. 7B) is the same as the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B.

本実施例が上記実施例と異なるのは、斜め回転イオン注
入による閾値電圧制御のためのp型のイオン注入領域4
の形成を、n型のイオン注入層6゜8を形成した後に行
なう点である。すなわち、本実施例においては、トラン
スファゲート電極5をマスクとして垂直イオン注入によ
りn型のイオン注入層6を形成した後(第7C図)、サ
イドウオールスペーサ7を形成する(第7DIffl)
This embodiment differs from the above embodiments in that the p-type ion implantation region 4 is used for threshold voltage control by oblique rotational ion implantation.
This is done after forming the n-type ion implantation layer 6.8. That is, in this embodiment, after the n-type ion implantation layer 6 is formed by vertical ion implantation using the transfer gate electrode 5 as a mask (FIG. 7C), the sidewall spacer 7 is formed (7th DIffl).
.

次にトランスファゲート電極5とサイドウオールスペー
サ7をマスクとして、垂直イオン注入によりn型のイオ
ン注入層8を形成する(第7E図)。その後、トランス
ファゲート電極5の中央の法線を中心に半導体基板lを
回転させながら、所定の傾斜角θでイオン注入を行なう
ことにより、トランスファゲート電極5とサイドウオー
ルスペーサ7をマスクとして閾値電圧制御のためのp型
のイオン注入領域4を形成する(第7F図)。その後さ
らに、注入したイオンを拡散させるための熱処理を行な
う。
Next, using the transfer gate electrode 5 and sidewall spacer 7 as a mask, an n-type ion implantation layer 8 is formed by vertical ion implantation (FIG. 7E). Thereafter, by performing ion implantation at a predetermined tilt angle θ while rotating the semiconductor substrate l around the normal line at the center of the transfer gate electrode 5, the threshold voltage is controlled using the transfer gate electrode 5 and the sidewall spacer 7 as a mask. A p-type ion implantation region 4 is formed for this purpose (FIG. 7F). Thereafter, heat treatment is further performed to diffuse the implanted ions.

本実施例の製造工程によっても、第2図に示すものとほ
ぼ同様の各イオン注入層のプロファイルとチャネルポテ
ンシャル分布を得ることができる。
Through the manufacturing process of this embodiment, it is possible to obtain profiles and channel potential distributions of each ion implantation layer that are substantially similar to those shown in FIG. 2.

以上述べた第1の実施例と第2の実施例は、いずれも本
発明をMO8型LDD構造トランジスタに適用した場合
についてのものであるが、本発明の考え方は、LDD構
造以外のMO8型トランジスタの製造にも適用すること
ができる。以下、本発明をLDD構造以外のMO8型ト
ランジスタの製造に適用した実施例について説明する。
The first and second embodiments described above are both cases in which the present invention is applied to an MO8 type LDD structure transistor, but the idea of the present invention is to apply the present invention to an MO8 type transistor other than an LDD structure. It can also be applied to the production of Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to manufacturing an MO8 type transistor other than an LDD structure will be described.

本発明の第3の実施例の工程を、第8A図〜第8C図に
示す。本実施例は、トランスファゲート電極5の側壁部
にサイドウ中−ルスペーサを形成しないMO8型トラン
ジスタの製造方法についてのものである。本実施例にお
いては、まずp型の半導体基板1表面のトランスファゲ
ート電極3上に、写真製版と反応性イオンエツチングに
よりトランスファゲート電極5を形成する(第8A図)
The steps of the third embodiment of the present invention are shown in FIGS. 8A to 8C. This embodiment relates to a method of manufacturing an MO8 type transistor in which no side wall spacer is formed on the side wall of the transfer gate electrode 5. In this example, first, the transfer gate electrode 5 is formed on the transfer gate electrode 3 on the surface of the p-type semiconductor substrate 1 by photolithography and reactive ion etching (FIG. 8A).
.

次に、このトランスファゲート電極をマスクとして、n
型の不純物であるリンまたは砒素を、基板表面に垂直に
注入し、ソース/ドレイン領域となるイオン注入層6を
形成する(第8B図)。次に、半導体基板1を水平面内
において回転させながら、p型の硼素イオンを所定傾斜
角度の斜め方向から照射し、チャネル領域の閾値電圧を
制御するためのイオン注入領域4を形成する(第8C図
)。
Next, using this transfer gate electrode as a mask, n
Phosphorus or arsenic, which is a type impurity, is implanted perpendicularly to the substrate surface to form an ion implantation layer 6 that will become a source/drain region (FIG. 8B). Next, while rotating the semiconductor substrate 1 in a horizontal plane, p-type boron ions are irradiated from an oblique direction at a predetermined inclination angle to form an ion implantation region 4 for controlling the threshold voltage of the channel region (No. 8C). figure).

次に、本発明の第4の実施例を第9A図〜第9D図を参
照して説明する。本実施例はトランスファゲート電極5
を形成しく第9A図)、これをマスクとしてn型イオン
を注入して、ソース/ドレインとなるイオン注入層6を
形成する(第9B図)までは、上記第3の実施例と共通
している。本実施例においては、イオン注入層6を形成
した後に、トランスファゲート電極5の側壁部にサイド
ウオールスペーサ7を形成しく第9C図)、斜め回転イ
オン注入によりイオン注入領域4を形成する(第9D図
)。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9A to 9D. In this embodiment, the transfer gate electrode 5
(Fig. 9A), and using this as a mask, n-type ions are implanted to form the ion implantation layer 6 which becomes the source/drain (Fig. 9B). There is. In this example, after forming the ion implantation layer 6, the sidewall spacer 7 is formed on the side wall of the transfer gate electrode 5 (FIG. 9C), and the ion implantation region 4 is formed by oblique rotational ion implantation (FIG. 9D). figure).

本発明の第5の実施例を第10A図〜第10D図に示す
。本実施例においては、トランスファゲート電極3上に
トランスファゲート電極5を形成した後に(第10A図
)、これをマスクとして、斜め回転イオン注入によりイ
オン注入領域4を形成する(第10B図)。次にサイド
ウオールスペーサ7を形成後(第10C図)、垂直イオ
ン注入によりイオン注入層6を形成する(第10D図)
A fifth embodiment of the present invention is shown in FIGS. 10A to 10D. In this embodiment, after forming the transfer gate electrode 5 on the transfer gate electrode 3 (FIG. 10A), using this as a mask, the ion implantation region 4 is formed by oblique rotational ion implantation (FIG. 10B). Next, after forming the sidewall spacer 7 (FIG. 10C), the ion implantation layer 6 is formed by vertical ion implantation (FIG. 10D).
.

本発明の第6の実施例を第11A図〜第11D図に示す
。本実施例においては、ゲート電極5を形成した直後に
(第11A図)、サイドウオールスペーサ7を形成しく
第11B図)、この状態で斜め回転イオン注入を行なっ
てイオン注入領域4を形成しく第11C図)、さらに垂
直イオン注入によってイオン注入層6を形成する(第1
1D図)。
A sixth embodiment of the present invention is shown in FIGS. 11A to 11D. In this embodiment, immediately after forming the gate electrode 5 (FIG. 11A), sidewall spacers 7 are formed (FIG. 11B), and in this state, oblique rotational ion implantation is performed to form the ion implantation region 4. 11C), and further form an ion implantation layer 6 by vertical ion implantation (first
1D figure).

本発明の第7の実施例を、第12A図〜第12D図に示
す。本実施例においては、トランスファゲート電極5を
マスクとして、硼素イオンの斜め回転イオン注入を行な
い、まずイオン注入領域4を形成した後に(第12A図
)、サイドウオールスペーサ7を形成する(第12B図
)。その後、垂直イオン注入によってリンイオンを注入
し、比較的低濃度のイオン注入層6を形成しく第12C
図)、さらに垂直イオン注入によりリンイオンより熱拡
散係数の小さい砒素イオンを注入して、比較的高濃度の
イオン注入層9を形成する(第12D図)。このように
して形成された、濃度の異なる二重のイオン注入層6,
9により、チャネル部の電界強度を緩和して、チャネル
におけるパンチスルーを防止するという、LDD構造と
同様の考え方に基づくものである。この構造は、MO8
型二重拡散ドレイン(Double  Diffuse
d  Dra in (DDD))構造トランジスタと
呼ばれている。
A seventh embodiment of the present invention is shown in FIGS. 12A to 12D. In this embodiment, using the transfer gate electrode 5 as a mask, oblique rotational ion implantation of boron ions is performed to first form the ion implantation region 4 (FIG. 12A), and then to form the sidewall spacer 7 (FIG. 12B). ). Thereafter, phosphorus ions are implanted by vertical ion implantation to form a relatively low concentration ion implantation layer 6.
Furthermore, arsenic ions having a smaller thermal diffusion coefficient than phosphorus ions are implanted by vertical ion implantation to form a relatively high concentration ion implantation layer 9 (FIG. 12D). Double ion-implanted layers 6 with different concentrations formed in this way,
This is based on the same concept as the LDD structure, in which punch-through in the channel is prevented by relaxing the electric field strength in the channel portion. This structure is MO8
Type Double Diffuse Drain
It is called a d-drain (DDD) structure transistor.

本発明の第8の実施例を、第13A図〜第13D図に示
す。本実施例は、MO8型DDD構造トランジスタの形
成に本発明を適用している点で、上記第7の実施例と共
通する。本実施例においてはサイドウオールスペーサ7
を形成した後に(第13A図)、斜め回転イオン注入に
より硼素イオンを注入し、p型のイオン注入領域4を形
成する(第13B図)。その後垂直イオン注入によりリ
ンイオンを注入しく第13C図)、さらに砒素イオンを
注入する(第13D図)ことによってDDD構造を形成
する点は、第7の実施例と同様である。
An eighth embodiment of the present invention is shown in FIGS. 13A to 13D. This embodiment is similar to the seventh embodiment in that the present invention is applied to the formation of an MO8 type DDD structure transistor. In this embodiment, the side wall spacer 7
(FIG. 13A), boron ions are implanted by oblique rotational ion implantation to form a p-type ion implantation region 4 (FIG. 13B). This is similar to the seventh embodiment in that a DDD structure is formed by vertically implanting phosphorus ions (FIG. 13C) and then arsenic ions (FIG. 13D).

以上述べた第3ないし第8の実施例においても、チャネ
ルの閾値電圧を設定するためのイオン注入領域4は、第
1の実施例の場合とほぼ同様の分布になる。したがって
、その後の熱処理を経た後も、第2図の2点鎖線で示す
ような不純物濃度分布が得られ、電位障壁が形成されて
、ソース/ドレイン耐圧の向上を図ることができる。
In the third to eighth embodiments described above, the ion implantation region 4 for setting the threshold voltage of the channel has almost the same distribution as in the first embodiment. Therefore, even after the subsequent heat treatment, an impurity concentration distribution as shown by the two-dot chain line in FIG. 2 is obtained, a potential barrier is formed, and the source/drain breakdown voltage can be improved.

[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、閾値電圧制御のため
のイオン注入層の形成を、トランスファゲート電極をマ
スクとして斜め回転注入法によって行なうことにより、
所定の閾値電圧を設定するためのチャネルポテンシャル
分布を、チャネル領域の中央近傍に比べてソース/ドレ
イン近傍のみを顕著に高くすることができる。それによ
って、閾値電圧を高くすることなく、チャネル領域の両
端に高い電位障壁が形成されることになり、ソース/ド
レイン領域間の空乏層の拡がりが押えられる。そのため
、トランスファゲート電極に電圧を印加しないときのソ
ース/ドレイン耐圧が向上する。また、高い電位障壁に
より、ALPEN効果に起因するソース/ドレイン間の
パンチスルーも抑制され、新しいモードのソフトエラー
(L→H“エラー)も防止される。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, an ion implantation layer for threshold voltage control is formed by an oblique rotational implantation method using a transfer gate electrode as a mask.
The channel potential distribution for setting a predetermined threshold voltage can be made significantly higher only near the source/drain than near the center of the channel region. As a result, a high potential barrier is formed at both ends of the channel region without increasing the threshold voltage, and the expansion of the depletion layer between the source/drain regions is suppressed. Therefore, the source/drain breakdown voltage is improved when no voltage is applied to the transfer gate electrode. Furthermore, the high potential barrier suppresses punch-through between the source and drain caused by the ALPEN effect, and also prevents a new mode of soft error (L→H" error).

その結果、デバイスが高集積化し有効チャネル長が短く
なっても、初期特性と長期的な過渡特性が良好に保たれ
、信頼性の高い半導体装置の製造が実現される。
As a result, even if the device becomes highly integrated and the effective channel length becomes short, initial characteristics and long-term transient characteristics are maintained well, and a highly reliable semiconductor device can be manufactured.

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

第1A図、第1B図、第1C図、第1D図、第1E図、
第1F図は、本発明の第1の実施例の製造工程を順次模
式的に示す断面図である。 第2図はこの実施例の工程によって形成されたMO8型
LDD構造トランジスタのチャネル近傍におけるイオン
注入層のプロファイルと、それに対応する不純物イオン
濃度分布を模式的に示す図である。 第3図は、本発明の各実施例の不純物イオン濃度分布を
求める数値解析の理論を説明するために、イオンの飛程
と座標系について示した図である。 第4A図、第4B図、第4C図は、イオン注入における
トランスファゲート電極5の遮蔽の影響の3つの因子を
説明するための図である。 第5図は、斜め回転イオン注入の解析における座標系を
説明するための図である。 第6A図および第6B図は、トランスファゲート電極5
のシャドウィング効果と突接は効果を考慮した重み関数
W (x)、Wna o d (x) 、および深さ方
向の分布関数ρ(2)、ρ1゜d (z)の分布を示す
である。 第7A図、第7B図、第7C図、第7D図、第7E図、
第7F図は、本発明の第2の実施例の製造工程を順次模
式的に示す断面図である。 第8A図、第8B図、第8C図は、本発明の第3の実施
例における製造工程の概略を順次模式的に示す断面図で
ある。 第9A図、第9B図、第9C図、第9D図は、本発明の
第4の実施例における製造工程の概略を順次模式的に示
す断面図である。 第10A図、第10B図、第10C図、第10D図は、
本発明の第5の実施例における製造工程の概略を順次模
式的に示す断面図である。 第11A図、第11B図、第11C図、第11D図は、
本発明の第6の実施例における製造工程の概略を順次模
式的に示す断面図である。 第12A図、第12B図、第12C図、第12D図は、
本発明の第7の実施例における製造工程の概略を順次模
式的に示す断面図である。 第13A図、第13B図、第13C図、第13D図は、
本発明の第8の実施例における製造工程の概略を順次模
式的に示す断面図である。 第14A図、第14B図、第14C図、第14D図、第
14E図、第14F図は、第1の従来例における製造工
程を順次模式的に示す断面図である。 第15A図、第15B図、第15C図、第15D図は、
第2の従来例の製造工程の概略を順次模式的に示す断面
図である。 第16図は、第1の従来例によって形成されたMO3型
LDD構造トランジスタの、チャネル近傍におけるイオ
ン注入層のプロファイルと、それに対応する不純物イオ
ン濃度を模式的に示す図である。 第17図は、第2の従来例と同様の方法によって形成し
た場合のMO8型LDDトランジスタのチャネル近傍に
おけるイオン注入層のプロファイルと、それに対応する
不純物イオン濃度の分布を模式的に示す図である。 図において、1は半導体基板、2は素子分離領域、3は
トランスファゲート絶縁膜、4はイオン注入層、5はト
ランスファゲート電極、7はサイドウオールスペーサ、
8,9はイオン注入層である。 なお、図中、同一符号で示すものは同一または相当の要
素を示す。 第 3 図 第4A図 第 5 図 第7A区 第7B図 ノ 第7C図 Pイオン 第6A図 ’rrネル六拘のX座樗僅(μm) 第6B図 第7D図 第7E図 Asイオン 第7F図 Bイオン \ 第14A図 第 4B図 第14c図 ノ 第15C図 Aが (1 G 図 第 図
Figure 1A, Figure 1B, Figure 1C, Figure 1D, Figure 1E,
FIG. 1F is a cross-sectional view sequentially schematically showing the manufacturing process of the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram schematically showing the profile of the ion implantation layer in the vicinity of the channel of the MO8 type LDD structure transistor formed by the process of this embodiment and the corresponding impurity ion concentration distribution. FIG. 3 is a diagram showing the range of ions and the coordinate system in order to explain the theory of numerical analysis for determining the impurity ion concentration distribution in each embodiment of the present invention. FIG. 4A, FIG. 4B, and FIG. 4C are diagrams for explaining three factors that affect the shielding of the transfer gate electrode 5 in ion implantation. FIG. 5 is a diagram for explaining a coordinate system in analysis of oblique rotational ion implantation. 6A and 6B show the transfer gate electrode 5
The shadowing effect and juxtaposition of the weighting functions W (x), Wna o d (x), and the distribution of the depth distribution functions ρ(2), ρ1゜d(z) considering the effect are as follows. . Figure 7A, Figure 7B, Figure 7C, Figure 7D, Figure 7E,
FIG. 7F is a cross-sectional view sequentially schematically showing the manufacturing process of the second embodiment of the present invention. FIG. 8A, FIG. 8B, and FIG. 8C are sectional views sequentially schematically showing the outline of the manufacturing process in the third embodiment of the present invention. 9A, 9B, 9C, and 9D are cross-sectional views sequentially schematically showing the outline of the manufacturing process in the fourth embodiment of the present invention. Figures 10A, 10B, 10C, and 10D are
It is sectional drawing which sequentially schematically shows the outline of the manufacturing process in the 5th Example of this invention. Figures 11A, 11B, 11C, and 11D are
It is sectional drawing which sequentially schematically shows the outline of the manufacturing process in the 6th Example of this invention. Figures 12A, 12B, 12C, and 12D are
It is sectional drawing which sequentially schematically shows the outline of the manufacturing process in the 7th Example of this invention. Figures 13A, 13B, 13C, and 13D are
It is sectional drawing which sequentially schematically shows the outline of the manufacturing process in the 8th Example of this invention. 14A, 14B, 14C, 14D, 14E, and 14F are cross-sectional views sequentially schematically showing the manufacturing steps in the first conventional example. Figures 15A, 15B, 15C, and 15D are
FIG. 7 is a cross-sectional view sequentially schematically showing an outline of the manufacturing process of a second conventional example. FIG. 16 is a diagram schematically showing the profile of the ion implantation layer near the channel and the corresponding impurity ion concentration of the MO3 type LDD structure transistor formed according to the first conventional example. FIG. 17 is a diagram schematically showing the profile of the ion implantation layer near the channel of the MO8 type LDD transistor formed by the same method as the second conventional example and the corresponding impurity ion concentration distribution. . In the figure, 1 is a semiconductor substrate, 2 is an element isolation region, 3 is a transfer gate insulating film, 4 is an ion implantation layer, 5 is a transfer gate electrode, 7 is a sidewall spacer,
8 and 9 are ion-implanted layers. In addition, in the drawings, the same reference numerals indicate the same or equivalent elements. Figure 3 Figure 4A Figure 5 Figure 7A Section 7B Figure 7C Figure P ion Figure 6A Figure B ion\ Figure 14A Figure 4B Figure 14c Figure 15C Figure A is (1 G Figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 少なくとも表面近傍に一導電型の領域を有する半導体基
板上に絶縁膜を介してトランスファゲート電極を形成す
る第1工程と、 このトランスファゲート電極をマスクとして、前記半導
体基板表面に前記半導体基板とは反対の導電型の不純物
イオンを注入し、低濃度のソース領域およびドレイン領
域を形成する第2工程と、前記トランスファゲート電極
の両側の側壁に絶縁物のサイドウォールスペーサを形成
する第3工程と、 このサイドウォールスペーサおよび前記トランスファゲ
ート電極をマスクとして、前記半導体基板表面に前記半
導体基板とは反対の導電型の不純物イオンを注入し、高
濃度のソース領域およびドレイン領域を形成する第4工
程と、 注入された不純物イオンを熱拡散させるための熱処理を
行なう第5工程と を備えた半導体装置の製造方法において、 前記第2工程と前記第3工程の間、あるいは前記第4工
程と前記第5工程の間に、前記半導体基板表面に前記半
導体基板の法線方向から所定の傾斜角をなして、かつ前
記半導体基板をその1つの法線を回転軸として回転させ
た状態で、前記半導体基板と同じ導電型の不純物イオン
を注入する工程を有すること を特徴とする半導体装置の製造方法。
[Claims] A first step of forming a transfer gate electrode via an insulating film on a semiconductor substrate having a region of one conductivity type at least near the surface; A second step of implanting impurity ions of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate to form a low concentration source region and a drain region, and forming insulating sidewall spacers on both side walls of the transfer gate electrode. a third step, using the sidewall spacer and the transfer gate electrode as a mask, implanting impurity ions of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate into the surface of the semiconductor substrate to form a highly concentrated source region and a drain region; A method for manufacturing a semiconductor device comprising a fourth step and a fifth step of performing heat treatment for thermally diffusing implanted impurity ions, wherein the step is performed between the second step and the third step, or between the fourth step. and the fifth step, with the surface of the semiconductor substrate forming a predetermined inclination angle from the normal direction of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate being rotated about one normal line as a rotation axis, A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of implanting impurity ions of the same conductivity type as the semiconductor substrate.
JP2179213A 1989-10-20 1990-07-05 Semiconductor device and manufacturing method thereof Expired - Lifetime JP2928342B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2179213A JP2928342B2 (en) 1989-10-20 1990-07-05 Semiconductor device and manufacturing method thereof
DE4033309A DE4033309C2 (en) 1989-10-20 1990-10-19 Semiconductor device and manufacturing method therefor
US07/870,745 US5218221A (en) 1989-10-20 1992-04-20 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27434389 1989-10-20
JP1-274343 1989-10-20
JP2179213A JP2928342B2 (en) 1989-10-20 1990-07-05 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03204940A true JPH03204940A (en) 1991-09-06
JP2928342B2 JP2928342B2 (en) 1999-08-03

Family

ID=26499137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2179213A Expired - Lifetime JP2928342B2 (en) 1989-10-20 1990-07-05 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2928342B2 (en)
DE (1) DE4033309C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5449937A (en) * 1993-03-19 1995-09-12 Sharp Kabushiki Kaisha Field effect transistor with short channel and manufacturing method therefor
US6362031B1 (en) * 1997-01-27 2002-03-26 Advanced Display Inc. Semiconductor TFT, producing method thereof, semiconductor TFT array substrate and liquid crystal display using the same
JP2011151120A (en) * 2010-01-20 2011-08-04 Toshiba Corp Semiconductor device, and method for manufacturing the same

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0799315A (en) * 1993-06-22 1995-04-11 Motorola Inc Control of carrier concentration in interface between opposing doped regions of semiconductor device
US5409848A (en) * 1994-03-31 1995-04-25 Vlsi Technology, Inc. Angled lateral pocket implants on p-type semiconductor devices
JP2586844B2 (en) * 1994-12-28 1997-03-05 日本電気株式会社 Method for manufacturing semiconductor device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6251216A (en) * 1985-08-30 1987-03-05 Toshiba Corp Manufacture of semiconductor device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61226968A (en) * 1985-03-30 1986-10-08 Toshiba Corp Manufacture of mos type semiconductor device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6251216A (en) * 1985-08-30 1987-03-05 Toshiba Corp Manufacture of semiconductor device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5449937A (en) * 1993-03-19 1995-09-12 Sharp Kabushiki Kaisha Field effect transistor with short channel and manufacturing method therefor
US6362031B1 (en) * 1997-01-27 2002-03-26 Advanced Display Inc. Semiconductor TFT, producing method thereof, semiconductor TFT array substrate and liquid crystal display using the same
JP2011151120A (en) * 2010-01-20 2011-08-04 Toshiba Corp Semiconductor device, and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
DE4033309C2 (en) 1996-01-11
JP2928342B2 (en) 1999-08-03
DE4033309A1 (en) 1991-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5218221A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3050717B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4708563B2 (en) Method for reducing the effective channel length of a lightly doped drain transistor and method for forming a transistor
JP2706460B2 (en) Ion implantation method
JP2967745B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US6465315B1 (en) MOS transistor with local channel compensation implant
US6297098B1 (en) Tilt-angle ion implant to improve junction breakdown in flash memory application
JPH02164062A (en) Manufacture of cmos semiconductor device
US6846708B2 (en) Semiconductor device having improved doping profiles and a method of improving the doping profiles of a semiconductor device
US7825015B2 (en) Method for implanting ions in semiconductor device
KR100563398B1 (en) Method and device to reduce gate-induced drain leakageGIDL current in thin gate oxide MOSFETS
US20040087120A1 (en) Semiconductor device having improved doping profiles and method of improving the doping profiles of a semiconductor device
JP3145851B2 (en) Semiconductor substrate and semiconductor device
JPH03204940A (en) Manufacture of semiconductor device
US7625802B2 (en) Semiconductor device having improved halo structures and a method of forming the halo structures of a semiconductor device
US6939769B2 (en) Method for manufacturing a semiconductor device with using double implanting boron and boron difluoride
KR940000388B1 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2624568B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPS63215075A (en) Manufacture of semiconductor device
KR0166218B1 (en) Ion implantation method of semiconductor manufacture process
KR100548567B1 (en) Method for fabricating field effect transistor
JPH06260496A (en) Manufacture of semiconductor device
JPS62179721A (en) Doping of semiconductor substrate
JPS6244697B2 (en)
JPH05211328A (en) Mos transistor and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080514

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080514

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090514

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100514

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110514

Year of fee payment: 12

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110514

Year of fee payment: 12