JPH04230023A - Manufacture of cmos semiconductor device - Google Patents

Manufacture of cmos semiconductor device

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JPH04230023A
JPH04230023A JP2416567A JP41656790A JPH04230023A JP H04230023 A JPH04230023 A JP H04230023A JP 2416567 A JP2416567 A JP 2416567A JP 41656790 A JP41656790 A JP 41656790A JP H04230023 A JPH04230023 A JP H04230023A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
polysilicon
oxide film
polysilicon film
forming
Prior art date
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Pending
Application number
JP2416567A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mamoru Yoshioka
吉岡 守
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.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
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Publication of JPH04230023A publication Critical patent/JPH04230023A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To implant a polysilicon film with N type, and P type impurities in sufficient concentration without making a misalignment at all in the different step from the source drain formation step. CONSTITUTION:A polysilicon film 5 on an N type well region 2 is covered with a resist film 6 so as to be implanted with phosphorus ions 7 using the resist films 6 as a mask. Next, the polysilicon film 5 on the N type well region 2 is implanted with boron ions 9 using the thick oxide films 8 as masks. Finally, after removing the whole surface of the oxide films 8, 8a, the polysilicon film 5 is patterned to form gate electrodes 10, 11.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明はCMOS半導体装置を製
造する方法に関し、特にそのポリシリコンゲート電極を
形成する工程に特徴を有する半導体装置の製造方法に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a CMOS semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device characterized by the step of forming a polysilicon gate electrode.

【0002】0002

【従来の技術】CMOS半導体装置においては、ポリシ
リコンゲート電極に不純物を導入して低抵抗化が図られ
るが、Pチャネル型MOSトランジスタ(以下PMOS
トランジスタという)のパンチスルーを防止するために
、Nチャネル型MOSトランジスタ(以下NMOSトラ
ンジスタという)を形成するNチャネル領域のポリシリ
コンゲート電極にはN型不純物を導入し、Pチャネル型
MOSトランジスタを形成するPチャネル領域のポリシ
リコンゲート電極にはP型不純物を導入している。
[Prior Art] In a CMOS semiconductor device, impurities are introduced into a polysilicon gate electrode to lower the resistance.
In order to prevent punch-through of the N-channel MOS transistor (hereinafter referred to as an NMOS transistor), N-type impurities are introduced into the polysilicon gate electrode of the N-channel region that forms the N-channel MOS transistor (hereinafter referred to as the NMOS transistor), thereby forming a P-channel MOS transistor. P-type impurities are introduced into the polysilicon gate electrode in the P channel region.

【0003】ポリシリコンゲート電極にチャネル型と同
じ導電型の不純物を導入する一方法として、ソース・ド
レインを形成するイオン注入の際に同時にポリシリコン
ゲート電極にも不純物イオンを注入している。
One method of introducing impurity ions of the same conductivity type as the channel type into the polysilicon gate electrode is to simultaneously implant impurity ions into the polysilicon gate electrode when ions are implanted to form the source and drain.

【0004】しかし、ソース・ドレインの形成と同時に
ポリシリコンゲート電極にも不純物イオンを注入すると
、ポリシリコンゲート電極の不純物濃度(注入量)がト
ランジスタ特性により定まるソース・ドレインへの不純
物注入量により決定される。ソース・ドレインへの不純
物注入量は1×1015〜5×1015/cm2程度で
ある。このような注入量ではポリシリコンゲート電極が
高抵抗となってしまう。そのため、ポリシリコンゲート
電極の抵抗を下げるために、ポリシリコンゲート電極を
シリサイド化して低抵抗化を図るというような低抵抗化
のための工程がさらに必要となり、工程数が多くなって
しまう。
However, if impurity ions are implanted into the polysilicon gate electrode at the same time as forming the source and drain, the impurity concentration (implantation amount) of the polysilicon gate electrode is determined by the amount of impurity implanted into the source and drain, which is determined by the transistor characteristics. be done. The amount of impurity implanted into the source/drain is approximately 1×10 15 to 5×10 15 /cm 2 . With such an implantation amount, the polysilicon gate electrode becomes highly resistive. Therefore, in order to lower the resistance of the polysilicon gate electrode, an additional step is required to lower the resistance, such as siliciding the polysilicon gate electrode to lower the resistance, resulting in an increase in the number of steps.

【0005】ポリシリコンゲート電極に十分な不純物を
導入して低抵抗化を図ろうとすると、ソース・ドレイン
の形成工程とは別のイオン注入工程を設け、ポリシリコ
ン膜をパターン化する前にNチャネル領域とPチャネル
領域にそれぞれ別工程でポリシリコン膜に不純物を導入
する方法も行なわれている。
In order to lower the resistance by introducing sufficient impurities into the polysilicon gate electrode, an ion implantation process separate from the source/drain formation process is required, and the N-channel There is also a method of introducing impurities into the polysilicon film in separate steps for the region and the P channel region.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】パターン化される前の
ポリシリコン膜にN型不純物とP型不純物を別個に注入
する方法では、それぞれの注入イオン種を打ち分けるた
めのレジストパターンを形成しなければならず、そのた
め2回の写真製版工程が必要となる。
[Problems to be Solved by the Invention] In the method of separately implanting N-type impurities and P-type impurities into a polysilicon film before patterning, a resist pattern must be formed to separate the implanted ion species. Therefore, two photolithography steps are required.

【0007】また、2回の写真製版工程で不純物イオン
注入領域を形成すると、N型不純物を注入するためのレ
ジストパターンを形成する写真製版と、P型不純物を注
入するためのレジストパターンを形成する写真製版との
間にアライメントのずれが生じた場合には、ポリシリコ
ンゲート電極としたときにN型領域とP型領域の境界付
近に不純物イオンが注入されない領域が生じることにな
り、信号の高速伝播を行なわせる際に大きな障害となる
[0007] Furthermore, when an impurity ion implantation region is formed by two photolithography processes, a photolithography process is performed to form a resist pattern for implanting N-type impurities, and a resist pattern for implanting P-type impurities is formed. If a misalignment occurs between the photolithography and the polysilicon gate electrode, there will be a region where impurity ions are not implanted near the boundary between the N-type region and the P-type region, resulting in a high-speed signal. This poses a major obstacle to propagation.

【0008】本発明はソース・ドレインの形成工程とは
別工程でポリシリコン膜にN型不純物とP型不純物を十
分な濃度になるように、しかもアライメントずれに起因
する上記の信号伝播速度に関する問題のない方法を提供
することを目的とするものである。
[0008] The present invention provides a method for adding N-type impurities and P-type impurities to a polysilicon film at a sufficient concentration in a process separate from the source/drain forming process, and also solves the above-mentioned problem regarding signal propagation speed caused by misalignment. The purpose is to provide a method that does not require

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明はポリシリコンゲ
ート電極を形成するために、以下の工程(A)から(F
)を含んでいる。(A)ゲート酸化膜形成工程まで完了
した半導体ウエハ表面全面にポリシリコン膜を形成する
工程、(B)第1導電チャネル型素子形成領域を露出さ
せるレジストパターンを形成する写真製版工程、(C)
露出したポリシリコン膜に前記レジストパターンをマス
クとして第1導電型不純物を注入するイオン注入工程、
(D)前記レジストパターンを除去した後、酸化性雰囲
気中で熱処理を施してポリシリコン膜の不純物イオン注
入領域には厚い酸化膜、不純物イオン非注入領域にはそ
れより薄い酸化膜を形成する酸化工程、(E)前記厚い
酸化膜をマスクとして薄い酸化膜が形成されている第2
導電チャネル型素子形成領域のポリシリコン膜に第2導
電型不純物を注入するイオン注入工程、(F)ポリシリ
コン膜上の酸化膜を除去した後、写真製版とエッチング
によりポリシリコンゲート電極を形成する工程。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides steps (A) to (F) for forming a polysilicon gate electrode.
). (A) Step of forming a polysilicon film on the entire surface of the semiconductor wafer which has been completed up to the step of forming gate oxide film, (B) Photolithography step of forming a resist pattern to expose the first conductive channel type element formation region, (C)
an ion implantation step of implanting a first conductivity type impurity into the exposed polysilicon film using the resist pattern as a mask;
(D) After removing the resist pattern, heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to form a thick oxide film in the impurity ion implanted region of the polysilicon film and a thinner oxide film in the impurity ion non-implanted region. Step (E) A second step in which a thin oxide film is formed using the thick oxide film as a mask.
Ion implantation step of implanting a second conductivity type impurity into the polysilicon film in the conductive channel type element formation region, (F) After removing the oxide film on the polysilicon film, a polysilicon gate electrode is formed by photolithography and etching. Process.

【0010】0010

【実施例】図1により一実施例を説明する。 (A)従来の方法により、P型シリコン基板1にN型ウ
エル2を形成した後、LOCOS法などによりフィール
ド酸化膜3を形成して素子分離を行なう。
[Embodiment] An embodiment will be explained with reference to FIG. (A) After an N-type well 2 is formed in a P-type silicon substrate 1 by a conventional method, a field oxide film 3 is formed by a LOCOS method or the like to perform element isolation.

【0011】次に、ゲート酸化膜4を形成し、しきい値
電圧制御のためのイオン注入などを行ない、全面にポリ
シリコン膜5をCVD法などにより3000〜5000
Åの厚さに堆積する。
Next, a gate oxide film 4 is formed, ions are implanted to control the threshold voltage, and a polysilicon film 5 is formed on the entire surface with a thickness of 3,000 to 5,000 by CVD.
Deposit to a thickness of Å.

【0012】(B)ポリシリコン膜5上にフォトレジス
ト膜6を形成し、写真製版によりパターン化を施して、
N型ウエル2上のポリシリコン膜5をフォトレジスト膜
6で被う。
(B) A photoresist film 6 is formed on the polysilicon film 5 and patterned by photolithography.
Polysilicon film 5 on N-type well 2 is covered with photoresist film 6.

【0013】このフォトレジスト膜6をマスクとしてリ
ンなどのN型不純物イオン7を注入する。このときのド
ーズ量は1×1016/cm2台であり、注入エネルギ
ーはその不純物が基板に到達しない程度の大きさに設定
する。フォトレジスト膜6が形成されていない領域はN
MOSトランジスタが形成されるNチャネル領域であり
、このイオン注入によってNチャネル領域のポリシリコ
ン膜5にはN型不純物が注入される。
Using this photoresist film 6 as a mask, N-type impurity ions 7 such as phosphorus are implanted. The dose at this time is on the order of 1.times.10.sup.16/cm.sup.2, and the implantation energy is set to such a level that the impurity does not reach the substrate. The area where the photoresist film 6 is not formed is N.
This is an N-channel region where a MOS transistor is formed, and by this ion implantation, N-type impurities are implanted into the polysilicon film 5 in the N-channel region.

【0014】(C)フォトレジスト膜6を除去した後、
酸素雰囲気中、920℃程度で30〜60分間熱処理を
施してドライブを行なう。これにより、不純物が注入さ
れた側のポリシリコン膜5は増速酸化されて1000〜
2000Åの酸化膜8が形成され、一方不純物の注入さ
れていない側のポリシリコン膜5には150〜250Å
程度の薄い酸化膜8aが形成される。
(C) After removing the photoresist film 6,
Driving is performed by performing heat treatment at about 920° C. for 30 to 60 minutes in an oxygen atmosphere. As a result, the polysilicon film 5 on the side into which the impurities have been implanted is oxidized at an increased rate of 1000~
An oxide film 8 with a thickness of 2000 Å is formed, while a polysilicon film 5 with a thickness of 150 to 250 Å is formed on the side where impurities are not implanted.
A relatively thin oxide film 8a is formed.

【0015】この状態で、ボロンなどのP型不純物イオ
ン9を注入する。このときのドーズ量は1×1016/
cm2台で、注入エネルギーは注入された不純物が厚い
酸化膜8を通過しないが、薄い酸化膜8aを通過してポ
リシリコン膜5に到達し、かつ基板に突き抜けない程度
に設定する。これにより、N型ウエル2上のポリシリコ
ン膜5、すなわち、PMOSトランジスタが形成される
Pチャネル領域のポリシリコン膜5にはP型不純物が注
入される。
In this state, P-type impurity ions 9 such as boron are implanted. The dose amount at this time is 1×1016/
The implantation energy is set to be on the order of cm2, so that the implanted impurity does not pass through the thick oxide film 8, but reaches the polysilicon film 5 through the thin oxide film 8a, and does not penetrate into the substrate. As a result, P-type impurities are implanted into the polysilicon film 5 on the N-type well 2, that is, the polysilicon film 5 in the P channel region where the PMOS transistor is formed.

【0016】(D)920℃で30分間程度の熱処理を
施してドライブを行なった後、ポリシリコン膜上の酸化
膜8,8aを全面除去する。その後、通常の工程に従っ
て写真製版とエッチングによりポリシリコン膜をパター
ン化し、ゲート電極10,11を形成する。これにより
、Nチャネル領域のゲート電極10には所望の濃度に設
定されたN型不純物が導入され、Pチャネル領域のゲー
ト電極11にも所望の濃度に設定されたP型不純物が導
入される。
(D) After performing a heat treatment at 920° C. for about 30 minutes and driving, the oxide films 8 and 8a on the polysilicon film are completely removed. Thereafter, the polysilicon film is patterned by photolithography and etching according to the usual process, and gate electrodes 10 and 11 are formed. As a result, an N-type impurity set at a desired concentration is introduced into the gate electrode 10 in the N-channel region, and a P-type impurity set at a desired concentration is introduced into the gate electrode 11 in the P-channel region.

【0017】その後、ソース・ドレインを形成し、層間
絶縁膜を形成し、コンタクトホールを形成し、メタル配
線を形成し、パッシベーション膜を形成したり、さらに
多層配線を形成するなど、通常の方法に従ってCMOS
半導体装置を完成させる。
[0017] After that, according to the usual method, sources and drains are formed, an interlayer insulating film is formed, contact holes are formed, metal wiring is formed, a passivation film is formed, and multilayer wiring is further formed. CMOS
Complete the semiconductor device.

【0018】実施例は一例として本発明をP型基板−N
型ウエルのCMOS半導体装置に適用した例を示してい
るが、本発明はN型基板−P型ウエル、P型基板−ツイ
ンタブ、及びN型基板−ツインタブのCMOS半導体装
置にも適用することができる。
[0018] As an example, the present invention will be described with reference to a P-type substrate-N.
Although an example is shown in which the present invention is applied to a type well CMOS semiconductor device, the present invention can also be applied to N-type substrate-P-type well, P-type substrate-twin tub, and N-type substrate-twin tub CMOS semiconductor devices. .

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明ではポリシリコンゲート電極のパ
ターン化の前にポリシリコン膜にP型不純物とN型不純
物を注入するため、ソース・ドレインとポリシリコンゲ
ート電極とで不純物濃度プロファイルや注入量(濃度)
を独立に制御することができ、ポリシリコンゲート電極
の低抵抗化のためのポリサイドを形成する工程などが不
要となり、高性能CMOSの製造が容易になる。
Effects of the Invention In the present invention, since P-type impurities and N-type impurities are implanted into the polysilicon film before patterning the polysilicon gate electrode, the impurity concentration profile and implantation amount can be changed between the source/drain and the polysilicon gate electrode. (concentration)
can be controlled independently, eliminating the need for a step of forming polycide to lower the resistance of the polysilicon gate electrode, and making it easier to manufacture high-performance CMOS.

【0020】また、ポリシリコン膜にP型不純物とN型
不純物を注入する際、一方の不純物注入領域のポリシリ
コン膜を増速酸化して厚い酸化膜を形成し、その厚い酸
化膜を他方の不純物注入の際のマスクに用いるため、セ
ルフアラインで不純物注入を行なうことができてアライ
メント精度がよくなり、微細ゲート長さをもつCMOS
の信号伝播速度を高めて高性能化を図ることができる。
Furthermore, when implanting P-type impurities and N-type impurities into a polysilicon film, the polysilicon film in one impurity implanted region is oxidized at an accelerated rate to form a thick oxide film, and the thick oxide film is then transferred to the other region. Since it is used as a mask during impurity implantation, impurity implantation can be performed in self-alignment, improving alignment accuracy and creating CMOS with fine gate length.
It is possible to improve performance by increasing the signal propagation speed.

【0021】また、ポリシリコン膜への不純物注入の写
真製版が1回ですむため、少ない工程数ですますことが
できる。
Furthermore, since photolithography for implanting impurities into the polysilicon film only needs to be performed once, the number of steps can be reduced.

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

【図1】一実施例を示す工程断面図である。FIG. 1 is a process sectional view showing an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    P型シリコン基板 2    N型ウエル 4    ゲート酸化膜 5    ポリシリコン膜 6    フォトレジスト 7    リンイオン 8    厚い酸化膜 8a  薄い酸化膜 9    ボロンイオン 1 P-type silicon substrate 2 N type well 4 Gate oxide film 5 Polysilicon film 6 Photoresist 7 Phosphorus ion 8 Thick oxide film 8a Thin oxide film 9 Boron ion

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  以下の工程(A)から(F)を含んで
ポリシリコンゲート電極を形成する方法を備えたCMO
S半導体装置の製造方法。 (A)ゲート酸化膜形成工程まで完了した半導体ウエハ
表面全面にポリシリコン膜を形成する工程、(B)第1
導電チャネル型素子形成領域を露出させるレジストパタ
ーンを形成する写真製版工程、(C)露出したポリシリ
コン膜に前記レジストパターンをマスクとして第1導電
型不純物を注入するイオン注入工程、 (D)前記レジストパターンを除去した後、酸化性雰囲
気中で熱処理を施してポリシリコン膜の不純物イオン注
入領域には厚い酸化膜、不純物イオン非注入領域にはそ
れより薄い酸化膜を形成する酸化工程、(E)前記厚い
酸化膜をマスクとして薄い酸化膜が形成されている第2
導電チャネル型素子形成領域のポリシリコン膜に第2導
電型不純物を注入するイオン注入工程、(F)ポリシリ
コン膜上の酸化膜を除去した後、写真製版とエッチング
によりポリシリコンゲート電極を形成する工程。
Claim 1: A CMO comprising a method for forming a polysilicon gate electrode, including the following steps (A) to (F):
S semiconductor device manufacturing method. (A) Step of forming a polysilicon film on the entire surface of the semiconductor wafer that has been completed up to the gate oxide film forming step, (B) First
a photolithography process of forming a resist pattern that exposes a conductive channel type element forming region; (C) an ion implantation process of implanting a first conductivity type impurity into the exposed polysilicon film using the resist pattern as a mask; (D) the resist. After removing the pattern, an oxidation process is performed in which heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to form a thick oxide film in the impurity ion implanted region of the polysilicon film and a thinner oxide film in the impurity ion non-implanted region, (E) A second layer on which a thin oxide film is formed using the thick oxide film as a mask.
Ion implantation step of implanting second conductivity type impurities into the polysilicon film in the conductive channel type element formation region, (F) After removing the oxide film on the polysilicon film, forming a polysilicon gate electrode by photolithography and etching. Process.
JP2416567A 1990-12-27 1990-12-27 Manufacture of cmos semiconductor device Pending JPH04230023A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6043541A (en) * 1996-01-16 2000-03-28 Micron Technology, Inc. Bipolar-CMOS (BiCMOS) process for fabricating integrated circuits

Cited By (2)

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US6043541A (en) * 1996-01-16 2000-03-28 Micron Technology, Inc. Bipolar-CMOS (BiCMOS) process for fabricating integrated circuits
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