JPH04259254A - Manufacture of cmos semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】この発明は、CMOS半導体装置
の製造方法に関し、特にP型多結晶シリコンのゲート電
極を有するPチャネルMOSFETを含むCMOS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 of manufacturing a CMOS semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a CMOS semiconductor device including a P-channel MOSFET having a gate electrode of P-type polycrystalline silicon.
【0002】0002
【従来の技術】従来のCMOS半導体装置では、Pチャ
ネル,NチャネルのいずれのMOSFETにおいても、
N型多結晶シリコンをゲート電極に用いるのが一般的で
あった。この場合PチャネルMOSFETにおいては、
回路動作上望ましい反転電圧を得るために、埋め込みチ
ャネル型とするのが通常である。しかしながら、埋め込
みチャネル型のデバイスはパンチスルーを起こし易く、
デバイスの微細化に対応するのが困難となっている。[Prior Art] In conventional CMOS semiconductor devices, both P-channel and N-channel MOSFETs
It has been common to use N-type polycrystalline silicon for the gate electrode. In this case, in the P-channel MOSFET,
In order to obtain an inversion voltage desirable for circuit operation, a buried channel type is usually used. However, embedded channel devices are prone to punch-through;
It is becoming difficult to respond to the miniaturization of devices.
【0003】このため、例えばIEDM techni
cal digest, p252, 1986 に示
されているように、ゲート電極にP型多結晶シリコンを
用いてPチャネルMOSFETを表面チャネル型とする
方法が提案されている。このとき、NチャネルMOSF
ETのゲート電極にはN型多結晶シリコンが用いられる
ので、P型多結晶シリコンゲート電極の形成には、多結
晶シリコンの成膜後、通常のフォト工程とイオン注入工
程によってP型とN型の不純物を打ち分け、その後でゲ
ート電極を加工し、これらのゲート電極をマスクとして
、それぞれイオン注入によってソース・ドレイン拡散層
を形成している。[0003] For this reason, for example, IEDM technology
Cal Digest, p. 252, 1986, a method has been proposed in which P-type polycrystalline silicon is used for the gate electrode to make the P-channel MOSFET a surface channel type. At this time, N-channel MOSF
Since N-type polycrystalline silicon is used for the gate electrode of ET, to form a P-type polycrystalline silicon gate electrode, after forming a film of polycrystalline silicon, P-type and N-type are separated by a normal photo process and ion implantation process. The impurities are separately implanted, and then the gate electrodes are processed. Using these gate electrodes as masks, source and drain diffusion layers are formed by ion implantation.
【0004】0004
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの方法
では、多結晶シリコンへのP型とN型の不純物の打ち分
けと、P型とN型のソース・ドレイン拡散層を形成する
ための不純物の打ち分けに、合計4回のレジストパター
ン形成工程を要するため、従来のN型多結晶シリコンの
ゲート電極を用いた場合と比較して工程数が著しく増大
する。また、P型ソース・ドレイン拡散層のイオン注入
には、特に微細なデバイスにおいてはドーパントとして
BF2 が用いられるが、これがゲート電極にも注入さ
れる場合、不純物の活性化のための熱工程において、B
F2 中に含まれるフッ素がゲート酸化膜中における多
結晶シリコンからのボロンの拡散を促進し、これがチャ
ネル領域に侵入するため、反転電圧が変動するといった
問題点があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in this method, P-type and N-type impurities are separately implanted into polycrystalline silicon, and impurities are implanted to form P-type and N-type source/drain diffusion layers. Since a total of four resist pattern forming steps are required for each step, the number of steps is significantly increased compared to the case where a conventional N-type polycrystalline silicon gate electrode is used. In addition, BF2 is used as a dopant for ion implantation of P-type source/drain diffusion layers, especially in micro devices, but when this is also implanted into the gate electrode, in the thermal process for activating the impurities, B
Fluorine contained in F2 promotes the diffusion of boron from polycrystalline silicon in the gate oxide film, and this intrudes into the channel region, resulting in a problem in that the inversion voltage fluctuates.
【0005】本発明は、従来のCMOS半導体装置の製
造方法における上記問題点を解消するためになされたも
ので、工程数が比較的少なく且つ反転電圧の変動がない
、P型多結晶シリコンによるゲート電極を有するPチャ
ネルMOSFETを含むCMOS半導体装置の製造方法
を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the conventional manufacturing method of CMOS semiconductor devices. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a CMOS semiconductor device including a P-channel MOSFET having an electrode.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、P型領域とN型領域を有する半
導体基板にゲート酸化膜を形成する工程と、該ゲート酸
化膜上に選択的に、下層を多結晶シリコンとする多層膜
を形成する工程と、前記多層膜をマスクとして前記N型
領域に選択的に高濃度のBF2 をイオン注入してP型
ソース・ドレイン領域を形成する工程と、前記多層膜の
上層部を選択的に除去する工程と、前記多層膜の下層部
をマスクとして前記P型領域に選択的に高濃度のN型不
純物をイオン注入してN型ソース・ドレイン領域を形成
する工程とを含む工程でCMOS半導体装置を製造する
ものである。[Means and Operations for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention provides a step of forming a gate oxide film on a semiconductor substrate having a P-type region and an N-type region, and a step of forming a gate oxide film on the gate oxide film. selectively forming a multilayer film with a lower layer made of polycrystalline silicon, and using the multilayer film as a mask, selectively ion-implanting high concentration BF2 into the N-type region to form a P-type source/drain region. selectively removing the upper layer of the multilayer film; and selectively implanting high concentration N-type impurities into the P-type region using the lower layer of the multilayer film as a mask to form an N-type source. - A CMOS semiconductor device is manufactured through a process including a process of forming a drain region.
【0007】このようなCMOS半導体装置の製造方法
においては、N型ソース・ドレイン領域の形成時に、そ
のゲート電極へのドープが同時に行われるため、N型ゲ
ート電極のドープのためにフォト工程とイオン注入工程
を必要としない。またP型ソース・ドレイン領域形成の
ためのBF2 のイオン注入時に、多層膜の上層部によ
りゲート電極となる多結晶シリコンにBF2 の注入が
阻止されるため、フッ素に起因したPチャネルMOSF
ETの反転電圧の変動が防止される。In this method of manufacturing a CMOS semiconductor device, when forming the N-type source/drain regions, the gate electrode is doped at the same time. No injection process required. Furthermore, when ion-implanting BF2 to form P-type source/drain regions, the upper layer of the multilayer film prevents BF2 from being implanted into the polycrystalline silicon that will become the gate electrode.
Fluctuations in the ET reversal voltage are prevented.
【0008】[0008]
【実施例】次に実施例について説明する。図1〜図5は
、本発明に係るCMOS半導体装置の製造方法の第1実
施例を説明するための製造工程図である。まず図1に示
すように、半導体基板1にNウェル2,Pウェル3,フ
ィールド酸化膜4,ゲート酸化膜5及びゲート電極とな
る多結晶シリコン6を形成する。更にPウェル3の領域
にレジストパターン7を形成し、ボロンをイオン注入す
ることでNウェル2の領域の多結晶シリコン6を選択的
にP型にドープする。次に図2に示すように、多結晶シ
リコン6上に極く薄い熱酸化膜8を形成し、更にその上
部にPSG(又はBPSG)膜9を形成し、続いてゲー
ト電極を形成する領域にレジストパターン10を形成す
る。[Example] Next, an example will be explained. 1 to 5 are manufacturing process diagrams for explaining a first embodiment of a method for manufacturing a CMOS semiconductor device according to the present invention. First, as shown in FIG. 1, an N well 2, a P well 3, a field oxide film 4, a gate oxide film 5, and polycrystalline silicon 6 which will become a gate electrode are formed on a semiconductor substrate 1. Further, a resist pattern 7 is formed in the P well 3 region, and boron ions are implanted to selectively dope the polycrystalline silicon 6 in the N well 2 region to P type. Next, as shown in FIG. 2, an extremely thin thermal oxide film 8 is formed on the polycrystalline silicon 6, and a PSG (or BPSG) film 9 is further formed on top of the thermal oxide film 8. A resist pattern 10 is formed.
【0009】次に図3に示すように、反応性イオンエッ
チングによってゲート電極となる領域に、PSG膜9′
と熱酸化膜8′と多結晶シリコン膜のゲート電極6′を
残して他の部分を除去した後、Pウェル3の領域にレジ
ストパターン11を形成し、BF2 をイオン注入して
P型ソース・ドレイン領域12を形成する。このとき、
BF2 を低加速エネルギーで注入することによって、
PSG膜9′がマスクとなり、ゲート電極6′にBF2
が注入されるのを防ぐことができる。Next, as shown in FIG. 3, a PSG film 9' is etched in the region that will become the gate electrode by reactive ion etching.
After removing the other parts except for the thermal oxide film 8' and the polycrystalline silicon film gate electrode 6', a resist pattern 11 is formed in the region of the P well 3, and BF2 is ion-implanted to form a P-type source. A drain region 12 is formed. At this time,
By injecting BF2 with low acceleration energy,
The PSG film 9' serves as a mask, and BF2 is applied to the gate electrode 6'.
can be prevented from being injected.
【0010】次に図4に示すように、ゲート電極6′上
のPSG膜9′を選択的に除去する。このとき、80℃
程度のアンモニア・過酸化水素水の混合液による通常の
洗浄工程によって、容易にPSG膜9′を選択的に除去
することができる。続いて図5に示すように、Nウェル
2の領域にレジストパターン13を形成し、砒素Asを
イオン注入してN型ソース・ドレイン領域14を形成す
る。このとき、Pウェル3上のゲート電極6′にも薄い
熱酸化膜8′を通して砒素が注入されるため、多結晶シ
リコンからなるゲート電極6′もN型にドープされる。
後は通常の層間絶縁膜及び配線層の形成工程を経てCM
OS半導体装置を完成させる。Next, as shown in FIG. 4, the PSG film 9' on the gate electrode 6' is selectively removed. At this time, 80℃
The PSG film 9' can be easily selectively removed by a normal cleaning process using a mixture of ammonia and hydrogen peroxide. Subsequently, as shown in FIG. 5, a resist pattern 13 is formed in the region of the N well 2, and arsenic As is ion-implanted to form an N-type source/drain region 14. At this time, since arsenic is also implanted into the gate electrode 6' on the P well 3 through the thin thermal oxide film 8', the gate electrode 6' made of polycrystalline silicon is also doped to be N-type. After that, the CM is processed through the usual interlayer insulating film and wiring layer formation process.
Complete the OS semiconductor device.
【0011】上記実施例では、本発明を単一構造のソー
ス・ドレインを有するMOSFETに適用した場合につ
いて述べたが、本発明をLDD構造のMOSFETに適
用した場合の第2実施例について図6〜図8を用いて説
明する。まず図1〜図3に示した第1実施例と同じ製造
工程によって、第1実施例と同様にNウェル2の領域に
P型ソース・ドレイン領域12を形成した後、図6に示
すように、Nウェル2の領域にレジストパターン21を
形成し、低濃度のリンをイオン注入してPウェル3の領
域にN型低濃度ソース・ドレイン領域22を形成する。
続いて図7に示すように、全面にCVDによるシリコン
酸化膜を形成し、これをエッチバックすることで側壁2
3を残して除去する。次に図8に示すように、ゲート電
極6′上のPSG膜9′を選択的に除去した後、Nウェ
ル2上にレジストパターン24を形成し、高濃度の砒素
をイオン注入してN型高濃度ソース・ドレイン領域25
を形成する。
このとき、Pウェル3上のゲート電極6′にも砒素が注
入されるため、このゲート電極6′もN型にドープされ
る。後は通常の層間絶縁膜及び配線層の形成工程を経て
CMOS半導体装置を完成させる。In the above embodiment, the case where the present invention was applied to a MOSFET having a single source/drain structure was described, but FIGS. This will be explained using FIG. First, by the same manufacturing process as in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, a P-type source/drain region 12 is formed in the N well 2 region as in the first embodiment, and then as shown in FIG. , a resist pattern 21 is formed in the N-well 2 region, and low-concentration phosphorus ions are implanted to form N-type low-concentration source/drain regions 22 in the P-well 3 region. Next, as shown in FIG. 7, a silicon oxide film is formed on the entire surface by CVD, and this is etched back to form the sidewall 2.
Remove all but 3. Next, as shown in FIG. 8, after selectively removing the PSG film 9' on the gate electrode 6', a resist pattern 24 is formed on the N well 2, and highly concentrated arsenic is ion-implanted to form an N-type High concentration source/drain region 25
form. At this time, since arsenic is also implanted into the gate electrode 6' on the P well 3, this gate electrode 6' is also doped to be N-type. After that, the CMOS semiconductor device is completed through the usual steps of forming an interlayer insulating film and a wiring layer.
【0012】上記各実施例によれば、P型ソース・ドレ
イン領域12の形成のためのBF2 のイオン注入工程
において、PSG膜9′によりBF2 がゲート電極6
′に注入されないので、フッ素に起因したボロンの増速
拡散が起こることがなく、したがってPチャネルMOS
FETの反転電圧が変動するといった問題点はなくなり
、更にN型ソース・ドレイン領域14,25の形成とN
型ゲート電極6′のドープが同時に行われるため、N型
ゲート電極6′のドープのためにレジストパターンを別
個に形成する必要はなくなる。According to each of the embodiments described above, in the ion implantation step of BF2 for forming the P-type source/drain region 12, BF2 is transferred to the gate electrode 6 by the PSG film 9'.
′, no accelerated diffusion of boron due to fluorine occurs, and therefore P-channel MOS
The problem of fluctuations in the inversion voltage of the FET is eliminated, and furthermore, the formation of N-type source/drain regions 14 and 25 and the N-type
Since the doping of the N-type gate electrode 6' is performed at the same time, there is no need to separately form a resist pattern for doping the N-type gate electrode 6'.
【0013】[0013]
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、比較的少ない工程数で、安定した反転
電圧を有するP型多結晶シリコンのゲート電極を有する
PチャネルMOSFETを含むCMOS半導体装置を容
易に製造することができる。[Effect of the invention] As explained above based on the embodiments,
According to the present invention, a CMOS semiconductor device including a P-channel MOSFET having a P-type polycrystalline silicon gate electrode having a stable inversion voltage can be easily manufactured with a relatively small number of steps.
【図1】本発明に係るCMOS半導体装置の製造方法の
第1実施例を説明するための製造工程を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process for explaining a first embodiment of a method for manufacturing a CMOS semiconductor device according to the present invention.
【図2】図1に示す製造工程に続く製造工程を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process following the manufacturing process shown in FIG. 1.
【図3】図2に示す製造工程に続く製造工程を示す図で
ある。3 is a diagram showing a manufacturing process following the manufacturing process shown in FIG. 2. FIG.
【図4】図3に示す製造工程に続く製造工程を示す図で
ある。4 is a diagram showing a manufacturing process following the manufacturing process shown in FIG. 3. FIG.
【図5】図4に示す製造工程に続く製造工程を示す図で
ある。5 is a diagram showing a manufacturing process following the manufacturing process shown in FIG. 4. FIG.
【図6】本発明の第2実施例を説明するための製造工程
を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a manufacturing process for explaining a second embodiment of the present invention.
【図7】図6に示す製造工程に続く製造工程を示す図で
ある。7 is a diagram showing a manufacturing process following the manufacturing process shown in FIG. 6. FIG.
【図8】図7に示す製造工程に続く製造工程を示す図で
ある。8 is a diagram showing a manufacturing process following the manufacturing process shown in FIG. 7. FIG.
1 半導体基板 2 Nウェル 3 Pウェル 4 フィールド酸化膜 5 ゲート酸化膜 6 多結晶シリコン 7 レジストパターン 8 熱酸化膜 9 PSG膜 10 レジストパターン 11 レジストパターン 12 P型ソース・ドレイン領域 13 レジストパターン 14 N型ソース・ドレイン領域 21 レジストパターン 22 N型低濃度ソース・ドレイン領域23 側壁 24 レジストパターン 1 Semiconductor substrate 2 N well 3 P well 4 Field oxide film 5 Gate oxide film 6 Polycrystalline silicon 7 Resist pattern 8 Thermal oxide film 9 PSG film 10 Resist pattern 11 Resist pattern 12 P-type source/drain region 13 Resist pattern 14 N-type source/drain region 21 Resist pattern 22 N-type low concentration source/drain region 23 Sidewall 24 Resist pattern
Claims (3)
板にゲート酸化膜を形成する工程と、該ゲート酸化膜上
に選択的に、下層を多結晶シリコンとする多層膜を形成
する工程と、前記多層膜をマスクとして前記N型領域に
選択的に高濃度のBF2 をイオン注入してP型ソース
・ドレイン領域を形成する工程と、前記多層膜の上層部
を選択的に除去する工程と、前記多層膜の下層部をマス
クとして前記P型領域に選択的に高濃度のN型不純物を
イオン注入してN型ソース・ドレイン領域を形成する工
程を含むことを特徴とするCMOS半導体装置の製造方
法。1. A step of forming a gate oxide film on a semiconductor substrate having a P-type region and an N-type region, and a step of selectively forming a multilayer film having a lower layer of polycrystalline silicon on the gate oxide film. , a step of selectively ion-implanting high concentration BF2 into the N-type region using the multilayer film as a mask to form a P-type source/drain region; and a step of selectively removing an upper layer of the multilayer film. , a CMOS semiconductor device comprising the step of selectively ion-implanting high concentration N-type impurities into the P-type region using the lower layer of the multilayer film as a mask to form N-type source/drain regions. Production method.
板にゲート酸化膜を形成する工程と、該ゲート酸化膜上
に選択的に、下層を多結晶シリコンとする多層膜を形成
する工程と、前記多層膜をマスクとして前記N型領域に
選択的に高濃度のBF2 をイオン注入してP型ソース
・ドレイン領域を形成する工程と、前記多層膜をマスク
として前記P型領域に選択的に低濃度のN型不純物をイ
オン注入してN型低濃度ソース・ドレイン領域を形成す
る工程と、前記多層膜に側壁を形成する工程と、前記多
層膜の上層部を選択的に除去する工程と、前記多層膜の
下層部及び前記側壁をマスクとして前記P型領域に選択
的に高濃度のN型不純物をイオン注入してN型高濃度ソ
ース・ドレイン領域を形成する工程を含むことを特徴と
するCMOS半導体装置の製造方法。2. A step of forming a gate oxide film on a semiconductor substrate having a P-type region and an N-type region, and a step of selectively forming a multilayer film having a lower layer of polycrystalline silicon on the gate oxide film. , using the multilayer film as a mask, selectively implanting high concentration BF2 into the N-type region to form a P-type source/drain region; and using the multilayer film as a mask, selectively implanting BF2 into the P-type region. a step of ion-implanting low concentration N-type impurities to form N-type low concentration source/drain regions; a step of forming sidewalls in the multilayer film; and a step of selectively removing an upper layer of the multilayer film. , comprising the step of selectively ion-implanting highly concentrated N-type impurities into the P-type region using the lower layer portion and the sidewalls of the multilayer film as masks to form N-type high-concentration source/drain regions. A method for manufacturing a CMOS semiconductor device.
SG又はBPSG膜であることを特徴とする請求項1又
は2記載のCMOS半導体装置の製造方法。3. At least the uppermost layer of the multilayer film is made of P.
3. The method of manufacturing a CMOS semiconductor device according to claim 1, wherein the film is an SG or BPSG film.
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---|---|---|---|
JP3040716A JPH04259254A (en) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | Manufacture of cmos semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP3040716A JPH04259254A (en) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | Manufacture of cmos semiconductor device |
Publications (1)
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JPH04259254A true JPH04259254A (en) | 1992-09-14 |
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JP3040716A Withdrawn JPH04259254A (en) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | Manufacture of cmos semiconductor device |
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JP (1) | JPH04259254A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0908947A2 (en) * | 1997-09-29 | 1999-04-14 | Matsushita Electronics Corporation | Method for fabricating semiconductor device with pMIS transistor |
-
1991
- 1991-02-14 JP JP3040716A patent/JPH04259254A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980514 |