JPH04276655A - Cmos半導体装置の製造方法 - Google Patents

Cmos半導体装置の製造方法

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JPH04276655A
JPH04276655A JP3062517A JP6251791A JPH04276655A JP H04276655 A JPH04276655 A JP H04276655A JP 3062517 A JP3062517 A JP 3062517A JP 6251791 A JP6251791 A JP 6251791A JP H04276655 A JPH04276655 A JP H04276655A
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JP
Japan
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type
gate electrode
well
oxide film
implanted
Prior art date
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Withdrawn
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JP3062517A
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English (en)
Inventor
Shinji Kaneko
新二 金子
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04276655A publication Critical patent/JPH04276655A/ja
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造方
法に関し、特にCMOSFETを有する半導体装置の製
造方法に関するものである。
【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
ル型となるのが通常である。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。このた
め、例えばIEDM technical diges
t, p252 〜255,1986 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知ら
れている。
【0003】次にこのような半導体装置の製造方法につ
いて図8〜図16を用いて説明する。まず図8に示すよ
うに、半導体基板101 にNウェル102 とPウェ
ル103 とフィールド酸化膜104 及びゲート酸化
膜105 を形成する。 次に図9に示すように、多結晶シリコン106 を化学
気相成長法によって堆積し、Pウェル103 の領域に
形成したレジストパターン107 をマスクとしてボロ
ンをイオン注入して、Nウェル102の上部の多結晶シ
リコン106 をP型にドープする。次に図10に示す
ように、Nウェル102 の領域に形成したレジストパ
ターン108 をマスクとして砒素をイオン注入して、
Pウェル103 の上部の多結晶シリコン106 をN
型にドープする。次に図11に示すように全面に化学気
相成長法によってシリコン酸化膜109 を堆積し、ゲ
ート電極を形成する領域にレジストパターン110 を
形成する。次に図12に示すようにレジストパターン1
10 をマスクとして、シリコン酸化膜109 と多結
晶シリコン106 を順次反応性イオンエッチングによ
って、ゲート電極 106′及びその上部のシリコン酸
化膜 109′を残して他の部分をエッチングする。
【0004】次に図13に示すように、Nウェル102
 の領域に形成したレジストパターン111とフィール
ド酸化膜104 及びゲート電極 106′とその上部
のシリコン酸化膜 109′をマスクとして低濃度のリ
ンをイオン注入し、N型低濃度ソース・ドレイン領域1
12 を形成する。次に図14に示すように、Pウェル
103 の領域に形成したレジストパターン113 と
フィールド酸化膜104 及びゲート電極 106′と
その上部のシリコン酸化膜 109′をマスクとして高
濃度のBF2 をイオン注入し、P型高濃度ソース・ド
レイン領域114 を形成する。この際、BF2 のイ
オン注入時の加速エネルギーを小さく設定することによ
って、ゲート電極上部のシリコン酸化膜 109′をマ
スクとして、ゲート電極 106′を形成している多結
晶シリコンへのBF2 の注入を防ぐことができる。次
に図15に示すように、化学気相成長法によって第2の
シリコン酸化膜115 を堆積する。次に図16に示す
ように、反応性イオンエッチングによって第2のシリコ
ン酸化膜115 をエッチバックして側壁 115′を
残して他の部分を除去し、更にNウェル102 の領域
に形成したレジストパターン116とフィールド酸化膜
104 及びゲート電極 106′とその上部のシリコ
ン酸化膜 109′と側壁 115′をマスクとして高
濃度の砒素をイオン注入し、N型高濃度ソース・ドレイ
ン領域117 を形成する。後は通常の層間絶縁膜及び
配線層の形成工程によって半導体装置を完成させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの製造
方法では、多結晶シリコン106 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
領域の打ち分けに、合計4回のレジストパターン形成工
程を要するため、従来のゲート電極にN型多結晶シリコ
ンを用いた場合と比較して、工程数が著しく増大する。
【0006】このため、ゲート電極への不純物の導入を
ソース・ドレイン領域形成時のイオン注入によって行う
方法が考えられるが、この場合、NチャネルMOSFE
Tについては特に問題はない。ところが、P型ソース・
ドレイン拡散領域のイオン注入には、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、
このBF2 がゲート電極に注入される場合、不純物の
活性化のための熱工程において、BF2 の中に含まれ
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進入す
るため反転電圧が変動するといった問題点がある。
【0007】また、N型の高濃度不純物に通常用いられ
る砒素はP型不純物のボロンと比べて拡散係数が小さい
ので、活性化のための熱処理による接合深さはN型ソー
ス・ドレイン拡散領域の方が浅くなる。このため、微細
なCMOSデバイスにおいてパンチスルー防止するため
にP型ソース・ドレイン拡散領域の接合深さを浅くした
場合、N型ソース・ドレイン拡散領域の接合深さが非常
に浅くなるため、金属配線層とのコンタクト部における
接合の突き抜けや信頼性の低下といった問題を引き起こ
す。ここでN型の高濃度不純物としてリンを単一で用い
ることは、リンがボロンよりも更に拡散係数が大きく、
高濃度の浅い接合を形成することが困難であるため、微
細なCMOSデバイスには適さない。
【0008】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、少ない工程数で、反転電圧が安定しており、金属
配線層とのコンタクト部における接合の突き抜けや信頼
性の低下といった問題点のないP型ゲート電極を有する
CMOS半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明は、P型半導体領域とN型半導体領域を有す
る半導体基板にゲート酸化膜を介して多結晶シリコンよ
りなるゲート電極を形成する工程と、前記半導体基板全
面にリンをイオン注入する工程と、前記N型半導体領域
に選択的に前記リンよりも多量の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と共にゲート
電極をP型にドープする工程と、前記P型半導体領域に
選択的に砒素をイオン注入してN型ソース・ドレイン領
域を形成すると共にゲート電極をN型にドープする工程
を含んで半導体装置を製造するものである。
【0010】
【作用】本発明の製造方法によれば、多結晶シリコンよ
りなるゲート電極を形成した半導体基板全面に対するリ
ンのイオン注入によって、BF2 のイオン注入により
形成されたP型ゲート電極におけるボロンの拡散が抑制
されるため、フッ素に起因したゲート酸化膜におけるボ
ロンの増速拡散による反転電圧の変動が防止され、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
を製造することができる。更にN型ソース・ドレイン領
域においてもリンのイオン注入によって、高濃度の砒素
により小さな層抵抗を得て、しかも比較的大きな接合深
さを有する拡散層を形成することができるので、微細な
CMOSデバイスにおいてパンチスルーを防止するため
にP型ソース・ドレイン拡散領域の接合深さを浅くした
場合であっても、金属配線層とN型ソース・ドレイン領
域のコンタクト部における接合の突き抜けや信頼性の低
下といった問題を引き起こすことがないCMOS半導体
装置を、比較的少ない工程数で製造することができる。
【0011】
【実施例】次に実施例について説明する。図1〜図7は
本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例を説明す
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とPウェル3とフィールド酸化
膜4及びゲート酸化膜5を形成する。次に図2に示すよ
うに、多結晶シリコン6を化学気相成長法によって堆積
し、ゲート電極を形成する領域にレジストパターン7を
形成する。次に図3に示すように、レジストパターン7
をマスクとして多結晶シリコン6を反応性イオンエッチ
ングによって、ゲート電極6′を残して他の部分をエッ
チングする。次に図4に示すように、Nウェル2の領域
に形成したレジストパターン8とフィールド酸化膜4及
びゲート電極6′をマスクとして、低濃度のリンをイオ
ン注入し、N型低濃度ソース・ドレイン領域9を形成す
る。
【0012】次に図5に示すように、Pウェル3の領域
に形成したレジストパターン10とフィールド酸化膜4
及びゲート電極6′をマスクとして、高濃度のBF2 
を例えば2.8E15/cm2 イオン注入し、P型高
濃度ソース・ドレイン領域11を形成すると共に、Nウ
ェルの領域のゲート電極6′をP型にドープする。次に
図6に示すように、化学気相成長法によってシリコン酸
化膜12を堆積する。次に図7に示すように、反応性イ
オンエッチングによってシリコン酸化膜12をエッチバ
ックして側壁12′を残して他の部分を除去し、ウェハ
ー全面に、リンを例えば6E14/cm2 イオン注入
する。そして更にNウェル2の領域に形成したレジスト
パターン13とフィールド酸化膜4及びゲート電極6′
と側壁12′をマスクとして、高濃度の砒素を例えば5
E15/cm2イオン注入し、N型高濃度ソース・ドレ
イン領域14を形成すると共に、Pウェル3の領域のゲ
ート電極6′をN型にドープする。
【0013】この後、熱処理によって注入された不純物
の活性化を行うが、P型ゲート電極においては熱処理に
先立って注入されたリンの作用によってボロンの拡散が
抑制されるため、フッ素に起因したゲート酸化膜中での
ボロンの増速拡散が制限され、安定した反転電圧を得る
ことができる。更にN型ソース・ドレイン領域14にお
いても熱処理に先立ってリンが注入されるため、砒素単
一の注入の場合よりも深い接合が得られるので、金属配
線層とN型ソース・ドレイン領域のコンタクト部におけ
る接合の突き抜けや信頼性の低下といった問題を引き起
こすことはない。後は通常の層間絶縁膜及び配線層の形
成工程によって半導体装置を完成させる。
【0014】なお本実施例においては、PチャネルMO
SFETをSD(single drain),Nチャ
ネルMOSFETにLDD構造を用いたCMOS半導体
装置の製造方法について示したが、両方をSDあるいは
LDD構造としたCMOS半導体装置の製造方法に対し
ても本発明を適用することができ、SD構造の場合には
、リンの全面注入工程はP型高濃度ソース・ドレイン領
域形成工程前に行っても同一の作用効果が得られる。ま
た本実施例においては、ゲート電極を多結晶シリコンの
単層で形成したものを示したが、高融点金属との多層膜
あるいはポリサイド構造又はサリサイド構造とした場合
に対しても適用可能である。
【0015】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明の方法によれば、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
備えたPチャネルMOSFETを含み、更に金属配線層
とN型ソース・ドレイン領域のコンタクト部における接
合の突き抜けや信頼性の低下といった問題を引き起こす
ことのないCMOS半導体装置を製造することができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るCMOS半導体装置の製造方法の
一実施例を説明するための製造工程を示す図である。
【図2】図1に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
【図3】図2に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
【図4】図3に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
【図5】図4に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
【図6】図5に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
【図7】図6に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
【図8】従来のCMOS半導体装置の製造方法の一例を
説明するための製造工程を示す図である。
【図9】図8に示した製造工程に続く製造工程を示す図
である。
【図10】図9に示した製造工程に続く製造工程を示す
図である。
【図11】図10に示した製造工程に続く製造工程を示
す図である。
【図12】図11に示した製造工程に続く製造工程を示
す図である。
【図13】図12に示した製造工程に続く製造工程を示
す図である。
【図14】図13に示した製造工程に続く製造工程を示
す図である。
【図15】図14に示した製造工程に続く製造工程を示
す図である。
【図16】図15に示した製造工程に続く製造工程を示
す図である。
【符号の説明】
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 6′  ゲート電極 7  レジストパターン 8  レジストパターン 9  N型低濃度ソース・ドレイン領域10  レジス
トパターン 11  P型高濃度ソース・ドレイン領域12  シリ
コン酸化膜 13  レジストパターン

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  P型半導体領域とN型半導体領域を有
    する半導体基板にゲート酸化膜を介して多結晶シリコン
    よりなるゲート電極を形成する工程と、前記半導体基板
    全面にリンをイオン注入する工程と、前記N型半導体領
    域に選択的に前記リンよりも多量の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と共にゲー
    ト電極をP型にドープする工程と、前記P型半導体領域
    に選択的に砒素をイオン注入してN型ソース・ドレイン
    領域を形成すると共にゲート電極をN型にドープする工
    程を含むことを特徴とするCMOS半導体装置の製造方
    法。
JP3062517A 1991-03-05 1991-03-05 Cmos半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH04276655A (ja)

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JP (1) JPH04276655A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6087225A (en) * 1998-02-05 2000-07-11 International Business Machines Corporation Method for dual gate oxide dual workfunction CMOS

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6087225A (en) * 1998-02-05 2000-07-11 International Business Machines Corporation Method for dual gate oxide dual workfunction CMOS

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19980514