JPH04359567A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH04359567A
JPH04359567A JP13495991A JP13495991A JPH04359567A JP H04359567 A JPH04359567 A JP H04359567A JP 13495991 A JP13495991 A JP 13495991A JP 13495991 A JP13495991 A JP 13495991A JP H04359567 A JPH04359567 A JP H04359567A
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JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
conductivity type
type well
gate
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP13495991A
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Japanese (ja)
Inventor
Kokichi Tanimoto
弘吉 谷本
Naoyuki Shigyo
直之 執行
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP13495991A priority Critical patent/JPH04359567A/en
Publication of JPH04359567A publication Critical patent/JPH04359567A/en
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a MOS semiconductor device wherein the effect of a channel depletion layer is reduced and a high driving capacity and a high-speed performance are realized. CONSTITUTION:A shallow p-type well 4 is formed in a region surrounded with an element isolation oxide film 2 on an n-type silicon substrate 1 and a gate electrode 8 is formed on this well 4 via a gate oxide film 7. second p-type wells 5 and 6 deeper than the well 4 are formed in the substrate surface, in which source and drain regions are formed, holding the electrode 8 between them and source and drain layers 9 and 10 are respectively formed by deposition on these wells 5 and 6 in a state that the layers 9 and 10 are isolated from the electrode 8 by an oxide film 11.

Description

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

[発明の目的] [Purpose of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、浅いウェル構造を持つ
MOS型の半導体装置とその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MOS type semiconductor device having a shallow well structure and a method for manufacturing the same.

【0002】0002

【従来の技術】MOS型集積回路は、素子の微細化によ
ってますます集積度向上が図られている。素子の微細化
は良く知られているようにスケーリング則に従って行わ
れているが、微細化によって素子特性上種々の問題が生
じている。
2. Description of the Related Art The degree of integration of MOS type integrated circuits has been increasingly improved by miniaturizing elements. As is well known, element miniaturization is carried out in accordance with the scaling law, but miniaturization causes various problems in terms of element characteristics.

【0003】第1の問題は、反転チャネル層のキャリア
移動度の低下、キャリア密度の低下が生じることである
。MOSFETでは、ゲートバイアス印加時、まず基板
に空乏層が拡がり、ゲートバイアスがある値になると反
転チャネルが形成されて素子はオンする。この時空乏層
内の空間電荷は、実効ゲート電界を強める働きをし、こ
れはチャネルのキャリア移動度を低下させる方向に働く
が、微細化した場合にも空乏層の拡がり方が変わらない
とすると、その効果が相対的に大きなものとなる。また
ゲートバイアスの一部は空乏層の形成に費やされるから
、スケーリング則によって基板の不純物濃度を高くする
と、基板内で反転チャネルにかかるゲート電界成分が減
少し、チャネル層のキャリア密度が低下する。これは、
MOSFETの駆動能力低下を引き起こす。
The first problem is that carrier mobility and carrier density in the inversion channel layer decrease. In a MOSFET, when a gate bias is applied, a depletion layer first expands in the substrate, and when the gate bias reaches a certain value, an inversion channel is formed and the device turns on. At this time, the space charge in the depletion layer works to strengthen the effective gate electric field, which works in the direction of reducing the carrier mobility of the channel. However, if the way the depletion layer spreads does not change even when miniaturized, , the effect will be relatively large. Furthermore, since a portion of the gate bias is spent on forming a depletion layer, when the impurity concentration of the substrate is increased according to the scaling law, the gate electric field component applied to the inversion channel in the substrate decreases, and the carrier density in the channel layer decreases. this is,
This causes a reduction in the driving ability of the MOSFET.

【0004】第2の問題は、寄生容量の増大による高速
性能の低下である。前述のようにスケーリング則によっ
て基板不純物濃度を高くすると、空乏層幅は小さくなり
、空乏層の持つ静電容量が相対的に大きくなる。
The second problem is a decrease in high-speed performance due to an increase in parasitic capacitance. As described above, when the substrate impurity concentration is increased according to the scaling law, the width of the depletion layer becomes smaller, and the capacitance of the depletion layer becomes relatively larger.

【0005】第3の問題は、サブスレッショルド電流の
増大である。サブスレッショルド電流は、空乏層幅およ
びチャネル長に依存するが、チャネル長が小さいMOS
FETではサブスレッショルド領域における電流のカッ
トオフ特性を表すSファクタ(=dVG /d log
  ID )が小さいものとなる。
The third problem is an increase in subthreshold current. The subthreshold current depends on the depletion layer width and channel length, but for MOS with small channel length,
For FETs, the S factor (=dVG /d log
ID) will be small.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のM
OSFETでは、微細化によって、ゲート部で基板内に
伸びる空乏層の影響が大きくなり、駆動能力の低下、高
速性能の低下、サブスレッショルド電流の増大といった
問題が生じている。
[Problem to be solved by the invention] As described above, the conventional M
In OSFETs, miniaturization has increased the influence of the depletion layer extending into the substrate at the gate portion, resulting in problems such as a decrease in drive capability, a decrease in high-speed performance, and an increase in subthreshold current.

【0007】本発明はこの様な点に鑑みなされたもので
、微細化したときにも高性能を発揮できるようにしたM
OS型の半導体装置とその製造方法を提供することを目
的とする。 [発明の構成]
[0007] The present invention was made in view of the above points, and is an M that can exhibit high performance even when miniaturized.
An object of the present invention is to provide an OS type semiconductor device and a method for manufacturing the same. [Structure of the invention]

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、第1導電型の半導体基板の素子分離絶縁膜で囲まれ
た素子形成領域に薄い第2導電型ウェルを有し、この第
2導電型ウェル表面ゲート絶縁膜を介してゲート電極が
形成され、このゲート電極を挟んでゲート電極とは絶縁
膜により分離された第1導電型のソース,ドレイン層が
堆積形成されている。
[Means for Solving the Problems] A semiconductor device according to the present invention has a thin second conductivity type well in an element formation region surrounded by an element isolation insulating film of a first conductivity type semiconductor substrate. A gate electrode is formed via a gate insulating film on the surface of the conductive well, and source and drain layers of a first conductive type separated from the gate electrode by an insulating film are deposited across the gate electrode.

【0009】本発明はこの様な構造において、第2導電
型ウェルのゲート電極下の部分の厚みをxj1、ゲート
電極に電圧を印加したときにゲート絶縁膜の界面から第
2導電型ウェル内に伸びる最大空乏層幅をWg 、基板
に電圧を印加したときに第2導電型ウェルと基板の接合
面から第2導電型ウェル側に伸びる最大空乏層幅をWs
 としたとき、 xj1<Wg +Ws を満たすように、第2導電型ウェルの厚みが設定される
In the present invention, in such a structure, the thickness of the portion of the second conductivity type well below the gate electrode is xj1, and when a voltage is applied to the gate electrode, the thickness of the second conductivity type well is The maximum depletion layer width that extends is Wg, and the maximum depletion layer width that extends from the junction surface of the second conductivity type well and the substrate to the second conductivity type well side when a voltage is applied to the substrate is Ws.
The thickness of the second conductivity type well is set so that xj1<Wg +Ws is satisfied.

【0010】本発明の方法は、上述のような半導体装置
を製造するに際して、第1導電型の半導体基板の素子分
離絶縁膜で囲まれた領域に第2導電型ウェルを形成する
工程と、この第2導電型ウェル表面にゲート絶縁膜を介
してゲート電極を形成する工程と、このゲート電極の側
壁に絶縁膜を形成した後、ゲート電極を挟んで第2導電
型ウェル表面に第1導電型のソース,ドレイン層を堆積
形成する工程とを備えたことを特徴とする。
The method of the present invention, when manufacturing a semiconductor device as described above, includes the steps of forming a second conductivity type well in a region surrounded by an element isolation insulating film of a first conductivity type semiconductor substrate; A step of forming a gate electrode on the surface of the second conductivity type well via a gate insulating film, and after forming an insulating film on the sidewalls of the gate electrode, a first conductivity type well is formed on the surface of the second conductivity type well with the gate electrode in between. The method is characterized by comprising a step of depositing source and drain layers.

【0011】[0011]

【作用】本発明によれば、ウェル構造のMOSFETに
おいて、第2導電型ウェルのゲート電極下の部分の厚み
を上述のように小さく設定することによって、ゲートバ
イアスにより活性層内に伸びる空乏層の伸び方が制限さ
れ、結果的にゲートバイアスが反転チャネルの形成に有
効に利用される。
[Operation] According to the present invention, in a MOSFET with a well structure, by setting the thickness of the portion of the second conductivity type well below the gate electrode to be small as described above, the depletion layer extending into the active layer due to gate bias is reduced. The extension is limited, and as a result, the gate bias is effectively used to form the inversion channel.

【0012】そしてこの空乏層の伸びの制限は、反転チ
ャネルのキャリア移動度の向上,キャリア密度の向上を
もたらし、これにより、微細MOSFETで高い駆動能
力と高速性能が得られる。また、ゲートバイアスによる
空乏層の伸びの制限は、サブスレッショルド電流の低減
につながり、MOSFETのカットオフ特性が向上する
。さらに反転チャネル下では、ゲートバイアスによりゲ
ート側から伸びる空乏層と基板バイアスによって基板側
から伸びる空乏層が容易に繋がるから、全体として空乏
層幅は大きいものとなり、したがって空乏層容量が低減
する。これも、MOSFETの高速性能の向上に繋がる
[0012] Limiting the extension of the depletion layer improves the carrier mobility and carrier density of the inversion channel, thereby providing a fine MOSFET with high driving ability and high-speed performance. Furthermore, limiting the extension of the depletion layer by the gate bias leads to a reduction in subthreshold current and improves the cutoff characteristics of the MOSFET. Further, under the inversion channel, the depletion layer extending from the gate side due to the gate bias and the depletion layer extending from the substrate side due to the substrate bias are easily connected, so the width of the depletion layer becomes large as a whole, and the depletion layer capacitance is reduced. This also leads to improvement in the high-speed performance of the MOSFET.

【0013】また、ソース,ドレイン層は第2導電型ウ
ェル内部ではなく、第2導電型ウェル上に形成されて、
実質的なリセスド・チャネル構造が得られる。特に、ソ
ース,ドレイン層の一部が素子分離絶縁膜上に延在する
ように形成すれば、ソース,ドレインのpn接合容量を
小さいものとすることができ、高速動作が可能になる。 更に、第2導電型ウェルのゲート電極下の部分の厚みに
対してソース,ドレイン層下の厚みを厚く設定すれば、
ドレインに電圧が印加されたときに基板との間でパンチ
スルーが生じるのを防止することができる。
Further, the source and drain layers are formed not inside the second conductivity type well but on the second conductivity type well,
A substantially recessed channel structure is obtained. In particular, if the source and drain layers are formed so that part of them extends over the element isolation insulating film, the pn junction capacitance of the source and drain can be made small, and high-speed operation becomes possible. Furthermore, if the thickness under the source and drain layers is set thicker than the thickness under the gate electrode of the second conductivity type well,
It is possible to prevent punch-through from occurring between the drain and the substrate when a voltage is applied to the drain.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0015】図1は、本発明の一実施例に係るMOSF
ETの断面構造である。n型シリコン基板1の素子分離
領域には、LOCOS法等によって素子分離酸化膜2が
形成され、素子分離酸化膜2の下にはp+ 型の反転防
止層3が形成されている。素子分離酸化膜2で囲まれた
素子形成領域の基板面には、チャネル領域部に浅いp型
ウェル4が形成され、これと連続してソース,ドレイン
領域部にはこれより深いp型ウェル5,6が形成されて
いる。
FIG. 1 shows a MOSF according to an embodiment of the present invention.
This is a cross-sectional structure of ET. An element isolation oxide film 2 is formed in the element isolation region of the n-type silicon substrate 1 by a LOCOS method or the like, and a p+ type anti-inversion layer 3 is formed under the element isolation oxide film 2. On the substrate surface of the element formation region surrounded by the element isolation oxide film 2, a shallow p-type well 4 is formed in the channel region, and a deeper p-type well 5 is formed in the source and drain regions continuously. , 6 are formed.

【0016】p型ウェル4の表面にゲート酸化膜7を介
してゲート電極8が形成されている。ゲート電極8を挟
んで、p型ウェル5,6上から素子分離酸化膜2上に延
在するようにn型のソース,ドレイン層9,10が堆積
形成されている。ここでは、ソース層9,ドレイン層1
0は、それぞれp型ウェル5,6上では単結晶シリコン
層91 ,101 であり、素子分離酸化膜2上ではこ
れらと連続する多結晶シリコン層92 ,102 とな
っている。これらソース,ドレイン層9,10からの固
相拡散によって、p型ウェル5,6表面に極く薄くn型
層12,13が形成されている。ゲート電極8とソース
層9,ドレイン層10との間は、ゲート電極8の側壁に
形成された酸化膜11によって電気的に分離されている
A gate electrode 8 is formed on the surface of the p-type well 4 with a gate oxide film 7 interposed therebetween. N-type source and drain layers 9 and 10 are deposited to extend from the p-type wells 5 and 6 onto the element isolation oxide film 2 with the gate electrode 8 in between. Here, source layer 9, drain layer 1
0 are monocrystalline silicon layers 91 and 101 on the p-type wells 5 and 6, respectively, and polycrystalline silicon layers 92 and 102 continuous thereon on the element isolation oxide film 2. By solid phase diffusion from these source and drain layers 9 and 10, extremely thin n-type layers 12 and 13 are formed on the surfaces of p-type wells 5 and 6. The gate electrode 8 and the source layer 9 and drain layer 10 are electrically isolated by an oxide film 11 formed on the sidewalls of the gate electrode 8.

【0017】ゲート,ソースおよびドレインが形成され
た基板上は、例えばCVD酸化膜16により覆われ、こ
れにコンタクト孔が開けられて、ソース,ドレイン電極
14,15が形成されている。
The substrate on which the gate, source, and drain are formed is covered with, for example, a CVD oxide film 16, contact holes are formed in this, and source and drain electrodes 14 and 15 are formed.

【0018】図2は、図1の要部を拡大して、各部の寸
法関係を示している。ゲート電極下のp型ウェル4の厚
みをxj1、ソース,ドレイン層9,10下のp型ウェ
ル5,6厚みをxj2として、この実施例では、xj1
<xj2              …(1)に設定
されている。
FIG. 2 is an enlarged view of the main parts of FIG. 1 to show the dimensional relationship of each part. In this embodiment, the thickness of the p-type well 4 under the gate electrode is xj1, and the thickness of the p-type wells 5 and 6 under the source and drain layers 9 and 10 is xj2.
<xj2...(1) is set.

【0019】図2のWg は、ゲート電極8にバイアス
を与えたときにゲート酸化膜7の界面からp型ウェル4
内に伸びる最大空乏層幅を示し、Ws は、基板1とp
型ウェル4の間にバイアスを印加した時にpn接合面か
らp型ウェル4側に伸びる最大空乏層幅を示している。 これらの空乏層幅との関係で上述の厚みxj1,xj2
は、次の条件式 xj1<Wg +Ws         …(2)を満
たすように設定されている。
Wg in FIG. 2 indicates that when a bias is applied to the gate electrode 8, the p-type well 4 is removed from the interface of the gate oxide film 7.
Indicates the maximum depletion layer width extending within the substrate 1 and p
It shows the maximum depletion layer width extending from the p-n junction surface to the p-type well 4 side when a bias is applied between the type wells 4. In relation to these depletion layer widths, the above-mentioned thicknesses xj1 and xj2
is set to satisfy the following conditional expression xj1<Wg +Ws (2).

【0020】更に、Wd はソース,ドレインに電圧を
印加した時にその下のp型ウェル5,6内にのびる最大
空乏層幅であり、これとの関係でp型ウェル5,6の厚
みxj2は、 xj2>Wd +Ws         …(3)を満
たすように設定されている。
Furthermore, Wd is the maximum depletion layer width that extends into the p-type wells 5 and 6 below when a voltage is applied to the source and drain, and in relation to this, the thickness xj2 of the p-type wells 5 and 6 is , xj2>Wd +Ws (3).

【0021】図3および図4は、この実施例によるMO
SFETの製造工程を示す。図3(a) に示すように
、n型シリコン基板1に周知のLOCOS工程によって
素子分離酸化膜2とその下にp+ 型反転防止層3とを
形成する。次いで、B+ のイオン注入によって第1の
p型ウェル4を形成する。その後、図3(b) に示す
ように、熱酸化により20nmのゲート酸化膜7を形成
した後、20nmのn型多結晶シリコン層を堆積しこれ
をパターニングしてゲート電極8を形成する。
FIGS. 3 and 4 show the MO according to this embodiment.
The manufacturing process of SFET is shown. As shown in FIG. 3A, an element isolation oxide film 2 and a p+ type inversion prevention layer 3 are formed on an n-type silicon substrate 1 by a well-known LOCOS process. Next, a first p-type well 4 is formed by B+ ion implantation. Thereafter, as shown in FIG. 3(b), a 20 nm thick gate oxide film 7 is formed by thermal oxidation, and then a 20 nm thick n-type polycrystalline silicon layer is deposited and patterned to form a gate electrode 8.

【0022】次に図3(c) に示すように、ゲート電
極8の周囲および基板露出面に酸化膜11を形成する。 そして、再度B+ のイオン注入を行って、基板面にゲ
ート電極8に自己整合された第2のp型ウェル5,6を
形成する。第2のp型ウェル5,6は、第1のp型ウェ
ル4と連続するが、かつ第1のp型ウェル4より深いも
のとする。
Next, as shown in FIG. 3(c), an oxide film 11 is formed around the gate electrode 8 and on the exposed surface of the substrate. Then, B+ ions are implanted again to form second p-type wells 5 and 6 self-aligned with the gate electrode 8 on the substrate surface. The second p-type wells 5 and 6 are continuous with the first p-type well 4 and are deeper than the first p-type well 4.

【0023】次に、図4(a) に示すように、ゲート
電極8の表面および基板面に形成された酸化膜11のう
ち、ゲート電極8の側壁部分の酸化膜を残して、異方性
エッチングによりエッチング除去する。そして、シリコ
ンのエピタキシャル成長を行い、p型ウェル5,6表面
にはn型の単結晶シリコン層91 ,101 を形成し
、素子分離酸化膜2上にはn型多結晶シリコン層92 
,102 を形成する。ゲート電極8上にも多結晶シリ
コン膜層21が成長する。これらシリコン層の厚みは、
ゲート電極8の厚みより小さく、例えば100nm程度
とする。これにより、ゲート電極8を挟んで、ソース層
9,ドレイン層10が自動的に分離されて形成される。 その後、900℃,30分の熱処理を行い、ソース層9
,ドレイン層10からの固相拡散によって、p型ウェル
5,6表面にごく薄くn型層12,13を形成する。
Next, as shown in FIG. 4(a), of the oxide film 11 formed on the surface of the gate electrode 8 and the substrate surface, the oxide film on the side walls of the gate electrode 8 is left, and an anisotropic film is formed. Remove by etching. Then, epitaxial growth of silicon is performed to form n-type single crystal silicon layers 91 and 101 on the surfaces of the p-type wells 5 and 6, and an n-type polycrystalline silicon layer 92 on the element isolation oxide film 2.
, 102 are formed. A polycrystalline silicon film layer 21 is also grown on the gate electrode 8 . The thickness of these silicon layers is
The thickness is smaller than the thickness of the gate electrode 8, for example, about 100 nm. As a result, the source layer 9 and the drain layer 10 are automatically separated and formed with the gate electrode 8 in between. After that, heat treatment was performed at 900°C for 30 minutes, and the source layer 9
, very thin n-type layers 12 and 13 are formed on the surfaces of p-type wells 5 and 6 by solid phase diffusion from drain layer 10.

【0024】次に、図4(b) に示すように、写真蝕
刻工程によりフォトレジスト・パターン22を形成し、
これをマスクとして用いて、ゲート電極8上の多結晶シ
リコン膜21をエッチング除去する。
Next, as shown in FIG. 4(b), a photoresist pattern 22 is formed by a photolithography process.
Using this as a mask, the polycrystalline silicon film 21 on the gate electrode 8 is etched away.

【0025】そしてフォトレジスト・パターン22を除
去した後、図1に示すように、CVD法により酸化膜1
6を堆積し、コンタクト孔開けを行い、Al 膜の堆積
,パターニングを経てソース,ドレイン電極14,15
を形成する。
After removing the photoresist pattern 22, as shown in FIG.
6 is deposited, contact holes are made, and source and drain electrodes 14 and 15 are formed through deposition and patterning of an Al film.
form.

【0026】この実施例によれば、条件式(1)(2)
に示すように、p型ウェル4の厚みを設定することで、
ゲートバイアスによりp型ウェル4内に伸びる空乏層の
伸び方が制限される。これにより、微細MOSFETで
の高い駆動能力と高速性能、さらに優れたカットオフ特
性が得られる。また所定の基板バイアスを与えれば、反
転チャネル下ではゲートバイアスによりゲート側から伸
びる空乏層と基板バイアスによって基板側から伸びる空
乏層が容易に繋がり、空乏層容量が小さいものとなる。
According to this embodiment, conditional expressions (1) and (2)
By setting the thickness of the p-type well 4 as shown in
The way the depletion layer extends into the p-type well 4 is restricted by the gate bias. As a result, high drive ability and high-speed performance in a fine MOSFET, as well as excellent cutoff characteristics can be obtained. Furthermore, if a predetermined substrate bias is applied, under the inversion channel, the depletion layer extending from the gate side due to the gate bias and the depletion layer extending from the substrate side due to the substrate bias are easily connected, and the depletion layer capacitance becomes small.

【0027】更に条件式(1),(3)に示すように、
ソース,ドレイン領域のp型ウェル5,6を厚みを設定
することによって、ドレイン領域と基板の間のパンチス
ルーが防止される。
Furthermore, as shown in conditional expressions (1) and (3),
By setting the thickness of the p-type wells 5 and 6 in the source and drain regions, punch-through between the drain region and the substrate is prevented.

【0028】図5および図6は、図1の構造を得る別の
実施例の製造工程である。図5(a)に示すように、ま
ず先の実施例と同様にして素子分離領域を形成し、第1
のp型ウェル4を形成した後、ゲート酸化膜7を形成し
、この上にゲート電極となる200nmの多結晶シリコ
ン膜80 と100nmの酸化膜23を順次形成する。 次いで、図5(b) に示すように、酸化膜23と多結
晶シリコン膜80 の積層膜をパターニングして、酸化
膜23で覆われた状態のゲート電極8を形成する。
FIGS. 5 and 6 show the manufacturing process of another embodiment to obtain the structure of FIG. As shown in FIG. 5(a), first, element isolation regions are formed in the same manner as in the previous embodiment, and the first
After forming a p-type well 4, a gate oxide film 7 is formed, and a 200 nm thick polycrystalline silicon film 80 and a 100 nm thick oxide film 23, which will become a gate electrode, are successively formed thereon. Next, as shown in FIG. 5(b), the laminated film of the oxide film 23 and the polycrystalline silicon film 80 is patterned to form the gate electrode 8 covered with the oxide film 23.

【0029】その後、図5(c) に示すように、ゲー
ト電極8の側壁および基板露出面に酸化膜11を形成す
る。 そしてイオン注入によって、ゲート電極8の両側に第2
のp型ウェル5,6を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 5(c), an oxide film 11 is formed on the side walls of the gate electrode 8 and the exposed surface of the substrate. Then, by ion implantation, a second layer is formed on both sides of the gate electrode 8.
p-type wells 5 and 6 are formed.

【0030】次に先の実施例と同様に、図6(a) に
示すように、ゲート電極8の表面および基板面に形成さ
れた酸化膜11のうち、ゲート電極8の側壁部分の酸化
膜を残して、異方性エッチングによりエッチング除去し
、シリコンのエピタキシャル成長を行って、p型ウェル
5,6表面にはn型の単結晶シリコン層91 ,101
 、素子分離酸化膜2上にはn型多結晶シリコン層92
 ,102 を形成する。ゲート電極8上にも多結晶シ
リコン膜層21が成長する。その後、900℃,30分
の熱処理を行い、ソース層9,ドレイン層10からの固
相拡散によって、p型ウェル5,6表面にごく薄くn型
層12,13を形成する。
Next, as in the previous embodiment, as shown in FIG. 6(a), of the oxide film 11 formed on the surface of the gate electrode 8 and the substrate surface, the oxide film on the side wall portion of the gate electrode 8 is removed. is removed by anisotropic etching, and silicon is epitaxially grown to form n-type single crystal silicon layers 91 and 101 on the surfaces of p-type wells 5 and 6.
, an n-type polycrystalline silicon layer 92 is formed on the element isolation oxide film 2.
, 102 are formed. A polycrystalline silicon film layer 21 is also grown on the gate electrode 8 . Thereafter, heat treatment is performed at 900° C. for 30 minutes to form very thin n-type layers 12 and 13 on the surfaces of p-type wells 5 and 6 by solid phase diffusion from source layer 9 and drain layer 10.

【0031】そして、図6(b) に示すように、写真
蝕刻工程によりフォトレジスト・パターン22を形成し
、これをマスクとして用いて、ゲート電極8上の多結晶
シリコン膜21をエッチング除去する。
Then, as shown in FIG. 6B, a photoresist pattern 22 is formed by a photolithography process, and using this as a mask, the polycrystalline silicon film 21 on the gate electrode 8 is etched away.

【0032】その後フォトレジスト・パターン22を除
去した後、図1に示すように、CVD法により酸化膜1
6を堆積し、コンタクト孔開けを行い、Al 膜の堆積
,パターニングを経てソース,ドレイン電極14,15
を形成する。
After removing the photoresist pattern 22, as shown in FIG.
6 is deposited, contact holes are made, and source and drain electrodes 14 and 15 are formed through deposition and patterning of an Al film.
form.

【0033】この実施例の方法によれば、ソース,ドレ
イン領域にp型ウェル5,6をイオン注入により形成す
る工程で、同時にゲート電極8にp型不純物がドープさ
れるのが防止される。この実施例によっても、先の実施
例と同様の優れた特性を持つMOSFETが得られる。
According to the method of this embodiment, in the process of forming p-type wells 5 and 6 in the source and drain regions by ion implantation, doping of p-type impurities into gate electrode 8 is simultaneously prevented. This embodiment also provides a MOSFET with excellent characteristics similar to those of the previous embodiment.

【0034】図7は、同様の素子を得るさらに別の製造
工程例である。先の実施例と同様に素子分離領域の形成
、p型ウェル4の形成、ゲート酸化膜7の形成工程を経
た後、図7(a) に示すように、多結晶シリコンによ
るゲート電極8とその上に高融点金属シリサイド膜(例
えば、タングステン・シリサイド膜)24が積層された
構造を形成する。これは、多結晶シリコン層と高融点金
属を連続的に堆積し、これらの積層膜をパターニングす
ることにより得られる。その後、ゲート電極8の側壁お
よび基板露出面には酸化膜11を形成する。
FIG. 7 shows yet another example of a manufacturing process for obtaining a similar device. After passing through the steps of forming an element isolation region, forming a p-type well 4, and forming a gate oxide film 7 in the same way as in the previous embodiment, a gate electrode 8 made of polycrystalline silicon and its gate electrode 8 are formed, as shown in FIG. 7(a). A structure is formed in which a high melting point metal silicide film (for example, a tungsten silicide film) 24 is laminated thereon. This can be obtained by successively depositing a polycrystalline silicon layer and a high melting point metal, and patterning these laminated films. Thereafter, an oxide film 11 is formed on the side walls of the gate electrode 8 and the exposed surface of the substrate.

【0035】その後、図7(b) に示すように、シリ
コンのエピタキシャル成長を行って、ソース,ドレイン
層9,10を形成する。そして図7(c)に示すように
、フォトレジスト・パターン22を形成して、これをマ
スクとしてゲート電極8上の多結晶シリコン膜層21お
よびシリサイド膜24をエッチング除去する。その後は
先の実施例と同様である。
Thereafter, as shown in FIG. 7(b), silicon is epitaxially grown to form source and drain layers 9 and 10. Then, as shown in FIG. 7C, a photoresist pattern 22 is formed, and using this as a mask, the polycrystalline silicon film layer 21 and silicide film 24 on the gate electrode 8 are etched away. The rest is the same as in the previous embodiment.

【0036】この実施例によれば、ゲート電極8上の不
要な多結晶シリコン層21のエッチングに際して、シリ
サイド膜24がストッパとなり、ゲート電極8の膜減り
が防止される。この実施例によっても、先の実施例と同
様の優れた特性を持つMOSFETが得られる。図8は
、ソース層31,ドレイン層32をエピタキシャル成長
ではなく、CVD等による多結晶シリコン層を用いて形
成した実施例である。
According to this embodiment, when unnecessary polycrystalline silicon layer 21 on gate electrode 8 is etched, silicide film 24 serves as a stopper, and film reduction of gate electrode 8 is prevented. This embodiment also provides a MOSFET with excellent characteristics similar to those of the previous embodiment. FIG. 8 shows an example in which the source layer 31 and the drain layer 32 are formed not by epitaxial growth but by using polycrystalline silicon layers by CVD or the like.

【0037】図9はこの実施例の構造を得るための製造
工程である。図9(a) は、図5の実施例と同様の工
程で、図5(c) の構造を形成した後、全面にn型の
多結晶シリコン層30をCVD法により堆積形成した状
態である。
FIG. 9 shows the manufacturing process for obtaining the structure of this embodiment. FIG. 9(a) shows a state in which, after forming the structure of FIG. 5(c) in the same process as the embodiment of FIG. 5, an n-type polycrystalline silicon layer 30 is deposited on the entire surface by CVD. .

【0038】この後図9(b) に示すように、多結晶
シリコン層30をフォトレジスト・マスクを用いて選択
エッチングして、ソース層31,ドレイン層32に分離
する。そして、ソース層31,ドレイン層32からの固
相拡散によってn型層12,13を形成する。その後は
先の各実施例と同様に酸化膜16を堆積し、コンタクト
孔開けを行って、Al 膜によりソース電極14,ドレ
イン電極15を形成する。この実施例によっても、先の
各実施例と同様の効果が得られる。
Thereafter, as shown in FIG. 9(b), the polycrystalline silicon layer 30 is selectively etched using a photoresist mask to separate it into a source layer 31 and a drain layer 32. Then, the n-type layers 12 and 13 are formed by solid phase diffusion from the source layer 31 and drain layer 32. Thereafter, an oxide film 16 is deposited in the same manner as in the previous embodiments, contact holes are formed, and a source electrode 14 and a drain electrode 15 are formed using an Al film. This embodiment also provides the same effects as those of the previous embodiments.

【0039】以上の実施例では、専らnチャネルのMO
SFETを説明したが、各部の導電型を逆にしたpチャ
ネルMOSFETにも同様に本発明を適用できることは
いうまでもない。
In the above embodiment, only n-channel MO
Although the SFET has been described, it goes without saying that the present invention can be similarly applied to a p-channel MOSFET in which the conductivity types of each part are reversed.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、チ
ャネル領域部に浅いウェルが形成された構造を用いて、
高い駆動能力と高速性能を実現した微細MOSFETを
提供することができる。
As explained above, according to the present invention, by using a structure in which a shallow well is formed in the channel region,
It is possible to provide a micro MOSFET that achieves high drive capability and high-speed performance.

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

【図1】本発明の一実施例に係るMOSFETを示す断
面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a MOSFET according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の要部を拡大して示す図。FIG. 2 is an enlarged view of the main part of FIG. 1;

【図3】同実施例の第1の製造工程の前半を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the first half of the first manufacturing process of the same example.

【図4】第1の製造工程の後半を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the latter half of the first manufacturing process.

【図5】同実施例の第2の製造工程の前半を示す図。FIG. 5 is a diagram showing the first half of the second manufacturing process of the same example.

【図6】第2の製造工程の後半を示す図。FIG. 6 is a diagram showing the second half of the second manufacturing process.

【図7】同実施例の第3の製造工程を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a third manufacturing process of the same example.

【図8】他の実施例のMOSFETを示す断面図。FIG. 8 is a sectional view showing a MOSFET of another example.

【図9】同実施例の製造工程を示す図。FIG. 9 is a diagram showing the manufacturing process of the same example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型シリコン基板、 2…素子分離酸化膜、 3…反転防止層、 4…第1のp型ウェル、 5,6…第2のp型ウェル、 7…ゲート酸化膜、 8…ゲート電極、 9,10…ソース,ドレイン層、 11…酸化膜、 12,13…n型層、 14,15…ソース,ドレイン電極、 16…CVD酸化膜、 22…フォトレジスト・パターン、 23…酸化膜、 24…高融点金属シリサイド膜、 31,32…ソース,ドレイン層。 1...n-type silicon substrate, 2...Element isolation oxide film, 3...inversion prevention layer, 4...first p-type well, 5, 6... second p-type well, 7...Gate oxide film, 8...gate electrode, 9, 10...source, drain layer, 11...Oxide film, 12, 13...n-type layer, 14, 15...source, drain electrode, 16...CVD oxide film, 22...Photoresist pattern, 23...Oxide film, 24...High melting point metal silicide film, 31, 32...source, drain layer.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型の半導体基板と、前記基板の素
子分離絶縁膜で囲まれた素子形成領域に形成された第2
導電型ウェルと、前記第2導電型ウェル上にゲート絶縁
膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を
挟んで前記第2導電型ウェル表面に堆積形成された、前
記ゲート電極とは絶縁膜により分離された第1導電型の
ソース,ドレイン層とを備え、前記第2導電型ウェルの
前記ゲート電極下の部分の厚みをxj1、前記ゲート電
極に電圧を印加したときに前記ゲート絶縁膜の界面から
前記第2導電型ウェル内に伸びる最大空乏層幅をWg、
前記基板に電圧を印加したときに前記第2導電型ウェル
と基板の接合面から第2導電型ウェル側に伸びる最大空
乏層幅をWs としたとき、 xj1<Wg +Ws を満たすように前記第2導電型ウェルのゲート電極下の
部分の厚みが設定されていることを特徴とする半導体装
置。
1. A semiconductor substrate of a first conductivity type, and a second semiconductor substrate formed in an element formation region surrounded by an element isolation insulating film of the substrate.
A conductivity type well, a gate electrode formed on the second conductivity type well via a gate insulating film, and the gate electrode deposited on the surface of the second conductivity type well with the gate electrode sandwiched therebetween. a first conductivity type source and drain layer separated by an insulating film, a thickness of a portion of the second conductivity type well below the gate electrode is xj1, and when a voltage is applied to the gate electrode, the gate insulation The maximum depletion layer width extending from the film interface into the second conductivity type well is Wg,
When a maximum depletion layer width extending from the junction surface of the second conductivity type well and the substrate toward the second conductivity type well side when a voltage is applied to the substrate is Ws, the second A semiconductor device characterized in that the thickness of a portion of a conductive well below a gate electrode is set.
【請求項2】第1導電型の半導体基板の表面に第2導電
型ウェルを形成する工程と、前記第2導電型ウェル表面
にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁に絶縁膜を形成した後、ゲート電
極を挟んで前記第2導電型ウェル表面に第1導電型のソ
ース,ドレイン層を堆積形成する工程と、を備えたこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A step of forming a second conductivity type well on a surface of a first conductivity type semiconductor substrate; and a step of forming a gate electrode on the surface of the second conductivity type well with a gate insulating film interposed therebetween.
The method further comprises the step of forming an insulating film on the sidewalls of the gate electrode, and then depositing source and drain layers of the first conductivity type on the surface of the second conductivity type well with the gate electrode in between. A method for manufacturing a semiconductor device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5731619A (en) * 1996-05-22 1998-03-24 International Business Machines Corporation CMOS structure with FETS having isolated wells with merged depletions and methods of making same

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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