JPH05102409A - Cmosトランジスタの構造およびその製造方法 - Google Patents

Cmosトランジスタの構造およびその製造方法

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JPH05102409A
JPH05102409A JP3257817A JP25781791A JPH05102409A JP H05102409 A JPH05102409 A JP H05102409A JP 3257817 A JP3257817 A JP 3257817A JP 25781791 A JP25781791 A JP 25781791A JP H05102409 A JPH05102409 A JP H05102409A
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JP
Japan
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gate electrode
drain
source
cmos transistor
insulating film
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Pending
Application number
JP3257817A
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English (en)
Inventor
Jiro Ida
次郎 井田
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、半導体装置におけるCMOSトラ
ンジスタに関するものであり、そのNchMOSFET
の駆動力低下およびPchMOSFETのチャネル長の
ばらつきの問題を解決することを目的とするものであ
る。 【構成】 本発明は前記目的のために、NchMOSF
ETとしてのN型不純物を注入した後、ソース、ドレイ
ン層となる高濃度なN型不純物の熱処理で決まる横方向
拡散長と同じ膜厚の絶縁膜を堆積し、サイドウォール形
成エッチングを行なわず、NおよびPchMOSFET
のソース、ドレイン層形成のための不純物を、前記絶縁
膜を通して注入するようにし、N- 層を完全にゲート電
極の下に接するようにし、N+ 層をゲート電極の端部下
に在るようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置における
主としてCMOSトランジスタ部の構造とその製法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】4MbDRAMに代表される超LSIで
は、そこで使用されるMOSFET(MOS型電界効果
型トランジスタ)のゲート長がサブミクロンとなり、ま
た、消費電力を抑える意味でもCMOSトランジスタの
使用が主流となっている。ゲート長がサブミクロンとな
ると、特にNchMOSFETにおいて内部電界増大に
起因したホット・キャリヤ発生による素子特性劣化が問
題となり、その対策として、Lightly Dope
d Drain(LDD)構造が採用されている。
【0003】図2に、従来使用されているCMOSトラ
ンジスタの製造工程の要所を示し、以下順に説明する。
【0004】(a)P型シリコン基板1の一部に、通常
のフォトリソグラフィ・エッチング(以下フォト・エッ
チと略す)、及びイオン・インプランテーションにより
N型不純物(リン等)を導入し、Nウェル領域2を作
る。次いで通常のLOCOS法により、フィールド酸化
膜3を形成する。そして熱酸化により、シリコン基板1
露出面全面にゲート酸化膜4を形成し、ゲート電極とな
るポリシリコン5を全面に堆積し、通常のフォト・エッ
チによりゲート電極のパターニングを行なう。通常のフ
ォトリソ(フォトリソグラフィ)工程によりPch(P
チャネル)MOSFET形成領域をフォトレジスト6で
おおい、全面に、Lightly Dope層(N
- 層)となるリンをイオン・インプランテーションによ
り注入することでNch(Nチャネル)MOSFET領
域にのみ、N- 層7を形成する。
【0005】(b)全面に、CVD法(化学的気相成長
法)により酸化膜を堆積し、その後、異方性エッチング
により、ゲート側壁にのみ、サイド・ウォールとなる酸
化膜8を残す。その後、上記と同様にフォトレジストに
よりPchMOSFET側、NchMOSFET側をそ
れぞれおおい、Nch側、Pch側にそれぞれ、イオン
・インプランテーションによりソース・ドレインとなる
不純物、ヒ素(N+ 層)9及びボロン(P+ 層)10を
注入する。
【0006】(c)CVD法により絶縁膜11を堆積
し、通常のフォト・エッチによりコンタクトホール12
を開口し、配線となる金属を全面に堆積し、通常のフォ
ト・エッチ工程により配線13のパターニングを行な
い、全面に保護膜となる絶縁膜14を堆積する。
【0007】以上によりNchMOSFETは、LDD
構造、PchMOSFETは、サイド・ウォール付のS
ingle Drain構造であるCMOSトランジス
タとなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた、現在一般
的に使われているCMOSトランジスタ構造では、次世
代以降、ゲート長が0.5μm以下と縮小化されるに従
い、以下の問題点が顕在化してくる。まず、NchMO
SFETにおいては、現状、サイド・ウォール長(図2
の(b)参照)として0.2〜0.3μmが使用されて
いるが、そのN- 層の寄生抵抗が、NchMOSFET
の電流駆動力を低下させる効果が無視し得なくなること
である。さらに、PchMOSFETにおいては、サイ
ド・ウォール形成後、ソース・ドレイン形成不純物ボロ
ンを導入して拡散させるが、この場合、チャネル長は、
サイド・ウォールのエッヂからのボロンの横方向拡散長
により決まる(図2の(b)参照)。従って、チャネル
長は、サイド・ウォール長のばらつきに直接影響されて
ばらつくことになり、ゲート長が短くなるに従い、この
チャネル長のばらつきも無視し得なくなる。
【0009】この発明は、以上述べたNchMOSFE
Tの駆動力低下及びPchMOSFETのチャネル長の
ばらつきの問題をともに解決し、ホット・キャリヤによ
る素子特性の劣化を回避しながら、駆動力が大きく、さ
らにばらつきの小さいCMOS・FETの構造及び製造
方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は前述の目的の
ため、CMOSトランジスタにおいて、NchMOSF
ETのLightly Dope層とるN型不純物を注
入した後、全面に、ソース・ドレイン層となるN型不純
物の全工程の熱処理を通して決まる横方向拡散長と同じ
膜厚の絶縁膜を堆積し、サイド・ウォール形成エッチン
グは行なわず、その後、NchMOSFET、PchM
OSFETのソース・ドレイン層形成のための不純物
を、この絶縁膜を通してイオン・インプランテーション
によりシリコン基板中に導入するようにした。
【0011】
【作用】以上のように本発明の方法によれば、NchM
OSFETについては、サイド・ウォール相当幅分を、
+ 層となる不純物注入後、その後の熱処理で決まる前
記不純物の横方向拡散長とほぼ同等とするようにしたの
で、N- 層は、常にゲート電極とオーバラップした構造
となる。従って、動作時においては、ゲート電極により
- 層は、常に蓄積状態とすることができ、N- 層の寄
生抵抗により電流駆動力が低下するという問題を回避す
ることができる。
【0012】
【実施例】図1は、本発明の実施例を示すCMOSトラ
ンジスタの構造及び製造方法である。以下順に説明す
る。
【0013】(a)P型シリコン基板1を熱酸化により
酸化し、6000Å程度のシリコン酸化膜2を形成す
る。その後通常のフォトリソ・エッチング工程により一
部のシリコン酸化膜2を除去し、イオン・インプランテ
ーションによりN型不純物であるリンを注入し、熱処理
によりリンを拡散し、Nウェル領域3を形成する。
【0014】(b)シリコン酸化膜2を除去した後、L
OCOS法により5000Å程度のフィールド酸化膜4
を形成する。
【0015】(c)熱酸化により、シリコン基板1露出
面を酸化し、100Å程度のゲート酸化膜5を形成す
る。次いで全面にLPCVD(減圧CVD)法によりポ
リシリコン2000Å程度を堆積し、ポリシリコン中に
不純物を導入し、通常のフォトリソ・エッチング工程に
より、ゲート電極6のパターニングを行なう。フォトレ
ジスト7で、PchMOSFET側をおおい、NchM
OSFET側にのみ、イオン・インプランテーションに
よりリン8をドーズ量4.0×1013/cm2 、エネル
ギー30KeVで注入する。これが、Lightly
Doped層(N- 層)となる。
【0016】(d)次いで、フォトレジスト7を除去
後、O3 −TEOS(テトラエチルオルソシリケート)
ガスをソースとするCVD法(化学的気相成長)によ
り、500Å程度の酸化膜9を全面に堆積する。このガ
スをソースとするCVD法により、500Åと薄い酸化
膜をコンフォーマルに堆積することが可能となる。ま
た、この場合、CVD法による膜厚は±10%程度以内
のばらつきにおさえることができる。
【0017】その後、この酸化膜を残したまま、Pch
MOSFET側をフォトレジストでおおい、NchMO
SFET側にソース・ドレイン層10(N+ 層)となる
不純物(ヒ素)を、その酸化膜9を通して、シリコン基
板中に注入する。ヒ素をエネルギー100KeV、ドー
ズ量5.0×1015/cm2 程度で注入すれば、500
Åの酸化膜を通過してシリコン基板中に注入することが
できる。さらに引き続き、NchMOSFET側をフォ
トレジストでおおい、PchMOSFET側にソース・
ドレイン層(P+ 層)となる不純物(ボロン)を、同じ
く酸化膜9を通してシリコン基板中に注入する。ボロン
は、BF2 を使用しエネルギー50KeV(ドーズ量
4.0×1015/cm2 )で注入すれば、500Åの酸
化膜9を通過して、シリコン基板中に注入することがで
きる。その後、注入した不純物の活性化等の熱処理をト
ータルで900℃、20分程度にすれば、注入したヒ素
の横方向拡散長は、ほぼ500Å程度となり、図1
(d)に示す様にN+ 層10のエッヂはゲート電極6と
重なる。逆に言うと、N- 層8はゲート電極6と完全に
オーバラップした構造とすることができる。その後は、
図2の(c)と同様に、絶縁膜(図2の11)を堆積
し、コンタクト・ホール(図2の12)を開口し、配線
層(図2の13)を形成し、最後に保護膜(図2の14)
を形成する。
【0018】PchMOSFETソース・ドレイン形成
のイオン・インプランテーションにおいて、加速電圧を
30KeV程度に下げ、BF2 をドーズ量4×1015
cm2 で注入すれば、500Åの酸化膜9中へのボロン
の注入となり、その酸化膜からのシリコン基板1中への
ボロンの拡散によりソース・ドレイン層が形成されるこ
ととなり、前記900℃、20分の熱処理で、シート抵
抗300Ω/口程度と、前記50KeVの場合(100
Ω/口)より高くなるものの、浅いソース・ドレインが
形成できる。
【0019】N- 層8となる不純物を注入後、900
℃、60分程度窒素中でアニールすることにより、N-
層8の不純物を拡散し、接合をgradedにし、電界
を弱めホット・キャリヤ耐性をさらに高めることも可能
である。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
NchMOSFETについては、サイド・ウォール相当
幅分を、N+ 層となる不純物注入後、その後の熱処理で
決まるその不純物のキャリヤ濃度が1019/cm3 以上
の所で定義した横方向拡散長と同等あるいは±10%以
内とするようにしたので、N- 層は、常にゲート電極と
オーバラップした構造となる。従って、動作時において
は、ゲート電極によりN- 層は、常に蓄積状態とするこ
とができ、N- 層の寄生抵抗により電流駆動力が低下す
るという問題を回避することができる。
【0021】また、この構造を取ることにより、通常型
LDD(サイド・ウォール長≒0.2μm)と比較し
て、ゲート長=0.5μmの時、線型領域のドレイン電
流30%向上、飽和領域の電流20%向上することがで
きる。
【0022】また、N+ 層となる領域(キャリヤ濃度が
約1019/cm3 以上の所)が、ゲート電極とオーバラ
ップすることをさけることにより、バンド間トンネルに
よるドレイン・リーク電流の発生を回避することも可能
である。
【0023】PchMOSFETについては、サイド・
ウォールのエッチングをしないため、PchMOSFE
Tのゲート長のばらつきを決める主要因であったサイド
・ウォールエッチングのばらつきをゲート長のばらつき
要因より省くことができ、ばらつきの小さいPchMO
SFETの特性を得ることができる。また、PchMO
SFET、ソース・ドレイン不純物注入時に、加速エネ
ルギーを下げることにより、接合深さの浅いソース・ド
レインを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す図。
【図2】従来例を示す図。
【符号の説明】
1 基板 2 シリコン酸化膜 3 Nウェル領域 4 フィールド酸化膜 5 ゲート酸化膜 6 ゲート電極 7 レジスト 8 N- 層(リン) 9 酸化膜 10 N+

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体装置におけるLDD構造のNチャ
    ネルMOS型電界効果型トランジスタ(以下NchMO
    SFETと記す)を有するCMOSトランジスタの構造
    として、 少なくとも前記NchMOSFETトランジスタのゲー
    ト電極を形成した半導体基板に、前記NchMOSFE
    Tのソース、ドレインとなる高濃度不純物を注入する領
    域の前記ゲート電極との位置関係が、該不純物層注入後
    の熱処理で決まる前記不純物層の横方向拡散長と同一あ
    るいは±10%以内の厚さを有し、かつその横方向拡散
    長を決める素子全面に形成された絶縁膜によって定めら
    れていることを特徴とするCMOSトランジスタの構
    造。
  2. 【請求項2】 半導体装置におけるCMOSトランジス
    タのNchMOSFETのソース、ドレインとなる高濃
    度不純物層のゲート電極側端部が該ゲート電極端部下に
    接しており、かつ低濃度不純物層端部は前記ゲート電極
    下部に充分接していることを特徴とするCMOSトラン
    ジスタの構造。
  3. 【請求項3】 半導体装置のCMOSトランジスタ部の
    製造方法として、 (a)半導体基板上に、ゲート電極を形成し、 (b)NchMOSFETソース、ドレインとしての低
    濃度不純物層を形成し、 (c)その後の全体の熱処理で決まるNchソース・ド
    レイン形成用の高濃度不純物の横方向拡散長と同程度あ
    るいは±10%以内の厚さを有する絶縁膜を前記ゲート
    電極を含めて全面に堆積し、 (d)前記絶縁膜を通してNch、PchMOSFET
    のソース、ドレインとなる高濃度不純物を注入する工程
    を含むことを特徴とするCMOSトランジスタの製造方
    法。
JP3257817A 1991-10-04 1991-10-04 Cmosトランジスタの構造およびその製造方法 Pending JPH05102409A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100488540B1 (ko) * 2002-08-29 2005-05-11 삼성전자주식회사 반도체소자 및 이를 제조하는 방법

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Date Code Title Description
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Effective date: 20000822