JPH05114727A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH05114727A
JPH05114727A JP27556591A JP27556591A JPH05114727A JP H05114727 A JPH05114727 A JP H05114727A JP 27556591 A JP27556591 A JP 27556591A JP 27556591 A JP27556591 A JP 27556591A JP H05114727 A JPH05114727 A JP H05114727A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
film
polysilicon
punch
stopper
Prior art date
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Pending
Application number
JP27556591A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuki Sase
泰規 佐瀬
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Publication of JPH05114727A publication Critical patent/JPH05114727A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce the off-leakage current by selfmatchingly forming a diffused layer only on the part beneath the gate electrode. CONSTITUTION:An N type silicon substrate 200 is ion-implanted with boron to form a P type well 201 and after the formation of a LOCOS oxide film 202 for element isolation, a gate insulating oxide film 203 is formed. Next, a silicon nitride film 204 is formed; the nitride film 204 in a gate electrode region is removed; the substrate 200 is ion-implanted with boron fluoride to form a punch-through stopper 205. Next, a polysilicon film 206 is deposited on the whole surface and then phosphorus is added to the polysilicon. Furthermore, after processing the polysilicon in the size larger than that of the gate electrode, the silicon nitride film 204 is removed by heated phosphoric acid to be turned into a polysilicon gate electrode 207. Through the procedures, the punch through stopper 205 can be left intact only on the part beneath the gate electrode 207 thereby enabling the off-leakage current to be reduced.

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、MIS形半導体装置の
構造及び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 structure of a MIS type semiconductor device and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の半導体集積回路は高集積化が進
み、それに広く用いられているMIS形半導体は次々と
微細化が進み、そのチャネル長は1μmをも切るような
短チャネルのデバイスが求められるられるようになって
きた。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor integrated circuits have been highly integrated, and MIS type semiconductors widely used therein have been miniaturized one after another, and a short channel device having a channel length of less than 1 μm has been demanded. It has become possible to be.

【0003】近年の半導体集積回路に用いられるデバイ
スは、この様なチャネルの短チャネル化が求められてい
るにも関わらず、市場のニーズからその電源電圧はチャ
ネルの寸法の縮小比率ほど下げられていないのが現実で
ある。
In recent years, devices used for semiconductor integrated circuits have been required to have such short channels, but the power supply voltage has been reduced by the reduction ratio of the channel size due to market needs. The reality is that there is none.

【0004】この様な、チャネル長の短チャネル化の為
にMIS形半導体装置においてパンチスルー現象が非常
に大きな問題となる。
Due to such shortening of the channel length, the punch through phenomenon becomes a very serious problem in the MIS type semiconductor device.

【0005】パンチスルー現象の抑制方法としては、 (1) 平面的なチャネル長のみならず、基板深さ方向
にチャネル長を採る方法。
As a method of suppressing the punch-through phenomenon, (1) a method of taking not only the planar channel length but also the channel length in the substrate depth direction.

【0006】(2) 基板濃度(若しくはウエル濃度)
全体を高くし、ドレインからの空乏層の延びを抑える方
法。
(2) Substrate concentration (or well concentration)
A method of increasing the height of the whole structure and suppressing the extension of the depletion layer from the drain.

【0007】(3) 空乏層の一番延びる部分のみの基
板濃度を上げ、いわゆるパンチスルーストッパーを形成
する方法。
(3) A method of forming a so-called punch-through stopper by increasing the substrate concentration only in the most extended portion of the depletion layer.

【0008】等、の提案が成されている。Etc. have been proposed.

【0009】しかし、(1)の方法に関しては工程が複
雑な上に半導体集積回路上に特性の揃ったデバイスを形
成するのが困難であると言う欠点を持つ。
However, the method (1) has a drawback in that the steps are complicated and it is difficult to form a device having uniform characteristics on a semiconductor integrated circuit.

【0010】また、(2)の方法に関しては、ドレイン
と基板間(ウエル)で構成されるダイオードの逆バイア
ス時のリーク電流が多くなるためにMIS形トランジス
タのオフリーク電流が多くなり、メモリ等の半導体集積
回路用のデバイスに適さなくなる。また、ロジック回路
用のデバイスとして用いた場合に於いても消費電力が大
きくなるために適さない。
With regard to the method (2), the off-leakage current of the MIS transistor is increased due to the increase of the leakage current of the diode formed between the drain and the substrate (well) at the time of reverse bias, and the leakage current of the MIS transistor is increased. It becomes unsuitable for devices for semiconductor integrated circuits. Further, even when used as a device for a logic circuit, the power consumption becomes large, which is not suitable.

【0011】以上の理由から、(3)で示すパンチスル
ーストッパーを形成することでドレイン〜基板間の濃い
導電型不純物どうしが、接する領域を少なくしてリーク
電流を抑えることが必要である。
For the above reason, it is necessary to suppress the leak current by forming the punch-through stopper shown in (3) to reduce the area where the conductive impurities of high conductivity between the drain and the substrate are in contact with each other.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】パンチスルーストッパ
ーの形成方法としては、ゲート絶縁膜を形成後、イオン
注入法によりソース・ドレインコンタクト拡散層のジャ
ンクション深さ程度の位置に基板若しくはウエルと同じ
導電型の不純物を添加する事で得られていた。
As a method of forming a punch-through stopper, a gate insulating film is formed, and then an ion implantation method is used to form the punch-through stopper at a position about the junction depth of the source / drain contact diffusion layer and the same conductivity type as that of the substrate or well. It was obtained by adding impurities.

【0013】ところが、近年は更に素子の微細化が進み
パンチスルーストッパーとドレイン間のリークが問題と
なるレベルと成ってきている。このリーク電流を減らす
のには、パンチスルーストッパーが、チャネル領域側の
みに存在すればよい。ところが、素子の微細化が進むこ
とでフォトリソグラフィー技術で解決できないレベルと
成っている。
However, in recent years, further miniaturization of the device has progressed, and the leak between the punch-through stopper and the drain has become a problematic level. In order to reduce this leak current, the punch-through stopper may be present only on the channel region side. However, due to the progress of device miniaturization, it is at a level that cannot be solved by photolithography technology.

【0014】そこで、本発明は従来のパンチスルースト
ッパーに比べてオフリーク電流の小さなパンチスルース
トッパー構造、またそれををセルフアラインで形成する
技術を提供することを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a punch-through stopper structure having a smaller off-leakage current than the conventional punch-through stopper, and a technique for forming the punch-through stopper structure by self-alignment.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】課題を解決するために本
発明は、MIS形半導体装置に於いてゲート電極直下の
みにに、自己整合的に拡散層が形成されていることを特
徴とする。
In order to solve the problems, the present invention is characterized in that in a MIS type semiconductor device, a diffusion layer is formed only under the gate electrode in a self-aligning manner.

【0016】[0016]

【作用】ゲート直下のみにパンチスルーストッパーが形
成されているために,MISトランジスタのパンチスル
ー抑制の効果はそのままにオフリーク電流を少なくする
事ができ、さらにそのパンチスルーストッパーがセルフ
アラインで形成されているために、素子が大きくなるこ
とがない。
Since the punch-through stopper is formed just below the gate, the off-leakage current can be reduced while maintaining the punch-through suppressing effect of the MIS transistor. Further, the punch-through stopper is self-aligned. Therefore, the element does not become large.

【0017】[0017]

【実施例】本発明による1実施例として、図1に示すL
DD型NchMOSトランジスタの構造とその製造方法
について述べる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As an embodiment of the present invention, L shown in FIG.
The structure of the DD type NchMOS transistor and its manufacturing method will be described.

【0018】図1に従って構造について説明すれば、N
形シリコン基板100上のP形のウエル101中に、L
OCOS酸化膜102、ゲート絶縁膜103、ポリシリ
コン電極104、P形パンチスルーストッパー105、
N形低濃度ソース・ドレイン拡散領域106、側壁保護
膜107、N型高濃度ソース・ドレイン拡散領域10
8、層間絶縁膜109、アルミニューム電極110、パ
ッシベーション膜111から成るトランジスタが形成さ
れている。
The structure will be described with reference to FIG.
In the P-type well 101 on the silicon substrate 100, L
OCOS oxide film 102, gate insulating film 103, polysilicon electrode 104, P-type punch through stopper 105,
N-type low-concentration source / drain diffusion region 106, sidewall protection film 107, N-type high-concentration source / drain diffusion region 10
8, a transistor including the interlayer insulating film 109, the aluminum electrode 110, and the passivation film 111 is formed.

【0019】また、図2(a)〜図2(f)に図1に示
すLDD形NchMOSトランジスタの製造方法につい
て、その製造主要工程の断面図を示す。以下図2(a)
〜図2(f)に従って製造方法の1実施例を説明する。
2 (a) to 2 (f) are sectional views showing the main manufacturing steps of the method of manufacturing the LDD type NchMOS transistor shown in FIG. Figure 2 (a) below
~ One embodiment of the manufacturing method will be described with reference to FIG.

【0020】はじめ、図2(a)に示すようにN型シリ
コン基板200にイオン注入により、ボロンを加速エネ
ルギ50〜100KeV・ドーズ量5E12〜5E13
cm-2の条件でP形ウエル201を形成し、素子分離の
為にLOCOS酸化膜202を300〜1000nm形
成した後、ゲート絶縁膜203として酸化膜を15〜3
0nm形成する。
First, as shown in FIG. 2A, the acceleration energy of boron is 50 to 100 KeV and the dose is 5E12 to 5E13 by ion implantation into the N-type silicon substrate 200.
The P-type well 201 is formed under the condition of cm −2 , the LOCOS oxide film 202 is formed to a thickness of 300 to 1000 nm for element isolation, and then the oxide film is formed to a thickness of 15 to 3 as the gate insulating film 203.
0 nm is formed.

【0021】次に図2(b)に示すように、窒化シリコ
ン膜204をCVD法を用いて300nm形成し、フォ
トリソグラフィー工程とエッチング工程により、ゲート
電極領域の窒化膜を除去し(本実施例ではポリシリコン
電極幅を0.8μmとする。)、フッ化ボロンを加速エ
ネルギー100〜200KeV・ドーズ量1E12〜1
E13cm-2でイオン注入してパンチスルーストッパー
205を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, a silicon nitride film 204 is formed to a thickness of 300 nm by the CVD method, and the nitride film in the gate electrode region is removed by a photolithography process and an etching process (this embodiment). Then, the width of the polysilicon electrode is set to 0.8 μm.), And boron fluoride is accelerated at an energy of 100 to 200 KeV and a dose of 1E12 to 1.
Ion implantation is performed at E13 cm −2 to form a punch through stopper 205.

【0022】その後、図2(c)に示すようにポリシリ
コン膜206をCVD法により厚さ500nmデポジシ
ョンし、プレデポジションにより燐をシート抵抗で40
Ω/□となるようにポリシリコンに添加する。
After that, as shown in FIG. 2C, a polysilicon film 206 is deposited to a thickness of 500 nm by a CVD method, and phosphorus is deposited to a sheet resistance of 40 by pre-deposition.
Add to polysilicon to be Ω / □.

【0023】さらに、図2(d)に示すように、ゲート
電極より0.2μm太い寸法となるようにポリシリコン
にフォトリソグラフィー工程とドライエッチ工程により
加工する。
Further, as shown in FIG. 2D, the polysilicon is processed by a photolithography process and a dry etching process so as to have a thickness 0.2 μm thicker than the gate electrode.

【0024】そして図2(e)に示すように、フォトレ
ジストを塗布しエッチバックする事で、ポリシリコンの
横の突起を除去し、窒化シリコン膜を熱燐酸により除去
しポリシリコンゲート電極207とする。
Then, as shown in FIG. 2E, a photoresist is applied and etched back to remove the protrusions on the sides of the polysilicon, and the silicon nitride film is removed by hot phosphoric acid to form a polysilicon gate electrode 207. To do.

【0025】そして図2(f)に示すように、通常のL
DDトランジスタの製造工程に従い、燐を加速エネルギ
ー100〜150KeV・ドーズ量1E13〜5E13
cm-2の条件でイオン注入し低濃度ソース・ドレイン拡
散層領域208を形成し、側壁保護酸化膜209を形成
し、砒素を加速エネルギー80KeV・ドーズ量2E1
5〜1E16cm-2の条件でイオン注入し、砒素の活性
化のために900〜1000℃で10〜30分アニール
を行い高濃度ソース・ドレイン拡散層領域210を形成
し、層間絶縁膜211、アルミニュウム電極212、パ
シベーション膜213を形成し目的のLDD形Nchト
ランジスタが得られる。
Then, as shown in FIG.
According to the manufacturing process of the DD transistor, phosphorus is used with an acceleration energy of 100 to 150 KeV and a dose of 1E13 to 5E13.
Ion implantation is performed under the condition of cm −2 to form a low concentration source / drain diffusion layer region 208, a side wall protective oxide film 209 is formed, and arsenic is accelerated at an energy of 80 KeV and a dose amount of 2E1.
Ion implantation is performed under the conditions of 5 to 1E16 cm −2 , and annealing is performed at 900 to 1000 ° C. for 10 to 30 minutes to activate arsenic to form a high concentration source / drain diffusion layer region 210, an interlayer insulating film 211, and aluminum. By forming the electrode 212 and the passivation film 213, a desired LDD type Nch transistor is obtained.

【0026】この製造方法により従来ゲート電極直下に
パンチスルーストッパーを形成しようとした場合、フォ
トリソグラフィーとエッチングの寸法合わせ精度・寸法
変換差のために1μm以下のトランジスタでは実現不可
能であったものが、セルフアラインで形成可能となって
いる。
When a punch-through stopper is to be formed directly below the gate electrode by this manufacturing method, it is impossible to realize a transistor having a size of 1 μm or less due to the dimensional alignment accuracy / dimension conversion difference between photolithography and etching. It can be formed by self-alignment.

【0027】また、パンチスルーストッパーがチャネル
直下のみに存在しているために従来のパンチスルースト
ッパーに比べて格段にオフリーク電流を減らすことがで
きる。
Further, since the punch-through stopper exists just below the channel, the off-leakage current can be remarkably reduced as compared with the conventional punch-through stopper.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明により、セルフアラインでチャネ
ル領域のみに形成されたパンチスルーストッパーが得ら
れるために、素子のチャネル長が1μmを切るような微
細デバイスに於いても位置精度よくチャネル直下にパン
チスルーストッパーが形成でき、そのために基板濃度
(若しくはウエル濃度)を下げることが可能となり、そ
のためにオフリーク電流を約1/3程度に小さくするこ
とができた。
According to the present invention, a punch-through stopper formed only in the channel region by self-alignment can be obtained. Therefore, even in a fine device in which the channel length of the device is less than 1 μm, it can be positioned directly under the channel with good positional accuracy. A punch-through stopper can be formed, which makes it possible to reduce the substrate concentration (or well concentration), and the off-leak current can be reduced to about 1/3.

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

【図1】 本発明の半導体装置の1実施例を示す断面
図。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor device of the present invention.

【図2】(a)〜(f) 本発明の半導体装置の製造方
法の1実施例を示す主要工程ごとの断面図。
2 (a) to 2 (f) are cross-sectional views for each main step showing one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100...N型シリコン基板 101...P形ウエル 102...LOCOS酸化膜 103...ゲート絶縁膜 104...ポリシリコン電極 105...P形パンチスルーストッパー 106...低濃度ソース・ドレイン拡散領域 107...側壁保護膜 108...高濃度ソース・ドレイン拡散領域 109...層間絶縁膜 110...アルミニューム電極 111...パッシベーション膜 200...N型シリコン基板 201...P形ウエル 202...LOCOS酸化膜 203...ゲート絶縁膜 204...窒化シリコン膜 205...パンチスルーストッパー 206...ポリシリコン膜 207...ポリシリコンゲート電極 208...低濃度ソース・ドレイン拡散領域 209...側壁保護膜 210...高濃度ソース・ドレイン拡散領域 211...層間絶縁膜 212...アルミニューム電極 213...パッシベーション膜 100. . . N-type silicon substrate 101. . . P-type well 102. . . LOCOS oxide film 103. . . Gate insulating film 104. . . Polysilicon electrode 105. . . P-type punch through stopper 106. . . Low concentration source / drain diffusion region 107. . . Side wall protection film 108. . . High concentration source / drain diffusion region 109. . . Interlayer insulating film 110. . . Aluminum electrode 111. . . Passivation film 200. . . N-type silicon substrate 201. . . P-type well 202. . . LOCOS oxide film 203. . . Gate insulating film 204. . . Silicon nitride film 205. . . Punch-through stopper 206. . . Polysilicon film 207. . . Polysilicon gate electrode 208. . . Low concentration source / drain diffusion region 209. . . Side wall protection film 210. . . High concentration source / drain diffusion region 211. . . Interlayer insulating film 212. . . Aluminum electrode 213. . . Passivation film

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 MIS形半導体装置に於いてゲート電極
直下のみに、自己整合的に拡散層が形成されていること
を特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device comprising a MIS type semiconductor device in which a diffusion layer is formed in a self-aligning manner just under a gate electrode.
【請求項2】(A)シリコン基板上にゲート絶縁膜を形
成した後、シリコン窒化膜によるマスクを形成する工程
と、 (B) 前記窒化膜マスクを形成した基板に基板と同一
の第1の導電型の不純物を、イオン注入により添加する
工程と、 (C) ポリシリコン膜または、アモルファスシリコン
膜を形成する工程と (D) 前記ポリシリコン膜または、アモルファスシリ
コン膜をエッチバックによりゲート電極に加工する工程
と、 (E) 前記窒化シリコン膜マスクを熱燐酸により除去
する工程と、から成ることを、特徴とする半導体装置の
製造方法。
2. A step of: (A) forming a gate insulating film on a silicon substrate and then forming a mask of a silicon nitride film; and (B) a substrate on which the nitride film mask is formed, which is the same as the first substrate. A step of adding a conductivity type impurity by ion implantation; (C) a step of forming a polysilicon film or an amorphous silicon film; and (D) a step of etching the polysilicon film or the amorphous silicon film into a gate electrode. And a step (E) of removing the silicon nitride film mask with hot phosphoric acid.
JP27556591A 1991-10-23 1991-10-23 Semiconductor device and manufacture thereof Pending JPH05114727A (en)

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