JPH05211163A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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Publication number
JPH05211163A
JPH05211163A JP30848592A JP30848592A JPH05211163A JP H05211163 A JPH05211163 A JP H05211163A JP 30848592 A JP30848592 A JP 30848592A JP 30848592 A JP30848592 A JP 30848592A JP H05211163 A JPH05211163 A JP H05211163A
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JP
Japan
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film
gate electrode
sidewall spacer
forming
dielectric constant
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP30848592A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Shimizu
昭博 清水
Naotaka Hashimoto
直孝 橋本
Toshiaki Yamanaka
俊明 山中
Koji Hashimoto
孝司 橋本
Nagatoshi Ooki
長斗司 大木
Hiroshi Ishida
浩 石田
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Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To manufacture a MIS field-effect transistor having higher field relieving effect by a method wherein at least the nearby part of a gate electrode sidewall out of the sidewall spacers in the device actuating state after the formation of a drain region is to be made of a high dielectric constant material having the specific dielectric constant exceeding three times the dielectric constant of a gate insulating film. CONSTITUTION:An LDD structured MIS type field-effect transistor is composed of a drain region comprising a low concentration impurity layer 2 and a high concentration impurity layer 3, a gate electrode 5 formed on the low concentration layer 2 through the intermediary of a gate insulating film 4 as well as a sidewall spacer 8 formed on the sidewalls of the gate electrode 5 and the low concentration impurity layer 2. In order to manufacture the spacer 8, after the formation of the low concentration impurity layer 2 and a high concentration impurity layer 3 as the drain region, the sidewall spacer 8 made of the high dielectric constant material having the specific dielectric constant exceeding three time of the dielectric constant of the gate insulating film 4 is formed in the nearby part of the sidewall of gate electrode 5. Through these procedures, the element inner electric field can be relieved by affording a wide gate fringe electric field.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置およびその製
造方法に係り、特に高信頼度化、高電流駆動能力化に好
適な絶縁ゲート型(以下MIS型と略す)電界効果トラ
ンジスタを具備してなる半導体装置およびその製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and in particular, it includes an insulated gate type (hereinafter referred to as MIS type) field effect transistor suitable for high reliability and high current driving capability. And a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】MIS型電界効果トランジスタの高信頼
度化には、ドレイン構造の改良による素子内部の電界を
緩和するのが有効である。従来より公知のMIS型電界
効果トランジスタの高信頼度化構造としては、低濃度ド
レイン構造、いわゆるLDD(Lightly Doped Drain)構
造があげられる。本LDD構造の低濃度拡散層は素子内
部電界を緩和しトランジスタの長期的動作信頼性を向上
させるが、トランジスタに直列に接続された抵抗として
働き電流駆動能力の低下を招く。また、このLDD構造
でもゲート長が0.5μm以下になってくると従来電源
電圧5Vで使用するのは困難になってきている。このた
め、LDD構造を改良し、より高信頼度すると共に高電
流駆動能力を有する構造として、ゲート電極と低濃度拡
散層を十分にオーバーラップさせた構造の検討が行なわ
れている。この例としては特開昭62-156873号公報、及
び特開平1-205470号公報において論じられているよう
に、その低濃度拡散層上部にも導電膜からなるサイドウ
ォールスペーサを設け、自己整合的にゲートとドレイン
を十分にオーバーラップさせた構造及びその製造方法が
あげられる。また、別の改良構造としては、特開昭59-2
31864号公報において論じられているように、多結晶シ
リコンからなるサイドウォールスペーサを設けた構造及
びその製造方法がある。これらの製造方法をそれぞれ図
2、図3に示す。1がシリコン基板、2が低不純物濃度
のソース、ドレイン拡散層(以後、低濃度拡散層と略
す)、3が高不純物濃度のソース、ドレイン拡散層(以
後、高濃度拡散層と略す)、4がゲート絶縁膜、5がゲ
ート電極、そして9、10が多結晶シリコンからなるサ
イドウォールスペーサである。
2. Description of the Related Art To improve the reliability of a MIS field effect transistor, it is effective to relax the electric field inside the device by improving the drain structure. As a highly reliable structure of a conventionally known MIS field effect transistor, there is a low concentration drain structure, that is, a so-called LDD (Lightly Doped Drain) structure. The low-concentration diffusion layer of the LDD structure relaxes the electric field inside the device and improves the long-term operation reliability of the transistor, but it functions as a resistor connected in series with the transistor and causes a reduction in the current driving capability. Further, even with this LDD structure, when the gate length becomes 0.5 μm or less, it becomes difficult to use the conventional power supply voltage of 5V. Therefore, as a structure having an improved LDD structure with higher reliability and high current drive capability, a structure in which the gate electrode and the low-concentration diffusion layer are sufficiently overlapped with each other is being studied. As an example of this, as discussed in JP-A-62-156873 and JP-A-1-05470, a sidewall spacer made of a conductive film is provided on the low-concentration diffusion layer to provide self-alignment. A structure in which a gate and a drain are sufficiently overlapped with each other and a manufacturing method thereof can be given. Further, as another improved structure, Japanese Patent Laid-Open No. 59-2
As discussed in Japanese Patent No. 31864, there is a structure in which a sidewall spacer made of polycrystalline silicon is provided and a manufacturing method thereof. These manufacturing methods are shown in FIGS. 2 and 3, respectively. 1 is a silicon substrate, 2 is a low impurity concentration source / drain diffusion layer (hereinafter abbreviated as low concentration diffusion layer), 3 is a high impurity concentration source / drain diffusion layer (hereinafter abbreviated as high concentration diffusion layer), 4 Is a gate insulating film, 5 is a gate electrode, and 9 and 10 are sidewall spacers made of polycrystalline silicon.

【0003】まず、図2に示した公知例は、従来LDD
構造におけるサイドウォールスペーサを二酸化シリコン
から多結晶シリコンに変えて形成したものである。ま
ず、図2(a)の如く、公知の製造方法により所望の領
域に多結晶シリコンからなるゲート電極5を形成後、該
ゲート電極5をマスクとしたイオン打ち込みとその後の
熱処理で低濃度拡散層2を形成する。次に多結晶シリコ
ンの被膜と異方性のドライエッチングにより図2(b)
の如く多結晶シリコンからなるサイドウォールスペーサ
9を形成する。最後に図2(c)の如くゲート電極5と
サイドウォールスペーサ9をマスクとしたイオン打ち込
みとその後の熱処理で高濃度拡散層3を形成する。その
後は公知の技術によりトランジスタを完成する。このと
き、サイドウォールスペーサ9も高濃度に不純物を導入
され、低抵抗体10となっている。
First, the known example shown in FIG. 2 is a conventional LDD.
The sidewall spacer in the structure is formed by changing the silicon dioxide to polycrystalline silicon. First, as shown in FIG. 2A, after a gate electrode 5 made of polycrystalline silicon is formed in a desired region by a known manufacturing method, a low concentration diffusion layer is formed by ion implantation using the gate electrode 5 as a mask and subsequent heat treatment. Form 2. Next, a polycrystalline silicon film and anisotropic dry etching are used to form the structure shown in FIG.
As described above, the side wall spacer 9 made of polycrystalline silicon is formed. Finally, as shown in FIG. 2C, a high concentration diffusion layer 3 is formed by ion implantation using the gate electrode 5 and the sidewall spacer 9 as a mask and subsequent heat treatment. After that, the transistor is completed by a known technique. At this time, the side wall spacer 9 is also doped with an impurity at a high concentration to become the low resistance element 10.

【0004】また、図3に示した公知例は、図3(a)
に示すように多結晶シリコンからなるサイドウォールス
ペーサ9の表面を熱酸化により形成した二酸化シリコン
膜13で被膜した後、図3(b)に示すようにゲート電
極5とサイドウォールスペーサ9、10をマスクとした
イオン打ち込みとその後の熱処理で高濃度拡散層3を形
成したものである。また、図2または図3でゲート電極
5とサイドウォールスペーサ電極10との電気的接触
は、直接接触させる、あるいゲート電極側壁の二酸化シ
リコン超薄膜7を通して接続させる等により実現でき
る。これによりサイドウォールスペーサ10が低濃度ド
レイン2とのオーバーラップ電極となるため、高信頼度
化と共に高電流駆動能力化を実現できる。
The known example shown in FIG. 3 is shown in FIG.
After coating the surface of the side wall spacer 9 made of polycrystalline silicon with the silicon dioxide film 13 formed by thermal oxidation as shown in FIG. 3, the gate electrode 5 and the side wall spacers 9 and 10 are formed as shown in FIG. 3B. The high concentration diffusion layer 3 is formed by ion implantation using a mask and subsequent heat treatment. Further, in FIG. 2 or FIG. 3, the electrical contact between the gate electrode 5 and the sidewall spacer electrode 10 can be realized by direct contact, connection through the ultrathin silicon dioxide film 7 on the side wall of the gate electrode, or the like. As a result, the sidewall spacer 10 serves as an overlap electrode with the low-concentration drain 2, so that high reliability and high current driving capability can be realized.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、ゲート電極と低濃度拡散層を十分にオーバーラップ
させたLDD構造は上記通常LDD構造よりも高信頼度
化と共に高電流駆動能力化が期待できる。
In the above-mentioned conventional technique, the LDD structure in which the gate electrode and the low-concentration diffusion layer are sufficiently overlapped can be expected to have higher reliability and higher current driving capability than the normal LDD structure. ..

【0006】しかしながら、サイドウォール電極10が
導電膜である図2の公知例においては、高濃度拡散層で
の電界集中が顕著となり信頼性の低下を招くという問題
もあった。また、図3の公知例の構造においては、サイ
ドウォールスペーサである多結晶シリコンの不純物濃度
が低くなって、導電体から誘電体となるにつれて電界緩
和効果を大きくすることが出来ることが本発明者の検討
により明らかとされた。これはサイドウォールスペーサ
がゲート絶縁膜と同じ絶縁材料であった従来のLDD構
造に比べると、シリコンの誘電率がゲート絶縁膜材料
(通常シリコン酸化膜)より大きくでき、ゲート電極5
の低濃度拡散層へのゲートフリンジ電界を大きくできる
ことによるものである。しかしながら、図3の公知例で
は高濃度のソース、ドレインをイオン打ち込みで形成す
るときにサイドウォール上部の酸化膜を通して不純物が
導入されてしまう。このため図3の公知例でも、サイド
ウォールスペーサも低抵抗体なり、図2の公知例と同様
に高濃度拡散層での電界集中が顕著となると言う問題が
あった。従って、本発明の目的とするところは電界緩和
効果の大きなMIS型電界効果トランジスタおよびその
製造方法を提供することにある。
However, in the known example of FIG. 2 in which the side wall electrode 10 is a conductive film, there is a problem that the electric field concentration in the high-concentration diffusion layer becomes remarkable and the reliability is lowered. Further, in the structure of the known example of FIG. 3, the impurity concentration of the polycrystalline silicon that is the sidewall spacer becomes low, and the electric field relaxation effect can be increased as the conductor becomes a dielectric. It was made clear by the examination. This is because the dielectric constant of silicon can be made larger than that of the gate insulating film material (usually a silicon oxide film) as compared with the conventional LDD structure in which the sidewall spacer is made of the same insulating material as the gate insulating film.
This is because the gate fringe electric field to the low concentration diffusion layer can be increased. However, in the known example of FIG. 3, when the high-concentration source and drain are formed by ion implantation, impurities are introduced through the oxide film above the sidewalls. Therefore, the known example of FIG. 3 also has a problem that the side wall spacer is also a low resistance element, and the electric field concentration becomes remarkable in the high concentration diffusion layer as in the known example of FIG. Therefore, an object of the present invention is to provide a MIS field effect transistor having a large electric field relaxation effect and a method for manufacturing the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の基本的技術思想による半導体装置は、低濃度不
純物層と高濃度不純物層とからなるドレイン領域と、上
記低濃度不純物層上にゲート絶縁膜を介して形成された
ゲート電極と、上記ゲート電極の側壁および上記低濃度
不純物層上に形成されたサイドウォールスペーサとを有
するLDD構造のMIS型電界効果トランジスタであっ
て、上記ドレイン領域の形成後のデバイス動作状態での
上記サイドウォールスペーサのうち少なくとも上記ゲー
ト電極の上記側壁近傍の部分は上記ゲート絶縁膜の誘電
率の3倍以上の比誘電率を有する高誘電率材料であるこ
とを特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the basic technical concept of the present invention has a drain region formed of a low concentration impurity layer and a high concentration impurity layer, and a low concentration impurity layer formed on the drain region. An MIS type field effect transistor having an LDD structure having a gate electrode formed via a gate insulating film and a sidewall spacer formed on the side wall of the gate electrode and the low-concentration impurity layer, the drain region At least a portion of the side wall spacer near the side wall of the gate electrode in the device operating state after formation of the above is formed of a high dielectric constant material having a relative dielectric constant three times or more the dielectric constant of the gate insulating film. Is characterized by.

【0008】本発明の代表的な実施形態による半導体装
置の製造方法は、ドレイン領域が低濃度不純物層と高濃
度不純物層とからなり、上記低濃度不純物層上にゲート
絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、上記ゲート電
極の側壁および上記低濃度不純物層上に形成されたサイ
ドウォールスペーサとを有するLDD構造のMIS型電
界効果トランジスタの製造方法であって、上記ドレイン
領域としての上記低濃度不純物層と上記高濃度不純物層
とを形成した後、上記ゲート電極の上記側壁近傍の部分
に上記ゲート絶縁膜の誘電率の3倍以上の比誘電率を有
する高誘電率材料を形成することを特徴とする。
In a method of manufacturing a semiconductor device according to a typical embodiment of the present invention, a drain region is composed of a low concentration impurity layer and a high concentration impurity layer, and is formed on the low concentration impurity layer via a gate insulating film. A MIS field effect transistor having an LDD structure having a gate electrode and a sidewall spacer formed on the side wall of the gate electrode and the low concentration impurity layer, wherein the low concentration as the drain region is provided. After forming the impurity layer and the high-concentration impurity layer, a high dielectric constant material having a relative dielectric constant three times or more the dielectric constant of the gate insulating film is formed in a portion near the sidewall of the gate electrode. Characterize.

【0009】[0009]

【作用】従って、本発明の基本的技術思想による半導体
装置は、ゲート電極の側壁近傍の部分はゲート絶縁膜の
誘電率の3倍以上の比誘電率を有する高誘電率材料であ
るため、ドレイン領域の低濃度不純物層上に大きなゲー
トフリンジ電界を与えることができ、素子内部電界を緩
和できる。これは、ホットキャリアの発生量自体を大幅
に減少させる。
Therefore, in the semiconductor device according to the basic technical concept of the present invention, the portion near the sidewall of the gate electrode is a high dielectric constant material having a relative dielectric constant three times or more the dielectric constant of the gate insulating film. A large gate fringe electric field can be applied on the low-concentration impurity layer in the region, and the electric field inside the element can be relaxed. This significantly reduces the amount of hot carriers generated.

【0010】これを図4を用いてさらに詳細に説明す
る。この図4はLDD構造のMIS型電界効果トランジ
スタにおけるチャネル方向電界最大値のスペーサ材料の
誘電率依存性を計算機シミュレーションしたものであ
る。誘電率はゲート絶縁膜材料(この場合、シリコン酸
化膜)の誘電率に対する比で示しており、この値が1の
場合スペーサ材料とゲート絶縁膜材料は同一誘電率で通
常のLDD構造となる。この結果、スペーサ材料の誘電
率を大きくしてゆくと、その比が3以上において内部電
界が急激に低下することがわかった。つまり、スペーサ
材料のゲート電極の上記側壁近傍の部分の誘電率は、ゲ
ート絶縁膜材料の3倍以上あることが望ましいというこ
とである。このように比誘電率が3以上の高誘電率材料
としては、実質的にノンドープの高抵抗のシリコン及び
ゲルマニウム等の半導体で達成することができる。従っ
て、高抵抗の半導体は、誘電体として作用する範囲内で
あれば極微量な不純物が混入されていても良い。また、
本構造では、ゲート電極より遠方の低濃度拡散層領域ほ
どゲートフリンジ電界が弱まることになる。このため、
本構造では、ゲート電極近傍の低濃度拡散層にはゲート
ドレインオーバーラップ構造と同様に電界緩和効果が働
き、かつ遠方の高濃度拡散層端での電界集中による信頼
性の低下はほとんど生じないことになる。本発明のその
他の目的と特徴は、以下の実施例から明らかとなろう。
This will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 4 is a computer simulation of the dielectric constant dependency of the spacer material of the maximum electric field in the channel direction in the LDD structure MIS field effect transistor. The dielectric constant is represented by the ratio of the gate insulating film material (silicon oxide film in this case) to the dielectric constant. When this value is 1, the spacer material and the gate insulating film material have the same dielectric constant and have a normal LDD structure. As a result, it was found that when the dielectric constant of the spacer material is increased, the internal electric field sharply decreases when the ratio is 3 or more. That is, it is desirable that the dielectric constant of the portion of the spacer material near the side wall of the gate electrode is three times or more that of the gate insulating film material. As described above, the high dielectric constant material having a relative dielectric constant of 3 or more can be achieved by using substantially non-doped high resistance semiconductors such as silicon and germanium. Therefore, the high-resistance semiconductor may be mixed with a very small amount of impurities as long as it is within the range of acting as a dielectric. Also,
In this structure, the gate fringe electric field becomes weaker in the low-concentration diffusion layer region farther from the gate electrode. For this reason,
In this structure, the electric field relaxation effect acts on the low-concentration diffusion layer near the gate electrode as in the gate-drain overlap structure, and there is almost no decrease in reliability due to electric field concentration at the end of the high-concentration diffusion layer at a distance. become. Other objects and features of the present invention will be apparent from the following examples.

【0011】[0011]

【実施例】〈実施例1〉以下に本発明の第一の実施例
を、図1を用いて説明する。図1は本発明の代表的な製
造方法としてnチャネルMIS型電界効果トランジスタ
を形成する製造工程の概略を示した図である。高抵抗の
半導体膜としては、ノンドープの多結晶シリコン膜を用
いた場合について説明する。図1(a)は、まずp型1
0Ω−cmのシリコン基板1上に素子分離領域形成後、
二酸化シリコンからなるゲート絶縁膜4、燐を高濃度に
ドープした多結晶シリコン5、二酸化シリコン膜11を
順次に被膜し、ゲート電極5をパターニングした後に、
ゲート電極5をマスクに燐のイオン打ち込みとその後の
熱処理でn型の低濃度不純物層2を形成した後の断面図
を示したものである。ここでゲート絶縁膜4は8〜15
nmであり、低濃度不純物層2の燐のドーズ量は1〜2
×1013/cm2である。また、ゲート電極加工に高選
択比加工を用いたため低濃度不純物層2上の二酸化シリ
コン膜6の削れは、ごく僅かであった。次に図1(b)
の如く、CVD法または熱酸化法を用いて二酸化シリコ
ン6の薄膜を5〜10nm被膜し、続いて第1のサイド
ウォールスペーサ用に多結晶シリコン膜12を150〜
180nm被膜する。続いて、多結晶シリコン膜6を異
方性ドライエッチングで被膜した膜厚分加工する。この
結果、図1(b)の如くゲート電極5側壁に多結晶シリ
コンからなるサイドウォールスペーサ12を形成でき
る。このとき、サイドウォールスペーサ12の幅は13
0〜160nmであった。続いて砒素を2〜5×1015
/cm2ドープし高濃度不純物層3を形成する。この
時、第1のサイドウォールスペーサ12中にも砒素が導
入されている。次に図1(c)の如く、上記第1のサイ
ドウォールスペーサ12を、等方性のドライエッチング
あるいはウェットエッチングによりこれを除去する。本
実施例では、アンモニアやヒドラジン等のアルカリ系の
水溶液を用いた。最後に図1(d)の如く、第2のサイ
ドウォールスペーサ用に再びノンドープ多結晶シリコン
膜8を160〜200nm被膜する。続いて、多結晶シ
リコン膜8を異方性ドライエッチングで被膜した膜厚分
加工する。この結果、ゲート電極5の側壁にノンドープ
多結晶シリコンからなるサイドウォールスペーサ8を再
び形成できる。このとき、サイドウォールスペーサ8の
幅は140〜180nmであった。後の工程は、公知の
MIS型トランジスタの形成方法で層間絶縁膜の被膜、
コンタクト孔の開孔、そして金属配線層の形成より完成
する。このとき、第2のサイドウォールスペーサ8に直
接接する層間絶縁膜は、CVD法で形成したノンドープ
の二酸化シリコン膜を被膜し、その上にボロンリン珪酸
ガラス膜を被膜し多層膜構造とした。この結果、以後の
工程で第2のサイドウォールスペーサ8に不純物が導入
されることはなかった。以上により、従来LDD構造形
成プロセスと同様自己整合的に、高抵抗の半導体サイド
ウォールスペーサを有するLDD構造を形成できる。こ
の結果、ノンドープ多結晶シリコン膜8の誘電率は二酸
化シリコン膜の約3倍と大きいために、電界緩和効果は
図4のごとく十分に大きい。この結果、サイドウォール
スペーサも二酸化シリコンからなる通常のLDD構造の
MIS型電界効果トランジスタに比べると、信頼性の指
標であるホットキャリア耐圧(伝達コンダクタンスGm
が10年で10%変動するドレイン電圧で定義)を約1
V向上させることができた。さらに、本実施例では高濃
度不純物層3がサイドウォールスペーサ8の下部にまで
延在しているため、電流駆動能力も通常のLDD構造に
比べて約20%向上させることができた。なお、上記実
施例はnチャネルであったが、導電型を逆にすることに
よりpチャネルにおいても同様の電界緩和効果を有する
トランジスタを得ることができる。また、高抵抗の半導
体材料8としては多結晶シリコン膜に限る必要はなく、
ノンドープのゲルマニウムあるいはノンドープのガリウ
ム砒素でもよい。また、ゲート電極材料についても金
属、金属とシリコンとの多層膜等いずれでも良く、ゲー
ト酸化膜材料も別の高誘電体材料でも良い。特に、今後
シリコン酸化膜厚がその薄膜化限界に近づきつつあるた
め、他の高誘電率の絶縁体(シリコン窒化膜、タンタル
酸化膜等)が用いられることが考えられるが、そのとき
スペーサ材料も高抵抗の半導体に変更した方が良好な特
性を得ることができる。さらに、高濃度不純物層3は高
抵抗の半導体サイドウォールスペーサの下部まで達して
いなくても良い。この場合、電流駆動能力向上は小さい
ものの、電界緩和効果等の信頼性の向上は同等である。
つまり、高抵抗の半導体膜は低濃度層の上部の一部分、
特に、ゲート電極の近傍にあればよい。また高抵抗の半
導体膜8はサイドウォールスペーサに限るものではな
く、上記位置にあるならば誘電体として働く層間絶縁膜
の一部でも良い。特に層間絶縁膜は、被膜特性いわゆる
カバレージの悪い高抵抗の半導体材料の場合に好適とな
る。
<Embodiment 1> A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram schematically showing a manufacturing process for forming an n-channel MIS type field effect transistor as a typical manufacturing method of the present invention. A case where a non-doped polycrystalline silicon film is used as the high-resistance semiconductor film will be described. FIG. 1A shows a p-type 1 first.
After forming the element isolation region on the 0 Ω-cm silicon substrate 1,
After the gate insulating film 4 made of silicon dioxide, the polycrystalline silicon 5 heavily doped with phosphorus and the silicon dioxide film 11 are sequentially coated and the gate electrode 5 is patterned,
FIG. 3 is a cross-sectional view after forming an n-type low-concentration impurity layer 2 by ion implantation of phosphorus using the gate electrode 5 as a mask and subsequent heat treatment. Here, the gate insulating film 4 is 8 to 15
nm, and the dose amount of phosphorus in the low concentration impurity layer 2 is 1 to 2
It is × 10 13 / cm 2 . Further, since the high selectivity process was used for the gate electrode process, the silicon dioxide film 6 on the low concentration impurity layer 2 was scarcely scraped. Next, FIG. 1 (b)
As described above, a thin film of silicon dioxide 6 is coated to a thickness of 5 to 10 nm by using a CVD method or a thermal oxidation method, and then a polycrystalline silicon film 12 is formed to a thickness of 150 to 150 nm for the first sidewall spacer.
180 nm coating. Subsequently, the polycrystalline silicon film 6 is processed by the film thickness by anisotropic dry etching. As a result, the sidewall spacer 12 made of polycrystalline silicon can be formed on the sidewall of the gate electrode 5 as shown in FIG. At this time, the width of the sidewall spacer 12 is 13
It was 0 to 160 nm. Subsequently, arsenic is added to 2 to 5 × 10 15
/ Cm 2 is doped to form the high-concentration impurity layer 3. At this time, arsenic is also introduced into the first sidewall spacer 12. Next, as shown in FIG. 1C, the first sidewall spacer 12 is removed by isotropic dry etching or wet etching. In this example, an alkaline aqueous solution such as ammonia or hydrazine was used. Finally, as shown in FIG. 1D, the non-doped polycrystalline silicon film 8 is again coated to a thickness of 160 to 200 nm for the second sidewall spacer. Subsequently, the polycrystalline silicon film 8 is processed by the film thickness by anisotropic dry etching. As a result, the sidewall spacer 8 made of non-doped polycrystalline silicon can be formed again on the sidewall of the gate electrode 5. At this time, the width of the sidewall spacer 8 was 140 to 180 nm. In the subsequent steps, a film of an interlayer insulating film is formed by a known MIS transistor forming method,
The process is completed by opening contact holes and forming a metal wiring layer. At this time, the interlayer insulating film which is in direct contact with the second sidewall spacer 8 has a multilayer film structure in which a non-doped silicon dioxide film formed by the CVD method is coated and a boron phosphorus silicate glass film is coated thereon. As a result, no impurities were introduced into the second sidewall spacer 8 in the subsequent steps. As described above, the LDD structure having the semiconductor sidewall spacer with high resistance can be formed in a self-aligning manner as in the conventional LDD structure forming process. As a result, since the dielectric constant of the non-doped polycrystalline silicon film 8 is about three times as large as that of the silicon dioxide film, the electric field relaxation effect is sufficiently large as shown in FIG. As a result, the hot carrier withstand voltage (transmission conductance Gm), which is an index of reliability, is higher than that of the MIS field effect transistor having the LDD structure in which the sidewall spacers are also made of silicon dioxide.
Is defined as a drain voltage that fluctuates 10% in 10 years) about 1
V could be improved. Further, in this embodiment, since the high-concentration impurity layer 3 extends to the lower part of the sidewall spacers 8, the current driving ability could be improved by about 20% as compared with the normal LDD structure. Note that the n-channel is used in the above embodiment, but by reversing the conductivity type, a transistor having a similar electric field relaxation effect can be obtained in the p-channel. Further, the high resistance semiconductor material 8 is not limited to the polycrystalline silicon film,
It may be non-doped germanium or non-doped gallium arsenide. Further, the gate electrode material may be any of metal, a multi-layer film of metal and silicon, and the gate oxide film material may be another high dielectric material. In particular, since the silicon oxide film thickness is approaching its thinning limit in the future, it is considered that other high dielectric constant insulators (silicon nitride film, tantalum oxide film, etc.) are used. Better characteristics can be obtained by changing to a high resistance semiconductor. Further, the high-concentration impurity layer 3 does not have to reach the bottom of the high-resistance semiconductor sidewall spacer. In this case, the improvement in current driving capability is small, but the improvement in reliability such as the electric field relaxation effect is the same.
In other words, the high resistance semiconductor film is a part of the upper part of the low concentration layer,
In particular, it may be in the vicinity of the gate electrode. Further, the high-resistance semiconductor film 8 is not limited to the sidewall spacer, but may be a part of the interlayer insulating film that functions as a dielectric if it is in the above position. In particular, the interlayer insulating film is suitable in the case of a high resistance semiconductor material having poor film properties, so-called coverage.

【0012】〈実施例2〉次に本発明の第二の実施例
を、図5を用いて説明する。図5は本発明の第1の実施
例においてサイドウォールスペーサ形成時のプロセス裕
度を増加させることのできる製造方法を示したものであ
る。高抵抗の半導体膜としては、上記同様ノンドープの
多結晶シリコン膜を用いた場合について説明する。図5
(a)は、第一の実施例と同様にp型10Ω−cmのシ
リコン基板1上に素子分離領域形成後、二酸化シリコン
からなるゲート絶縁膜4、燐を高濃度にドープした多結
晶シリコン5、二酸化シリコン膜11を順次に被膜し、
ゲート電極5をパターニングした後、ゲート電極5をマ
スクに燐のイオン打ち込みとその後の熱処理でn型の低
濃度不純物層2を形成した後の断面図を示したものであ
る。ここでゲート絶縁膜4は8〜15nmであり、低濃
度不純物層の燐のドーズ量は1〜2×1013/cm2
ある。また、ゲート電極5上部には予め二酸化シリコン
膜11を150〜200nm被膜してある。次に図5
(b)の如く、CVD法を用いて二酸化シリコンの薄膜
を5〜10nm、続いて第1のサイドウォールスペーサ
用にシリコン窒化膜14を150〜180nm被膜す
る。続いて、シリコン窒化膜14を異方性ドライエッチ
ングで被膜した膜厚分加工する。この結果、図5(b)
の如くゲート電極5の側壁にシリコン窒化膜からなるサ
イドウォールスペーサ14を形成できる。このとき、サ
イドウォールスペーサ14の幅は130〜160nmで
あり、スペーサ下部以外のシリコン基板上の二酸化シリ
コン膜はほとんど残っていない。続いて、シリコン基板
上に熱酸化膜を選択的に15〜30nm程度形成する。
これによりスペーサ14の下部以外のシリコン基板上の
二酸化シリコン膜15のみを厚膜化することができる。
すなわち第1のサイドウォールスペーサ14の材料は耐
酸化性材料である必要がある。その後、砒素を2〜5×
1015/cm2ドープし高濃度不純物層3を形成する。
次に図5(c)の如く、上記第1のサイドウォールスペ
ーサ14を等方性のドライエッチングあるいはウェット
エッチングにより除去する。最後に図5(d)の如く、
第2のサイドウォールスペーサ用にノンドープの多結晶
シリコン膜8を160〜200nm被膜する。続いて、
多結晶シリコン膜8を異方性ドライエッチングで被膜し
た膜厚分加工する。この結果、ゲート電極5側壁に多結
晶シリコンからなるサイドウォールスペーサ8を形成で
きる。このとき、サイドウォールスペーサ8の幅は14
0〜180nmであった。後の工程は、第1の実施例と
同じ工程で完成する。第2のサイドウォールスペーサ8
中には第1の実施例と同様に以後の工程で不純物が導入
されることはなかった。以上により形成されたトランジ
スタにおいて、第2のサイドウォールスペーサ8下部の
二酸化シリコン膜の厚さ6は、この工程を経ることによ
り最終的には5〜8nmとなり、ゲート絶縁膜4の厚さ
よりも薄くなっている。ここで第2のサイドウォールス
ペーサ8の幅は、図5(b)で示した第1のサイドウォ
ールスペーサ14の幅よりも大きい方が良い。これが逆
に小さいと第2のサイドウォールスペーサ8形成時にシ
リコン基板をも加工してしまう恐れがあるからである。
本実施例によれば、スペーサ下部以外のシリコン基板上
の二酸化シリコン膜15のみを厚膜化することができる
ため、第2のサイドウォールスペーサ8形成時にシリコ
ン基板をも加工してしまうことがなく、プロセス裕度が
非常に大きくすることができる。ただし本実施例では、
スペーサ14の下部の二酸化シリコン膜6の厚は、図5
(c)において第1のサイドウォールスペーサ14を等
方性エッチングで除去する時になくならないような厚さ
が必要である。しかし、二酸化シリコン6の膜厚が厚過
ぎると、ゲート電極端近傍では比較的厚い酸化膜が残る
ことになり、電界緩和効果が小さくなってしまう。これ
を防ぐ方法として、さらに本実施例を改良した方法を図
5(e)(f)に示す。これは第1のサイドウォールス
ペーサをシリコン窒化膜の薄膜16と多結晶シリコンの
厚膜17から形成したものである。この時の工程図を図
5(e)に示す。低濃度不純物層2形成までは、上記実
施例と同一である。多層膜からなる上記第1のサイドウ
ォールスペーサ16,17を除去するとき、スペーサの
大部分を占める多結晶シリコン17の除去はシリコン窒
化膜16で止めることができる。次に薄いシリコン窒化
膜16が被膜されていない露出しているシリコン基板を
図5(f)のように選択的に酸化して、二酸化シリコン
膜15を20〜30nm形成する。続いてシリコン窒化
膜16を等方性エッチングで除去後、図5(d)と同様
の工程で完成する。以上により、本実施例によればプロ
セス裕度をさらに向上させ、かつ第一の実施例と同等以
上の特性を有するトランジスタを得ることができた。
<Second Embodiment> Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a manufacturing method capable of increasing the process margin when forming the sidewall spacers in the first embodiment of the present invention. As the high resistance semiconductor film, the case where a non-doped polycrystalline silicon film is used as described above will be described. Figure 5
(A) shows a gate insulating film 4 made of silicon dioxide and polycrystalline silicon 5 heavily doped with phosphorus after forming an element isolation region on a p-type 10 Ω-cm silicon substrate 1 as in the first embodiment. , Sequentially coating the silicon dioxide film 11,
6 is a cross-sectional view after forming the n-type low-concentration impurity layer 2 by patterning the gate electrode 5, ion implantation of phosphorus using the gate electrode 5 as a mask, and subsequent heat treatment. Here, the gate insulating film 4 has a thickness of 8 to 15 nm, and the dose amount of phosphorus in the low concentration impurity layer is 1 to 2 × 10 13 / cm 2 . Further, a silicon dioxide film 11 is coated on the gate electrode 5 in advance to a thickness of 150 to 200 nm. Next in FIG.
As shown in (b), a thin film of silicon dioxide is coated to a thickness of 5 to 10 nm by the CVD method, and subsequently a silicon nitride film 14 is coated to a thickness of 150 to 180 nm for the first sidewall spacer. Then, the silicon nitride film 14 is processed by the thickness of the film coated by anisotropic dry etching. As a result, FIG. 5 (b)
As described above, the sidewall spacer 14 made of the silicon nitride film can be formed on the sidewall of the gate electrode 5. At this time, the width of the sidewall spacer 14 is 130 to 160 nm, and the silicon dioxide film on the silicon substrate other than under the spacer is scarcely left. Subsequently, a thermal oxide film is selectively formed on the silicon substrate to have a thickness of about 15 to 30 nm.
As a result, only the silicon dioxide film 15 on the silicon substrate other than the lower portion of the spacer 14 can be thickened.
That is, the material of the first sidewall spacer 14 needs to be an oxidation resistant material. Then add 2-5x arsenic
A high concentration impurity layer 3 is formed by doping 10 15 / cm 2 .
Next, as shown in FIG. 5C, the first sidewall spacer 14 is removed by isotropic dry etching or wet etching. Finally, as shown in Fig. 5 (d),
A non-doped polycrystalline silicon film 8 is coated to a thickness of 160 to 200 nm for the second sidewall spacer. continue,
The polycrystalline silicon film 8 is processed by the film thickness by anisotropic dry etching. As a result, the sidewall spacer 8 made of polycrystalline silicon can be formed on the sidewall of the gate electrode 5. At this time, the width of the sidewall spacer 8 is 14
It was 0 to 180 nm. The subsequent steps are completed by the same steps as in the first embodiment. Second sidewall spacer 8
Impurities were not introduced in the subsequent steps, as in the first embodiment. In the transistor formed as described above, the thickness 6 of the silicon dioxide film below the second sidewall spacer 8 is finally 5 to 8 nm through this step, which is thinner than the thickness of the gate insulating film 4. Is becoming Here, the width of the second sidewall spacer 8 is preferably larger than the width of the first sidewall spacer 14 shown in FIG. 5B. On the contrary, if this is small, the silicon substrate may also be processed when the second sidewall spacer 8 is formed.
According to the present embodiment, only the silicon dioxide film 15 on the silicon substrate other than under the spacer can be thickened, so that the silicon substrate is not processed when the second sidewall spacer 8 is formed. , Process tolerance can be very large. However, in this embodiment,
The thickness of the silicon dioxide film 6 below the spacer 14 is as shown in FIG.
In (c), the thickness is required so that it will not be lost when the first sidewall spacer 14 is removed by isotropic etching. However, if the film thickness of the silicon dioxide 6 is too thick, a comparatively thick oxide film remains in the vicinity of the end of the gate electrode, and the electric field relaxation effect becomes small. As a method for preventing this, a method obtained by further improving the present embodiment is shown in FIGS. This is one in which the first sidewall spacer is formed from a thin film 16 of silicon nitride film and a thick film 17 of polycrystalline silicon. A process drawing at this time is shown in FIG. The process up to the formation of the low-concentration impurity layer 2 is the same as in the above embodiment. When removing the first sidewall spacers 16 and 17 made of a multilayer film, the removal of the polycrystalline silicon 17 occupying most of the spacers can be stopped by the silicon nitride film 16. Next, the exposed silicon substrate not covered with the thin silicon nitride film 16 is selectively oxidized as shown in FIG. 5F to form a silicon dioxide film 15 of 20 to 30 nm. Subsequently, the silicon nitride film 16 is removed by isotropic etching, and the process is completed in the same process as that in FIG. As described above, according to the present embodiment, it is possible to further improve the process margin and obtain a transistor having characteristics equal to or higher than those of the first embodiment.

【0013】〈実施例3〉次に本発明の第三の実施例
を、図6及び図7を用いて説明する。
<Third Embodiment> Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0014】図6は本発明の第二の実施例と同様にサイ
ドウォールスペーサ形成時のプロセス裕度を増加させる
ことのできる製造方法示した図である。サイドウォール
スペーサ用高抵抗の半導体膜としては、ノンドープの多
結晶シリコン膜を用いた場合について説明する。図6
(a)は、まずp型10Ω−cmのシリコン基板1上に
素子分離領域形成後、二酸化シリコンからなるゲート絶
縁膜4、燐を高濃度にドープした多結晶シリコン、そし
て比較的厚い二酸化シリコン膜11を被膜し、ゲート電
極5を公知の技術でパターニングした後、該ゲート電極
5をマスクに燐のイオン打ち込みとその後の熱処理でn
型の低濃度不純物層2を形成した後の断面図を示したも
のである。ここでゲート絶縁膜4は9〜15nmであ
り、低濃度不純物層2の燐のドーズ量は1〜2×1013
/cm2である。また、ゲート電極加工に高選択比加工
を用いたため低濃度不純物層2上の二酸化シリコン膜6
の削れは、ごく僅かであった。次に図6(b)の如く、
乾燥性雰囲気での熱酸化によりゲート電極側壁に5〜1
0nmの二酸化シリコン膜を形成し、続いてCVD法を
用いてシリコン窒化膜の薄膜40を10〜20nm、さ
らに第1のサイドウォールスペーサ用に多結晶シリコン
膜12を150〜180nm被膜する。続いて、多結晶
シリコン膜12を異方性ドライエッチングで被膜した膜
厚分加工する。このとき、シリコン窒化膜の薄膜40が
下地シリコン酸化膜の加工に対する保護膜となってい
る。この結果、図6(b)の如くゲート電極5側壁に多
結晶シリコンからなるサイドウォールスペーサ12を形
成できた。このとき、サイドウォールスペーサの幅は1
50〜200nmであった。続いて砒素を2〜5×10
15/cm2ドープし、850℃、10分程度の窒素雰囲
気中での熱処理で高濃度不純物層3を形成する。この
時、第1のサイドウォールスペーサ12中にも砒素が高
濃度導入されている。次に図6(c)の如く、第1のサ
イドウォールスペーサ12を等方性のドライエッチング
あるいはウェットエッチングによりこれを除去し、続い
てシリコン窒化膜の薄膜40をウェットエッチングによ
り除去する。ここで、第1のサイドウォールスペーサが
シリコンからなる場合には、ウェットエッチング溶液と
して、アンモニアやヒドラジン等のアルカリ水溶液を用
いると、下地絶縁膜との選択比を非常に高くできる。最
後に図6(d)の如く、第2のサイドウォールスペーサ
用に再びノンドープ多結晶シリコン膜8を160〜20
0nm被膜する。続いて、多結晶シリコン膜8を異方性
ドライエッチングで被膜した膜厚分加工する。この結
果、ゲート電極5側壁に多結晶シリコンからなるサイド
ウォールスペーサ8を再び形成できる。このとき、サイ
ドウォールスペーサ8の幅は140〜180nmであっ
た。後の工程は、公知のMIS型トランジスタの形成方
法で層間絶縁膜の被膜、コンタクト孔の開孔、そして金
属配線層の形成より完成する。このとき、第2のサイド
ウォールスペーサ8に直接接する層間絶縁膜は、CVD
法でノンドープの二酸化シリコン膜を被膜し、その上に
ボロンリン珪酸ガラス膜を被膜し多層膜構造とした。こ
の結果、以後の工程で第2のサイドウォールスペーサ8
に不純物が導入されることはなかった。以上により、第
一の実施例と同様自己整合的に、高抵抗の半導体サイド
ウォールスペーサを有するLDD構造を形成できる。こ
の結果、第1のサイドウォールスペーサ形成時にスペー
サ下地シリコン酸化膜薄膜6を削ることはなかった。こ
れにより、より大きなプロセス裕度で第一の実施例と同
様の特性を有するMIS型電界効果トランジスタを得る
ことが出来た。上記実施例では、第1のスペーサ及び下
地酸化膜の保護膜材料としてそれぞれ多結晶シリコン、
及びシリコン窒化膜を用いた。第1のスペーサとして
は、除去しやすい材料であればいかなる材料でも良く、
例えばシリコン窒化膜を用いても良い。このときは、下
地保護用薄膜としては多結晶シリコンを用いれば良い。
この場合は、不純物層及びゲ−ト電極表面を自己整合的
にシリサイド化する場合に好適となる。
FIG. 6 is a diagram showing a manufacturing method capable of increasing the process margin at the time of forming the sidewall spacers, as in the second embodiment of the present invention. A case where a non-doped polycrystalline silicon film is used as the high-resistance semiconductor film for the sidewall spacer will be described. Figure 6
(A): First, after forming an element isolation region on a p-type 10 Ω-cm silicon substrate 1, a gate insulating film 4 made of silicon dioxide, polycrystalline silicon heavily doped with phosphorus, and a relatively thick silicon dioxide film. After coating 11 and patterning the gate electrode 5 by a known technique, phosphorus is ion-implanted using the gate electrode 5 as a mask and the subsequent heat treatment is performed.
It is a cross-sectional view after forming the low concentration impurity layer 2 of the mold. Here, the gate insulating film 4 has a thickness of 9 to 15 nm, and the phosphorus dose amount of the low concentration impurity layer 2 is 1 to 2 × 10 13.
/ Cm 2 . Further, since the high selectivity process is used for the gate electrode process, the silicon dioxide film 6 on the low concentration impurity layer 2 is processed.
The shavings were very slight. Next, as shown in FIG.
5-1 on the sidewall of the gate electrode by thermal oxidation in a dry atmosphere
A silicon dioxide film having a thickness of 0 nm is formed, and subsequently, a thin film 40 of a silicon nitride film is coated to a thickness of 10 to 20 nm and a polycrystalline silicon film 12 for a first sidewall spacer is coated to a thickness of 150 to 180 nm by using a CVD method. Subsequently, the polycrystalline silicon film 12 is processed by the film thickness coated by anisotropic dry etching. At this time, the thin film 40 of the silicon nitride film serves as a protective film against the processing of the underlying silicon oxide film. As a result, the sidewall spacers 12 made of polycrystalline silicon could be formed on the sidewalls of the gate electrode 5 as shown in FIG. 6B. At this time, the width of the sidewall spacer is 1
It was 50 to 200 nm. Then add 2-5 × 10 arsenic
A high-concentration impurity layer 3 is formed by heat treatment in a nitrogen atmosphere at 850 ° C. for about 10 minutes by doping at 15 / cm 2 . At this time, high concentration of arsenic is also introduced into the first sidewall spacer 12. Next, as shown in FIG. 6C, the first sidewall spacer 12 is removed by isotropic dry etching or wet etching, and then the silicon nitride thin film 40 is removed by wet etching. Here, when the first sidewall spacer is made of silicon, if an alkaline aqueous solution such as ammonia or hydrazine is used as the wet etching solution, the selection ratio with respect to the base insulating film can be made very high. Finally, as shown in FIG. 6D, the non-doped polycrystalline silicon film 8 is again provided with 160 to 20 for the second sidewall spacer.
Coating with 0 nm. Subsequently, the polycrystalline silicon film 8 is processed by the film thickness by anisotropic dry etching. As a result, the sidewall spacer 8 made of polycrystalline silicon can be formed again on the sidewall of the gate electrode 5. At this time, the width of the sidewall spacer 8 was 140 to 180 nm. The subsequent steps are completed by forming a film of an interlayer insulating film, opening a contact hole, and forming a metal wiring layer by a known MIS transistor forming method. At this time, the interlayer insulating film in direct contact with the second sidewall spacer 8 is formed by CVD.
A non-doped silicon dioxide film was coated by the method, and a boron phosphorus silicate glass film was coated thereon to form a multilayer film structure. As a result, in the subsequent steps, the second sidewall spacer 8 is formed.
No impurities were introduced into. As described above, the LDD structure having the high-resistance semiconductor sidewall spacer can be formed in a self-aligning manner as in the first embodiment. As a result, the spacer base silicon oxide thin film 6 was not removed when the first sidewall spacer was formed. As a result, it was possible to obtain a MIS field effect transistor having a larger process margin and the same characteristics as those of the first embodiment. In the above embodiment, polycrystalline silicon is used as the protective film material for the first spacer and the underlying oxide film, respectively.
And a silicon nitride film were used. Any material can be used for the first spacer as long as it is a material that can be easily removed.
For example, a silicon nitride film may be used. At this time, polycrystalline silicon may be used as the underlayer protection thin film.
This case is suitable when the surface of the impurity layer and the surface of the gate electrode are silicided in a self-aligned manner.

【0015】また、図7に上記第三の実施例の製造方法
を応用して形成した他のMIS型電界効果トランジスタ
の断面図を示す。まず、図7(a)は上記実施例におい
て、サイドウォールスペーサ8の下部の二酸化シリコン
薄膜の厚さの制御性を向上させたものである。上記実施
例では、ゲート電極加工後の熱酸化により二酸化シリコ
ン薄膜をゲート電極側壁と共に形成している。しかしな
がら、本方法ではn型に高ドープされた多結晶シリコン
電極の場合、特に大きなゲートバーズビークができやす
いため、膜厚をあまり厚く形成することはできない。こ
のため、この図7(a)の実施例では、図6(b)にお
いて、シリコン窒化膜40を形成する前に、二酸化シリ
コンの薄膜41をCVD法で10〜15nm程度形成し
た。これにより、ゲートバーズビークの形成無しに、ゲ
ート電極側壁シリコン酸化膜厚を10〜15nm、スペ
ーサ下地シリコン酸化膜厚を15〜20nmとスペーサ
下地シリコン酸化膜厚をゲート電極側壁シリコン酸化膜
厚に比べて厚く形成できた。本方法は、ゲート電極とし
てシリコン以外の材料を用いたときにより有効である。
一方、図7(a)の代替技術である図7(b)は、サイ
ドウォールスペーサ下地絶縁膜として、急速酸化及び急
速窒化法を用いて形成した窒化酸化膜42にしたもので
ある。本膜は二酸化シリコン膜よりもシリコンとの界面
特性にすぐれ、ホットキャリア等によるトラップも生成
されにくい。これにより、本材料より形成されたトラン
ジスタの長期的信頼性を大きく向上できた。同様な代替
技術である図7(c)は、上記実施例において第1のス
ペーサ幅に対してノンドープ多結晶シリコンからなる第
2のスペーサ43の幅を短くしたものである。このと
き、第2のスペーサ43の幅は、第1のスペーサ幅に対
して高濃度不純物層3が横方向に拡散して伸びる長さ分
短くしたものである。これにより、ゲ−トとソース/ド
レイン間の余分な寄生容量を最小限に抑えることができ
た。同様な代替技術である図7(d)は、上記実施例に
おけるノンドープ多結晶シリコンからなる第2のスペー
サ8とドレイン3とを、別の配線層で接続したものであ
る。本実施例では、多結晶シリコンからなる配線層45
を用いた。なお、44はCVD法で形成した二酸化シリ
コンからなる層間絶縁膜である。これにより、スペーサ
中に注入されたホットキャリアを速やかに排出できるた
め、長期的信頼性をより向上させることができた。最後
に、図7(e)は、上記実施例においてノンドープ多結
晶シリコンからなる第2のスペーサの形状に改良を加え
たものである。本実施例では、スペーサの異方性ドレイ
エッチング時に側壁保護用堆積物が付きやすいエッチン
グ条件を用い、スペーサ上部に比べてその下部が厚くな
る順テーパー形状を有するスペーサ46を形成したもの
である。これにより、ゲ−ト電極段差を大きく緩和で
き、上層配線層の形成が容易になった。なお、以上説明
してきた実施例は全てシリコン基板上に形成したMIS
型電界効果についてであるが、基板は絶縁膜上に形成し
た薄膜シリコンあるいは多結晶シリコン何れでもよい。
また、この場合、ゲート電極は薄膜シリコンの一面のみ
ならず両面にあってもよい。
FIG. 7 shows a sectional view of another MIS type field effect transistor formed by applying the manufacturing method of the third embodiment. First, FIG. 7 (a) shows that the controllability of the thickness of the silicon dioxide thin film below the sidewall spacers 8 is improved in the above embodiment. In the above embodiment, the silicon dioxide thin film is formed together with the gate electrode side wall by thermal oxidation after processing the gate electrode. However, in the case of the n-type highly-doped polycrystalline silicon electrode, a particularly large gate bird's beak is likely to be formed in this method, so that the film thickness cannot be formed too thick. Therefore, in the embodiment of FIG. 7A, the silicon dioxide thin film 41 is formed to a thickness of about 10 to 15 nm by the CVD method before forming the silicon nitride film 40 in FIG. 6B. Thus, without forming the gate bird's beak, the gate electrode side wall silicon oxide film thickness is 10 to 15 nm, the spacer base silicon oxide film thickness is 15 to 20 nm, and the spacer base silicon oxide film thickness is compared with the gate electrode side wall silicon oxide film thickness. And could be thickened. This method is more effective when a material other than silicon is used for the gate electrode.
On the other hand, in FIG. 7B, which is an alternative technique of FIG. 7A, a nitride oxide film 42 formed by using a rapid oxidation and a rapid nitriding method is used as the sidewall spacer base insulating film. This film has better interface characteristics with silicon than a silicon dioxide film, and traps due to hot carriers are less likely to be generated. As a result, the long-term reliability of the transistor formed of this material can be greatly improved. FIG. 7C, which is a similar alternative technique, shows the width of the second spacer 43 made of non-doped polycrystalline silicon shorter than the width of the first spacer in the above embodiment. At this time, the width of the second spacer 43 is shorter than the width of the first spacer by the length by which the high-concentration impurity layer 3 diffuses and extends in the lateral direction. Thereby, the extra parasitic capacitance between the gate and the source / drain could be minimized. FIG. 7 (d), which is a similar alternative technique, shows that the second spacer 8 made of non-doped polycrystalline silicon and the drain 3 in the above-described embodiment are connected by another wiring layer. In this embodiment, the wiring layer 45 made of polycrystalline silicon is used.
Was used. Reference numeral 44 is an interlayer insulating film made of silicon dioxide formed by the CVD method. As a result, the hot carriers injected into the spacer can be quickly discharged, and the long-term reliability can be further improved. Finally, FIG. 7E shows an improvement in the shape of the second spacer made of non-doped polycrystalline silicon in the above embodiment. In the present embodiment, the spacer 46 having a forward taper shape in which the lower portion of the spacer is thicker than the upper portion of the spacer is used under the etching condition in which the sidewall protection deposit is easily attached at the anisotropic drain etching of the spacer. As a result, the step difference of the gate electrode can be greatly alleviated, and the upper wiring layer can be easily formed. In addition, all of the embodiments described above are MIS formed on a silicon substrate.
Regarding the type electric field effect, the substrate may be either thin film silicon formed on an insulating film or polycrystalline silicon.
Further, in this case, the gate electrode may be provided not only on one surface of the thin film silicon but also on both surfaces.

【0016】〈実施例4〉次に本発明の第四の実施例
を、図8、図9、図10を用いて説明する。これらは本
発明の第一の実施例よりも工程数の削減を可能にする製
造方法を示したものである。高抵抗の半導体膜として
は、上記同様ノンドープの多結晶シリコン膜を用いた場
合について説明する。
<Embodiment 4> Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8, 9 and 10. These show a manufacturing method capable of reducing the number of steps as compared with the first embodiment of the present invention. As the high resistance semiconductor film, the case where a non-doped polycrystalline silicon film is used as described above will be described.

【0017】図8(a)は、第一の実施例と同様にp型
10Ω−cmのシリコン基板1上に素子分離領域形成
後、二酸化シリコンからなるゲート絶縁膜4、燐を高濃
度にドープした多結晶シリコン5、二酸化シリコン膜1
1を被膜しゲート電極5をパターニングした後、ゲート
電極5をマスクに燐のイオン打ち込みとその後の熱処理
でn型の低濃度不純物層2を形成した後の断面図を示し
たものである。ここでゲート絶縁膜4は8〜15nmで
あり、低濃度不純物層の燐のドーズ量は1〜2×1013
/cm2である。また、ゲート電極上部には予め二酸化
シリコン膜11を200〜350nmと厚く被膜し段差
を大きくしてある。次に図8(b)の如く、CVD法を
用いて二酸化シリコンの薄膜6を5〜10nm、続いて
第1のサイドウォールスペーサ用にノンドープの多結晶
シリコン膜19を100〜130nm被膜する。続い
て、多結晶シリコン膜19を異方性ドライエッチングで
加工する。この結果、図8(b)の如くゲート電極5側
壁に多結晶シリコン膜からなるサイドウォールスペーサ
19を形成できる。このとき、サイドウォールスペーサ
19の幅は80〜120nmであり、スペーサ高さは図
のようにゲート電極段差の一部を覆うように形成されて
いる。次に第2のサイドウォールスペーサ用にシリコン
窒化膜20を100〜150nm被膜する。続いて、シ
リコン窒化膜20を異方性ドライエッチングで被膜した
膜厚分加工する。この結果、図8(c)の如くゲート電
極5側壁と第1のサイドウォールスペーサ19の周囲に
シリコン窒化膜からなるサイドウォールスペーサ20を
形成できる。その後、図8(d)の如く砒素を上記第
1、第2のサイドウォールスペーサ19,20をマスク
に2〜5×1015/cm2イオン打ち込みし高濃度不純
物層3を形成して完成する。後の工程は、上記第2の実
施例と同じ工程で完成する。シリコン窒化膜からなる第
2のサイドウォールスペーサ20中には第1の実施例と
同様に不純物が導入されるが、ノンドープの多結晶シリ
コンからなる第1のサイドウォールスペーサ19中には
不純物が導入されることはなかった。本実施例によれ
ば、高濃度不純物層形成時にマスクとなるサイドウォー
ルスペーサの形成とその除去工程を省くことができ、工
程数を大幅に削減できる。さらに、スペーサ下部の絶縁
膜の厚さの制御をより容易なものとすることができる。
なお、第2のサイドウォールスペーサ20の材料として
は、シリコン酸化膜でも良い。この場合には、第2のサ
イドウォールスペーサ加工時に、シリコン基板上のシリ
コン酸化膜6が無くなってしまうが、高濃度不純物層用
の不純物イオン打込み前にCVD法でシリコン酸化膜を
10nm程度被膜すれば良い。
As shown in FIG. 8A, a gate insulating film 4 made of silicon dioxide and a high concentration of phosphorus are formed after forming an element isolation region on a p-type 10 Ω-cm silicon substrate 1 as in the first embodiment. Polycrystalline silicon 5, silicon dioxide film 1
2 is a cross-sectional view after forming the n-type low-concentration impurity layer 2 by ion-implanting phosphorus with the gate electrode 5 as a mask and subsequent heat treatment after the gate electrode 5 is patterned and the gate electrode 5 is patterned. Here, the gate insulating film 4 has a thickness of 8 to 15 nm, and the dose amount of phosphorus in the low concentration impurity layer is 1 to 2 × 10 13.
/ Cm 2 . In addition, a silicon dioxide film 11 having a large thickness of 200 to 350 nm is previously coated on the upper portion of the gate electrode to increase the level difference. Next, as shown in FIG. 8B, a thin film 6 of silicon dioxide is coated to a thickness of 5 to 10 nm by the CVD method, and subsequently a non-doped polycrystalline silicon film 19 for the first sidewall spacer is coated to a thickness of 100 to 130 nm. Then, the polycrystalline silicon film 19 is processed by anisotropic dry etching. As a result, sidewall spacers 19 made of a polycrystalline silicon film can be formed on the sidewalls of the gate electrode 5 as shown in FIG. 8B. At this time, the sidewall spacer 19 has a width of 80 to 120 nm, and the spacer height is formed so as to cover a part of the gate electrode step as shown in the figure. Next, a silicon nitride film 20 is coated to a thickness of 100 to 150 nm for the second sidewall spacer. Then, the silicon nitride film 20 is processed by the film thickness by anisotropic dry etching. As a result, as shown in FIG. 8C, the sidewall spacer 20 made of a silicon nitride film can be formed around the sidewall of the gate electrode 5 and the first sidewall spacer 19. Thereafter, as shown in FIG. 8 (d), arsenic is ion-implanted into the high-concentration impurity layer 3 by 2-5 × 10 15 / cm 2 using the first and second sidewall spacers 19 and 20 as a mask. .. The subsequent steps are completed by the same steps as those in the second embodiment. An impurity is introduced into the second sidewall spacer 20 made of a silicon nitride film as in the first embodiment, but an impurity is introduced into the first sidewall spacer 19 made of non-doped polycrystalline silicon. It was never done. According to the present embodiment, it is possible to omit the step of forming and removing the sidewall spacer that serves as a mask at the time of forming the high-concentration impurity layer, and it is possible to significantly reduce the number of steps. Further, the thickness of the insulating film below the spacer can be controlled more easily.
The material of the second sidewall spacer 20 may be a silicon oxide film. In this case, the silicon oxide film 6 on the silicon substrate is lost during the processing of the second sidewall spacer, but the silicon oxide film may be coated to a thickness of about 10 nm by the CVD method before implanting the impurity ions for the high concentration impurity layer. Good.

【0018】次に、上記実施例と同様に高濃度不純物層
形成時にマスクとなるサイドウォールスペーサの形成と
その除去工程を省くことができる別の実施例を図9を用
いて説明する。これは、サイドウォールスペーサ形成前
に耐酸化性を有する薄膜を被膜しておき、サイドウォー
ルスペーサの表面のみを選択的に酸化することにより高
濃度不純物層用の不純物が導入されないようにしたもの
である。まず図9(a)は、第2の実施例と同様にp型
10Ω−cmのシリコン基板1上に素子分離領域形成
後、二酸化シリコンからなるゲート絶縁膜4、燐を高濃
度にドープした多結晶シリコン5、二酸化シリコン膜1
1を被膜しゲート電極5をパターニングした後、ゲート
電極5をマスクに燐のイオン打ち込みとその後の熱処理
でn型の低濃度不純物層2を形成した後の断面図を示し
たものである。ここでゲート絶縁膜4は8〜15nmで
あり、低濃度不純物層の燐のドーズ量は1〜2×1013
/cm2である。また、ゲート電極上部には予め二酸化
シリコン膜11を150〜200nm被膜してある。次
に、CVD法を用いてシリコン窒化膜21の薄膜を20
〜30nm被膜する。次に図9(b)の如く、続いてサ
イドウォールスペーサ用にノンドープの多結晶シリコン
膜8を170〜200nm被膜し、続いて多結晶シリコ
ン膜8を異方性ドライエッチングで被膜した膜厚分加工
する。この結果、図9(b)の如くゲート電極5側壁に
多結晶シリコン膜からなるサイドウォールスペーサ8を
形成できる。このとき、サイドウォールスペーサの幅は
150〜180nmであり、下地シリコン窒化膜21は
全面に残っている。次に図9(c)の如く多結晶シリコ
ン膜からなるサイドウォールスペーサ8の表面露出部分
のみに熱酸化膜22を100〜150nm形成する。そ
の後、図9(d)の如く砒素を2〜5×1015/cm2
イオン打ち込みし高濃度不純物層3を形成する。後の工
程は、上記実施例と同じ工程で完成する。このとき、サ
イドウォールスペーサ表面の二酸化シリコン膜22の厚
さは続いて行うイオン打ち込みでイオンが通過できない
厚さであるのに対して、シリコン基板上の絶縁膜21の
厚さはイオンが十分通過する厚さである。このため、多
結晶シリコンからなるサイドウォールスペーサ8中には
第一の実施例と同様に不純物が導入されることはなかっ
た。また、本実施例では図9(c)で示した工程後高濃
度不純物層形成用イオン打ち込み工程の前に露出してい
るシリコン窒化膜21を除去してもよい。本実施例によ
れば、上記実施例と同様に高濃度不純物層形成時にマス
クとなるサイドウォールスペーサの形成とその除去工程
を省くことができ、工程数を大幅に削減できる。さら
に、スペーサ下部の絶縁膜の厚さの制御がより容易なも
のとすることができる。
Next, another embodiment will be described with reference to FIGS. 9A and 9B, in which the step of forming a sidewall spacer that serves as a mask and the step of removing the same can be omitted when the high-concentration impurity layer is formed, as in the above-described embodiment. This is because a thin film having oxidation resistance is coated before forming the sidewall spacers, and only the surface of the sidewall spacers is selectively oxidized so that impurities for the high concentration impurity layer are not introduced. is there. First, as shown in FIG. 9A, similarly to the second embodiment, after forming an element isolation region on a p-type 10 Ω-cm silicon substrate 1, a gate insulating film 4 made of silicon dioxide and a highly doped phosphorus film are formed. Crystal silicon 5 and silicon dioxide film 1
2 is a cross-sectional view after forming the n-type low-concentration impurity layer 2 by ion-implanting phosphorus with the gate electrode 5 as a mask and subsequent heat treatment after the gate electrode 5 is patterned and the gate electrode 5 is patterned. Here, the gate insulating film 4 has a thickness of 8 to 15 nm, and the dose amount of phosphorus in the low concentration impurity layer is 1 to 2 × 10 13.
/ Cm 2 . Further, a silicon dioxide film 11 having a thickness of 150 to 200 nm is formed on the gate electrode in advance. Next, a thin film of the silicon nitride film 21 is formed by using the CVD method.
~ 30 nm coating. Next, as shown in FIG. 9B, subsequently, a non-doped polycrystalline silicon film 8 for the sidewall spacer is coated to a thickness of 170 to 200 nm, and then the polycrystalline silicon film 8 is coated by anisotropic dry etching to a thickness corresponding to the film thickness. To process. As a result, sidewall spacers 8 made of a polycrystalline silicon film can be formed on the sidewalls of the gate electrode 5 as shown in FIG. 9B. At this time, the width of the sidewall spacer is 150 to 180 nm, and the underlying silicon nitride film 21 remains on the entire surface. Next, as shown in FIG. 9C, a thermal oxide film 22 is formed to a thickness of 100 to 150 nm only on the exposed surface portion of the sidewall spacer 8 made of a polycrystalline silicon film. Thereafter, as shown in FIG. 9 (d), arsenic is added in an amount of 2 to 5 × 10 15 / cm 2.
Ions are implanted to form the high-concentration impurity layer 3. The subsequent steps are completed by the same steps as in the above embodiment. At this time, the thickness of the silicon dioxide film 22 on the side wall spacer surface is such that ions cannot pass through in the subsequent ion implantation, whereas the thickness of the insulating film 21 on the silicon substrate is sufficient for ions to pass through. Thickness. For this reason, no impurities were introduced into the sidewall spacers 8 made of polycrystalline silicon as in the first embodiment. Further, in this embodiment, the exposed silicon nitride film 21 may be removed after the step shown in FIG. 9C and before the ion implantation step for forming the high-concentration impurity layer. According to this embodiment, similarly to the above-described embodiments, it is possible to omit the step of forming the sidewall spacer that serves as a mask and the step of removing the same when forming the high-concentration impurity layer, and it is possible to greatly reduce the number of steps. Further, the thickness of the insulating film below the spacer can be controlled more easily.

【0019】また図10は、上記実施例と同様に高濃度
不純物層形成時にマスクとなるサイドウォールスペーサ
の形成とその除去工程を省くことができるさらに別の実
施例を示したものである。これは、サイドウォールスペ
ーサの高さを十分に高く形成することにより、高濃度不
純物層用の不純物が導入されても不純物が実質的にゲー
ト電極側壁部まで到達しないようにしたものである。ま
ず図10(a)は、第2の実施例と同様にシリコン基板
1上にゲート電極5と低濃度不純物層2を形成した後、
ノンドープの多結晶シリコンからなるサイドウォールス
ペーサ8を形成した後の断面図を示したものである。こ
こでゲート絶縁膜4は8〜15nmであり、低濃度不純
物層の燐のドーズ量は1〜2×1013/cm2である。
また、ゲート電極上部には予め二酸化シリコン膜11を
350〜400nmと十分に厚く被膜してある。次に図
10(b)の如く、CVD法を用いて二酸化シリコンの
薄膜23を5〜10nm被膜後、砒素を2〜5×1015
/cm2イオン打ち込みし高濃度不純物層3を形成す
る。後の工程は、上記実施例と同じ工程で完成する。こ
のとき、多結晶シリコンからなるサイドウォールスペー
サ8中には第1の実施例とは異なり、その上部に二酸化
シリコンの薄膜を通して高濃度不純物層用の不純物が導
入されている。しかしながら、本実施例では図10
(b)の如く、その後の熱処理工程を経ても高濃度不純
物層形成用の不純物はスペーサ上部のみに存在しゲート
電極側壁まで到達していない。この結果、第一の実施例
とほぼ同様の効果を得ることができた。本実施例では、
上記不純物がゲート電極側壁まで拡散しないように、ゲ
ート電極上部に予め形成する二酸化シリコン膜の厚さを
十分に厚くし段差を高くしておくことが必要である。ま
た、その後の熱処理は、急速アニール法等を用い、熱履
歴を小さくしておく必要がある。本実施例によれば、上
記実施例と同様に高濃度不純物層形成時にマスクとなる
サイドウォールスペーサの形成とその除去工程を省くこ
とができ、工程数を大幅に削減できる。特に本実施例の
工程数は従来のLDD形成工程と比較してもほとんど変
わらない。また、スペーサ下部の絶縁膜の厚さの制御が
より容易なものとすることができる。
Further, FIG. 10 shows still another embodiment in which the formation of the sidewall spacers serving as a mask and the removal process thereof can be omitted when forming the high-concentration impurity layer, as in the above-mentioned embodiment. This is because the sidewall spacers are formed to have a sufficiently high height so that the impurities do not substantially reach the gate electrode sidewalls even if the impurities for the high concentration impurity layer are introduced. First, as shown in FIG. 10A, after forming the gate electrode 5 and the low-concentration impurity layer 2 on the silicon substrate 1 as in the second embodiment,
It is a cross-sectional view after forming the sidewall spacer 8 made of non-doped polycrystalline silicon. Here, the gate insulating film 4 has a thickness of 8 to 15 nm, and the dose amount of phosphorus in the low concentration impurity layer is 1 to 2 × 10 13 / cm 2 .
Further, a silicon dioxide film 11 having a thickness of 350 to 400 nm, which is a sufficiently thick film, is formed on the gate electrode in advance. Next, as shown in FIG. 10B, a thin film 23 of silicon dioxide is coated to a thickness of 5 to 10 nm by the CVD method, and arsenic is added to a thickness of 2 to 5 × 10 15.
/ Cm 2 ions are implanted to form the high concentration impurity layer 3. The subsequent steps are completed by the same steps as in the above embodiment. At this time, unlike the first embodiment, the impurities for the high-concentration impurity layer are introduced into the sidewall spacer 8 made of polycrystalline silicon through a thin film of silicon dioxide on the upper portion thereof. However, in this embodiment, FIG.
As shown in (b), the impurities for forming the high-concentration impurity layer exist only in the upper portion of the spacer and do not reach the side wall of the gate electrode even after the subsequent heat treatment step. As a result, almost the same effect as that of the first embodiment could be obtained. In this example,
In order to prevent the above impurities from diffusing to the side wall of the gate electrode, it is necessary to make the thickness of the silicon dioxide film previously formed on the upper part of the gate electrode sufficiently thick and to increase the step. In the subsequent heat treatment, it is necessary to use a rapid annealing method or the like to reduce the thermal history. According to this embodiment, similarly to the above-described embodiments, it is possible to omit the step of forming the sidewall spacer that serves as a mask and the step of removing the same when forming the high-concentration impurity layer, and it is possible to greatly reduce the number of steps. Particularly, the number of steps in this embodiment is almost the same as that of the conventional LDD forming step. In addition, the thickness of the insulating film below the spacer can be controlled more easily.

【0020】〈実施例5〉次に、本発明の第一、二及び
第三の実施例に示した製造方法を用いて形成した他の構
造の実施例を図11を用いて説明する。まず、図11
(a)は低濃度不純物層2と高濃度不純物層3とからな
るソース領域とドレイン領域を立体的に形成し、素子特
性の向上を図ったものである。尚、先の実施例と同様
に、1はp型シリコン基板、2は低濃度不純物層、3は
高濃度不純物層、4はゲート絶縁膜であり、特に本実施
例ではシリコン基板1に200〜300nmの溝を形成
し、ここにゲート電極27を埋め込んである。このと
き、基板内溝段差部に前述のいずれかの方法で高抵抗半
導体からなるサイドウォールスペーサ25を形成してあ
る。これにより、ソース、ドレイン不純物層深さの大き
くできるため、低抵抗でかつ低容量の不純物層と共に、
第一の実施例と同様の効果を得ることができる。また、
図11(b)は第一の実施例のシリコン基板1を絶縁基
板31上のシリコン薄膜31に変えたものである。この
シリコン薄膜は、単結晶でも多結晶でもよい。いずれに
しろ前述の効果のほかに薄膜化効果が起こり、短チャネ
ル効果抑制とより一層の電界緩和効果を得ることができ
た。さらに、図11(c)は第一の実施例において、低
濃度不純物層2を省き、高濃度不純物層32のみでMI
S電界効果トランジスタを形成したものである。このと
き高濃度不純物層は拡散係数の十分に大きな不純物の導
入と十分な熱処理により、スペーサの外から形成してあ
る。本実施例によれば、信頼性向上のあまり必要としな
い場合、例えばpチャネルMIS型電界効果トランジス
タにおいて、電流駆動能力を向上できる。特に本実施例
では、高濃度不純物層を斜めイオン打ち込みで形成する
ときにより好適となる。
<Embodiment 5> Next, an embodiment of another structure formed by using the manufacturing method shown in the first, second and third embodiments of the present invention will be described with reference to FIG. First, FIG.
In (a), a source region and a drain region composed of the low-concentration impurity layer 2 and the high-concentration impurity layer 3 are three-dimensionally formed to improve device characteristics. As in the previous embodiment, 1 is a p-type silicon substrate, 2 is a low concentration impurity layer, 3 is a high concentration impurity layer, and 4 is a gate insulating film. A groove of 300 nm is formed, and the gate electrode 27 is embedded therein. At this time, the sidewall spacer 25 made of a high resistance semiconductor is formed in the step portion of the groove in the substrate by any one of the methods described above. As a result, the depth of the source / drain impurity layer can be increased, so that the impurity layer of low resistance and low capacity can be formed,
The same effect as that of the first embodiment can be obtained. Also,
FIG. 11B shows the silicon substrate 1 of the first embodiment changed to a silicon thin film 31 on an insulating substrate 31. The silicon thin film may be single crystal or polycrystalline. In any case, in addition to the above-mentioned effects, a thinning effect occurred, and it was possible to suppress the short channel effect and obtain a further electric field relaxation effect. Further, FIG. 11C shows that in the first embodiment, the low concentration impurity layer 2 is omitted and only the high concentration impurity layer 32 is used for MI.
The S field effect transistor is formed. At this time, the high-concentration impurity layer is formed from outside the spacer by introducing an impurity having a sufficiently large diffusion coefficient and performing sufficient heat treatment. According to the present embodiment, when the reliability is not required to be improved so much, the current driving capability can be improved in, for example, a p-channel MIS field effect transistor. In particular, this embodiment is more suitable when the high-concentration impurity layer is formed by oblique ion implantation.

【0021】〈実施例6〉次に本発明の第六の実施例
を、図12から図17を用いて説明する。図12から図
17は、本発明の第一の実施例がnチャネル単一であっ
たものを、相補型電界効果MISトランジスタ(CMO
S)のプロセスに応用した場合の製造方法を示したもの
である。高抵抗の半導体膜としては、上記同様ノンドー
プの多結晶シリコン膜を用いた場合について説明する。
<Sixth Embodiment> Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 12 to 17 show a complementary field effect MIS transistor (CMO) in which the first embodiment of the present invention has a single n channel.
It shows a manufacturing method when applied to the process of S). As the high resistance semiconductor film, the case where a non-doped polycrystalline silicon film is used as described above will be described.

【0022】図12は、まず、第一の実施例と同様にp
型10Ω−cmのシリコン基板50上にp型ウエル5
1、n型ウエル52を各素子の形成予定領域にそれぞれ
公知の方法で形成後、厚い二酸化シリコンからなる素子
分離領域53、二酸化シリコンからなるゲート絶縁膜5
4を形成した後の断面図を示したものである。このと
き、ウエル表面の不純物濃度は2〜4×1017/cm3
であり、ゲート絶縁膜54は8〜13nmであった。次
ぎに図13の如く、燐を高濃度にドープした多結晶シリ
コンを200〜300nm被膜しゲート電極55をパタ
ーニングした後、nチャネルには該ゲート電極55をマ
スクに燐のイオン打ち込み56とその後の熱処理でn型
の低濃度不純物層58を形成し、pチャネルには硼素の
イオン打ち込み57とその後の熱処理でp型の低濃度不
純物層59を形成した。ここで低濃度不純物層の燐及び
硼素のドーズ量は1〜2×1013/cm2である。続い
て図14の如く、CVD法を用いて二酸化シリコンの薄
膜60を5〜10nm、続いてシリコン窒化膜の薄膜6
1を20〜30nm、さらに第1のサイドウォールスペ
ーサ用に燐が十分高濃度に導入されたドープド多結晶シ
リコン膜62を公知のCVD法で150〜180nm被
膜する。次に図15の如く、このドープド多結晶シリコ
ン膜62を異方性ドライエッチングで被膜した膜厚分加
工する。この結果、図15の如くゲート電極55側壁に
多結晶シリコン膜からなるサイドウォールスペーサ6
3,64を形成できる。このとき、サイドウォールスペ
ーサ63,64の幅は130〜160nmである。その
後、nチャネル側には砒素65を、pチャネル側には硼
素66を2〜5×1015/cm2イオン打ち込みとその
後の熱処理で高濃度不純物層67、68を形成する。こ
のとき、サイドウォールスペーサ63には高濃度の砒素
が、サイドウォールスペーサ64には高濃度の硼素が導
入されている。しかしながら、このとき重要なのはpチ
ャネル側のサイドウォールスペーサ64がn型のままで
あることである。次に図16の如く、上記第1のサイド
ウォールスペーサ63,64を等方性のドライエッチン
グ、あるいはウェットエッチングによりこれを除去す
る。一般に、下地二酸化シリコン膜との選択比が大きい
等方性系のエッチング(SF6系ガスによるドライエッ
チング及びアルカリ水溶液によるウエットエッチング)
においては、n型シリコンはエッチングされるが、p型
シリコンはほとんどエッチングされない。従って、この
エッチングのために両スペーサ63、64を、共にn型
にしておくのが望ましい。最後に図17の如く、第2の
サイドウォールスペーサ用にノンドープの多結晶シリコ
ン膜を140〜180nm被膜する。続いて、多結晶シ
リコン膜を異方性ドライエッチングで被膜した膜厚分加
工する。この結果、ゲート電極55の側壁にノンドープ
多結晶シリコンからなるサイドウォールスペーサ69を
形成できる。このとき、サイドウォールスペーサ69の
幅は140〜180nmであった。後の工程は、上記第
一の実施例と同じ工程で完成する。第2のサイドウォー
ルスペーサ69中には第一の実施例と同様に以後の工程
で不純物が導入されることはなかった。以上により形成
されたトランジスタにおいて、第2のサイドウォールス
ペーサ69下部の二酸化シリコン膜の厚さは、上記工程
を経ることにより最終的には8〜15nmとなり、ゲー
ト絶縁膜厚さよりも厚くなっている。ここで第2のサイ
ドウォールスペーサ69の幅は、図15で示した第1の
サイドウォールスペーサ63,64の幅よりも短い方が
良く、nチャネルにおいて高濃度不純物層67の拡散端
程度にすると良い。このとき、pチャネルでは高濃度不
純物層68の端は第2のスペーサ下部まで到達してい
る。本実施例によれば、n,pチャネルMIS型電界効
果トランジスタを自己整合的に、かつ余分な工程の増加
無しに第一の実施例と同等以上の特性を有するトランジ
スタを得ることができた。なお、上記実施例では、第1
のサイドウォールスペーサ用多結晶シリコンには、CV
D法で膜を被膜する時点で、高濃度のn型不純物が導入
されている。この多結晶シリコンへの不純物導入法とし
ては、通常のゲート電極への導入法と同じ燐の熱拡散
法、あるいはイオン打ち込み法を用いても良い。何れに
しろ予め導入する不純物量は、pチャネルの高濃度不純
物層用の不純物導入量よりも十分に多くなければならな
い。また、本実施例の製造方法により形成されてなるM
IS型電界効果トランジスタをDRAMあるいはSRA
M等のメモリの少なくとも周辺回路にに適用するとなん
ら設計の変更無しにより高速動作が可能となる。プロセ
ッサ等の高速ロジックにはより一層好適である。
In FIG. 12, first, as in the first embodiment, p
P-type well 5 on a silicon substrate 50 of mold 10 Ω-cm
1. After forming the n-type wells 52 in the regions where the respective elements are to be formed by known methods, the element isolation regions 53 made of thick silicon dioxide and the gate insulating film 5 made of silicon dioxide.
4 is a cross-sectional view after forming No. 4. At this time, the impurity concentration on the well surface is 2 to 4 × 10 17 / cm 3.
And the gate insulating film 54 had a thickness of 8 to 13 nm. Next, as shown in FIG. 13, polycrystalline silicon doped with phosphorus at a high concentration is coated to a thickness of 200 to 300 nm and the gate electrode 55 is patterned. Then, for the n channel, phosphorus ion implantation 56 is performed using the gate electrode 55 as a mask, and the subsequent implantation. An n-type low-concentration impurity layer 58 was formed by heat treatment, boron ion implantation 57 was formed in the p-channel, and a p-type low-concentration impurity layer 59 was formed by subsequent heat treatment. Here, the dose amount of phosphorus and boron in the low-concentration impurity layer is 1 to 2 × 10 13 / cm 2 . Then, as shown in FIG. 14, a silicon dioxide thin film 60 is formed to a thickness of 5 to 10 nm by the CVD method, and then a silicon nitride thin film 6 is formed.
1 to 20 to 30 nm, and a doped polycrystalline silicon film 62 in which phosphorus is introduced at a sufficiently high concentration for the first sidewall spacer is coated to 150 to 180 nm by a known CVD method. Next, as shown in FIG. 15, this doped polycrystalline silicon film 62 is processed by the film thickness coated by anisotropic dry etching. As a result, as shown in FIG. 15, the side wall spacer 6 made of a polycrystalline silicon film is formed on the side wall of the gate electrode 55.
3, 64 can be formed. At this time, the width of the sidewall spacers 63 and 64 is 130 to 160 nm. Thereafter, arsenic 65 to the n-channel side, the p-channel side forms a high-concentration impurity layers 67 and 68 in the boron 66 2~5 × 10 15 / cm 2 Ion implantation and subsequent heat treatment. At this time, high-concentration arsenic is introduced into the sidewall spacer 63 and high-concentration boron is introduced into the sidewall spacer 64. However, what is important at this time is that the sidewall spacer 64 on the p-channel side remains n-type. Next, as shown in FIG. 16, the first sidewall spacers 63 and 64 are removed by isotropic dry etching or wet etching. Generally, isotropic etching with a large selection ratio to the underlying silicon dioxide film (dry etching with SF 6 gas and wet etching with alkaline aqueous solution)
In, the n-type silicon is etched, but the p-type silicon is hardly etched. Therefore, it is desirable that both the spacers 63 and 64 be n-type for this etching. Finally, as shown in FIG. 17, a non-doped polycrystalline silicon film for the second sidewall spacer is coated to a thickness of 140 to 180 nm. Then, the polycrystalline silicon film is processed by the film thickness coated by anisotropic dry etching. As a result, the sidewall spacer 69 made of non-doped polycrystalline silicon can be formed on the sidewall of the gate electrode 55. At this time, the width of the sidewall spacer 69 was 140 to 180 nm. The subsequent steps are completed by the same steps as the first embodiment. Impurities were not introduced into the second sidewall spacer 69 in the subsequent steps as in the first embodiment. In the transistor formed as described above, the thickness of the silicon dioxide film below the second sidewall spacer 69 is finally 8 to 15 nm after the above steps, which is larger than the gate insulating film thickness. .. Here, the width of the second sidewall spacer 69 is preferably shorter than the width of the first sidewall spacers 63 and 64 shown in FIG. 15, and is about the diffusion end of the high concentration impurity layer 67 in the n channel. good. At this time, in the p-channel, the end of the high-concentration impurity layer 68 reaches the bottom of the second spacer. According to this embodiment, it is possible to obtain a transistor having the characteristics equal to or higher than those of the first embodiment in a self-aligned manner for the n, p channel MIS type field effect transistor and without increasing extra steps. In the above embodiment, the first
CV is used for the polycrystalline silicon for sidewall spacers of
At the time when the film is coated by the D method, a high concentration of n-type impurities is introduced. As the method of introducing impurities into this polycrystalline silicon, the same thermal diffusion method of phosphorus as the method of introducing into a normal gate electrode or the ion implantation method may be used. In any case, the amount of impurities introduced in advance must be sufficiently larger than the amount of impurities introduced for the high-concentration impurity layer of the p channel. In addition, M formed by the manufacturing method of the present embodiment
The IS type field effect transistor is used as a DRAM or SRA.
If it is applied to at least the peripheral circuit of the memory such as M, high speed operation becomes possible without any design change. It is even more suitable for high-speed logic such as a processor.

【0023】〈実施例7〉最後に本発明の第七の実施例
を、図18を用いて説明する。本実施例は、上記実施例
に示された製造方法より形成してなるMIS型電界効果
トランジスタの別の実施例を示したものである。高抵抗
の半導体膜としては、上記同様ノンドープの多結晶シリ
コン膜を用いた場合について説明する。図18は、MI
S型電界効果トランジスタの代表的な平面図である。前
述の第一及び第二の実施例に示された製造方法により形
成したMIS型電界効果トランジスタにおいては、図1
8(a)の如くゲ−ト電極70周囲全部にノンドープ多
結晶シリコンからなるサイドウォールスペーサ72が形
成される。このため、ソース及びドレイン側のサイドウ
ォールスペーサが電気的に高抵抗で接続されていること
になり、上層配線層あるいはコンタクト電極がスペーサ
に接触するとソース/ドレイン間でリーク電流が流れて
しまう。これに対して図18(b)はその一部を除去
し、ソース/ドレイン部分にのみサイドウォールスペー
サ73を残したものである。本実施例によれば、ソース
及びドレイン側のサイドウォールスペーサが電気的に絶
縁されているため、上層配線層あるいはコンタクト電極
がスペーサに接触しても問題はない。従って、ゲート電
極とコンタクト孔との距離を短くでき、また高集積メモ
リプロセスに用いられる自己整合コンタクトも可能であ
る。
<Embodiment 7> Finally, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment shows another embodiment of the MIS field effect transistor formed by the manufacturing method shown in the above embodiment. As the high resistance semiconductor film, the case where a non-doped polycrystalline silicon film is used as described above will be described. FIG. 18 shows MI
It is a typical top view of an S-type field effect transistor. In the MIS type field effect transistor formed by the manufacturing method shown in the first and second embodiments, the structure shown in FIG.
8A, sidewall spacers 72 made of non-doped polycrystalline silicon are formed all around the gate electrode 70. Therefore, the sidewall spacers on the source and drain sides are electrically connected with high resistance, and if the upper wiring layer or the contact electrode comes into contact with the spacer, a leak current flows between the source and the drain. On the other hand, in FIG. 18B, a part thereof is removed, and the sidewall spacer 73 is left only in the source / drain portion. According to this embodiment, since the sidewall spacers on the source and drain sides are electrically insulated, there is no problem even if the upper wiring layer or the contact electrode contacts the spacer. Therefore, the distance between the gate electrode and the contact hole can be shortened, and a self-aligned contact used in a highly integrated memory process is also possible.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明によれば、ゲート電極の側壁近傍
の部分はゲート絶縁膜の誘電率の3倍以上の比誘電率を
有する高誘電率材料であるため、ドレイン領域の低濃度
不純物層上に大きなゲートフリンジ電界を与えることが
でき、素子内部電界を緩和することができる。
According to the present invention, the portion near the side wall of the gate electrode is a high dielectric constant material having a relative dielectric constant three times or more the dielectric constant of the gate insulating film. A large gate fringe electric field can be applied to the upper portion, and the electric field inside the element can be relaxed.

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

【図1】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造方法
を示す工程図である。
FIG. 1 is a process chart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】従来の公知例の製造方法を示す工程図である。FIG. 2 is a process diagram showing a conventional known manufacturing method.

【図3】別の公知例の製造方法を示す工程図である。FIG. 3 is a process drawing showing another known manufacturing method.

【図4】半導体スペーサによる電界緩和効果を示した図
である。
FIG. 4 is a diagram showing an electric field relaxation effect by a semiconductor spacer.

【図5】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造方法
を示す工程図である。
FIG. 5 is a process drawing showing the manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例の半導体装置の製造方法
を示す工程図である。
FIG. 6 is a process drawing showing the manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例の半導体装置の別の製造
方法を示す工程図である。
FIG. 7 is a process drawing showing another manufacturing method of the semiconductor device of the third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施例の半導体装置の製造方法
を示す工程図である。
FIG. 8 is a process drawing showing the manufacturing method of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第4の実施例の半導体装置の別の製造
方法を示す工程図である。
FIG. 9 is a process drawing showing another manufacturing method of the semiconductor device of the fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4の実施例の半導体装置の別の製
造方法を示す工程図である。
FIG. 10 is a process drawing showing another manufacturing method of the semiconductor device of the fourth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第5の実施例の半導体装置の構造の
断面図である。
FIG. 11 is a sectional view of a structure of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第6の実施例の半導体装置の製造方
法を示す工程図である。
FIG. 12 is a process drawing showing the manufacturing method of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第6の実施例の半導体装置の半導体
装置の製造方法を示す工程図である。
FIG. 13 is a process drawing showing the manufacturing method of the semiconductor device of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第6の実施例の半導体装置の半導体
装置の製造方法を示す工程図である。
FIG. 14 is a process drawing showing the manufacturing method of the semiconductor device of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第6の実施例の半導体装置の半導体
装置の製造方法を示す工程図である。
FIG. 15 is a process drawing showing the manufacturing method of the semiconductor device of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第6の実施例の半導体装置の半導体
装置の製造方法を示す工程図である。
FIG. 16 is a process drawing showing the manufacturing method of the semiconductor device of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第6の実施例の半導体装置の半導体
装置の製造方法を示す工程図である。
FIG. 17 is a process drawing showing the method of manufacturing the semiconductor device of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第7の実施例の半導体装置の半導体
装置の平面図である。
FIG. 18 is a plan view of a semiconductor device of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、50…シリコン基板、2…低濃度拡散層、3,32
…高濃度拡散層、4…ゲート絶縁膜、5,27、55…
ゲート電極、6,15,18、60…シリコン基板上の
二酸化シリコン薄膜、7、13,23、25、41…二
酸化シリコン膜、8,19,26、43、46、69…
ノンドープ多結晶シリコンからなるサイドウォールスペ
ーサ、9,10,12,17、63、64…多結晶シリ
コンからなるサイドウォールスペーサ、11,22,2
8,30…二酸化シリコン膜、14…シリコン窒化膜か
らなるサイドウォールスペーサ、16,20,21、4
0、61…シリコン窒化膜。
1, 50 ... Silicon substrate, 2 ... Low concentration diffusion layer, 3, 32
... High-concentration diffusion layer, 4 ... Gate insulating film, 5, 27, 55 ...
Gate electrode, 6, 15, 18, 60 ... Silicon dioxide thin film on silicon substrate, 7, 13, 23, 25, 41 ... Silicon dioxide film, 8, 19, 26, 43, 46, 69 ...
Sidewall spacers made of non-doped polycrystalline silicon, 9, 10, 12, 17, 63, 64 ... Sidewall spacers made of polycrystalline silicon 11, 22, 2
8, 30 ... Silicon dioxide film, 14 ... Side wall spacer made of silicon nitride film, 16, 20, 21, 4
0, 61 ... Silicon nitride film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 直孝 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 山中 俊明 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 橋本 孝司 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 大木 長斗司 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 石田 浩 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Naotaka Hashimoto 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Toshiaki Yamanaka 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Takashi Hashimoto 1-280, Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Nagatoshi Oki 5-20-1, Kamimizumoto-cho, Kodaira-shi, Tokyo Super LSI Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Ishida 5-20-1 Joumizuhoncho, Kodaira-shi, Tokyo Hirate Super LSI Engineering Co., Ltd.

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】低濃度不純物層と高濃度不純物層とからな
るドレイン領域と、 上記低濃度不純物層上にゲート絶縁膜を介して形成され
たゲート電極と、 上記ゲート電極の側壁および上記低濃度不純物層上に形
成されたサイドウォールスペーサとを有するLDD構造
のMIS型電界効果トランジスタであって、 上記ドレイン領域の形成後のデバイス動作状態での上記
サイドウォールスペーサのうち少なくとも上記ゲート電
極の上記側壁近傍の部分は上記ゲート絶縁膜の誘電率の
3倍以上の比誘電率を有する高誘電率材料であることを
特徴とする半導体装置。
1. A drain region including a low-concentration impurity layer and a high-concentration impurity layer, a gate electrode formed on the low-concentration impurity layer via a gate insulating film, a sidewall of the gate electrode and the low-concentration layer. An MIS field effect transistor of LDD structure having a sidewall spacer formed on an impurity layer, wherein at least the sidewall of the gate electrode among the sidewall spacers in a device operating state after formation of the drain region. A semiconductor device characterized in that a portion in the vicinity thereof is a high dielectric constant material having a relative dielectric constant three times or more the dielectric constant of the gate insulating film.
【請求項2】上記高誘電率材料は、不純物濃度が所定濃
度以下の高抵抗半導体であることを特徴とする請求項1
記載の半導体装置。
2. The high dielectric constant material is a high resistance semiconductor having an impurity concentration of a predetermined concentration or less.
The semiconductor device described.
【請求項3】上記高抵抗半導体が、シリコン、ゲルマニ
ウム、ガリウム砒素のすくなくともいずれからなること
を特徴とする請求項2記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the high resistance semiconductor is made of at least any of silicon, germanium and gallium arsenide.
【請求項4】上記高抵抗半導体と該ゲート電極及び該低
濃度不純物層との間に絶縁膜を具備したことを特徴とす
る請求項3記載の半導体装置。
4. A semiconductor device according to claim 3, further comprising an insulating film between the high resistance semiconductor and the gate electrode and the low concentration impurity layer.
【請求項5】上記高抵抗半導体と該低濃度不純物層との
間に存在する絶縁膜の厚さが、上記ゲート絶縁膜の厚さ
よりも厚いことを特徴とする請求項4記載の半導体装
置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the thickness of the insulating film existing between the high resistance semiconductor and the low concentration impurity layer is thicker than the thickness of the gate insulating film.
【請求項6】ドレイン領域が低濃度不純物層と高濃度不
純物層とからなり、 上記低濃度不純物層上にゲート絶縁膜を介して形成され
たゲート電極と、 上記ゲート電極の側壁および上記低濃度不純物層上に形
成されたサイドウォールスペーサとを有するLDD構造
のMIS型電界効果トランジスタの製造方法であって、 上記ドレイン領域としての上記低濃度不純物層と上記高
濃度不純物層とを形成した後、上記ゲート電極の上記側
壁近傍の部分に上記ゲート絶縁膜の誘電率の3倍以上の
比誘電率を有する高誘電率材料を形成することを特徴と
する半導体装置の製造方法。
6. A drain region comprising a low-concentration impurity layer and a high-concentration impurity layer, a gate electrode formed on the low-concentration impurity layer via a gate insulating film, a sidewall of the gate electrode and the low-concentration layer. A method of manufacturing an MIS field effect transistor having an LDD structure, which includes a sidewall spacer formed on an impurity layer, comprising: forming the low concentration impurity layer and the high concentration impurity layer as the drain region, A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a high dielectric constant material having a relative dielectric constant three times or more the dielectric constant of the gate insulating film in a portion near the sidewall of the gate electrode.
【請求項7】上記高誘電率材料は、不純物濃度が所定濃
度以下の高抵抗半導体であることを特徴とする請求項6
記載の半導体装置の製造方法。
7. The high dielectric constant material is a high resistance semiconductor having an impurity concentration of a predetermined concentration or less.
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項8】上記高抵抗半導体が、シリコン、ゲルマニ
ウム、ガリウム砒素のすくなくともいずれからなること
を特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the high resistance semiconductor is made of at least any of silicon, germanium and gallium arsenide.
【請求項9】MIS型電界効果トランジスタのゲート絶
縁膜とゲート電極とを半導体基板上に形成する工程と、
その後、上記ゲート電極をマスクとした上記半導体基板
への不純物導入によりドレイン領域としての低濃度不純
物領域を形成する工程と、 その後、上記ゲート電極の側壁に第1のサイドウォール
スペーサを形成する工程と、 上記ゲート電極と上記第1のサイドウォールスペーサと
をマスクとした上記半導体基板への不純物導入により上
記ドレイン領域としての高濃度不純物領域を形成する工
程と、 上記第1のサイドウォールスペーサを除去する工程と、 上記ゲート電極の上記側壁近傍の部分に上記ゲート絶縁
膜の誘電率の3倍以上の比誘電率を有する高誘電率材料
を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
9. A step of forming a gate insulating film and a gate electrode of a MIS field effect transistor on a semiconductor substrate,
Then, a step of forming a low-concentration impurity region as a drain region by introducing an impurity into the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask, and a step of forming a first sidewall spacer on a sidewall of the gate electrode thereafter. Forming a high concentration impurity region as the drain region by introducing an impurity into the semiconductor substrate using the gate electrode and the first sidewall spacer as a mask; and removing the first sidewall spacer. A semiconductor device comprising: a step of forming a high dielectric constant material having a relative dielectric constant three times or more the dielectric constant of the gate insulating film in a portion near the sidewall of the gate electrode. Production method.
【請求項10】上記高誘電率材料は、不純物濃度が所定
濃度以下の高抵抗半導体であることを特徴とする請求項
9記載の半導体装置の製造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the high dielectric constant material is a high resistance semiconductor having an impurity concentration of not more than a predetermined concentration.
【請求項11】上記高抵抗半導体が、シリコン、ゲルマ
ニウム、ガリウム砒素のすくなくともいずれからなるこ
とを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方
法。
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the high resistance semiconductor is made of at least any of silicon, germanium and gallium arsenide.
【請求項12】上記第1のサイドウォールスペーサはシ
リコン窒化膜であり、 上記第1のサイドウォールスペーサの形成後で、その除
去の前に上記第1のサイドウォールスペーサとしての上
記シリコン窒化膜をマスクとして上記半導体基板上に選
択的に酸化膜を形成することを特徴とする請求項9記載
の半導体装置の製造方法。
12. The first sidewall spacer is a silicon nitride film, and the silicon nitride film as the first sidewall spacer is formed after the formation of the first sidewall spacer and before the removal thereof. 10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein an oxide film is selectively formed on the semiconductor substrate as a mask.
【請求項13】上記第1のサイドウォールスペーサは下
層シリコン窒化薄膜と上層多結晶シリコン厚膜とから構
成されたものであり、 上記ドレイン領域としての上記高濃度不純物領域を形成
した後、上記第1のサイドウォールスペーサの上層多結
晶シリコン厚膜を除去せしめ、上記第1のサイドウォー
ルスペーサの上記下層シリコン窒化薄膜をマスクとして
上記半導体基板上に選択的に酸化膜を形成することを特
徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。
13. The first sidewall spacer is composed of a lower layer silicon nitride thin film and an upper layer polycrystalline silicon thick film, and after forming the high concentration impurity region as the drain region, the first sidewall spacer is formed. An upper polycrystalline silicon thick film of the first sidewall spacer is removed, and an oxide film is selectively formed on the semiconductor substrate using the lower silicon nitride thin film of the first sidewall spacer as a mask. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9.
【請求項14】上記ゲート絶縁膜と上記ゲート電極の形
成の後、上記第1のサイドウォールスペーサの形成の前
に、下地保護膜を形成し、 上記ドレイン領域としての上記高濃度不純物領域を形成
した後、上記第1のサイドウォールスペーサを除去せし
め、その後、上記第1のサイドウォールスペーサを除去
することを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造
方法。
14. A base protection film is formed after the formation of the gate insulating film and the gate electrode and before the formation of the first sidewall spacer, and the high-concentration impurity region is formed as the drain region. 10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the first sidewall spacer is removed after the etching, and then the first sidewall spacer is removed.
【請求項15】上記第1のサイドウォールスペーサと上
記下地保護膜とは、それぞれ多結晶シリコンとシリコン
窒化膜とであることを特徴とする請求項14記載の半導
体装置の製造方法。
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein the first sidewall spacer and the underlying protective film are polycrystalline silicon and a silicon nitride film, respectively.
【請求項16】上記第1のサイドウォールスペーサと上
記下地保護膜とは、それぞれシリコン窒化膜と多結晶シ
リコンとであることを特徴とする請求項14記載の半導
体装置の製造方法。
16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein the first sidewall spacer and the underlying protective film are a silicon nitride film and polycrystalline silicon, respectively.
【請求項17】MIS型電界効果トランジスタのゲート
絶縁膜とゲート電極とを半導体基板上に形成する工程
と、 その後、上記ゲート電極をマスクとした上記半導体基板
への不純物導入によりドレイン領域としての低濃度不純
物領域を形成する工程と、 その後、上記ゲート電極の側壁に上記ゲート絶縁膜の誘
電率の3倍以上の比誘電率を有する高誘電率材料からな
るサイドウォールスペーサを形成する工程と、 上記サイドウォールスペーサの表面に不純物導入マスク
膜を選択的に形成する工程と、 上記ゲート電極と上記サイドウォールスペーサと上記不
純物導入マスク膜をマスクとした上記半導体基板への不
純物導入により上記ドレイン領域としての高濃度不純物
領域を形成する工程とを具備してなり、 上記不純物導入マスク膜の膜厚は、上記高濃度不純物領
域の形成のための上記不純物が上記高誘電率材料からな
る上記サイドウォールスペーサに実質的に導入されない
ような厚さに設定されてなることを特徴とする半導体装
置の製造方法。
17. A step of forming a gate insulating film and a gate electrode of a MIS field effect transistor on a semiconductor substrate, and then introducing an impurity into the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask to reduce a drain region. Forming a concentration impurity region, and thereafter forming a sidewall spacer made of a high dielectric constant material having a relative dielectric constant three times or more the dielectric constant of the gate insulating film on the side wall of the gate electrode; A step of selectively forming an impurity introduction mask film on the surface of the sidewall spacer; and a step of forming an impurity as a drain region by introducing an impurity into the semiconductor substrate using the gate electrode, the sidewall spacer and the impurity introduction mask film as a mask. And a step of forming a high-concentration impurity region. The method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the impurity for forming the high concentration impurity region is set to the side wall spacers as not substantially introduced thickness consisting of the high dielectric constant material.
【請求項18】上記高誘電率材料は、不純物濃度が所定
濃度以下の高抵抗半導体であることを特徴とする請求項
17記載の半導体装置の製造方法。
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein the high dielectric constant material is a high resistance semiconductor having an impurity concentration of not more than a predetermined concentration.
【請求項19】上記高抵抗半導体が、シリコン、ゲルマ
ニウム、ガリウム砒素のすくなくともいずれからなるこ
とを特徴とする請求項18記載の半導体装置の製造方
法。
19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 18, wherein the high resistance semiconductor is made of at least any of silicon, germanium and gallium arsenide.
【請求項20】上記ゲート絶縁膜と上記ゲート電極の形
成の後、上記サイドウォールスペーサの形成の前に、下
地保護膜を形成し、 上記ドレイン領域としての上記高濃度不純物領域を形成
した後、上記サイドウォールスペーサを除去せしめ、そ
の後、上記サイドウォールスペーサを除去することを特
徴とする請求項17記載の半導体装置の製造方法。
20. After forming the gate insulating film and the gate electrode, before forming the sidewall spacers, a base protective film is formed, and after forming the high concentration impurity region as the drain region, 18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein the sidewall spacers are removed, and then the sidewall spacers are removed.
【請求項21】上記サイドウォールスペーサと上記下地
保護膜とは、それぞれ多結晶シリコンとシリコン窒化膜
とであることを特徴とする請求項20記載の半導体装置
の製造方法。
21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein the sidewall spacer and the base protection film are polycrystalline silicon and a silicon nitride film, respectively.
【請求項22】MIS型電界効果トランジスタのゲート
絶縁膜とゲート電極と該ゲート電極上の上部保護絶縁膜
を半導体基板上に形成する工程と、 その後、上記ゲート電極と上記上部保護絶縁膜とをマス
クとした上記半導体基板への不純物導入によりドレイン
領域としての低濃度不純物領域を形成する工程と、 その後、上記ゲート電極の側壁と上記上部保護絶縁膜の
側壁に上記ゲート絶縁膜の誘電率の3倍以上の比誘電率
を有する高誘電率材料からなるサイドウォールスペーサ
を形成する工程と、 上記サイドウォールスペーサの表面に不純物導入マスク
膜を選択的に形成する工程と、 上記ゲート電極と上記上部保護絶縁膜と上記サイドウォ
ールスペーサと上記不純物導入マスク膜をマスクとした
上記半導体基板への不純物導入により上記ドレイン領域
としての高濃度不純物領域を形成する工程とを具備して
なり、 上記上部保護絶縁膜の膜厚は、上記高濃度不純物領域の
形成のための上記不純物が上記ゲート電極の側壁の近傍
の上記サイドウォールスペーサに実質的に導入されない
ような厚さに設定されてなることを特徴とする半導体装
置の製造方法。
22. A step of forming a gate insulating film, a gate electrode and an upper protective insulating film on the gate electrode of a MIS field effect transistor on a semiconductor substrate, and thereafter, forming the gate electrode and the upper protective insulating film. Forming a low-concentration impurity region as a drain region by introducing impurities into the semiconductor substrate used as a mask; and thereafter, forming a low dielectric constant 3 of the gate insulating film on the sidewall of the gate electrode and the sidewall of the upper protective insulating film. A step of forming a sidewall spacer made of a high dielectric constant material having a relative permittivity more than double, a step of selectively forming an impurity introduction mask film on the surface of the sidewall spacer, the gate electrode and the upper protection The impurities are introduced into the semiconductor substrate by using the insulating film, the sidewall spacers, and the impurity introduction mask film as a mask. And a step of forming a high-concentration impurity region as a rain region, wherein the film thickness of the upper protective insulating film is such that the impurities for forming the high-concentration impurity region are near the side wall of the gate electrode. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the thickness is set so as not to be substantially introduced into the sidewall spacer.
【請求項23】上記高誘電率材料は、不純物濃度が所定
濃度以下の高抵抗半導体であることを特徴とする請求項
22記載の半導体装置の製造方法。
23. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 22, wherein the high dielectric constant material is a high resistance semiconductor having an impurity concentration of not more than a predetermined concentration.
【請求項24】上記高抵抗半導体が、シリコン、ゲルマ
ニウム、ガリウム砒素のすくなくともいずれからなるこ
とを特徴とする請求項23記載の半導体装置の製造方
法。
24. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein the high resistance semiconductor is made of at least any of silicon, germanium and gallium arsenide.
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