JPH05226595A - Complementary mis transistor device - Google Patents

Complementary mis transistor device

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JPH05226595A
JPH05226595A JP4069146A JP6914692A JPH05226595A JP H05226595 A JPH05226595 A JP H05226595A JP 4069146 A JP4069146 A JP 4069146A JP 6914692 A JP6914692 A JP 6914692A JP H05226595 A JPH05226595 A JP H05226595A
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well region
type well
drain
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Mitsutaka Katada
満孝 堅田
Noriyuki Iwamori
則行 岩森
Hiroyuki Yamane
宏幸 山根
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NipponDenso Co Ltd
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make an element fine by preventing that a characteristic is deteriorated due to a hot carrier effect in an N-ch transistor and that a threshold voltage is dropped due to a short channel effect. CONSTITUTION:A P-type well region 11a formed by being doped with impurities is provided with an impurity distribution in which an effective acceptor impurity concentration is increasd gradually in the depth direction near the surface. N-type diffusion regions 21a, 22a as well as a source 23a and a drain 24a which are formed in the N-type diffusion regions are doped with donor impurities in such a way that an impurity distribution is compensated so as to form an N-conductivity type. Thereby, the depth of the N-type diffusion regions and that of the source or the drain can be constituted to be nearly equal. Thereby, the N-type diffusion regions have a shape which is expanded only in a face direction, and it is possible to restrain a hot carrier effect and a short channel effect.

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Pチャネル及びNチャネ
ルを同時に備えた相補型絶縁ゲートトランジスタ装置に
おいて、特にその微細化を可能にするためのウェル、ソ
ース、ドレインに関する濃度分布及びその装置の製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a complementary insulated gate transistor device having a P-channel and an N-channel at the same time, and particularly to a concentration distribution regarding wells, sources and drains for enabling miniaturization thereof and manufacturing of the device. Regarding the method.

【0002】[0002]

【従来技術】従来、デバイスの微細化にともないNチャ
ネル(以下、「Nch」と略す)トランジスタにおいて
は、ホットキャリア効果、Pチャネル(以下、「Pc
h」と略す)トランジスタにおいては、ショートチャネ
ル効果が増大する。これらの両効果は、しきい値電圧の
低下をもたらし、集積回路の微細化を阻害する原因とな
っている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in N-channel (hereinafter abbreviated as "Nch") transistors due to device miniaturization, hot carrier effect, P-channel (hereinafter "Pc")
In a transistor (abbreviated as “h”), the short channel effect is increased. Both of these effects bring about a decrease in the threshold voltage, which hinders the miniaturization of integrated circuits.

【0003】このうち、Nchトランジスタにおけるホ
ットキャリア効果を低減させるために、通常、N伝導型
のドレインの周囲にN型の低不純物密度領域を形成した
LDD(低不純物密度ドレイン)構造が採用されてい
る。しかしながら、この構造では、ドレイン形成時のマ
スクをゲート電極の長さよりも長くする必要がある。こ
のため、CVD法によりゲート電極の側部に側壁酸化膜
を形成する必要があり、工程が複雑である。
Among them, in order to reduce the hot carrier effect in the Nch transistor, an LDD (low impurity density drain) structure in which an N type low impurity density region is formed around an N conductivity type drain is usually adopted. There is. However, in this structure, the mask for forming the drain needs to be longer than the length of the gate electrode. Therefore, it is necessary to form the sidewall oxide film on the side portion of the gate electrode by the CVD method, which complicates the process.

【0004】また、USPNO. 4924277 に示されるよう
に、Nchトランジスタにおけるホットキャリア効果の
抑制のための電界緩和層とPchトランジスタにおける
シートチャンネル効果の抑制及びパンチスルーストップ
を同時に兼ね備えたN型拡散層をドレイン、ソースの周
囲に形成する構造が提案されている。
Further, as shown in USP No. 4924277, an electric field relaxation layer for suppressing a hot carrier effect in an Nch transistor and an N-type diffusion layer for simultaneously suppressing a sheet channel effect in a Pch transistor and punch-through stop are provided. A structure formed around the drain and the source has been proposed.

【0005】その具体的な構造を図8に示す。P型シリ
コン基板50にN型ウェル領域51bとP型ウェル領域
51aが形成されている。N型ウェル領域51b中には
Pchトランジスタが形成され、P型ウェル領域51a
にはNchトランジスタが形成されている。各々のトラ
ンジスタは局所酸化法(LOCOS)により形成される
分離酸化膜56により電気的に分離されている。又、各
ウェル領域51a及び51b上には、それぞれ、ゲート
絶縁膜57a及び57bが形成されており、そのゲート
絶縁膜57a及び57b上には、それぞれ、ゲート電極
58a及び58bが形成されている。
The specific structure is shown in FIG. An N-type well region 51b and a P-type well region 51a are formed on the P-type silicon substrate 50. A Pch transistor is formed in the N-type well region 51b, and the P-type well region 51a is formed.
An Nch transistor is formed in. Each transistor is electrically isolated by an isolation oxide film 56 formed by a local oxidation method (LOCOS). Gate insulating films 57a and 57b are formed on the well regions 51a and 51b, respectively, and gate electrodes 58a and 58b are formed on the gate insulating films 57a and 57b, respectively.

【0006】又、ゲート電極58a及び58bをマスク
として、ゲート電極58a及び58bのそれぞれの両側
に、自己整合的に形成されたN型拡散層61a、62a
及び61b、62bが形成されている。そして、N型拡
散層61a及び62aには、それぞれ、ソースとしての
高濃度N型拡散層63a及びドレインとしての高濃度N
型拡散層64aが形成されている。さらに、N型拡散層
61b及び62bには、それぞれ、ソースとしての高濃
度P型拡散層63b及びドレインとしての高濃度P型拡
散層64bが形成されている。
Further, by using the gate electrodes 58a and 58b as a mask, N-type diffusion layers 61a and 62a formed in a self-aligned manner on both sides of each of the gate electrodes 58a and 58b.
And 61b and 62b are formed. The N-type diffusion layers 61a and 62a have high-concentration N-type diffusion layers 63a as sources and high-concentration N as drains, respectively.
The mold diffusion layer 64a is formed. Further, a high-concentration P-type diffusion layer 63b as a source and a high-concentration P-type diffusion layer 64b as a drain are formed in each of the N-type diffusion layers 61b and 62b.

【0007】N型拡散層61a、62a、61b、62
bは、それぞれ、高濃度N型拡散層63a、高濃度N型
拡散層64a、高濃度P型拡散層63b、高濃度P型拡
散層64bよりも、深さ方向には深く、又横方向には広
くなるような形状に形成されている。又、N型拡散層6
1a、62a及び61b、62bの不純物濃度は、それ
ぞれ、P型ウェル領域51a及びN型ウェル領域51b
の不純物濃度よりは高く、高濃度N型拡散層63a、6
4a及び高濃度P型拡散層63b、64bの不純物濃度
よりは低く構成されている。
N-type diffusion layers 61a, 62a, 61b, 62
b is deeper in the depth direction and laterally than the high-concentration N-type diffusion layer 63a, the high-concentration N-type diffusion layer 64a, the high-concentration P-type diffusion layer 63b, and the high-concentration P-type diffusion layer 64b. Is formed in a shape that widens. Also, the N-type diffusion layer 6
The impurity concentrations of 1a, 62a and 61b, 62b are P type well region 51a and N type well region 51b, respectively.
Of the high-concentration N-type diffusion layers 63a, 6a
4a and the high-concentration P-type diffusion layers 63b and 64b.

【0008】上記の構造において、Nchトランジスタ
では、N型拡散層62aはドレイン近傍のピンチオフに
よる高電界発生領域の電界緩和層として機能し、ホット
キャリア効果としてのドレインアバランシェ注入による
素子特性の劣化が抑制される。また、Pchトランジス
タにおいては、通常、ゲート電極58bの材料としては
高濃度のリンを含有した多結晶シリコンが用いられるた
め、埋め込みチャネル構造となる。これにより、PN接
合がチャネル部ゲート直下に形成され、パンチスルーが
発生し易くなる。このため、Pchトランジスタでは、
ショートチャネル効果がNchトランジスタに比べてよ
り発生し易いが、このN型拡散層62bはパンチスルー
ストッパとして機能するためVt 低下等の素子機能低下
を抑制する効果がある。
In the above structure, in the Nch transistor, the N-type diffusion layer 62a functions as an electric field relaxation layer in a high electric field generation region due to pinch-off near the drain, and suppresses deterioration of device characteristics due to drain avalanche injection as a hot carrier effect. To be done. Further, in the Pch transistor, since a polycrystalline silicon containing a high concentration of phosphorus is usually used as the material of the gate electrode 58b, it has a buried channel structure. As a result, a PN junction is formed directly under the gate of the channel portion, and punch through easily occurs. Therefore, in the Pch transistor,
Likely short channel effect occurs more than the Nch transistor, this N-type diffusion layer 62b has the effect of suppressing element hypofunction of V t decreases such to serve as a punch-through stopper.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
造において、Nchトランジスタのホットキャリア効果
を十分に抑制するために、電界緩和層として機能するN
型拡散層62aを十分に形成しようとすると深さ方向に
も深くなりしかも長時間の拡散が必要となる。このた
め、制御性よくドレインを形成することは微細化が進む
につれ困難となり、ショートチャネル効果が発生してし
まい安定したしきい値制御が製造工程上困難となる。
However, in this structure, in order to sufficiently suppress the hot carrier effect of the Nch transistor, the N functioning as the electric field relaxation layer is formed.
In order to sufficiently form the type diffusion layer 62a, the depth becomes deep in the depth direction, and diffusion for a long time is required. Therefore, it becomes difficult to form a drain with good controllability as miniaturization progresses, a short channel effect occurs, and stable threshold value control becomes difficult in the manufacturing process.

【0010】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、Nchトランジスタのホ
ットキャリア効果による特性劣化と、ショートチャネル
効果によるしきい値電圧の低下を、同時にしかもより効
果的に抑制し、半導体装置の微細化、高速化を達成する
ことである。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to simultaneously improve the characteristics of the Nch transistor due to the hot carrier effect and to reduce the threshold voltage due to the short channel effect. It is to effectively suppress and achieve miniaturization and speedup of a semiconductor device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】第1の発明の構成は、P
型ウェル領域及びN型ウェル領域におけるソース及びド
レインを形成する位置において、P型ウェル領域及びN
型ウェル領域よりは不純物濃度が高く、ソース及びドレ
インよりは不純物濃度が低く、ソース及びドレインより
拡散領域の広いN型拡散領域の形成された相補型MIS
トランジスタ装置において、不純物ドープにより形成さ
れるP型ウェル領域は、表面付近において、深さ方向に
実効的なアクセプタ不純物濃度が漸増するような不純物
分布を有しており、N型拡散領域及びそのN型拡散領域
に形成されるソース及びドレインは、不純物分布を補償
して、N伝導型とするように、ドナー不純物をドープす
ることにより、N型拡散領域とソース又はドレインの深
さを略等しく構成したことを特徴とする。
The structure of the first invention is P
The P-type well region and the N-type well region are formed at the positions where the source and drain are formed in the N-type well region and the N-type well region.
A complementary MIS having an N-type diffusion region having a higher impurity concentration than the type well region, a lower impurity concentration than the source and drain, and a wider diffusion region than the source and drain.
In the transistor device, the P-type well region formed by the impurity doping has an impurity distribution in the vicinity of the surface such that the effective acceptor impurity concentration gradually increases in the depth direction. The source and drain formed in the type diffusion region are doped with a donor impurity so that the impurity distribution is compensated to be N-conductivity type, so that the N-type diffusion region and the source or drain have substantially the same depth. It is characterized by having done.

【0012】又、第2の発明は、上記の相補型MISト
ランジスタ装置の製造方法において、P型半導体基板の
P型ウェル領域及びN型ウェル領域を形成する領域にド
ナー不純物をドープして、ドープされた領域をN伝導型
とし、N型ウェル領域を形成する部分をマスクしてP型
ウェル領域を形成する部分にのみ、既にドープされてい
るドナー不純物密度を過補償する程度にアクセプタ不純
物をドープして、ドープされた領域をP伝導型とし、そ
の後、半導体基板を熱処理することにより、P型ウェル
領域を、表面付近において、深さ方向に実効的なアクセ
プタ不純物濃度が漸増するような不純物分布に形成し、
P型ウェル領域及びN型ウェル領域にゲート電極をマス
クとしてドナー不純物を拡散してN型拡散領域を形成
し、P型ウェル領域のN型拡散領域及びN型ウェル領域
のN型拡散領域に、ゲート電極をマスクとして、それぞ
れ、ドナー不純物及びアクセプタ不純物を拡散して、ソ
ース、ドレインを形成することを特徴とする。
A second aspect of the present invention is the method of manufacturing a complementary MIS transistor device described above, wherein a region for forming the P-type well region and the N-type well region of the P-type semiconductor substrate is doped with a donor impurity and then doped. The doped region is made to be N-conductivity type, and the portion forming the N-type well region is masked, and only the portion forming the P-type well region is doped with acceptor impurities to the extent that the already doped donor impurity density is overcompensated. Then, the doped region is made to have a P-conductivity type, and then the semiconductor substrate is heat-treated, so that the effective impurity acceptor impurity concentration gradually increases in the depth direction near the surface of the P-type well region. Formed into
Donor impurities are diffused in the P-type well region and the N-type well region using the gate electrode as a mask to form an N-type diffusion region, and in the N-type diffusion region of the P-type well region and the N-type diffusion region of the N-type well region, The gate electrode is used as a mask to diffuse a donor impurity and an acceptor impurity to form a source and a drain, respectively.

【0013】[0013]

【作用】P型ウェル領域は、表面付近において、深さ方
向に実効的なアクセプタ不純物濃度が漸増するような不
純物分布に形成したので、N型拡散領域を形成する時に
ドープされるドナー不純物の一部はそのように分布した
実効アクセプタ不純物を補償するために使用される。よ
って、N型拡散領域の深さ方向に対する実効的なドナー
分布を急峻に減少させることができ、N型拡散領域の深
さを薄くできる。一方、このN型拡散領域を越えたP型
ウェル領域では、そのN型拡散領域との境界付近におい
て、N型拡散領域の形成時のドナー不純物による補償の
ため、実効的なアクセプタ不純物濃度分布は、実効的な
アクセプタ濃度が急激に増加する分布となる。この結
果、ソース及びドレイン形成時にドープされるドナー
も、N型拡散領域との境界付近境界で急激に増加するア
クセプタ不純物により補償されるため、その境界を越え
てP型ウェル領域がN伝導型に変化することはない。換
言すれば、N型拡散領域、ソース及びドレイン形成時の
不純物ドープが制御し易くなる。そして、N型拡散領域
及びソース、ドレインの深さが略等しくなるという結果
が得られる。
Since the P-type well region is formed with an impurity distribution such that the effective acceptor impurity concentration gradually increases in the depth direction near the surface, one of the donor impurities doped when the N-type diffusion region is formed is formed. The parts are used to compensate for the effective acceptor impurities so distributed. Therefore, the effective donor distribution in the depth direction of the N-type diffusion region can be sharply reduced, and the depth of the N-type diffusion region can be reduced. On the other hand, in the P-type well region beyond the N-type diffusion region, the effective acceptor impurity concentration distribution is close to the boundary with the N-type diffusion region because of the compensation by the donor impurities at the time of forming the N-type diffusion region. , The distribution is such that the effective acceptor concentration rapidly increases. As a result, the donor doped at the time of forming the source and the drain is also compensated by the acceptor impurities that sharply increase at the boundary near the boundary with the N-type diffusion region, so that the P-type well region becomes N-conductivity type beyond the boundary. It doesn't change. In other words, it becomes easy to control the impurity doping at the time of forming the N-type diffusion region, the source and the drain. As a result, the depths of the N-type diffusion region, the source and the drain are substantially equal to each other.

【0014】一方、P型ウェル領域を、表面付近におい
て、深さ方向に実効的なアクセプタ不純物濃度が漸増す
るような不純物分布に形成する方法として、上述した第
2の発明の方法が発明された。即ち、P型基板のウェル
領域を形成する部分に一様にドナー不純物がドープされ
る。これにより、その領域はN伝導型に変化される。次
に、P型ウェル領域を形成する部分だけアクセプタ不純
物がドープされ、その領域はP伝導型に変化される。こ
のようにして、N型ウェル領域、P型ウェル領域が形成
される。次に、このように処理された基板を熱処理する
ことで、基板表面が酸化される。この時、アクセプタ不
純物とドナー不純物とでは、酸化膜と基板との間で偏析
係数が異なる。即ち、アクセプタ不純物は酸化膜での偏
析係数が基板での偏析係数よりも大きいので、アクセプ
タ不純物が表面の酸化膜に取り込まれるため、深さ方向
に対してアクセプタ不純物が漸増する分布が得られる。
一方、ドナー不純物は、逆に、酸化膜での偏析係数が基
板での偏析係数よりも小さいので、ドナー不純物が酸化
膜側から基板側に取り込まれるため、深さ方向に対して
ドナー不純物が漸減する分布が得られる。この結果、ア
クセプタ不純物とドナー不純物との分布を合わせて、実
効的なアクセプタ不純物密度の分布は、基板表面付近に
おいて、酸化膜との界面から深さ方向に漸増する分布が
得られる。
On the other hand, the method of the second invention described above was invented as a method of forming the P-type well region in the vicinity of the surface in an impurity distribution in which the effective acceptor impurity concentration gradually increases in the depth direction. .. That is, the portion of the P-type substrate forming the well region is uniformly doped with the donor impurity. As a result, the region is changed to the N conductivity type. Then, acceptor impurities are doped only in the portion forming the P-type well region, and the region is changed to the P-conductivity type. In this way, the N-type well region and the P-type well region are formed. Next, the surface of the substrate is oxidized by heat-treating the substrate thus treated. At this time, the acceptor impurity and the donor impurity have different segregation coefficients between the oxide film and the substrate. That is, since the segregation coefficient of the acceptor impurities in the oxide film is larger than the segregation coefficient in the substrate, the acceptor impurities are taken into the oxide film on the surface, so that a distribution in which the acceptor impurities gradually increase in the depth direction is obtained.
On the other hand, conversely, the donor impurity has a smaller segregation coefficient in the oxide film than that in the substrate, so the donor impurity is taken in from the oxide film side to the substrate side, so that the donor impurity gradually decreases in the depth direction. A distribution is obtained. As a result, the distribution of the acceptor impurities and the donor impurities is combined, and the distribution of the effective acceptor impurity density is obtained such that the distribution gradually increases in the depth direction from the interface with the oxide film near the surface of the substrate.

【0015】[0015]

【発明の効果】第1の発明では、P型ウェル領域は、表
面付近において、深さ方向に実効的なアクセプタ不純物
濃度が漸増するような不純物分布に形成して、N型拡散
領域及びソース、ドレインの深さを略等しく、N型拡散
領域を従来の装置によりも薄くすることができた。よっ
て、ショートチャネル効果を抑制することができた。
又、ショートチャネル効果を抑制できる結果として、素
子をより微細化することができる。
According to the first aspect of the present invention, the P-type well region is formed in the vicinity of the surface so as to have an impurity distribution such that the effective acceptor impurity concentration gradually increases in the depth direction. The depths of the drains were substantially equal, and the N-type diffusion region could be made thinner than in the conventional device. Therefore, the short channel effect could be suppressed.
Further, as a result of suppressing the short channel effect, the element can be made finer.

【0016】第2の発明は、P型ウェル領域における上
記の実効的なアクセプタ不純物濃度分布が、従来の、P
型ウェル領域と、N型ウェル領域との形成部分を、交互
にマスクしてドナー不純物、アクセプタ不純物をドープ
する工程に換えて、N型ウェル領域を形成する場合に
は、P型ウェル領域の形成部分と共にドナー不純物をド
ープし、その後、N型ウェル領域だけをマスクして、P
型ウェル領域の形成部分にアクセプタ不純物をドープす
るようにしているので、工程数は、従来の製法に比べて
増加せず、マスク形状のみを変更するだけで良いので、
製造が簡単である。
In a second aspect of the present invention, the above-mentioned effective acceptor impurity concentration distribution in the P-type well region is P
When the N-type well region is formed by replacing the step of masking the formation portion of the type well region and the N-type well region alternately with the donor impurity and the acceptor impurity, the P-type well region is formed. Part with donor impurities, and then mask only the N-type well region to form P
Since the acceptor impurities are doped in the formation portion of the mold well region, the number of steps does not increase as compared with the conventional manufacturing method, and only the mask shape needs to be changed.
Easy to manufacture.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図1は、集積回路のCMOSトランジスタ部分
を示した断面図である。図2〜図5は、そのトランジス
タの製法工程を示した模式図である。図2の(1)に示
すように、P型の単結晶シリコン基板10の表面に、表
面の汚染から守るための酸化膜30を被覆した後、リン
イオン31を全面にイオン注入する。尚、P型の単結晶
シリコン基板10のアクセプタ不純物としてのボロンの
濃度は、例えば1×1015/cm3 程度が適当である。リ
ンイオンの注入量は、基板表面の実効的なドナー不純物
濃度がPchトランジスタの設計仕様のしきい値電圧が
得られる濃度となるような値に決定される。
EXAMPLES The present invention will be described below based on specific examples. FIG. 1 is a sectional view showing a CMOS transistor portion of an integrated circuit. 2 to 5 are schematic views showing manufacturing steps of the transistor. As shown in (1) of FIG. 2, the surface of the P-type single crystal silicon substrate 10 is covered with an oxide film 30 for protecting the surface from contamination, and then phosphorus ions 31 are ion-implanted over the entire surface. Incidentally, the concentration of boron as an acceptor impurity of the P-type single crystal silicon substrate 10 is appropriately about 1 × 10 15 / cm 3 , for example. The implantation amount of phosphorus ions is determined so that the effective donor impurity concentration on the substrate surface is a concentration at which the threshold voltage of the design specifications of the Pch transistor is obtained.

【0018】次に、図2の(2)に示すように、フォト
リソグラフィー法により、Nchトランジスタを形成す
る領域以外の領域を、フォトレジスト32によりマスク
する。そして、Nchトランジスタを形成する領域にの
み選択的にボロンイオン33を注入する。この時のイオ
ン種はボロンに限らずBFまたはBF2 イオン等でも構
わない。この時のボロンイオンの注入量は、基板表面の
実効的なアクセプタ不純物濃度がNchトランジスタの
設計仕様のしきい値電圧が得られる濃度となるような値
に決定される。
Next, as shown in FIG. 2B, a region other than the region where the Nch transistor is formed is masked with a photoresist 32 by photolithography. Then, the boron ions 33 are selectively implanted only in the region where the Nch transistor is formed. The ion species at this time is not limited to boron, and may be BF or BF 2 ions or the like. The boron ion implantation amount at this time is determined so that the effective acceptor impurity concentration on the substrate surface is a concentration at which the threshold voltage of the design specification of the Nch transistor is obtained.

【0019】次に、フォトレジスト32を除去して、基
板10に熱処理を施し、注入したリン、ボロンを拡散す
る。これにより、図3の(3)に示すように、P型ウェ
ル領域11a、N型ウェル領域11bが形成され、新た
に、熱酸化による酸化膜30が形成される。また、後述
のゲート電極に高濃度にリンをドープしたN+ の多結晶
シリコンを用して、しかも、両トランジスタのしきい値
電圧の絶対値を0.5 〜1.2 V程度に制御しようとした場
合、P型ウェル領域11aの表面の不純物濃度はN型ウ
ェル領域11bの表面の不純物濃度よりも高く、P型ウ
ェル領域11aはN型ウェル領域11bに比べて、拡散
深さも深くなる。したがって、P型ウェル領域11aは
基板10と電気的に導通する。
Next, the photoresist 32 is removed, and the substrate 10 is heat-treated to diffuse the implanted phosphorus and boron. As a result, as shown in FIG. 3C, the P-type well region 11a and the N-type well region 11b are formed, and the oxide film 30 is newly formed by thermal oxidation. In addition, when N + polycrystal silicon doped with phosphorus at a high concentration is used for the gate electrode described later and the absolute value of the threshold voltage of both transistors is controlled to about 0.5 to 1.2 V, The impurity concentration on the surface of the P-type well region 11a is higher than the impurity concentration on the surface of the N-type well region 11b, and the diffusion depth of the P-type well region 11a is deeper than that of the N-type well region 11b. Therefore, the P-type well region 11a is electrically connected to the substrate 10.

【0020】一方、N型ウェル領域11bは基板10に
対して電気的に分離された状態になる。このようにして
形成したP型ウェル領域11a中にはリン元素とボロン
元素が不純物として存在する。ただし、ボロン元素が量
的に多いため、P伝導型を示す。
On the other hand, the N-type well region 11b is electrically isolated from the substrate 10. In the P-type well region 11a thus formed, phosphorus element and boron element exist as impurities. However, since the elemental amount of boron is large, it shows a P-conduction type.

【0021】ここで、偏析係数を次式で定義すると、偏
折係数=(シリコン中の不純物平衡濃度)/(酸化膜中
の不純物平衡濃度)リンの偏折係数は1よりも大きく、
ボロンの偏折係数は1よりも小さい。よって、熱処理に
よる拡散過程において、リンは酸化膜30側からシリコ
ン基板10側に移動し、逆に、ボロンは、シリコン基板
10側から酸化膜30側に移動する。したがって、ウェ
ル形成中の熱処理に酸化処理を加えることにより、リン
に関しては、基板10の表面で濃度が高くなる、いわゆ
るパイルアップが発生する。逆に、ボロンに関しては、
基板10の表面で濃度が低くなる。
When the segregation coefficient is defined by the following equation, deviation coefficient = (impurity equilibrium concentration in silicon) / (impurity equilibrium concentration in oxide film) The deviation coefficient of phosphorus is larger than 1,
The deviation coefficient of boron is less than 1. Therefore, in the diffusion process by heat treatment, phosphorus moves from the oxide film 30 side to the silicon substrate 10 side, and conversely, boron moves from the silicon substrate 10 side to the oxide film 30 side. Therefore, by adding an oxidation treatment to the heat treatment during the formation of the well, so-called pile-up occurs, in which the concentration of phosphorus becomes high on the surface of the substrate 10. Conversely, for boron,
The concentration becomes low on the surface of the substrate 10.

【0022】よって、P型ウェル領域11aでは、深さ
方向において、実効的なアクセプタ不純物濃度(ボロン
濃度−リン濃度)が、漸増するような分布となる。図6
は、シミュレーションにより求められたP型ウェル領域
11aにおける図3に示す線X1−X1に沿った不純物
濃度プロファイルである。図6において、曲線aはリン
の濃度分布を示し、曲線bはボロンの濃度分布を示し、
曲線cは実効的なアクセプタ不純物の濃度分布を示して
いる。酸化膜・シリコン界面から深さ方向に0.2μm
の深さまでウェル濃度が6×1016/cm3 から1.0
×1017/cm3 まで上昇していくことが計算される。
Therefore, in the P-type well region 11a, the effective acceptor impurity concentration (boron concentration-phosphorus concentration) has a distribution that gradually increases in the depth direction. Figure 6
3 is an impurity concentration profile along the line X1-X1 shown in FIG. 3 in the P-type well region 11a obtained by simulation. In FIG. 6, the curve a shows the concentration distribution of phosphorus, the curve b shows the concentration distribution of boron,
A curve c shows an effective concentration distribution of acceptor impurities. 0.2 μm from the oxide film / silicon interface in the depth direction
Well concentration up to the depth of 6 × 10 16 / cm 3 to 1.0
It is calculated that the temperature rises to × 10 17 / cm 3 .

【0023】このように、P型ウェル11a及びN型ウ
ェル11bが形成された後、図3の(4)に示すよう
に、素子分離用の分離酸化膜16、ゲート酸化膜17を
形成する。この様に形成したトランジスタ領域に、図4
の(5)に示すように、多結晶シリコンから成るゲート
電極18を形成する。通常、ゲート電極18をエッチン
グにより形成した直後はフォトレジストが残っている
が、これを灰化あるいは濃硫酸、過酸化水素水の混合液
等の酸化性薬剤により洗浄しフォトレジストを除去す
る。
After the P-type well 11a and the N-type well 11b are thus formed, the isolation oxide film 16 for element isolation and the gate oxide film 17 are formed as shown in (4) of FIG. In the transistor region formed in this way, as shown in FIG.
As shown in (5), the gate electrode 18 made of polycrystalline silicon is formed. Usually, the photoresist remains immediately after the gate electrode 18 is formed by etching, but the photoresist is removed by ashing or washing with an oxidizing agent such as a mixed solution of concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide.

【0024】この後、ゲート電極18に酸化膜、窒化
膜、酸化チタン膜、窒化チタン膜等の絶縁膜19を熱酸
化、熱窒化、スパッタ法、化学気相成長法、あるいは蒸
着法等により被覆する。この絶縁膜膜19はリンイオン
がゲート電極18に散乱されずに通過する現象すなわち
チャネリングを防止するためのものである。膜厚さとし
ては0.04μm以上具体的には0.1μm程度が適当
である。しかる後、リンイオン34を基板全面にイオン
注入する。このときのイオン注入条件はPchトランジ
スタのパンチスルーストップが可能なよう、また、横方
向広がりは、Nchトランジスタの電界緩和がホットキ
ャリア耐圧を満足できるように加速電圧、注入量を設定
すれば良い。
After that, the gate electrode 18 is covered with an insulating film 19 such as an oxide film, a nitride film, a titanium oxide film, or a titanium nitride film by thermal oxidation, thermal nitriding, sputtering, chemical vapor deposition, vapor deposition, or the like. To do. This insulating film 19 is for preventing the phenomenon that phosphorus ions pass through the gate electrode 18 without being scattered, that is, the channeling. A suitable film thickness is 0.04 μm or more, specifically about 0.1 μm. Then, phosphorus ions 34 are ion-implanted on the entire surface of the substrate. At this time, the ion implantation conditions may be set such that the punch-through stop of the Pch transistor can be performed and the lateral expansion is set so that the relaxation of the electric field of the Nch transistor can satisfy the hot carrier breakdown voltage.

【0025】この後、図5の(7)に示すように、基板
10に適当な熱処理を施して、P型ウェル領域11aに
N型拡散領域21a、22aが形成され、N型ウェル領
域11bにN型拡散領域21b、22bが形成される。
このN型拡散領域21a、22aは、Nchトランジス
タに対しては電界緩和層となり得る。また、N型拡散領
域21b、22bはPchトランジスタに対してはパン
チスルーストッパとなる。また、このN型拡散領域21
a、22a、21b、22bの拡散深さは高々0.2μ
mもあれば十分である。
Thereafter, as shown in FIG. 5 (7), the substrate 10 is subjected to an appropriate heat treatment to form the N type diffusion regions 21a and 22a in the P type well region 11a and the N type well region 11b. N-type diffusion regions 21b and 22b are formed.
The N-type diffusion regions 21a and 22a can serve as an electric field relaxation layer for the Nch transistor. Further, the N type diffusion regions 21b and 22b serve as punch through stoppers for the Pch transistor. In addition, this N-type diffusion region 21
The diffusion depth of a, 22a, 21b, 22b is 0.2 μ at most.
m is enough.

【0026】次に、図5の(7)に示したように、フォ
トリソグラフィー法により、Pchトランジスタ部分を
レジスト35によりマスクした。そして、P型ウェル領
域11aのN型拡散領域21a、22aにのみ、ゲート
電極18をマスクとして、ヒ素をイオン注入して、熱拡
散してソース23a、ドレイン24aを得た。尚、この
とき注入イオン種として同時にリンを注入してもよい。
リンと砒素を同時に注入した場合には濃度形状はチャネ
ル方向に向かって連続的に変化しトランジスタのオン抵
抗を低減することが可能である。リンを注入することに
より、このようにして形成されたイオン注入直後の不純
物分布は従来の基板面の法線に対し垂直に注入した構造
に比べ、深さ方向には浅く、ゲート直下の横方向には長
くなるように分布する。したがって、その後の熱処理を
適当に行えば、N型拡散領域21a、22a及びソース
23a及びドレイン24aは深さ方向には薄く且つ同じ
厚さで、基板10の表面に平行な方向には、N型拡散領
域21a、22aを大きくする構造とすることができ
る。
Next, as shown in FIG. 5 (7), the Pch transistor portion was masked with the resist 35 by the photolithography method. Then, only in the N-type diffusion regions 21a and 22a of the P-type well region 11a, arsenic was ion-implanted using the gate electrode 18 as a mask and thermally diffused to obtain the source 23a and the drain 24a. At this time, phosphorus may be simultaneously implanted as the implanted ion species.
When phosphorus and arsenic are implanted at the same time, the concentration profile changes continuously in the channel direction and the on-resistance of the transistor can be reduced. By implanting phosphorus, the impurity distribution immediately after ion implantation formed in this way is shallower in the depth direction than in the conventional structure in which it is implanted perpendicularly to the normal to the substrate surface, and the lateral direction immediately below the gate is formed. It is distributed to be long. Therefore, if the subsequent heat treatment is appropriately performed, the N-type diffusion regions 21a and 22a and the source 23a and the drain 24a are thin and have the same thickness in the depth direction, and the N-type diffusion regions 21a and 22a are the same in the direction parallel to the surface of the substrate 10. The diffusion regions 21a and 22a can be enlarged.

【0027】次に、図5の(8)に示すように、P型ウ
ェル領域11aをレジスト36でマスクする。N型ウェ
ル領域11bのN型拡散領域21b、22bにのみ、ゲ
ート電極18をマスクとして、ボロンイオン又はBF又
はBF2 イオンをイオン注入して、熱拡散して、図1に
示すソース23b、ドレイン24bを得た。次に、図1
に示すように、例えば、酸化膜、窒化膜、リンガラス
(PSG)あるいはリンボロンガラス(BPSG)等の
保護膜29を例えば化学気相成長法、スパッタ法、真空
蒸着法等により形成し、しかる後各トランジスタのソー
ス・ドレイン領域およびゲート電極に接続孔40を形成
し、各接続孔40から電極28により配線を取り出すこ
とによりCMOSトランジスタを製造した。
Next, as shown in FIG. 5 (8), the P-type well region 11a is masked with the resist 36. Only in the N-type diffusion regions 21b and 22b of the N-type well region 11b, using the gate electrode 18 as a mask, boron ions or BF or BF 2 ions are ion-implanted and thermally diffused to form the source 23b and drain shown in FIG. 24b was obtained. Next, FIG.
As shown in, a protective film 29 such as an oxide film, a nitride film, phosphorus glass (PSG) or phosphorus boron glass (BPSG) is formed by, for example, a chemical vapor deposition method, a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like. After that, a connection hole 40 was formed in the source / drain region and the gate electrode of each transistor, and a wiring was taken out from each connection hole 40 by the electrode 28 to manufacture a CMOS transistor.

【0028】図7の(1)は、P型ウェル領域11aに
ソース23a及びドレイン24aを形成した後のドレイ
ン24aの領域における深さ方向の不純物濃度プロファ
イルを模式的に示した図である。即ち、N型拡散領域2
2aの形成される前のP型ウェル領域11aにおける実
効的なアクセプタ不純物濃度は、曲線aで示すように、
酸化膜・シリコン界面からの深さに対して漸増する特性
を示している(図6の曲線cと同じ)。そして、N型拡
散領域22a及びドレイン24aを形成するためのドナ
ー不純物濃度は、曲線bに示すように分布する。その結
果、N型拡散領域22a及びドレイン24aを形成する
ためのドナー不純物が曲線aのように分布する実効的な
アクセプタ不純物により補償され、結果的に、実効的な
ドナー不純物濃度及びアクセプタ不純物濃度は曲線cで
示すようになる。この曲線cから分かることは、N伝導
型とP伝導型の接合面で実効的なドナー不純物濃度とア
クセプタ不純物濃度の分布が急峻に変化し、その接合面
の深さXj は浅くなるということである。
FIG. 7A is a diagram schematically showing the impurity concentration profile in the depth direction in the region of the drain 24a after the source 23a and the drain 24a are formed in the P-type well region 11a. That is, the N-type diffusion region 2
The effective acceptor impurity concentration in the P-type well region 11a before the formation of 2a is as shown by the curve a:
The characteristic is shown that it gradually increases with respect to the depth from the oxide film / silicon interface (same as curve c in FIG. 6). Then, the donor impurity concentration for forming the N-type diffusion region 22a and the drain 24a is distributed as shown by the curve b. As a result, the donor impurities for forming the N-type diffusion region 22a and the drain 24a are compensated by the effective acceptor impurities distributed as shown by the curve a, and as a result, the effective donor impurity concentration and the acceptor impurity concentration are It becomes as shown by the curve c. What can be seen from the curve c is that the effective donor impurity concentration and the acceptor impurity concentration distribution sharply change at the N-conducting type and P-conducting type junction surfaces, and the depth X j of the junction surface becomes shallow. Is.

【0029】比較のために、P型ウェル領域11aのア
クセプタ不純物濃度を深さに対して均一とした従来の装
置では、図7の(2)に示す不純物濃度分布となり、接
合面の深さXj が深くなると共に、接合面付近で低濃度
のN型拡散領域が形成される。 このように、従来の装
置では、電界緩和層のN型拡散領域を深さ方向にも深く
する必要がありパンチスルーを起こしやすい構造であっ
た。しかしながら、本発明によれば同一のドレイン構造
であっても深さ方向には接合位置が浅くなるため従来例
に比べてパンチスルーがおこりにくくなり従ってショー
トチャンネル効果によるしきい値電圧の低下も発生しに
くくなる。よって、極めて再現性よく素子を形成するこ
とができる。また、この様に形成した、レジスト塗布工
程は一回だけで済む。したがって、P型ウェル領域とN
型ウェル領域に別々にイオン注入する従来工程に比べて
極めて簡便に形成可能である。また、P型ウェル領域1
1aの横方向の広がりはフォトレジストによりパターン
ニングした位置から高々1μm程度であり微細化に対し
ても大きな支障はない。
For comparison, in the conventional device in which the acceptor impurity concentration in the P-type well region 11a is made uniform with respect to the depth, the impurity concentration distribution shown in (2) of FIG. As j becomes deeper, a low concentration N-type diffusion region is formed near the joint surface. As described above, in the conventional device, the N-type diffusion region of the electric field relaxation layer needs to be deep in the depth direction, so that the structure is likely to cause punch-through. However, according to the present invention, since the junction position becomes shallower in the depth direction even with the same drain structure, punch-through is less likely to occur as compared with the conventional example, so that the threshold voltage is reduced due to the short channel effect. Hard to do. Therefore, the element can be formed with extremely good reproducibility. Further, the resist coating step formed in this way is required only once. Therefore, the P-type well region and N
It can be formed extremely easily as compared with the conventional process in which ions are separately implanted into the mold well region. In addition, the P-type well region 1
The lateral spread of 1a is at most about 1 μm from the position patterned by the photoresist, and there is no great obstacle to miniaturization.

【0030】本実施例のCMOSトランジスタ装置によ
り、Nchトランジスタにおいてはより従来例に比べて
ショートチャネル効果によるしきい値電圧の増加を抑制
しながら、電界緩和した構造を実現することができる。
Nchトランジスタについては、深さ方向に実効的なア
クセプタ濃度が高くなっている。このため従来構造に対
して拡散深さを浅くすることが可能となる。また、横方
向には従来通りの広がりが得られるため電界緩和構造は
確保できる。さらに、横方向に絶縁膜19を形成した後
に高N型不純物濃度のソース23a、ドレイン24aを
拡散形成させている。よって、横方向の電界緩和構造を
確保できるため、ホットキャリア耐圧は向上する。ま
た、拡散深さは浅く、ショートチャネル効果が抑制可能
となる。さらに電界緩和層も角度イオン注入により浅い
接合が形成される。しかもゲート電極18直下では横方
向に電界緩和層が形成可能となるため電界緩和層も従来
のごとくソース、ドレイに対して、拡散深さが深くなる
ように形成する必要がなくショートチャネル効果抑制可
能となる。また、本実施例のトランジスタ装置では、N
型拡散領域21a、22a、21b、22bが、ゲート
電極18に重なる状態で形成される。このため、ゲート
電極18に基板10の電位に対して正電圧が印加される
と蓄積層が形成される。従来LDD構造では電界緩和層
は抵抗成分となってしまい電流能力を低下させるが、本
実施例のトランジスタ装置では、前述のごとく蓄積層が
形成されるため改善される。したがって、本発明のトラ
ンジスタは微細化に適した構造であり、しかも高速化も
可能である。すなわち、本発明で集積回路を構成すれば
従来の構造より高集積が可能である。
With the CMOS transistor device of this embodiment, it is possible to realize a structure in which the electric field is alleviated while suppressing an increase in the threshold voltage due to the short channel effect in the Nch transistor more than in the conventional example.
With respect to the Nch transistor, the effective acceptor concentration increases in the depth direction. Therefore, it is possible to make the diffusion depth shallower than that of the conventional structure. Further, since the conventional expansion can be obtained in the lateral direction, the electric field relaxation structure can be secured. Further, after forming the insulating film 19 in the lateral direction, the source 23a and the drain 24a having a high N-type impurity concentration are diffused. Therefore, the electric field relaxation structure in the lateral direction can be secured, and the hot carrier breakdown voltage is improved. Further, the diffusion depth is shallow, and the short channel effect can be suppressed. Further, a shallow junction is formed in the electric field relaxation layer by the angle ion implantation. Moreover, since the electric field relaxation layer can be formed laterally just below the gate electrode 18, it is not necessary to form the electric field relaxation layer so that the diffusion depth is deeper with respect to the source and the drain as in the conventional case, and the short channel effect can be suppressed. Becomes Further, in the transistor device of this embodiment, N
The type diffusion regions 21a, 22a, 21b, 22b are formed so as to overlap the gate electrode 18. Therefore, when a positive voltage is applied to the gate electrode 18 with respect to the potential of the substrate 10, an accumulation layer is formed. In the conventional LDD structure, the electric field relaxation layer serves as a resistance component and lowers the current capability. However, in the transistor device of this embodiment, the storage layer is formed as described above, which is an improvement. Therefore, the transistor of the present invention has a structure suitable for miniaturization, and can also achieve higher speed. That is, if an integrated circuit is formed by the present invention, higher integration can be achieved as compared with the conventional structure.

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

【図1】本発明の一実施例にかかるCMOSトランジス
タの構造を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a CMOS transistor according to an embodiment of the present invention.

【図2】実施例トランジスタの製造工程を示した模式
図。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a manufacturing process of an example transistor.

【図3】実施例トランジスタの製造工程を示した模式
図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a manufacturing process of an example transistor.

【図4】実施例トランジスタの製造工程を示した模式
図。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a manufacturing process of an example transistor.

【図5】実施例トランジスタの製造工程を示した模式
図。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a manufacturing process of an example transistor.

【図6】実施例トランジスタのP型ウェル領域における
不純物濃度分布を示した特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing an impurity concentration distribution in a P-type well region of an example transistor.

【図7】実施例トランジスタ及び従来トランジスタのソ
ース又はドレイン形成部における深さ方向の不純物濃度
分布を示した特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing an impurity concentration distribution in a depth direction in a source or drain formation portion of an example transistor and a conventional transistor.

【図8】従来のCMOSトランジスタ装置の構成を示し
た断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional CMOS transistor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…半導体基板 11a…P型ウェル領域 11b…N型ウェル領域 18…ゲート電極 19…絶縁膜 21a、22a、21b、22b…N型拡散領域 21a、21b…ソース 22a、22b…ドレイン 10 ... Semiconductor substrate 11a ... P-type well region 11b ... N-type well region 18 ... Gate electrode 19 ... Insulating film 21a, 22a, 21b, 22b ... N-type diffusion region 21a, 21b ... Source 22a, 22b ... Drain

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 P型ウェル領域及びN型ウェル領域にお
けるソース及びドレインを形成する位置において、前記
P型ウェル領域及び前記N型ウェル領域よりは不純物濃
度が高く、前記ソース及び前記ドレインよりは不純物濃
度が低く、前記ソース及び前記ドレインより拡散領域の
広いN型拡散領域の形成された相補型MISトランジス
タ装置において、 不純物ドープにより形成される前記P型ウェル領域は、
表面付近において、深さ方向に実効的なアクセプタ不純
物濃度が漸増するような不純物分布を有しており、 前記N型拡散領域及びそのN型拡散領域に形成される前
記ソース及びドレインは、前記不純物分布を補償して、
N伝導型とするように、ドナー不純物をドープすること
により、前記N型拡散領域と前記ソース又は前記ドレイ
ンの深さを略等しく構成したことを特徴とする相補型M
ISトランジスタ装置。
1. An impurity concentration higher than that of the P-type well region and the N-type well region and higher than that of the source and the drain at positions where a source and a drain are formed in the P-type well region and the N-type well region. In a complementary MIS transistor device having a low concentration and an N-type diffusion region having a wider diffusion region than the source and the drain, the P-type well region formed by impurity doping is:
In the vicinity of the surface, the impurity distribution is such that the effective acceptor impurity concentration gradually increases in the depth direction, and the N-type diffusion region and the source and drain formed in the N-type diffusion region are Compensating for the distribution,
Complementary type M characterized in that the depth of the N type diffusion region and the depth of the source or the drain are configured to be substantially equal by doping with a donor impurity so as to be N conduction type.
IS transistor device.
【請求項2】 P型半導体基板に形成されたP型ウェル
領域及びN型ウェル領域におけるソース及びドレインを
形成する位置において、前記P型ウェル領域及び前記N
型ウェル領域よりは不純物濃度が高く、前記ソース及び
前記ドレインよりは不純物濃度が低く、前記ソース及び
前記ドレインより拡散領域の広いN型拡散領域の形成さ
れた相補型MISトランジスタ装置の製造方法におい
て、 前記P型半導体基板の前記P型ウェル領域及び前記N型
ウェル領域を形成する領域にドナー不純物をドープし
て、ドープされた領域をN伝導型とし、 前記N型ウェル領域を形成する部分をマスクして前記P
型ウェル領域を形成する部分にのみ、既にドープされて
いるドナー不純物密度を過補償する程度にアクセプタ不
純物をドープして、ドープされた領域をP伝導型とし、 その後、前記半導体基板を熱処理することにより、前記
P型ウェル領域を、表面付近において、深さ方向に実効
的なアクセプタ不純物濃度が漸増するような不純物分布
に形成し、 前記P型ウェル領域及び前記N型ウェル領域にゲート電
極をマスクとしてドナー不純物を拡散して前記N型拡散
領域を形成し、 前記P型ウェル領域の前記N型拡散領域及び前記N型ウ
ェル領域の前記N型拡散領域に、ゲート電極をマスクと
して、それぞれ、ドナー不純物及びアクセプタ不純物を
拡散して、ソース、ドレインを形成することを特徴とす
る相補型MISトランジスタ装置の製造方法。
2. A P-type well formed on a P-type semiconductor substrate
Source and drain in the region and the N-type well region
At the formation position, the P-type well region and the N-type well region are formed.
The impurity concentration is higher than that of the well region, and the source and
The impurity concentration is lower than that of the drain, and the source and
An N-type diffusion region having a wider diffusion region than the drain is formed.
In manufacturing method of complementary MIS transistor device
The P-type well region of the P-type semiconductor substrate and the N-type
The region forming the well region is doped with donor impurities
And the doped region is made to be N-conductivity type, and the portion forming the N-type well region is masked to make the P
Only the part that forms the mold well region has already been doped.
Acceptor is not enough to overcompensate the donor impurity density.
The pure region is doped to make the doped region P-conducting, and then the semiconductor substrate is heat-treated to
Effective in the depth direction of the P-type well region near the surface
Distribution that gradually increases the typical acceptor impurity concentration
A gate electrode in the P-type well region and the N-type well region.
The N-type diffusion is performed by diffusing donor impurities using the pole as a mask.
A region is formed, and the N-type diffusion region and the N-type window of the P-type well region are formed.
A gate electrode is used as a mask in the N-type diffusion region of the well region.
The donor and acceptor impurities, respectively.
Characterized by diffusion to form a source and a drain
A method of manufacturing a complementary MIS transistor device.
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