JPH0527266B2 - - Google Patents

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JPH0527266B2
JPH0527266B2 JP58121185A JP12118583A JPH0527266B2 JP H0527266 B2 JPH0527266 B2 JP H0527266B2 JP 58121185 A JP58121185 A JP 58121185A JP 12118583 A JP12118583 A JP 12118583A JP H0527266 B2 JPH0527266 B2 JP H0527266B2
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transistor
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、相補型絶縁ゲート電界効果トランジ
スタ(以下CMOSトランジスタと記す)の製造
方法に関し、特に0.5μm以下のゲート長において
も5V電源で動作可能な高耐圧超微細CMOSトラ
ンジスタの製造方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a method for manufacturing a complementary insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as a CMOS transistor), which can be operated with a 5V power supply even with a gate length of 0.5 μm or less. The present invention relates to a method for manufacturing ultra-fine CMOS transistors with high breakdown voltage.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

CMOSは、PチヤネルMOS(以下PMOSと記
す)とNチヤネルMOS(以下NMOSと記す)と
を対にして、同一チツプ上に形成している構造で
ある。
CMOS is a structure in which a P-channel MOS (hereinafter referred to as PMOS) and an N-channel MOS (hereinafter referred to as NMOS) are formed as a pair on the same chip.

第1図は、2μm以上のゲート長を有する従来
のCMOSの断面構造図である。
FIG. 1 is a cross-sectional structural diagram of a conventional CMOS having a gate length of 2 μm or more.

第1図において、1はN導電型の半導体基板、
2は半導体基板1内に形成されたP導電型の拡散
層領域でウエルと称される。3はフイールド酸化
膜、4および5はウエル2内に形成された
NMOSソースおよびドレイン拡散層領域で、n
導電型を有し、その最大不純物濃度は1020cm-3
上で構成される。6および7はPMOSのソース
およびドレイン拡散層領域で、P導電型を有し、
その最大不純物濃度は1019cm-3以上で構成され
る。8および9は、各々ゲート絶縁膜、およびゲ
ート電極である。10および11は、各々保護絶
縁膜およびソースまたはドレイン電極である。
In FIG. 1, 1 is an N conductivity type semiconductor substrate;
Reference numeral 2 denotes a P conductivity type diffusion layer region formed in the semiconductor substrate 1 and is called a well. 3 is a field oxide film, 4 and 5 are formed in well 2
In the NMOS source and drain diffusion layer regions, n
It has a conductivity type, and its maximum impurity concentration is 10 20 cm -3 or more. 6 and 7 are PMOS source and drain diffusion layer regions, which have P conductivity type;
Its maximum impurity concentration consists of 10 19 cm -3 or more. 8 and 9 are a gate insulating film and a gate electrode, respectively. 10 and 11 are a protective insulating film and a source or drain electrode, respectively.

このようなドレイン拡散層の不純物濃度構成を
有する従来構造のCMOSトランジスタにおいて
は、素子の微小化に伴つて種々の欠点が生じてい
る。
A CMOS transistor having a conventional structure having such a structure of impurity concentration in the drain diffusion layer has various drawbacks as the device becomes smaller.

(i) ソース・ドレイン間の耐圧低下 素子が微小化されるに伴いチヤネル長が減少
するので、パンチスルー耐圧が低下する。パン
チスルー耐圧の向上は基板濃度を増すことによ
り達成できるが、基板濃度の増加は逆に雪崩降
服耐圧が低下してしまう。チヤネル長が0.3μm
以下のきわめて微小なNMOSにおいては、ソ
ース・ドレイン間耐圧が2V以下と極端に低下
するため、通常の電源電圧の5Vでは動作不可
能である。
(i) Decrease in breakdown voltage between source and drain As devices become smaller, the channel length decreases, resulting in a decrease in punch-through breakdown voltage. Although the punch-through breakdown voltage can be improved by increasing the substrate concentration, increasing the substrate concentration conversely reduces the avalanche breakdown voltage. Channel length is 0.3μm
The extremely small NMOS shown below has an extremely low source-drain breakdown voltage of 2V or less, making it impossible to operate with the normal power supply voltage of 5V.

なお、パンチスルー耐圧の向上のため、基板
濃度を増加すると、チヤネル・コンダクタンス
gmの減少を伴うので絶縁ゲート電界効果トラ
ンジスタ(以下、単にトランジスタと記す)の
微細化により得られる高速動作特性は阻害され
る。
Furthermore, in order to improve the punch-through voltage, increasing the substrate concentration will increase the channel conductance.
Since this is accompanied by a decrease in gm, the high-speed operation characteristics obtained by miniaturization of insulated gate field effect transistors (hereinafter simply referred to as transistors) are inhibited.

(ii) ラツチアツプによるトランジスタの破壊 従来構造を有するCMOSトランジスタの最
大の欠点は、ラツチアツプ(Latch−up)と呼
ばれるサイリスタ動作にもとづくトランジスタ
の破壊である。このラツチアツプ現象は、特
に、CMOSトランジスタの微細化に伴つて顕
著となる。すなわちNMOSとPMOS間の距離
が接近化されたCMOSトランジスタにおいて
は、NMOSのドレイン5、ウエル2、半導体
基板1、およびPMOSのソース6、またはド
レイン7間に、NPNP構造を有する寄生サイ
リスタが形成される。上記のサイリスタは、過
電圧の印加、通常スイツチ動作中の内部過渡的
過電圧の発生、あるいは光や放射線の照射にも
とづく小数キヤリアの誘起等により触発されて
動作を開始し、電源を停止するまでサイリスタ
動作を抑制することは不可能となる。このサイ
リスタ動作にもとづいて、過大電流がCMOS
トランジスタに流れるため、トランジスタは破
壊される。
(ii) Destruction of transistors due to latch-up The biggest drawback of CMOS transistors with conventional structures is the destruction of transistors due to thyristor operation called latch-up. This latch-up phenomenon becomes particularly noticeable as CMOS transistors become smaller. In other words, in a CMOS transistor in which the distance between NMOS and PMOS is shortened, a parasitic thyristor having an NPNP structure is formed between the drain 5, well 2, semiconductor substrate 1 of NMOS, and source 6 or drain 7 of PMOS. Ru. The above thyristors start operating when triggered by the application of overvoltage, the occurrence of internal transient overvoltage during normal switch operation, or the induction of fractional carriers due to irradiation with light or radiation, and the thyristor continues to operate until the power supply is stopped. It becomes impossible to suppress. Based on this thyristor operation, excessive current can be
Because the current flows through the transistor, the transistor is destroyed.

上記のサイリスタ動作は、CMOSトランジス
タの微細化に伴つてウエル2とPMOSとの間隔
が縮小され、寄生PNPバイポーラ・トランジス
タ、および寄生NPNバイポーラ・トランジスタ
の各々の電流利得率の積が1より大となるために
生ずることが知られている。
The above thyristor operation is realized as the distance between well 2 and PMOS is reduced as CMOS transistors become smaller, and the product of the current gain factors of the parasitic PNP bipolar transistor and the parasitic NPN bipolar transistor becomes larger than 1. It is known that this occurs due to the

上記の各寄生バイポーラ・トランジスタにおけ
る電流利得率積を小さくすることにより、サイリ
スタ動作を阻止する方法が提案されている。すな
わち、P+N接合で形成された第1図に示す従来
構造PMOSのソース6およびドレイン7を、シ
ヨツトキー接合で置換えたCMOSトランジスタ
構造が、1982年度国際電子装置学会
(International Electron Devices Meeting)予
稿集462ページに記載されている。上記の“シヨ
ツトキー障壁PMOSによるCMOSラツチアツプ
現象の解決(CMOS latch−up elimination
using schottky barrier PMOS)”と題する報告
では、シヨツトキー接合における小数キヤリア注
入効率がP+N接合のものに比べて極端に小さい
事実を利用し、寄生PNPバイポーラ・トランジ
スタの電流利得率を、P+N接合による従来構造
のものに比べて1/100以下にまで低下させること
により、ラツチアツプ現象を解決している。
A method has been proposed to prevent thyristor operation by reducing the current gain factor product in each of the above parasitic bipolar transistors. In other words, a CMOS transistor structure in which the source 6 and drain 7 of the conventional structure PMOS shown in FIG. 1, which are formed by P + N junctions, are replaced with Schottky junctions was published in the Proceedings of the 1982 International Electron Devices Meeting. It is listed on page 462. As mentioned above, “CMOS latch-up elimination phenomenon using short key barrier PMOS”
Using the Schottky barrier PMOS), the paper takes advantage of the fact that the fractional carrier injection efficiency in a Schottky junction is extremely small compared to that in a P + N junction, and reduces the current gain factor of a parasitic PNP bipolar transistor to a P + N The latch-up phenomenon has been solved by reducing this to less than 1/100 compared to conventional structures using bonding.

P+N接合のかわりに、シヨツトキー接合でソ
ース接合、およびドレイン接合を形成する上記の
CMOSトランジスタにおいては、ラツチアツプ
現象は防止できるが、シヨツトキー接合特有の欠
点が存在する。すなわち、シヨツトキー接合を用
いたトランジスタにおいては、ドレイン接合漏洩
電流が大きいこと、非線型出力となりオーミツク
的特性が得られないこと、および伝達コンダクタ
ントが低いために、十分な電流が確保できず、高
速動作ができないこと等の種々の欠点がある。
The above method uses Schottky junctions to form source and drain junctions instead of P + N junctions.
Although the latch-up phenomenon can be prevented in CMOS transistors, there are drawbacks specific to Schottky junctions. In other words, in transistors using Schottky junctions, the drain junction leakage current is large, the output becomes non-linear and ohmic characteristics cannot be obtained, and the transfer conductance is low, making it difficult to secure sufficient current and There are various drawbacks such as inability to operate.

シヨツトキー接合にもとづく上記の欠点は、そ
の後提案された“低濃度不純物拡散を行つたシヨ
ツトキー・トランジスタ(Lightly doped
schottky MOSFET)”により解消することがで
きる(1982年度国際電子装置学会予稿集、466ペ
ージ参照)。すなわち、上記シヨツトキー・トラ
ンジスタにおいては、低不純物分布のドレイン領
域上にシヨツトキー接合を形成すれば、ドレイン
接合の漏洩電流を小さくすることができ、かつ伝
達コンダクタンスも通常構造のPMOSのそれに
近づけることができる。
The above-mentioned drawbacks based on the Schottky junction were solved by the later proposed "Lightly doped Schottky transistor".
schottky MOSFET) (see Proceedings of the International Society for Electronic Devices, 1982, p. 466).In other words, in the above Schottky transistor, if a Schottky junction is formed on the drain region with a low impurity distribution, the drain Junction leakage current can be reduced, and transfer conductance can be made close to that of a PMOS with a normal structure.

しかし、低不純物濃度ドレイン拡散層とシヨツ
トキー整合を組合わせた構造によりCMOSトラ
ンジスタを構成する方法にも、次のような欠点が
存在する。すなわち、前記の文献“CMOS
latchup elimination using schottky barrier
PMOS”にも記載されているように、NMOSの
ソース接合、およびドレイン接合をシヨツトキー
接合で結成した場合における寄生NPNバイポー
ラ・トランジスタの電流利得率は、N+P接合に
よりドレイン接合を形成した従来構造における寄
生NPNバイポーラ・トランジスタの電流利得率
に比べて、最大10倍も大きくなることである。こ
れにもとづけば、低不純物濃度を有するドレイン
拡散層の有無によらず、シヨツトキー接合で
PMOSおよびNMOSを形成したCMOSトランジ
スタは、PMOSのソース接合およびドレイン接
合をシヨツトキー接合で形成し、NMOSの各接
合は通常のN+P接合で形成したCMOSトランジ
スタよりラツチアツプ現象が生じ易いという欠点
がある。
However, the method of configuring a CMOS transistor using a structure combining a low impurity concentration drain diffusion layer and Schottky matching also has the following drawbacks. That is, the above-mentioned document “CMOS
latchup elimination using schottky barrier
As described in ``PMOS'', the current gain factor of a parasitic NPN bipolar transistor when the source and drain junctions of an NMOS are formed by a Schottky junction is the same as the current gain factor of a parasitic NPN bipolar transistor in which the drain junction is formed by an N + P junction. This is up to 10 times higher than the current gain factor of a parasitic NPN bipolar transistor in
CMOS transistors that form PMOS and NMOS have the disadvantage that the source and drain junctions of PMOS are formed by shot-key junctions, and each junction of NMOS is more prone to latch-up phenomenon than a CMOS transistor formed by a normal N + P junction. .

シヨツトキー接合によるラツチアツプ防止に関
する上記2つの文献によれば、低不純物濃度分布
を有するソース領域およびドレイン領域の各表面
にシヨツトキー障壁を形成したPMOSと、通常
の高不純物濃度を有するソース拡散層、およびド
レイン拡散層が形成されたNMOSとの組合わせ
により、CMOSトランジスタを構成することが、
ラツチアツプ防止の観点から最も望ましいという
ことになる。
According to the above two documents regarding prevention of latch-up by a Schottky junction, there is a PMOS in which a Schottky barrier is formed on each surface of the source region and drain region with a low impurity concentration distribution, and a PMOS in which a Schottky barrier is formed on each surface of the source region and drain region with a normal high impurity concentration distribution. A CMOS transistor can be constructed by combining it with an NMOS on which a diffusion layer is formed.
This is the most desirable from the viewpoint of preventing latch-up.

しかしながら、上記2つの文献およびそれらの
組合わせにより得られる結論は、CMOSトラン
ジスタのラツチアツプ防止の観点でのみ成立する
ものであつて、CMOSトランジスタの微細化に
伴うNMOS、およびPMOSの耐圧低下に関する
前述した欠点に対しては、何らの解決方法も提案
されていない。
However, the conclusions obtained from the above two documents and their combination are valid only from the viewpoint of preventing latch-up of CMOS transistors, and are not related to the decrease in breakdown voltage of NMOS and PMOS due to miniaturization of CMOS transistors. No solutions have been proposed for the shortcomings.

特に、チヤネル長が0.5μm以下の超微細CMOS
トランジスタに関しては、上記2件の文献には何
の記載もなく、前述の欠点に対しては全く無力で
ある。
In particular, ultra-fine CMOS with a channel length of 0.5 μm or less
Regarding transistors, the above two documents do not contain any information and are completely powerless against the above-mentioned drawbacks.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、上記のような従来の欠点を解
消し、きわめて短いチヤネル長でも通常の電源電
圧で動作し、かつラツチアツプ現象も防止できる
CMOSトランジスタの製造方法を提供すること
にある。
The purpose of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional technology, to operate with a normal power supply voltage even with an extremely short channel length, and to prevent the latch-up phenomenon.
The object of the present invention is to provide a method for manufacturing a CMOS transistor.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記目的を達成するため、本発明の相補型絶縁
ゲート電界効果トランジスタの製造方法は、ボロ
ンが導入され、1017乃至1019cm-3の不純物濃度の
PチヤネルMOSトランジスタのP型ドレイン領
域、および砒素が導入され、1017乃至1019cm-3
不純物濃度のNチヤネルMOSトランジスタのN
型ドレイン領域をシリコン半導体基板上に形成す
る第1の工程と、上記P型ドレイン領域の上およ
び上記N型ドレイン領域の上に高融点金属を形成
する第2の工程と、上記高融点金属を熱処理する
ことにより上記P型ドレイン領域の上および上記
N型ドレイン領域の上に上記高融点金属のシリサ
イド層を形成する第3の工程とを有し、上記第3
の工程の間に、上記PチヤネルMOSトランジス
タの上記P型ドレイン領域にシヨツトキー障壁を
形成する一方、上記N型ドレイン領域における上
記シリサイド直下に該シリサイド形成前より略1
桁高い1018乃至1020cm-3の不純物濃度の析出層を
形成し、該析出層により上記NチヤネルMOSト
ランジスタの上記N型ドレイン領域にオーミツク
接触を形成することを特徴としている。
In order to achieve the above object, the method for manufacturing a complementary insulated gate field effect transistor of the present invention provides a P-type drain region of a P-channel MOS transistor into which boron is introduced and an impurity concentration of 10 17 to 10 19 cm -3 ; Arsenic is introduced into the N-channel MOS transistor with an impurity concentration of 10 17 to 10 19 cm -3.
a first step of forming a type drain region on a silicon semiconductor substrate; a second step of forming a high melting point metal on the P type drain region and the N type drain region; a third step of forming a silicide layer of the refractory metal on the P-type drain region and the N-type drain region by heat treatment;
During the process, a Schottky barrier is formed in the P-type drain region of the P-channel MOS transistor, while a Schottky barrier is formed directly under the silicide in the N-type drain region from approximately 1.0 cm higher than before the silicide is formed.
The present invention is characterized in that a precipitated layer with an impurity concentration of an order of magnitude higher than that of 10 18 to 10 20 cm -3 is formed, and the precipitated layer forms an ohmic contact with the N-type drain region of the N-channel MOS transistor.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

本発明は、ドレイン拡散層における高不純物濃
度領域に関して、従来の常識にとらわれることな
く、その物理的根幹にまで立戻つて解析した結果
に基づく、すなわち、種々のドレイン拡散層濃度
を有するトランジスタにおいて、ドレイン拡散層
表面に高融点金属のシリサイド層を形成した場
合、燐(P)および素(As)等のN導電型の不純物
で上記ドレイン拡散層が形成されている場合に限
り、ドレイン拡散層表面不純物濃度が約10nmの
深さで高濃度化される現象がある。すなわち、
NMOSにおいては、ドレイン拡散層表面不純物
濃度が1×1018cm-3以上であれば、上記シリサイ
ド層と半導体表面間に良好なオーミツク特性が得
られ、NMOSとしての特性に何らの問題も生じ
ない事実が見出された。
The present invention is based on the results of an analysis of the high impurity concentration region in the drain diffusion layer, going back to its physical basis without being bound by conventional wisdom. When a silicide layer of a high melting point metal is formed on the surface of the drain diffusion layer, only when the drain diffusion layer is formed with N conductivity type impurities such as phosphorus (P) and elemental (As), the surface of the drain diffusion layer is There is a phenomenon in which the impurity concentration becomes high at a depth of about 10 nm. That is,
In NMOS, if the surface impurity concentration of the drain diffusion layer is 1×10 18 cm -3 or more, good ohmic characteristics can be obtained between the silicide layer and the semiconductor surface, and no problems will occur in the characteristics as NMOS. The facts were discovered.

通常のトランジスタにおけるドレイン拡散層
は、半導体基板表面付近で1020cm-3以上の高不純
物濃度領域を有し、基板内部に向つてガウス分
布、または誤差関数分布で減衰する不純物濃度を
有する。上記の通常ドレイン拡散層に電圧を印加
し、深さ、すなわち不純物濃度の関数として印加
限界を解析すると、1020cm-3以上の高不純物濃度
領域においてはきわめて弱い電界しか印加されな
い事実が判明した。この事実は、超微細トランジ
スタの高耐圧化の観点からすれば、高不純物濃度
の存在はむしろ有害であり、ドレイン拡散層の最
大不純物濃度は1019cm-3以下で構成されるのが望
ましいことが判明した。上記の1020cm-3以上の高
不純物濃度領域のトランジスタにおける役割は、
拡散層抵抗の低減化と配線金属との良好なオーミ
ツク接触の確保にあるが、上記後者の役割、つま
り配線金属との良好なオーミツク接触は、1×
1018cm-3以上の表面不純物濃度を有するドレイン
拡散層と拡散層上のシリサイド層の構成によつて
置換えが可能である。上記前者の役割、つまりソ
ース拡散抵抗およびドレイン拡散抵抗の低減化に
関しては、ソース、およびドレイン拡散層表面の
シリサイド化により実現されることが知られてお
り、特に超微細トランジスタにおけるきわめて浅
い接合形成では、シリサイド化による抵抗低減の
効果は著しいものがある。
A drain diffusion layer in a typical transistor has a high impurity concentration region of 10 20 cm -3 or more near the surface of a semiconductor substrate, and has an impurity concentration that attenuates in a Gaussian distribution or an error function distribution toward the inside of the substrate. By applying a voltage to the above-mentioned normal drain diffusion layer and analyzing the application limit as a function of depth, that is, impurity concentration, it was found that only an extremely weak electric field is applied in regions with high impurity concentration of 10 20 cm -3 or more. . This fact indicates that from the viewpoint of increasing the breakdown voltage of ultra-fine transistors, the presence of high impurity concentrations is rather harmful, and it is desirable that the maximum impurity concentration of the drain diffusion layer be 10 19 cm -3 or less. There was found. The role of the high impurity concentration region of 10 20 cm -3 or more in the transistor is as follows:
The purpose of this is to reduce the resistance of the diffusion layer and ensure good ohmic contact with the wiring metal.The latter role, that is, good ohmic contact with the wiring metal, is
Replacement is possible with a structure of a drain diffusion layer having a surface impurity concentration of 10 18 cm -3 or higher and a silicide layer on the diffusion layer. It is known that the former role mentioned above, that is, reducing the source and drain diffusion resistances, can be achieved by siliciding the surfaces of the source and drain diffusion layers, especially when forming extremely shallow junctions in ultrafine transistors. , the effect of reducing resistance by silicidation is remarkable.

そこで、本発明のCMOSトランジスタは、上
記の解析結果にもとづく概念を発展させ、ドレイ
ン拡散層の高不純物濃度領域をドレイン拡散層と
オーミツク接触で結合された薄いシリサイド層で
置換え、かつドレイン拡散層の不純物濃度に関す
る最適条件を解析的に求めた結果を利用するもの
である。上記最適条件は、特に0.5μm以下のゲー
ト長を有する超微細トランジスタの高耐圧化、お
よびラツチアツプ防止に関する最適条件である。
Therefore, the CMOS transistor of the present invention develops the concept based on the above analysis results, and replaces the high impurity concentration region of the drain diffusion layer with a thin silicide layer connected to the drain diffusion layer through ohmic contact. This method utilizes the results of analytically determining the optimal conditions regarding impurity concentration. The above-mentioned optimum conditions are particularly optimum conditions for increasing the withstand voltage of an ultra-fine transistor having a gate length of 0.5 μm or less and for preventing latch-up.

第2図及び第3図は、それぞれ本発明による解
析結果を示す図であつて、ドレイン拡散層表面不
純物濃度の関数として求めたソース・ドレイン間
耐圧および最大基板電流の曲線を表わしている。
FIGS. 2 and 3 are diagrams showing analysis results according to the present invention, respectively, and represent curves of source-drain breakdown voltage and maximum substrate current determined as a function of the surface impurity concentration of the drain diffusion layer.

第2図においては、ソース・ドレイン間耐圧と
して、雪崩降服電圧を点線で示し、パンチスルー
耐圧を実線で示している。各耐圧とも、チヤネル
長の関数としてそれぞれ求めている。
In FIG. 2, as the source-drain breakdown voltage, the avalanche breakdown voltage is shown by a dotted line, and the punch-through breakdown voltage is shown by a solid line. Each breakdown voltage is determined as a function of channel length.

第2図において、雪崩降服電圧はPMOSに関
するものであり、NMOSの値は、全体的に図示
された曲線より0.5〜1(V)低下する傾向にある。
パンチスルー耐圧については、PMOSとNMOS
の各値間に相違は見られない。
In FIG. 2, the avalanche breakdown voltage is for PMOS, and the NMOS values generally tend to be 0.5-1 (V) lower than the illustrated curve.
Regarding punch-through voltage, PMOS and NMOS
There is no difference between the values.

第2図から新たに明らかになつた事実は、チヤ
ネル長が0.5μm以上のトランジスタにおいては、
ドレイン拡散層の表面不純物濃度を3×1018cm-3
に設定すれば、通常構造の同じ寸法のトランジス
タにおけるソース・ドレイン耐圧に比べて約2倍
に相当する10V以上の耐圧が実現できることであ
る。また、チヤネル長が0.4μm以下のトランジス
タにおいては、チヤネル長に依存して各々最適の
ドレイン拡散層表面不純物濃度が存在し、チヤネ
ル長が0.3μmのトランジスタにおいては、ドレイ
ン拡散層表面不純物濃度を約1×1018cm-3に設定
すれば、ソース・ドレイン耐圧を約7Vにまで向
上することができる。チヤネル長が0.2μmの
PMOSトランジスタにおいては、5×1017cm-3
ドレイン表面不純物濃度に設定すれば、約5Vの
耐圧が得られることになる。
A newly revealed fact from Figure 2 is that in transistors with a channel length of 0.5 μm or more,
The surface impurity concentration of the drain diffusion layer is set to 3×10 18 cm -3
If set to , it is possible to achieve a breakdown voltage of 10V or more, which is approximately twice the source-drain breakdown voltage of a transistor with the same size and normal structure. In addition, in transistors with a channel length of 0.4 μm or less, there is an optimum drain diffusion layer surface impurity concentration depending on the channel length, and in a transistor with a channel length of 0.3 μm, the drain diffusion layer surface impurity concentration is approximately By setting it to 1×10 18 cm -3 , the source/drain breakdown voltage can be improved to about 7V. Channel length is 0.2μm
In a PMOS transistor, if the drain surface impurity concentration is set to 5×10 17 cm −3 , a breakdown voltage of approximately 5V can be obtained.

次に、第3図においては、ドレイン電流により
誘起される小数キヤリア基板側に流れる基板電流
を、ゲート電圧の関数として求め、その最大とな
る値、つまり最大基板電流をドレイン拡散層表面
不純物濃度の関数として解析したものである。第
3図では、チヤネル長1.0μm、チヤネル幅10μm
のトランジスタに関して、ソースおよびドレイン
拡散層の接合深さをパラメータとしており、ドレ
イン電圧は5Vである。
Next, in Figure 3, the substrate current flowing toward the substrate side of the fractional carrier induced by the drain current is determined as a function of the gate voltage, and the maximum value, that is, the maximum substrate current, is determined by the impurity concentration on the surface of the drain diffusion layer. It is analyzed as a function. In Figure 3, the channel length is 1.0 μm, and the channel width is 10 μm.
Regarding the transistor, the junction depth of the source and drain diffusion layers is taken as a parameter, and the drain voltage is 5V.

第3図から新たに明らかになつた事実は、ドレ
イン接合深さに多少依存するが、ドレイン拡散層
表面濃度を1017ないし1018cm-3に設定すれば、基
板電流を通常構造のものに比べて桁違いに改善す
ることができ、ラツチアツプ現象の防止が期待で
きることである。
A new fact revealed from Figure 3 is that if the surface concentration of the drain diffusion layer is set to 10 17 to 10 18 cm -3 , the substrate current can be reduced to that of a normal structure, although it depends somewhat on the drain junction depth. This is an order-of-magnitude improvement, and is expected to prevent the latch-up phenomenon.

耐ラツチアツプ現象に対する最適表面不純物濃
度のドレイン拡散層上にシリサイド層を形成する
と、オーミツク接触は得られず、シヨツトキー障
壁が形成される。
When a silicide layer is formed on a drain diffusion layer with an optimum surface impurity concentration for latch-up resistance, no ohmic contact is obtained and a Schottky barrier is formed.

本発明においては、第2図および第3図から得
られた新しい解析結果と、前述した2つの参考文
献にもとづいて、いままでにない高耐圧で耐ラツ
チアツプの超微細CMOSトランジスタを実現し
た。すなわち、本発明のCMOSトランジスタに
おいては、PMOSを上記2件の文献にもとづく
シヨツトキー障壁のドレイン接合で形成し、一方
NMOSに対しては、第2図から得られた新しい
解析結果にもとづいて1018cm-3以上の表面不純物
濃度を有する拡散層と、オーミツク接触を有する
シリサイド層の組合わせでドレイン接合を形成し
ている。これによつて、耐ラツチアツプ特性向上
の他に、PMOSおよびNMOSの各ソース・ドレ
イン拡散層の表面不純物濃度を、0.5μm以下の超
微細CMOSトランジスタの高耐圧化の観点から、
さらに最適化することが可能となる。
In the present invention, based on the new analysis results obtained from FIGS. 2 and 3 and the two reference documents mentioned above, we have realized an ultra-fine CMOS transistor with unprecedented high breakdown voltage and latch-up resistance. That is, in the CMOS transistor of the present invention, the PMOS is formed by the drain junction of the Schottky barrier based on the above two documents;
For NMOS, the drain junction is formed by a combination of a diffusion layer with a surface impurity concentration of 10 18 cm -3 or more and a silicide layer with ohmic contact, based on the new analysis results obtained from Figure 2. ing. This not only improves the latch-up resistance, but also reduces the surface impurity concentration of each source/drain diffusion layer of PMOS and NMOS from the viewpoint of increasing the breakdown voltage of ultra-fine CMOS transistors of 0.5 μm or less.
Further optimization becomes possible.

第4図、第5図および第6図は、それぞれ本発
明の第1の実施例を示すCMOSトランジスタの
製造工程の断面構造図である。
FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6 are cross-sectional structural views of the manufacturing process of a CMOS transistor showing the first embodiment of the present invention, respectively.

第4図〜第6図において、1はn導電型比抵抗
0.4Ω・cmのシリコン基板であり、この基板1の
所定の位置に公知のボロン拡散法を利用して接合
深さ2μm、表面不純物濃度1×1016cm-3のP導電
型ウエル2を形成する。次に、公知の素子分離技
術を利用して0.5μmの厚いフイールド酸化膜3を
選択的に形成した後、活性領域の半導体表面を露
出し、20nmの膜厚を有する清浄なゲート酸化膜
8を形成する。その後、約0.4μm厚のシリコン薄
膜をゲート酸化膜8上に形成し、POCl3を拡散源
とする熱拡散により、上記シリコン薄膜に燐の高
濃度拡散を行う。次に、上記シリコン薄膜表面を
熱酸化し、0.2μm厚のシリコン酸化膜を上記シリ
コン薄膜上に形成する。その後、写真蝕刻法によ
り上記シリコン酸化膜、およびシリコン薄膜を所
望の回路構成にしたがつて同時に蝕刻し、ゲート
保護絶縁膜12、およびゲート電極9をそれぞれ
残置させる。なお、上記写真蝕刻後のゲート電極
9の幅、すなわちチヤネル幅としては、1.0、
0.5、0.3、0.2および0.1μmの5条件について実施
した。
In Figures 4 to 6, 1 is n conductivity type specific resistance.
It is a silicon substrate of 0.4 Ω cm, and a P-conductivity type well 2 with a junction depth of 2 μm and a surface impurity concentration of 1×10 16 cm -3 is formed at a predetermined position on this substrate 1 using a known boron diffusion method. do. Next, after selectively forming a field oxide film 3 with a thickness of 0.5 μm using a known device isolation technique, the semiconductor surface of the active region is exposed, and a clean gate oxide film 8 with a film thickness of 20 nm is formed. Form. Thereafter, a silicon thin film with a thickness of approximately 0.4 μm is formed on the gate oxide film 8, and phosphorus is diffused into the silicon thin film at a high concentration by thermal diffusion using POCl 3 as a diffusion source. Next, the surface of the silicon thin film is thermally oxidized to form a 0.2 μm thick silicon oxide film on the silicon thin film. Thereafter, the silicon oxide film and the silicon thin film are simultaneously etched by photolithography to form a desired circuit configuration, leaving the gate protection insulating film 12 and the gate electrode 9, respectively. Note that the width of the gate electrode 9 after photoetching, that is, the channel width, is 1.0,
It was carried out under five conditions: 0.5, 0.3, 0.2 and 0.1 μm.

上記写真蝕刻の後、テトラエトキシシラン(Si
(OC2H54)を用いた化学気相反応により、0.3μ
mの膜厚を有するシリコン酸化膜を全面的に堆積
させる。上記堆積膜を反応性スパツタ・エツチン
グにより、半導体基板表面と垂直方向にエツチン
グし、平坦部に堆積されたシリコン酸化堆積膜を
除去すると、ゲート電極9およびフイールド酸化
膜3の各側壁部分にのみシリコン酸化堆積膜13
が残置される。次に、0.8μm厚のフオトレジスト
膜を、ウエル2を除く領域のゲート酸化膜8上に
残置させ、加速エネルギー70KeVの条件で砒素
のイオン打込みを行う。上記のイオン打込みは、
ウエル領域2に対しては、ゲート酸化膜8を介し
て行われ、半導体基板表面で最大不純物濃度とな
る条件である。一方、ウエル領域2以外に対して
は、上記フオトレジスト膜により注入イオンが阻
止され、半導体基板1内には注入されない。上記
のイオン打込みの後、残置されたフオト・レジス
ト膜を除去してから、打込みイオンの活性化、熱
処理を施し、N導電型のソース4およびドレイン
5を形成する(以上第4図)。
After the photo etching above, tetraethoxysilane (Si
(OC 2 H 5 ) 4 ) by chemical vapor phase reaction using
A silicon oxide film having a thickness of m is deposited over the entire surface. When the deposited film is etched in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate by reactive sputter etching and the silicon oxide deposited film deposited on the flat areas is removed, silicon is etched only on the sidewalls of the gate electrode 9 and the field oxide film 3. Oxide deposited film 13
is left behind. Next, a 0.8 μm thick photoresist film is left on the gate oxide film 8 in the area excluding the well 2, and arsenic ions are implanted under the condition of acceleration energy of 70 KeV. The above ion implantation is
For the well region 2, the impurity concentration is applied via the gate oxide film 8, and the impurity concentration is the maximum at the surface of the semiconductor substrate. On the other hand, the implanted ions are blocked in areas other than the well region 2 by the photoresist film, and are not implanted into the semiconductor substrate 1. After the above-mentioned ion implantation, the remaining photoresist film is removed, and the implanted ions are activated and heat treated to form an N conductivity type source 4 and drain 5 (see FIG. 4).

なお、上記のソース・ドレイン拡散層4,5の
各々の表面不純物濃度は、チヤネル長が0.5μm以
上の場合には3×1018cm-3、0.3μm以下の場合に
1×1018cm-3に最終的に形成されるように砒素イ
オン量を設定する。また、上記のソース4、ドレ
イン拡散層5の接合深さが最終的に0.25μmとな
るように、上記の熱処理条件を制御する。上記熱
処理の後、ウエル2領域上だけに0.8μm厚のフオ
ト・レジスト膜で覆い、ボロンを加速エネルギー
70KeVの条件でイオン打込みを行う。上記のイ
オン打込みにより、ウエル2以外の領域におい
て、ゲート酸化膜8を介してボロンが半導体基板
1に注入され、その最大不純物濃度は半導体基板
1の表面であつた。ウエル領域2においては、上
記のフオト・レジスト膜によりイオン注入が阻止
され、半導体基板1内には注入されない。上記の
イオン打込みの後、残置されたフオト・レジスト
膜を除去してから、打込みボロン・イオンの活性
化熱処理を施し、P導電型のソース6およびドレ
イン7を形成する(以上第5図参照)。上記ソー
ス6およびドレイン7の拡散層の各々の表面不純
物濃度は、最終的に3種類の条件、3×1017cm
-3、1×1018cm-3および3×1018になるように注
入ボロン量を設定する。また、ソース6、および
ドレイン7の拡散層の接合深さが最終的に0.25μ
mとなるように、上記の熱処理条件を制御する。
上記熱処理の後、半導体基板1上に露出されてい
るゲート酸化膜を除去してから、50nmの膜厚を
有する白金(Pt)のスパツタ法により全面に蒸
着し、続いて450℃の熱処理を施す。上記の低温
熱処理により半導体基板1の表面が露出している
ソース拡散層領域4および6、ドレイン拡散層領
域5および7の各表面部分に白金シリサイド
(PtSt)層14が自己整合的に形成される。上記
の熱処理において、フイールド酸化膜3、側壁堆
積酸化膜13、および保護酸化膜12上では、白
金(Pt)は反応しないため、シリサイド層14
は形成されない。上記の低温熱処理の後、王水で
全面的に白金(Pt)をエツチングする。白金シ
リサイド(PtSi)は、王水で除去されず、ソース
拡散層4および6と、ドレイン拡散層5および7
上にのみ自己整合的に残置される。この時点で
は、N導電型のソース4およびドレイン5領域に
おける白金シリサイド(PtSi)層14の直下に
は、白金シリサイド層形成前の表面不純物濃度よ
りも1桁高い不純物濃度を有する約10nm厚の析
出層が白金シリサイド(PtSi)層14に対し自己
整合的に形成される。白金シリサイド層14の形
成後、モノシラン(SiH4)と酸素(O2)の化学
気相反応により約500nm厚のシリコン酸化膜1
0を全面に堆積し、ソース4および6、ドレイン
5および7上、さらにゲート電極9上のコンタク
ト孔を構成させる部分の上記シリコン酸化膜10
を写真蝕刻法により選択的に除去する。上記のシ
リコン酸化膜10の選択除去の後、上記工程に用
いたフオト・レジスト膜を残置したままで、チタ
ン(Ti)とタングステン(W)の同時スパツタによ
りTiW膜15を全面に被着させる。その後、上
記フオト・レジスト膜を除去するが、この工程に
よりフオト・レジスト膜上のTiW膜を同時に除
去されるので、シリコン酸化膜10の除去された
領域にのみ選択的にTiW膜15が残置される。
最後に、所望の回路構成にしたがつてアルミニユ
ウム(Al)による配線11を形成する(以上第
6図参照)。
The surface impurity concentration of each of the source/drain diffusion layers 4 and 5 is 3×10 18 cm −3 when the channel length is 0.5 μm or more, and 1×10 18 cm −3 when the channel length is 0.3 μm or less . Set the amount of arsenic ions so that they are finally formed. Further, the above heat treatment conditions are controlled so that the junction depth of the above source 4 and drain diffusion layer 5 is finally 0.25 μm. After the above heat treatment, a photoresist film with a thickness of 0.8 μm is covered only on the well 2 region, and the boron is accelerated with energy.
Ion implantation is performed under 70KeV conditions. By the above ion implantation, boron was implanted into the semiconductor substrate 1 through the gate oxide film 8 in the region other than the well 2, and the maximum impurity concentration was at the surface of the semiconductor substrate 1. In the well region 2, ion implantation is blocked by the photoresist film and is not implanted into the semiconductor substrate 1. After the above ion implantation, the remaining photoresist film is removed, and then the implanted boron ions are activated by heat treatment to form the source 6 and drain 7 of P conductivity type (see FIG. 5). . The surface impurity concentration of each of the source 6 and drain 7 diffusion layers was finally determined under three conditions: 3×10 17 cm
-3 , 1×10 18 cm -3 and 3×10 18 the amount of boron to be injected is set. In addition, the final junction depth of the source 6 and drain 7 diffusion layers is 0.25 μm.
The above heat treatment conditions are controlled so that m.
After the above heat treatment, the gate oxide film exposed on the semiconductor substrate 1 is removed, and platinum (Pt) having a thickness of 50 nm is deposited on the entire surface by sputtering, followed by heat treatment at 450°C. . Through the above-described low-temperature heat treatment, a platinum silicide (PtSt) layer 14 is formed in a self-aligned manner on each surface of the source diffusion layer regions 4 and 6 and the drain diffusion layer regions 5 and 7, where the surface of the semiconductor substrate 1 is exposed. . In the above heat treatment, platinum (Pt) does not react on the field oxide film 3, the sidewall deposited oxide film 13, and the protective oxide film 12, so the silicide layer 14
is not formed. After the above-mentioned low-temperature heat treatment, platinum (Pt) is etched over the entire surface with aqua regia. Platinum silicide (PtSi) is not removed by aqua regia and remains in source diffusion layers 4 and 6 and drain diffusion layers 5 and 7.
It remains self-aligned only on top. At this point, directly under the platinum silicide (PtSi) layer 14 in the source 4 and drain 5 regions of N conductivity type, there is a precipitate approximately 10 nm thick with an impurity concentration one order of magnitude higher than the surface impurity concentration before formation of the platinum silicide layer. The layers are formed in a self-aligned manner to the platinum silicide (PtSi) layer 14. After forming the platinum silicide layer 14, a silicon oxide film 1 with a thickness of about 500 nm is formed by a chemical vapor phase reaction between monosilane (SiH 4 ) and oxygen (O 2 ).
0 is deposited on the entire surface of the silicon oxide film 10 in the portions forming the contact holes on the sources 4 and 6, the drains 5 and 7, and further on the gate electrode 9.
is selectively removed by photolithography. After the selective removal of the silicon oxide film 10 described above, a TiW film 15 is deposited on the entire surface by simultaneous sputtering of titanium (Ti) and tungsten (W) while leaving the photoresist film used in the above process. Thereafter, the photoresist film is removed, but since the TiW film on the photoresist film is removed at the same time in this step, the TiW film 15 is selectively left only in the area where the silicon oxide film 10 has been removed. Ru.
Finally, wiring 11 made of aluminum (Al) is formed according to the desired circuit configuration (see FIG. 6).

なお、TiW膜15は、アルミニウム配線11
とシリサイド層14の反応を防止するために必要
となる。
Note that the TiW film 15 is similar to the aluminum wiring 11.
This is necessary to prevent the reaction between the silicide layer 14 and the silicide layer 14.

次に、上記製造工程によつて製造された
CMOSトランジスタに関し、先ずソース・ドレ
イン間の耐圧を測定したところ、次の結果を得
た。すなわち、P導電型のソース6、およびドレ
イン7の各拡散層における表面不純物濃度を3×
1017cm-3に設定したPMOSにおいてはシヨツトキ
ー特性を示すが、チヤネル長が0.2μm以上のトラ
ンジスタの耐圧は約5Vの値を得ることができた。
この値は、P導電型ドレイン表面不純物濃度が
1019cm-3以上で構成される従来構造トランジスタ
における耐圧の2倍以上の値である。P導電型ド
レイン表面不純物濃度を1×1018cm-3に設定した
PMOSにおいては、P+N接点にもとづくトラン
ジスタ特性を示すが、そのソース・ドレイン間耐
圧は、チヤネル長が0.3μm以上のトランジスタに
おいて6.5ないし7Vとなつた。この値は、従来の
値に比べて1.6ないし1.7倍であり、高耐圧化が実
現されたことを示している。さらに、P導電型ド
レイン表面不純物濃度を3×1018cm-3に設定した
PMOSにおいても、P+N接合にもとづくトラン
ジスタ特性を示すが、そのソース・ドレイン間耐
圧は、チヤネル長が0.5μm以上のトランジスタに
おいては約12Vとなつた。この値は、従来の値に
比べて2V以上高く、高耐圧が実現されたことに
なる。
Next, the product manufactured by the above manufacturing process is
First, we measured the breakdown voltage between the source and drain of a CMOS transistor and obtained the following results. That is, the surface impurity concentration in each diffusion layer of the P conductivity type source 6 and drain 7 is set to 3×
Although the PMOS set to 10 17 cm -3 exhibits short-key characteristics, the breakdown voltage of transistors with channel lengths of 0.2 μm or more was able to obtain a value of about 5 V.
This value indicates that the P conductivity type drain surface impurity concentration is
This value is more than twice the breakdown voltage of a transistor with a conventional structure composed of 10 19 cm -3 or more. The P conductivity type drain surface impurity concentration was set to 1×10 18 cm -3
PMOS exhibits transistor characteristics based on a P + N contact, and its source-drain breakdown voltage is 6.5 to 7 V for transistors with a channel length of 0.3 μm or more. This value is 1.6 to 1.7 times higher than the conventional value, indicating that high voltage resistance has been achieved. Furthermore, the P conductivity type drain surface impurity concentration was set to 3×10 18 cm -3.
PMOS also exhibits transistor characteristics based on a P + N junction, but its source-drain breakdown voltage is approximately 12V for transistors with a channel length of 0.5 μm or more. This value is more than 2V higher than the conventional value, meaning that high voltage resistance has been achieved.

N導電型のソース4およびドレイン5の各拡散
層における表面不純物濃度を3×1018に設定した
NMOSにおいて、チヤネル長が0.5μm以上のト
ランジスタにおいては、そのソース・ドレイン間
耐圧は約10Vであつた。この値は、従来の値に比
べて約2倍の値であり、高耐圧化されたことにな
る。ドレイン表面不純物濃度を1×1018cm-3に設
定したNMOSにおいても、ソース4およびドレ
イン5とシリサイド層14との間には良好なオー
ミツク特性が確保され、P+N接合にもとづくト
ランジスタ特性が得られた。そのソース・ドレイ
ン間耐圧はチヤネル長に依存し、チヤネル長が
0.3μmのトランジスタでは約6V、0.2μmのトラン
ジスタでは約3Vとなつた。これらの値は、従来
構造のNMOSにおけるソース・ドレイン間耐圧
に比べて2倍以上の高耐圧化になる。
The surface impurity concentration in each diffusion layer of the N conductivity type source 4 and drain 5 was set to 3×10 18
In NMOS, a transistor with a channel length of 0.5 μm or more has a source-drain breakdown voltage of about 10V. This value is approximately twice as high as the conventional value, which means that the voltage resistance has been increased. Even in NMOS where the drain surface impurity concentration is set to 1×10 18 cm -3 , good ohmic characteristics are ensured between the source 4 and drain 5 and the silicide layer 14, and the transistor characteristics based on the P + N junction are maintained. Obtained. Its source-drain breakdown voltage depends on the channel length, and the channel length
The voltage was approximately 6V for a 0.3μm transistor, and approximately 3V for a 0.2μm transistor. These values are more than twice as high as the source-drain breakdown voltage of an NMOS with a conventional structure.

本実施例にもとづくCMOSトランジスタにお
けるNMOSおよびPMOSのソース・ドレイン間
耐圧は第2図に示した解析結果ときわめてよく一
致しており、上記解析の妥当性が証明されたこと
になる。すなわち、本実施例によれば、0.5μm以
下のチヤネル長を有する超微細CMOSトランジ
スタのソース・ドレイン間耐圧を、従来に比べて
2倍以上も向上させることができる。具体的に
は、チヤネル長が0.5μm以上のCMOSトランジス
タにおいては、NMOS、およびPMOSの各ソー
ス・ドレイン拡散層の表面不純物濃度を3×1018
cm-3に、チヤネル長が0.3μmの場合には上記不純
物濃度を1×1018cm-3に設定して、本実施例にも
とづいてトランジスタを完成させれば、それぞれ
10Vおよび6Vの高耐圧超微細CMOSトランジス
タを得ることができる。また、チヤネル長が0.2μ
mの場合には、PMOSのソース・ドレイン拡散
層の表面不純物濃度を3×1017cm-3に、NMOSの
上記表面不純物濃度を1×1018cm-3にそれぞれ設
定し、本実施例にもとづいてトランジスタを完成
させれば、ソース・ドレイン間耐圧3Vの超微細
CMOSトランジスタを得ることができる。上記
のトランジスタにおいて、PMOSのソース6お
よびドレイン7とシリサイド層14との間には、
シヨツトキー障壁が形成されるが、特性上問題に
はならない。このシヨツトキー障壁は、むしろ耐
ラツチアツプ特性を向上させる働きを備えてい
る。
The source-drain breakdown voltages of NMOS and PMOS in the CMOS transistor based on this example are in very good agreement with the analysis results shown in FIG. 2, which proves the validity of the above analysis. That is, according to this embodiment, the source-drain breakdown voltage of an ultra-fine CMOS transistor having a channel length of 0.5 μm or less can be improved by more than twice that of the conventional transistor. Specifically, for CMOS transistors with a channel length of 0.5 μm or more, the surface impurity concentration of each source/drain diffusion layer of NMOS and PMOS is set to 3×10 18
cm -3 and when the channel length is 0.3 μm, the above impurity concentration is set to 1×10 18 cm -3 and the transistor is completed based on this example.
It is possible to obtain 10V and 6V high voltage ultra-fine CMOS transistors. Also, the channel length is 0.2μ
In the case of m, the surface impurity concentration of the source/drain diffusion layer of PMOS is set to 3×10 17 cm -3 and the surface impurity concentration of NMOS is set to 1×10 18 cm -3 . If a transistor is completed based on this, it will be an ultra-fine transistor with a source-drain breakdown voltage of 3V.
You can get CMOS transistors. In the above transistor, between the source 6 and drain 7 of the PMOS and the silicide layer 14,
Although a Schottky barrier is formed, this does not pose a problem in terms of characteristics. Rather, this shot key barrier has the function of improving the latch-up resistance.

次に、本実施例に示した製造工程により製造さ
れたCMOSトランジスタについて、耐ラツチア
ツプ特性を評価する。耐ラツチアツプ特性として
は、次のものを測定する。すなわち、NMOSの
ドレイン5をエミツタ、ウエル2をベース、半導
体基板1をコレクタとする寄生NPNトランジス
タの電流利得率βNと、PMOSのソース6をエミ
ツタ、半導体基板1をベース、ウエル2をコレク
タとする寄生PNPトランジスタの電流利得率βP
との積βN・βPを測定した。この測定では、ベー
ス・コレクタ間に5Vの電圧を印加し、10-6ない
し10-2Aの範囲のエミツタ電流の関数としてβN
βPを求めた。その結果、MPOSおよびNMOSの
各ドレイン表面不純物濃度が3×1018cm-3、チヤ
ネル長が0.5μmのCMOSトランジスタ、上記各ド
レイン表面不純物濃度が1×1018cm-3、チヤネル
長が0.3μmのCMOSトランジスタ、およびPMOS
のドレイン表面不純物濃度が3×1017cm-3
NMOSの上記表面不純物濃度が1×1018cm-3、チ
ヤネル長が0.2μmのCMOSトランジスタにおける
各βN・βP積の最高値は、いずれも10-2ないし10-4
であつた。上記の値は、ラツチアツプ発生し得る
条件βN・βP>1を満たすものではなく、かつ
PMOSのドレインをシヨツトキー接合で、
NMOSのドレインを通常の高不純物濃度N+P接
合で構成したCMOSトランジスタにおけるβN・βP
積の値、10-2とほぼ同等かそれ以下の値である。
上記の結果から、PMOSのドレイン拡散層を低
不純物濃度に設定したCMOSトランジスタにお
いては、耐ラツチアツプの観点より、むしろソー
ス・ドレイン間耐圧の向上の観点だけに立つて、
NMOSのドレイン表面不純物濃度の最適条件を
所望のチヤネル長に応じて設定すればよいという
ことになる。
Next, the latch-up resistance characteristics of the CMOS transistor manufactured by the manufacturing process shown in this example will be evaluated. The latch-up resistance characteristics are measured as follows: That is, the current gain factor β N of a parasitic NPN transistor in which the NMOS drain 5 is the emitter, the well 2 is the base, and the semiconductor substrate 1 is the collector, and the PMOS source 6 is the emitter, the semiconductor substrate 1 is the base, and the well 2 is the collector. The current gain factor β P of the parasitic PNP transistor
The product β N and β P was measured. In this measurement , a voltage of 5 V is applied between base and collector, and β N
β P was calculated. As a result, we found a CMOS transistor with a drain surface impurity concentration of 3×10 18 cm -3 and a channel length of 0.5 μm for MPOS and NMOS, and a CMOS transistor with a drain surface impurity concentration of 1×10 18 cm −3 and a channel length of 0.3 μm. CMOS transistors, and PMOS
The drain surface impurity concentration is 3×10 17 cm -3 ,
The maximum values of each β N and β P product in a CMOS transistor with an NMOS surface impurity concentration of 1×10 18 cm -3 and a channel length of 0.2 μm are both 10 -2 to 10 -4
It was hot. The above values do not satisfy the conditions β N and β P > 1 for latch-up to occur, and
The PMOS drain is connected to a Schottky junction.
β N and β P in a CMOS transistor in which the NMOS drain is configured with a normal high impurity concentration N + P junction
The value of the product is approximately equal to or less than 10 -2 .
From the above results, in a CMOS transistor in which the PMOS drain diffusion layer is set to a low impurity concentration, from the viewpoint of improving the source-drain breakdown voltage rather than from the viewpoint of latch-up resistance,
This means that the optimum condition for the impurity concentration on the drain surface of the NMOS can be set according to the desired channel length.

次に、本実施例によるCMOSトランジスタに
おいて、NMOSおよびPMOSの各ドレイン表面
不純物濃度を5×1018ないし1020cm-3に設定した
チヤネル長0.2ないし1.0μmのCMOSトランジス
タも同時に製造し、そのソース・ドレイン間耐圧
および耐ラツチアツプ特性を測定した。上記
CMOSトランジスタのソース・ドレイン間耐圧
は従来の値より最大数ボルト改善され、かつβN
βP積も1以下であつたが、前述の結果に比べると
やや劣る特性であつた。
Next, in the CMOS transistor according to this example, a CMOS transistor with a channel length of 0.2 to 1.0 μm with each drain surface impurity concentration of NMOS and PMOS set to 5 × 10 18 to 10 20 cm -3 was manufactured at the same time, and its source・Drain-to-drain breakdown voltage and latch-up resistance were measured. the above
The source-drain breakdown voltage of CMOS transistors has been improved by up to several volts over the conventional value, and β N
Although the β P product was also less than 1, the characteristics were slightly inferior compared to the above results.

第7図および第8図は、本発明の第2の実施例
を示すCMOSトランジスタの製造工程の断面構
造図である。
FIGS. 7 and 8 are cross-sectional structural diagrams of the manufacturing process of a CMOS transistor showing a second embodiment of the present invention.

第4図に示した前述の第1の実施例において、
シリコン酸化堆積膜13をゲート電極9およびフ
イールド酸化膜3の側壁部にのみ自己整合的に残
置した後、露出されているゲート酸化膜を完全に
除去する。次に、ジクロルシラン(SiH2Cl2)と
塩酸(Hcl)の化学気相反応を775℃の温度で行
い、0.3μmの厚さの多結晶質、または非晶質のシ
リコン薄膜16をウエル2表面上、およびN導電
型を保つている半導体基板1表面上に選択的に堆
積させる(以上第7図参照)。上記シリコン堆積
膜の形成条件は、ジクロルシラン200c.c.、塩酸60
c.c.の条件で、堆積速度は10nm/分である。この
条件においては、被堆積表面にシリコン窒化膜
(Si3N4)が存在しない限りシリコン基板上にの
み選択的に堆積され、かつ側壁絶縁膜13との境
界部においても、いわゆるフアセツトを称する凹
凸のない平坦な形状を得ることができる。
In the aforementioned first embodiment shown in FIG.
After leaving the silicon oxide deposited film 13 only on the sidewalls of the gate electrode 9 and the field oxide film 3 in a self-aligned manner, the exposed gate oxide film is completely removed. Next, a chemical vapor phase reaction between dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and hydrochloric acid (Hcl) is performed at a temperature of 775°C, and a polycrystalline or amorphous silicon thin film 16 with a thickness of 0.3 μm is formed on the surface of the well 2. and on the surface of the semiconductor substrate 1 that maintains N conductivity type (see FIG. 7). The formation conditions for the above silicon deposited film are dichlorosilane 200 c.c., hydrochloric acid 60 c.c.
Under cc conditions, the deposition rate is 10 nm/min. Under these conditions, unless a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is present on the surface to be deposited, it will be deposited selectively only on the silicon substrate, and even at the boundary with the sidewall insulating film 13 there will be unevenness called facets. It is possible to obtain a flat shape without

シリコン薄膜16の堆積の後、ウエル2領域上
のシリコン薄膜部分にのみイオン打込みが行われ
るように、フオト・レジスト膜を選択的に形成
し、ボロン・イオン打込みを実施する。ボロン注
入量は、上記シリコン薄膜16内の不純物濃度が
ウエル2表面の不純物濃度と一致するように設定
する。打込みエネルギーは25KeVである。その
後、イオン打込みのマスクに使用したフオト・レ
ジスト膜を除去してから、1150℃、15秒の条件で
高温短時間熱処理を実施し、注入イオンの活性化
とシリコン薄膜16の単結晶化を行う。あらかじ
め多結晶質、または非晶質で形成されたシリコン
薄膜16内における不純物の拡散係数は、単結晶
シリコン内における拡散係数に比べて10ないし20
倍も大である。したがつて、上記の単時間熱処理
により、ウエル2上のシリコン薄膜16に注入さ
れたボロンは、シリコン薄膜16内で深さ方向に
対しほぼ均一に分布する。上記熱処理の後、前述
の第1の実施例にしたがつて、N導電型のソース
4およびドレイン5とP導電型のソース6および
ドレイン7を形成する。上記の短時間高温熱処理
により、シリコン薄膜16はすでに単結晶化され
ている。したがつて、上記の各ソースおよびドレ
インの形成条件は、前記第1の実施例の場合と同
一条件で実施される。その後の工程も、前述の第
1の実施例にしたがつてCMOSトランジスタを
製造する(以上第8図参照)。
After the deposition of the silicon thin film 16, a photoresist film is selectively formed and boron ion implantation is performed so that the ion implantation is performed only in the silicon thin film portion over the well 2 region. The amount of boron implanted is set so that the impurity concentration in the silicon thin film 16 matches the impurity concentration on the surface of the well 2. The implant energy is 25 KeV. After that, the photoresist film used as a mask for ion implantation is removed, and then a high temperature short time heat treatment is performed at 1150°C for 15 seconds to activate the implanted ions and make the silicon thin film 16 into a single crystal. . The diffusion coefficient of impurities in the polycrystalline or amorphous silicon thin film 16 is 10 to 20% higher than that in single crystal silicon.
It is twice as large. Therefore, the boron implanted into the silicon thin film 16 on the well 2 by the above-described single-time heat treatment is distributed almost uniformly in the depth direction within the silicon thin film 16. After the heat treatment, N conductivity type source 4 and drain 5 and P conductivity type source 6 and drain 7 are formed in accordance with the first embodiment described above. The silicon thin film 16 has already been made into a single crystal by the above-described short-time high-temperature heat treatment. Therefore, the conditions for forming each source and drain described above are the same as in the first embodiment. In the subsequent steps, a CMOS transistor is manufactured in accordance with the first embodiment described above (see FIG. 8).

第8図に示す第2実施例にもとづくCMOSト
ランジスタは、前述の第1実施例にもとづく
CMOSトランジスタと同一寸法を有しており、
両者のソース・ドレイン間耐圧を比較したとこ
ろ、チヤネル長0.3μm、ソースおよびドレイ表面
不純物濃度1×1018cm-3の条件における第2実施
例のCMOSトランジスタの方が約1Vだけ高く、
7Vの耐圧が得られた。また、チヤネル長0.2μm、
NMOSおよびPMOSのドレイン表面不純物濃度
が各々、1×1018cm-3、および3×1017cm-3の条
件で構成された第2実施例のCMOSトランジス
タの耐圧を測定し、前述の第1実施例のCMOS
トランジスタの耐圧と比較したところ、前者の方
が約2V高い5Vの値を得た。上記の値は、従来構
造にもとづくCMOSトランジスタのソース・ド
レイン間耐圧と比べて3倍以上の高耐圧化を実現
したことになる。第2の実施例にもとづく
CMOSトランジスタにおいて、寄生バイポー
ラ・トランジスタに関する電流利得率の積βN・βP
を、種々のチヤネル長、およびソース・ドレイン
表面不純物濃度を有する場合について測定した
が、いずれも前述の第1実施例にもとづく
CMOSトランジスタの測定値に比べて2/3ないし
1/2に低減化されていた。このように、第2実施
例にもとづくCMOSトランジスタは、第1実施
例にもとづくCMOSトランジスタより、ソー
ス・ドレイン間耐圧、および耐ラツチアツプ特性
において向上しているが、その理由はソースおよ
びドレインの各接合が半導体薄膜16内に設置さ
れたことにより接合面積が低下し、かつ実効チヤ
ネル長が増加したためと考えられる。
The CMOS transistor based on the second embodiment shown in FIG. 8 is based on the first embodiment described above.
It has the same dimensions as a CMOS transistor,
Comparing the source-drain breakdown voltages of both, the CMOS transistor of the second embodiment under the conditions of a channel length of 0.3 μm and a source and drain surface impurity concentration of 1×10 18 cm -3 was higher by about 1 V.
A withstand voltage of 7V was obtained. In addition, the channel length is 0.2μm,
The withstand voltage of the CMOS transistor of the second embodiment was measured under the condition that the drain surface impurity concentration of NMOS and PMOS was 1×10 18 cm -3 and 3×10 17 cm -3 , respectively. Example CMOS
When comparing the breakdown voltage of the transistor, the former obtained a value of 5V, about 2V higher. The above value means that the breakdown voltage is more than three times higher than the source-drain breakdown voltage of a CMOS transistor based on a conventional structure. Based on the second example
In CMOS transistors, the product of current gain factors β N and β P for parasitic bipolar transistors
was measured for cases with various channel lengths and source/drain surface impurity concentrations, but all were based on the above-mentioned first example.
It was reduced to 2/3 to 1/2 compared to the measured value for CMOS transistors. As described above, the CMOS transistor based on the second embodiment has improved source-drain breakdown voltage and latch-up resistance characteristics compared to the CMOS transistor based on the first embodiment. This is considered to be because the bonding area was reduced and the effective channel length was increased due to the fact that the bonding area was placed within the semiconductor thin film 16.

第9図および第10図は、本発明の第3の実施
例を示すCMOSトランジスタの断面構造図と、
N導電型のドレイン拡散領域での深さ方向に関す
る不純物濃度分布図である。
9 and 10 are cross-sectional structural diagrams of a CMOS transistor showing a third embodiment of the present invention,
FIG. 3 is an impurity concentration distribution diagram in the depth direction in an N conductivity type drain diffusion region.

第7図に示した第2実施例において、多結晶
質、または非晶質のシリコン薄膜16を半導体基
板1上に自己整合的に堆積させた後、ウエル領域
2上のシリコン薄膜部分にのみイオン打込みが行
われるように、他領域表面上にフオト・レジスト
膜を残置させる。その後、ウエル領域2上のシリ
コン薄膜部分に砒素のイオン打込みを行つてか
ら、上記の残置されたフオト・レジスト膜を除去
する。
In the second embodiment shown in FIG. 7, after a polycrystalline or amorphous silicon thin film 16 is deposited on the semiconductor substrate 1 in a self-aligned manner, ions are deposited only on the silicon thin film portion above the well region 2. A photoresist film is left on the surface of the other areas for implantation. Thereafter, arsenic ions are implanted into the silicon thin film portion on the well region 2, and then the remaining photoresist film is removed.

次に、ウエル領域2をフオト・レジスト膜で覆
い、ウエル領域2以外のN導電型を有する半導体
基板1上のシリコン薄膜部分にのみイオン打込み
が行なわれるように、再びフオト・レジスト膜を
残置させる。その後、ボロンをイオン打込みし、
再びフオト・レジスト膜を完全に除去してシリコ
ン薄膜16の表面を露出させる。この状態で、
1100℃30秒の条件の単時間高温熱処理を施す。上
記条件の熱処理を行つても、シリコン薄膜16は
単結晶化されず、多結晶質、または非晶質の状態
を保持している。多結晶質、または非晶質のシリ
コン薄膜16内における不純物の拡散係数は、前
述のようにきわめて大きい値であるため、上記条
件による単時間熱処理によつて、シリコン薄膜1
6内で砒素およびボロンは高速にほぼ均一濃度分
布となる。しかし、半導体基板1内における各不
純物の拡散係数は相対的に小さく、上記短時間の
熱処理によつては半導体基板1内に約20nm程度
しか拡散されなかつた。
Next, the well region 2 is covered with a photoresist film, and the photoresist film is left again so that ion implantation is performed only in the silicon thin film portion on the semiconductor substrate 1 having N conductivity type other than the well region 2. . After that, boron is ion implanted,
The photoresist film is completely removed again to expose the surface of the silicon thin film 16. In this state,
Perform single-hour high-temperature heat treatment at 1100℃ for 30 seconds. Even when heat treatment is performed under the above conditions, the silicon thin film 16 is not made into a single crystal, but maintains a polycrystalline or amorphous state. Since the diffusion coefficient of impurities in the polycrystalline or amorphous silicon thin film 16 is extremely large as described above, the silicon thin film 1 is
Arsenic and boron quickly become approximately uniform in concentration within 6. However, the diffusion coefficient of each impurity within the semiconductor substrate 1 is relatively small, and by the above-mentioned short-time heat treatment, the impurities were only diffused into the semiconductor substrate 1 by about 20 nm.

このように、砒素およびボロンのイオン打込み
と、それに続く短時間熱処理により、シリコン薄
膜16とウエル2およびN導電型半導体基板1内
に各々N導電型のソース4とドレイン5、および
P導電型のソース6とドレイン7を形成する。そ
の後、上記各ソース4、および6とドレイン5お
よび7上に白金シリサイド(PtSi)層14を、前
述の第1実施例にしたがつて自己整合的に形成
し、その後工程も第1実施例にもとづいて実施す
ることにより、第9図に示すCMOSトランジス
タを製造することができる。
In this way, by ion implantation of arsenic and boron followed by short-time heat treatment, N conductivity type sources 4 and drains 5, and P conductivity type sources 4 and drains 5 are formed in the silicon thin film 16, well 2, and N conductivity type semiconductor substrate 1, respectively. A source 6 and a drain 7 are formed. After that, a platinum silicide (PtSi) layer 14 is formed on each of the sources 4 and 6 and the drains 5 and 7 in a self-aligned manner according to the first embodiment, and the subsequent steps are also the same as in the first embodiment. By carrying out the process based on this method, the CMOS transistor shown in FIG. 9 can be manufactured.

第3実施例によるCMOSトランジスタのN導
電型ソース4およびドレイン5の不純物濃度分布
は、第10図に示すように、3つの領域A.B.Cに
分離される。すなわち、シリサイド層14直下に
おける約10nm厚の不純物析出領域A、シリコン
薄膜16内部の均一分布領域B、およびウエル2
内における接合深さ約20nmを有する急峻な濃度
分布領域Cである。P導電型ソース6およびドレ
イン7内においては、上記不純物析出領域Aの存
在は認められなかつた。
The impurity concentration distribution of the N-conductivity type source 4 and drain 5 of the CMOS transistor according to the third embodiment is divided into three regions ABC, as shown in FIG. That is, an impurity precipitation region A with a thickness of about 10 nm directly under the silicide layer 14, a uniform distribution region B inside the silicon thin film 16, and a well 2
This is a steep concentration distribution region C having a junction depth of about 20 nm within the region. In the P conductivity type source 6 and drain 7, the presence of the impurity precipitation region A was not observed.

第3実施例にもとづくCMOSトランジスタに
おいては、上記シリコン薄膜16内の均一分布濃
度として、NMOSに関しては1×1018cm-3、3×
1018cm-3、1019cm-3、5×1019cm-3の各値に、また
PMOSに関しては1×1017cm-3、3×1017cm-3
1×1018cm-3、3×1018cm-3および5×1018cm-3
各値に、最終的になるように、砒素またはボロ
ン・イオン打込み量を設定することによつてトラ
ンジスタを製造した。また、チヤネル長に関して
も、0.1、0.2、0.3、0.5および1.0μmの各値の場合
についてトランジスタを製造した。上記各種の
CMOSトランジスタについて、ソース・ドレイ
ン間耐圧、および寄生バイポーラ・トランジスタ
の各電流利得率の積βN・βPを測定した。NMOS
のドレイン7内の均一分布不純物濃度が1019cm-3
以上の場合、上記特性向上はあまり認められなか
つた。しかし、上記均一分布不純物濃度が1017
いし1019cm-3の低不純物濃度で設定されている場
合には、特にソース・ドレイン間耐圧の向上が顕
著であつた。ドレイン内均一分布不純物濃度が1
×1018cm-3の場合、チヤネル長が0.1および0.2μm
の各CMOSトランジスタにおけるソース・ドレ
イン間耐圧は、各々4.5および8Vにも達した。こ
れらの値は、第2の実施例にもとづくCMOSト
ランジスタの場合に比べても格段に改善されてい
るが、この効果はチヤネル長が短い場合の方が相
対的に顕著であつた。PMOSにおけるドレイン
5内の均一分布不純物濃度が1017ないし1018cm-3
未満に設定され、かつゲート長が0.1μmの場合に
も、ソース・ドレイン間耐圧は第2の実施例の場
合に比較して数V向上されており、その値は5V
以上に達した。
In the CMOS transistor based on the third embodiment, the uniformly distributed concentration in the silicon thin film 16 is 1×10 18 cm -3 and 3×
10 18 cm -3 , 10 19 cm -3 , 5×10 19 cm -3 , and
Regarding PMOS, 1×10 17 cm -3 , 3×10 17 cm -3 ,
transistor by setting the arsenic or boron ion implantation dose to final values of 1×10 18 cm -3 , 3×10 18 cm -3 and 5×10 18 cm -3 . was manufactured. Furthermore, transistors were manufactured with channel lengths of 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, and 1.0 μm. Various of the above
For CMOS transistors, we measured the source-drain breakdown voltage and the product β N and β P of each current gain factor of the parasitic bipolar transistor. NMOS
The uniformly distributed impurity concentration in the drain 7 is 10 19 cm -3
In the above cases, the improvement in the properties described above was not significantly observed. However, when the uniformly distributed impurity concentration was set at a low impurity concentration of 10 17 to 10 19 cm -3 , the improvement in the source-drain breakdown voltage was particularly remarkable. Uniformly distributed impurity concentration in the drain is 1
×10 18 cm -3 with channel lengths of 0.1 and 0.2 μm
The source-drain breakdown voltage of each CMOS transistor reached 4.5 and 8V, respectively. Although these values are significantly improved compared to the case of the CMOS transistor based on the second embodiment, this effect was relatively more pronounced when the channel length was short. The uniformly distributed impurity concentration in the drain 5 in PMOS is 10 17 to 10 18 cm -3
Even when the gate length is set to less than 0.1μm and the gate length is 0.1 μm, the source-drain breakdown voltage is improved by several volts compared to the second embodiment, and the value is 5V.
The above has been reached.

第3の実施例と第2の実施例におけるこの効果
の違いは、ドレイン最大電界が印加される低不純
物濃度領域が、第3実施例の場合にはシリコン薄
膜16内で第10図に示すように、ほぼ均一に形
成されるためであつて、それにより電界分散効果
が顕著になると考えられる。
The difference in this effect between the third embodiment and the second embodiment is that the low impurity concentration region to which the maximum drain electric field is applied is in the silicon thin film 16 in the third embodiment as shown in FIG. This is because they are formed almost uniformly, and it is thought that this makes the electric field dispersion effect more pronounced.

第10図に示した不純物濃度分布は、シリコン
薄膜16が多結晶質または非晶質で形成される場
合に特有なものであり、この構造が超微細
CMOSトランジスタのソース・ドレイン間耐圧
向上にきわめて効果を上げるものと考えられる。
The impurity concentration distribution shown in FIG. 10 is unique when the silicon thin film 16 is formed of polycrystalline or amorphous material, and this structure is ultrafine.
It is believed that this will be extremely effective in improving the source-drain breakdown voltage of CMOS transistors.

また、第3実施例にもとづく超微細CMOSト
ランジスタの寄生バイポーラ・トランジスタの積
βN・βPに関しては、第2実施例の場合と殆んど変
りがなく、ラツチアツプ現象は無視できる程度で
あつた。
Furthermore, regarding the parasitic bipolar transistor products β N and β P of the ultra-fine CMOS transistor based on the third embodiment, there was almost no difference from that of the second embodiment, and the latch-up phenomenon was negligible. .

以上第1〜第3実施例を説明したが、これらに
よる効果は、従来構造におけるソースとドレイン
に対応する領域を改善することにより得られるも
ので、決して半導体基板1の濃度を増大させて高
耐圧化を計るものではない。したがつて、半導体
基板濃度の増大にもとづく移動度の低下を招くこ
ともなく、また高速動作を損うこともない。
Although the first to third embodiments have been described above, the effects obtained by these are obtained by improving the regions corresponding to the source and drain in the conventional structure, and are not achieved by increasing the concentration of the semiconductor substrate 1 to achieve high breakdown voltage. It is not a measure of change. Therefore, a decrease in mobility due to an increase in the concentration of the semiconductor substrate is not caused, and high-speed operation is not impaired.

本発明では、ソースおよびドレイン上に高融点
金属またはそのシリサイド層が形成されるので、
超微細CMOSトランジスタにおいてもそのシー
ト抵抗は数Ω/口と低抵抗性を保持でき、高速動
作を保証することができる。
In the present invention, since a high melting point metal or its silicide layer is formed on the source and drain,
Even ultra-fine CMOS transistors can maintain a low sheet resistance of several ohms per unit, ensuring high-speed operation.

第1〜第3の各実施例においては、ソースおよ
びドレイン拡散層の最大不純物濃度に関し、1×
1017cm-3以上の場合について述べたが、これは第
2図の解析結果、すなわち0.1μmのゲート長につ
いての解析結果にもとづいている。0.1μmの値
は、実現し得る最小のゲート長である。また、上
記の不純物濃度(1×1017cm-3)以下で、本発明
を適用した場合には、第3図から推測できるよう
に、基板電流の増大およびドレイン漏洩電流の増
大を招くことになる。
In each of the first to third embodiments, the maximum impurity concentration of the source and drain diffusion layers is 1×
The case of 10 17 cm -3 or more has been described, but this is based on the analysis results shown in FIG. 2, that is, the analysis results for a gate length of 0.1 μm. A value of 0.1 μm is the minimum gate length that can be achieved. Furthermore, if the present invention is applied below the above impurity concentration (1×10 17 cm -3 ), as can be inferred from FIG. 3, an increase in substrate current and drain leakage current will be caused. Become.

また、第1〜第3の各実施例においては、ソー
スス・ドレイン拡散層上に、白金シリサイド
(Pt.Si)層を自己整合的に形成したが、これは一
例であつて、このPt.Si層のかわりにMo.W.Pd.N.
Ti.Ta.Nb.Cr.Pr等の高融点金属またはそのシリ
サイド膜を使用することができる。また、各実施
例においては、短時間熱処理として、高温電気炉
を用いる方法について説明したが、この工程はラ
ンプ加熱法、レーザーまたは電子線照射法等の他
の方法によることも可能である。さらに、各実施
例においては、P導電型ウエルを用いる場合につ
いて説明したが、逆に、P導電型半導体基板内に
N導電型のウエルを形成した構造のCMOSトラ
ンジスタに対しても、本発明を適用することがで
きる。
Further, in each of the first to third embodiments, a platinum silicide (Pt.Si) layer was formed on the source/drain diffusion layer in a self-aligned manner, but this is just an example. Mo.W.Pd.N. instead of layer.
A high melting point metal such as Ti.Ta.Nb.Cr.Pr or a silicide film thereof can be used. Further, in each of the examples, a method using a high-temperature electric furnace was described as the short-time heat treatment, but this step can also be performed by other methods such as a lamp heating method, laser or electron beam irradiation method. Further, in each embodiment, the case where a P-conductivity type well is used has been described, but conversely, the present invention can also be applied to a CMOS transistor having a structure in which an N-conductivity type well is formed in a P-conductivity type semiconductor substrate. Can be applied.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、0.2μm
ときわめて短いチヤネル長でも、5Vの通常電源
で動作させることができ、かつラツチアツプ現象
を防止できるので、高速動作を損うことなく、超
微細CMOSトランジスタを実現することが可能
である。
As explained above, according to the present invention, 0.2 μm
Even with extremely short channel lengths, it can be operated with a normal 5V power supply and the latch-up phenomenon can be prevented, making it possible to realize ultra-fine CMOS transistors without sacrificing high-speed operation.

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

第1図は従来のCMOSトランジスタの断面構
造図、第2図および第3図は本発明の原理を説明
するもので、ソース・ドレイン間耐圧および最大
基板電流に関する解析結果を示す図、第4図、第
5図および第6図は本発明の第1の実施例を示す
CMOSトランジスタの製造工程の断面図、第7
図、第8図は本発明の第2の実施例を示す
CMOSトランジスタの製造工程の断面図、第9
図、第10図は本発明の第3の実施例を示す
CMOSトランジスタの断面図および深さ方向の
不純物濃度分布を示す図である。 1:シリコン基板、2:ウエル領域、3:フイ
ード酸化膜、8:ゲート酸化膜、9:ゲート電
極、12:ゲート保護絶縁膜、13:シリコン酸
化堆積膜、4,6:ソース、5,7:ドレイン、
14:白金シリサイド層、10:シリコン酸化
膜、15:TiW膜、11:アルミニウム配線。
Fig. 1 is a cross-sectional structure diagram of a conventional CMOS transistor, Figs. 2 and 3 explain the principle of the present invention, and Fig. 4 shows analysis results regarding source-drain breakdown voltage and maximum substrate current. , FIGS. 5 and 6 show a first embodiment of the invention.
Cross-sectional diagram of CMOS transistor manufacturing process, No. 7
FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention.
Cross-sectional diagram of CMOS transistor manufacturing process, No. 9
FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a cross-sectional view of a CMOS transistor and an impurity concentration distribution in the depth direction. FIG. 1: Silicon substrate, 2: Well region, 3: Feed oxide film, 8: Gate oxide film, 9: Gate electrode, 12: Gate protection insulating film, 13: Silicon oxide deposited film, 4, 6: Source, 5, 7 :drain,
14: Platinum silicide layer, 10: Silicon oxide film, 15: TiW film, 11: Aluminum wiring.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ボロンが導入され、1017乃至1019cm-3の不純
物濃度のPチヤネルMOSトランジスタのP型ド
レイン領域、および砒素が導入され、1017乃至
1019cm-3の不純物濃度のNチヤネルMOSトラン
ジスタのN型ドレイン領域をシリコン半導体基板
上に形成する第1の工程と、上記P型ドレイン領
域の上および上記N型ドレイン領域の上に高融点
金属を形成する第2の工程と、上記高融点金属を
熱処理することにより上記P型ドレイン領域の上
および上記N型ドレイン領域の上に上記高融点金
属のシリサイド層を形成する第3の工程とを有
し、上記第3の工程の間に、上記Pチヤネル
MOSトランジスタの上記P型ドレイン領域にシ
ヨツトキー障壁を形成する一方、上記N型ドレイ
ン領域における上記シリサイド直下に該シリサイ
ド形成前より略1桁高い1018乃至1020cm-3の不純
物濃度の析出層を形成し、該析出層により上記N
チヤネルMOSトランジスタの上記N型ドレイン
領域にオーミツク接触を形成することを特徴とす
る相補型絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造
方法。 2 上記PチヤネルMOSトランジスタと上記N
チヤネルMOSトランジスタのチヤネル長は、
0.5μm以下であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の相補型絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタの製造方法。 3 上記析出層は、約10nmの厚さであることを
特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項に
記載の相補型絶縁ゲート電界効果トランジスタの
製造方法。 4 上記各ドレイン領域は、上記シリコン半導体
基板上にゲート絶縁膜を介して形成されるゲート
電極と、該ゲート電極の側壁に形成された絶縁膜
を介して隣接して形成されることを特徴とする特
許請求の範囲第1項から第3項までのいずれかに
記載の相補型絶縁ゲート電界効果トランジスタの
製造方法。 5 上記各ドレイン領域の一部は、多結晶薄膜ま
たは非晶質薄膜で形成されることを特徴とする特
許請求の範囲第1項から第3項までのいずれかに
記載の相補型絶縁ゲート電界効果トランジスタの
製造方法。
[Claims] 1 Boron is introduced into a P-type drain region of a P-channel MOS transistor with an impurity concentration of 10 17 to 10 19 cm -3 and arsenic is introduced and the impurity concentration is 10 17 to 10 19 cm -3.
A first step of forming an N-type drain region of an N-channel MOS transistor with an impurity concentration of 10 19 cm -3 on a silicon semiconductor substrate, and forming a high melting point layer on the P-type drain region and on the N-type drain region. a second step of forming a metal; and a third step of forming a silicide layer of the refractory metal on the P-type drain region and the N-type drain region by heat-treating the refractory metal. and during the third step, the P channel
While a Schottky barrier is formed in the P-type drain region of the MOS transistor, a precipitated layer with an impurity concentration of 10 18 to 10 20 cm -3 is formed directly under the silicide in the N-type drain region, which is about one order of magnitude higher than before the silicide is formed. The N
A method for manufacturing a complementary insulated gate field effect transistor, comprising forming an ohmic contact in the N-type drain region of a channel MOS transistor. 2 The above P channel MOS transistor and the above N
The channel length of a channel MOS transistor is
A method for manufacturing a complementary insulated gate field effect transistor according to claim 1, wherein the thickness is 0.5 μm or less. 3. The method of manufacturing a complementary insulated gate field effect transistor according to claim 1 or 2, wherein the deposited layer has a thickness of about 10 nm. 4. Each of the drain regions is formed adjacent to a gate electrode formed on the silicon semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and an insulating film formed on a side wall of the gate electrode. A method for manufacturing a complementary insulated gate field effect transistor according to any one of claims 1 to 3. 5. A complementary insulated gate electric field according to any one of claims 1 to 3, wherein a portion of each drain region is formed of a polycrystalline thin film or an amorphous thin film. Method of manufacturing effect transistors.
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