JPH0555246A - Formation of insulated-gate semiconductor device - Google Patents

Formation of insulated-gate semiconductor device

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JPH0555246A
JPH0555246A JP3238712A JP23871291A JPH0555246A JP H0555246 A JPH0555246 A JP H0555246A JP 3238712 A JP3238712 A JP 3238712A JP 23871291 A JP23871291 A JP 23871291A JP H0555246 A JPH0555246 A JP H0555246A
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gate electrode
impurity region
region
semiconductor
silicon
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
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Abstract

PURPOSE:To propose an entirely new method capable of applying a gate electrode in high aspect ratio exceeding 1 posing no problems at all as for the formation method of an LDD structure. CONSTITUTION:In order to form an LDD region in a MOSFET, firstly a low concentration region 13 (the first impurity region) is formed by self-alignment step using a prospective gate electrode part 11 as a mask and then said part 11 is oxidized by thermal oxidizing step, etc., to form a gate electrode 15 inside thereof and then a high concentration impurity region 16 (the second impurity region) is formed.

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、高速性に優れ、また、
高集積化の可能な絶縁ゲイト電界効果型半導体素子(半
導体装置)の作製方法に関する。本発明による半導体素
子は、マイクロプロセッサーやマイクロコントローラ、
マイクロコンピュータ、あるいは半導体メモリー等に使
用されるものである。
The present invention is excellent in high speed and
The present invention relates to a method for manufacturing an insulating gate field effect semiconductor element (semiconductor device) capable of high integration. The semiconductor device according to the present invention includes a microprocessor, a microcontroller,
It is used for a microcomputer or a semiconductor memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子の微細化、高集積化に関し
て、多くの研究開発が進められている。特に、MOSF
ETと呼ばれる絶縁ゲイト電界効果型半導体素子の微細
化技術の進歩はめざましい。MOSとは、金属(Metal)
−酸化物(Oxide) −半導体(Semi-conductor)の頭文字を
取ったものである。金属は、純粋な金属でなくとも、十
分に導電率の大きな半導体材料や、半導体と金属の合金
なども含めた広い意味で使用される。また、金属と半導
体の間の酸化物のかわりに、純粋な酸化物だけではな
く、窒化物等の十分に抵抗の大きな絶縁性材料が用いら
れることもあり、そのような場合には、厳密にはMOS
という用語は正しくないが、以下、本明細書では窒化物
その他の絶縁物をも含めて、このような構造を有する電
界効果型素子をMOSFETと称することとする。
2. Description of the Related Art Many researches and developments have been made on miniaturization and high integration of semiconductor elements. In particular, MOSF
The progress of miniaturization technology of an insulated gate field effect type semiconductor device called ET is remarkable. MOS is a metal
-Oxide-This is an acronym for Semiconductor. The metal is used in a broad sense including a semiconductor material having a sufficiently large electric conductivity and an alloy of a semiconductor and a metal, even if it is not a pure metal. Further, instead of an oxide between a metal and a semiconductor, not only a pure oxide but also an insulating material having a sufficiently large resistance such as a nitride may be used. In such a case, strictly, Is MOS
Although the term is not correct, hereinafter, the field effect element having such a structure including a nitride and other insulators will be referred to as a MOSFET.

【0003】MOSFETの微細化は、ゲイト電極の幅
を小さくすることによっておこなわれる。ゲイト電極の
幅が小さくなるということは、その下のチャネル領域の
長さ、すなわち、チャネル長が小さくなるということで
あり、このことは、チャネル長をキャリヤが通過するに
要する時間を小さくすることとなり、結果的には高集積
化とともに高速化ももたらされる。
The miniaturization of the MOSFET is performed by reducing the width of the gate electrode. A smaller width of the gate electrode means a shorter length of the channel region thereunder, that is, a shorter channel length, which means that the time required for carriers to pass through the channel length is shortened. As a result, high integration as well as high speed are brought about.

【0004】しかしながら、そのことによって、別な問
題(短チャネル効果)も生じる。その中で最も重要なも
のはホットエレクトロンの問題である。従来のような、
十分に不純物濃度の大きなソースおよびドレインという
不純物領域に、極性が反対の不純物がドープされたチャ
ネル領域がはさまれた構造では、チャネル領域をせばめ
るにしたがって、ソースとドレインに印加される電圧に
よってチャネル領域と不純物領域の境界付近の電界が大
きくなる。その結果、MOSFETの動作は極めて不安
定になる。
However, this causes another problem (short channel effect). The most important of these is the hot electron problem. Like traditional
In a structure in which a channel region doped with impurities of opposite polarities is sandwiched between impurity regions called a source and a drain, which have a sufficiently high impurity concentration, the voltage applied to the source and drain may be increased as the channel region is narrowed. The electric field near the boundary between the channel region and the impurity region becomes large. As a result, the operation of the MOSFET becomes extremely unstable.

【0005】そのような問題点を解決する目的で提唱さ
れた新しいMOSFETの構造が、LDD(Lightly-Do
ped-Drain)という構造である。これは、典型的には図2
(D)に示される。図2(D)において、不純物濃度の
大きな領域26よりも浅く設けられた不純物濃度の小さ
な領域27がLDDと呼ばれる。このような領域を設け
ることによって、チャネル領域と不純物領域の境界近傍
の電界を小さくし、素子の動作を安定化させることが可
能となった。
A new MOSFET structure proposed for the purpose of solving such a problem is an LDD (Lightly-Do
ped-Drain). This is typically shown in FIG.
It is shown in (D). In FIG. 2D, a region 27 having a low impurity concentration which is provided shallower than the region 26 having a high impurity concentration is called an LDD. By providing such a region, it is possible to reduce the electric field near the boundary between the channel region and the impurity region and stabilize the operation of the device.

【0006】LDDは、通常、図2のように形成され
る。図2は、NMOSの例を示したがPMOSであって
も同様に形成される。最初に、p型の半導体基板上に酸
化膜と導電性膜が形成され、これらはエッチングされ
て、図2(A)に示すようにゲイト絶縁膜22とゲイト
電極21となる。そして、このゲイト電極をマスクとし
て、自己整合(セルフアライン)的に、例えば、イオン
打ち込み法等によって、比較的不純物濃度の小さい(記
号ではn- と表される)不純物領域23が形成される。
The LDD is usually formed as shown in FIG. FIG. 2 shows an example of NMOS, but the same is formed even if it is PMOS. First, an oxide film and a conductive film are formed on a p-type semiconductor substrate, and these are etched to form a gate insulating film 22 and a gate electrode 21 as shown in FIG. Then, using this gate electrode as a mask, the impurity region 23 having a relatively low impurity concentration (represented by n − in the symbol) is formed in a self-aligned manner, for example, by an ion implantation method or the like.

【0007】次いで、この上にPSGのような絶縁被膜
24が形成される。そして、この絶縁被膜24は、バイ
アスプラズマエッチのような異方性エッチング法(方向
性エッチング法ともいう)によって、除去されるが、異
方性エッチングの結果、ゲイト電極の側面ではPSGが
エッチングされないで、図2(C)に25で示すような
形状で残る。この残留物をスペーサーと称する。そし
て、このスペーサー25をマスクとして、セルフアライ
ン的に不純物濃度の大きい(記号ではn+ と表される)
不純物領域26が形成される。そして、このn+ 型不純
物領域がFETのソース、ドレインとして用いられる。
Next, an insulating film 24 such as PSG is formed on this. Then, the insulating film 24 is removed by an anisotropic etching method (also referred to as a directional etching method) such as bias plasma etching, but as a result of the anisotropic etching, the PSG is not etched on the side surface of the gate electrode. Then, the shape remains as shown by 25 in FIG. This residue is called a spacer. Then, using the spacer 25 as a mask, the impurity concentration is high in self-alignment (denoted by n + in the symbol).
Impurity region 26 is formed. The n + type impurity region is used as the source and drain of the FET.

【0008】このようなLDD構造を採用することによ
って、従来の方法では、0.5μmが限界であるといわ
れていたチャネル長を0.1μmまで狭めることが可能
であることが示されている。
It has been shown that by adopting such an LDD structure, it is possible to narrow the channel length, which was said to be 0.5 μm in the conventional method, to 0.1 μm.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このこ
とによって短チャネル化の問題が全て解決されたわけで
はない。もう一つの問題点はゲイト幅を小さくすること
によるゲイト電極の抵抗の問題である。短チャネル化に
よって、動作速度を向上させたとしても、ゲイト電極の
抵抗が大きければ、その分を打ち消してしまうだけ伝播
速度が低下する。ゲイト電極の抵抗を低下させるには例
えば、従来使用されていた不純物濃度の大きな多結晶シ
リコンのかわりに抵抗率の小さな金属シリサイドを用い
ることや、ゲイト電極と平行にアルミニウムのような低
抵抗配線をを走らせることが検討され、採用されている
が、それとて、ゲイト電極の幅が0.3μm以下となる
状況では限界となることが予想される。
However, this does not solve all the problems of shortening the channel. Another problem is the resistance of the gate electrode due to the reduced gate width. Even if the operating speed is improved by shortening the channel, if the resistance of the gate electrode is large, the propagation speed is reduced by canceling out the resistance. To reduce the resistance of the gate electrode, for example, use metal silicide having a low resistivity instead of polycrystalline silicon having a high impurity concentration, which is conventionally used, or use a low-resistance wiring such as aluminum in parallel with the gate electrode. Although it has been studied and adopted to run, it is expected to reach its limit when the width of the gate electrode is 0.3 μm or less.

【0010】その場合の別な解決方法として、ゲイト電
極の高さと幅の比(アスペクト比)を大きくすることが
考えられる。ゲイト電極のアスペクト比を大きくするこ
とによって、ゲイト電極の断面積を大きくし、抵抗を下
げることが可能となる。しかしながら、従来のLDD
は、その作製上の問題からアスペクト比を無制限に大き
くはできなかった。
As another solution in that case, it is considered to increase the height-width ratio (aspect ratio) of the gate electrode. By increasing the aspect ratio of the gate electrode, it becomes possible to increase the cross-sectional area of the gate electrode and reduce the resistance. However, conventional LDD
However, the aspect ratio could not be increased without limitation due to manufacturing problems.

【0011】それは異方性エッチングで形成されるスペ
ーサーの幅がゲイト電極の高さに依存するためである。
通常、スペーサーの幅はゲイト電極の高さの20%以上
となった。したがって、図2のLDD領域27の幅Lを
0.1μmとする場合には、ゲイト電極の高さhは0.
5μm以下でなければならなかった。もし、ゲイト電極
がそれ以上の高さとなれば、Lは0.1μm以上とな
る。このことは、ソース、ドレイン間の抵抗が増えるこ
とであり、望ましくない。
This is because the width of the spacer formed by anisotropic etching depends on the height of the gate electrode.
Normally, the width of the spacer was 20% or more of the height of the gate electrode. Therefore, when the width L of the LDD region 27 in FIG. 2 is 0.1 μm, the height h of the gate electrode is 0.
It had to be less than 5 μm. If the gate electrode has a height higher than that, L will be 0.1 μm or more. This is an increase in resistance between the source and drain, which is not desirable.

【0012】今、ゲイト電極の高さhが0.5μm、ゲ
イト電極の幅Wが1.0μm、LDDの幅Lが0.1μ
mであるとしよう。この素子のスケールを小さくして、
Wを0.5μmとしようとすれば、ゲイト電極の抵抗を
維持するためには、hは1.0μmでなければならな
い。しかし、そのためにLは0.2μmとなってしま
う。すなわち、ゲイト電極の抵抗は変わらないが、ON
状態(ゲイト電極に電圧が印加されて、チャネル領域の
抵抗がn- 領域の抵抗に比べて十分小さくなった状態)
でのソース、ドレイン間の抵抗が2倍となる。一方、チ
ャネル長が半分になったので、素子は2倍の速度で応答
することが期待できるが、ソース、ドレイン間の抵抗が
2倍になったのでそのことはキャンセルされてしまう。
結局、素子の高集積化が達成されただけで、速度の点で
は従来のままである。一方、Lを従来と同じに保つに
は、hを0.5μmとしなければならないが、そうすれ
ば、ゲイト電極の抵抗が2倍となり、結局、高速性は得
られない。
Now, the height h of the gate electrode is 0.5 μm, the width W of the gate electrode is 1.0 μm, and the width L of the LDD is 0.1 μm.
Let's say m. By reducing the scale of this element,
If W is set to 0.5 μm, h must be 1.0 μm in order to maintain the resistance of the gate electrode. However, because of that, L becomes 0.2 μm. That is, the resistance of the gate electrode does not change, but ON
State (state in which the resistance of the channel region has become sufficiently smaller than the resistance of the n region when a voltage is applied to the gate electrode)
The resistance between the source and drain is doubled. On the other hand, since the channel length is halved, the device can be expected to respond at twice the speed, but this is canceled because the resistance between the source and drain is doubled.
In the end, only high integration of the device has been achieved, and the speed is still conventional. On the other hand, in order to keep L at the same level as in the conventional case, h must be set to 0.5 μm. If this is done, the resistance of the gate electrode will be doubled, and in the end, high speed cannot be obtained.

【0013】通常の例では、スペーサーの幅は、ゲイト
電極の高さの50%から100%であり、上に示したも
のよりもかなり苦しい条件となる。したがって、従来の
LDD作製方法ではゲイト電極のアスペクト比は1以
下、多くは0.2以下であった。また、このスペーサー
の幅は、ばらつきが大きく、各トランジスター間での特
性がまちまちになることが多くあった。このように、従
来のLDDの作製方法は短チャネルでの安定性とそれに
伴う高集積化と高速性をもたらした反面、その作製上の
問題からより一層の高速化、高集積化の妨げとなるとい
う矛盾を呈している。
In a typical example, the width of the spacer is 50% to 100% of the height of the gate electrode, which is considerably more difficult than the one shown above. Therefore, in the conventional LDD manufacturing method, the aspect ratio of the gate electrode was 1 or less, and most was 0.2 or less. In addition, the width of the spacer varies widely, and the characteristics among the transistors are often different. As described above, the conventional LDD manufacturing method has provided stability in a short channel and high integration and high speed associated therewith, but a problem in its manufacture hinders higher speed and higher integration. That is a contradiction.

【0014】本発明は、LDD構造を作製する方法とし
て、アスペクト比が1以上の高アスペクト比のゲイト電
極でも何ら問題なく実施できる全く新しい方法を提唱す
る。上述の通り、微細化によって、もはや配線の高アス
ペクト比化は避けられない問題である。
The present invention proposes, as a method for producing an LDD structure, a completely new method which can be carried out without problems even with a gate electrode having a high aspect ratio of 1 or more. As described above, due to the miniaturization, increasing the aspect ratio of wiring is an unavoidable problem.

【0015】[0015]

【問題を解決する方法】本発明の典型的な例を図1に示
す。これはNMOSの場合であるが、PMOSであって
も同様に実施することができる。最初に、p型の半導体
基板上に酸化膜等の絶縁膜と導電性膜が形成され、この
絶縁膜と導電性膜はエッチングされて、図1(A)に示
すようにゲイト電極となるべき部分11およびゲイト絶
縁膜12となる。そして、このゲイト電極となるべき部
分をマスクとして、自己整合(セルフアライン)的に、
例えば、イオン打ち込み法等によって、1×1017〜5
×1018cm-3程度の濃度の不純物濃度の小さい(記号
ではn- と表される)第1の不純物領域13が形成され
る。
A typical example of the present invention is shown in FIG. This is the case of the NMOS, but the same can be implemented with the PMOS. First, an insulating film such as an oxide film and a conductive film are formed on a p-type semiconductor substrate, and the insulating film and the conductive film should be etched to form a gate electrode as shown in FIG. It becomes the portion 11 and the gate insulating film 12. Then, using the portion to be the gate electrode as a mask, in a self-aligned manner,
For example, by ion implantation or the like, 1 × 10 17 to 5
A first impurity region 13 having a low impurity concentration of about × 10 18 cm −3 (denoted by n − in the symbol) is formed.

【0016】次いで、熱酸化法によって、ゲイト電極と
なるべき部分の表面が酸化される。したがって、ゲイト
電極となるべき部分は酸化される材料で構成される必要
がある。この工程によって、ゲイト電極となるべき部分
の表面が後退する。そして、最終的には酸化物層14の
内部にゲイト電極15が残る。(図1(B))また、ゲ
イト電極となるべき部分の材料11が多結晶シリコンで
あり、酸化膜12が酸化珪素であったならば、シリコン
基板も酸化されるが、もし、ゲイト絶縁膜(酸化珪素)
がゲイト電極形成と同時にエッチングされることがな
く、シリコン基板が酸化珪素膜で覆われていたならば、
その速度はゲイトとなるべき部分の酸化の速度に比べる
と十分に小さい。
Then, the surface of the portion to be the gate electrode is oxidized by the thermal oxidation method. Therefore, the portion to be the gate electrode needs to be made of a material that is oxidized. By this step, the surface of the portion that will become the gate electrode recedes. Finally, the gate electrode 15 remains inside the oxide layer 14. (FIG. 1 (B)) If the material 11 of the portion to be the gate electrode is polycrystalline silicon and the oxide film 12 is silicon oxide, the silicon substrate is also oxidized, but if the gate insulating film is used. (Silicon oxide)
Is not etched at the same time as the formation of the gate electrode and the silicon substrate is covered with the silicon oxide film,
The rate is sufficiently low compared to the rate of oxidation of the part that should become the gate.

【0017】すなわち、酸化速度は最初に存在する酸化
膜の厚さが大きくなるにしたがって低下するからであ
る。一般に、シリコンの熱酸化については、以下の式が
成り立つことが知られている。 x2 − x0 2+ Ax −Ax0 = Bt (1)
That is, the oxidation rate decreases as the thickness of the oxide film initially present increases. It is generally known that the following equation holds for thermal oxidation of silicon. x 2 −x 0 2 + Ax −Ax 0 = Bt (1)

【0018】ここで、A、Bはシリコンおよび酸化珪素
に依存する正の定数で、温度やシリコンの面方位、酸素
原子や水のシリコン中での拡散速度等に依存する。ま
た、x0 は、最初に存在した酸化珪素の膜厚で、xは時
間tだけ経過したときの酸化珪素の厚さである。(1)
式を変形すると、以下の式が得られる。 Δx(x + x0 + A) = Bt (ただし Δx = x−x0 ) (2)
Here, A and B are positive constants depending on silicon and silicon oxide, and depend on the temperature, the plane orientation of silicon, the diffusion rate of oxygen atoms and water in silicon, and the like. In addition, x 0 is the film thickness of silicon oxide that was initially present, and x is the thickness of silicon oxide after a lapse of time t. (1)
By transforming the formula, the following formula is obtained. Δx (x + x 0 + A ) = Bt ( where Δx = x-x 0) ( 2)

【0019】例えば、表面に酸化珪素がほとんど形成さ
れていない状態では、x0 =0なので、 Δx1 = Bt/(x + A) (3) であり、一方、最初にかなり厚い膜が形成されていて、
x〜x0 である場合は、 Δx2 = Bt/(2x + A) (4) となる。(3)と(4)から、他の条件が同じとき、最
初に表面に酸化珪素膜が存在しない場合の方が酸化速度
(Δx/tで表される)が大きいことがわかる。この計
算は、詳細なものではないが、その速度の差は、 Δx1 /Δx2 = (2x + A)/(x + A) < 2 である。
For example, in the state where almost no silicon oxide is formed on the surface, x 0 = 0, so Δx 1 = Bt / (x + A) (3), while a considerably thick film is formed at the beginning. And
In the case of x to x 0 , Δx 2 = Bt / (2x + A) (4). From (3) and (4), it can be seen that the oxidation rate (represented by Δx / t) is higher when the silicon oxide film is not initially present on the surface under the same conditions. Although this calculation is not detailed, the speed difference is Δx 1 / Δx 2 = (2x + A) / (x + A) <2.

【0020】実際、1気圧の乾燥酸素中での単結晶シリ
コン(100)面の熱酸化では、1000℃で100分
酸化する場合に、熱酸化前に表面に酸化珪素が形成され
ていない場合には酸化珪素が100nm形成されるのに
対し、熱酸化前に表面に100nmの酸化珪素が形成さ
れていた場合には酸化珪素の厚さは150nmにしかな
らず、同じ時間だけ酸化をおこなったのにもかかわら
ず、前者は酸化珪素が100nm形成されたのに、後者
は50nmの厚さの酸化珪素が新たに形成されるに過ぎ
ない。
In fact, in the thermal oxidation of the single crystal silicon (100) surface in dry oxygen at 1 atm, when the surface is oxidized at 1000 ° C. for 100 minutes and the silicon oxide is not formed on the surface before the thermal oxidation. Silicon oxide is formed to 100 nm, whereas when 100 nm of silicon oxide is formed on the surface before thermal oxidation, the thickness of silicon oxide is only 150 nm, and even if oxidation is performed for the same time. Regardless, in the former, 100 nm of silicon oxide was formed, but in the latter, only 50 nm of silicon oxide was newly formed.

【0021】また、同じく900℃で100分の熱酸化
をおこなった場合でも、熱酸化前に酸化珪素が形成され
ていない場合には、50nmの酸化珪素が形成されるの
に、熱酸化前に50nmの厚さの酸化珪素が形成されて
いる場合には、増加する酸化珪素の厚さは20nmに過
ぎず、200分の熱処理でも、熱酸化前に酸化珪素が存
在しない場合には、熱酸化の結果、厚さ70nmの酸化
珪素が形成されるのに対し、熱酸化前に厚さ90nmの
酸化珪素が形成されている場合には、30nmしか酸化
珪素は増加しない。
Similarly, even if thermal oxidation is performed at 900 ° C. for 100 minutes, if silicon oxide is not formed before thermal oxidation, 50 nm of silicon oxide is formed, but before thermal oxidation is performed. When the silicon oxide having a thickness of 50 nm is formed, the thickness of the silicon oxide which increases is only 20 nm, and even when the heat treatment is performed for 200 minutes, the silicon oxide is not present before the thermal oxidation. As a result, the silicon oxide having a thickness of 70 nm is formed, whereas when the silicon oxide having a thickness of 90 nm is formed before the thermal oxidation, the silicon oxide increases by only 30 nm.

【0022】さらに、熱酸化の速度は面方位によって大
きく異なり、シリコンの(100)面の速度は(11
1)面等の他の面に比べて酸化速度が小さい。また、多
結晶シリコンは表面の面方位がバラバラであるので、当
然(100)面の酸化速度より大きく、約2倍ほど早く
酸化される。
Furthermore, the rate of thermal oxidation greatly differs depending on the plane orientation, and the rate of the (100) plane of silicon is (11
1) The oxidation rate is lower than other surfaces such as the surface. Further, since the surface orientations of polycrystalline silicon are different, the polycrystalline silicon is naturally oxidized at a rate higher than the (100) plane and about twice as fast.

【0023】以上のような理由から、図1に示すよう
に、ゲイト電極となるべき部分に形成される酸化珪素の
厚さは、ゲイト絶縁膜を通してシリコン基板上に新たに
形成される酸化珪素の厚さよりもはるかに大きく、図に
示すようにシリコン基板の表面の凹凸は十分小さい。例
えば、ゲイト電極となるべき部分11(多結晶シリコ
ン)のもとの表面から100nmのところまで酸化した
場合に、酸化膜12(酸化珪素)の下のシリコン基板は
あらたに、25nmだけ酸化される。この程度の凹凸は
半導体素子の特性には深刻な影響を与えない。
For the above reasons, as shown in FIG. 1, the thickness of the silicon oxide formed in the portion to be the gate electrode is the same as that of the silicon oxide newly formed on the silicon substrate through the gate insulating film. It is much larger than the thickness, and as shown in the figure, the unevenness on the surface of the silicon substrate is sufficiently small. For example, when 100 nm is oxidized from the original surface of the portion 11 (polycrystalline silicon) to be the gate electrode, the silicon substrate below the oxide film 12 (silicon oxide) is newly oxidized by 25 nm. .. The unevenness of this degree does not seriously affect the characteristics of the semiconductor element.

【0024】また、この熱酸化の過程では、先に形成さ
れた不純物領域13も熱によって拡散拡大する。本発明
では、素子を電界効果型トランジスターとして効率的に
動作させる必要があるので、このように拡大した不純物
領域の先端はゲイト電極の両端と幾何学的に一致する必
要がある。
In the process of this thermal oxidation, the impurity region 13 previously formed is also diffused and expanded by heat. In the present invention, since the element needs to operate efficiently as a field effect transistor, the tip of the impurity region thus expanded needs to be geometrically aligned with both ends of the gate electrode.

【0025】さて、このようにして形成されたゲイト電
極15とその周囲の酸化物層14をマスクとして、セル
フアライン的に1×1020〜5×1021cm-3という不
純物濃度の大きい(記号ではn+ と表される)第2の不
純物領域16が形成される。このようにして、従来のL
DD作製方法による場合と同じ形状を有するLDDを得
ることができる。この工程で注目すべきことは、図から
明らかなように、LDDの幅Lが、ゲイト電極の高さに
制約されることがないため、ゲイト電極のアスペクト比
を大きくすることができるということである。
The gate electrode 15 thus formed and the oxide layer 14 around the gate electrode 15 are used as a mask to self-align with a large impurity concentration of 1 × 10 20 to 5 × 10 21 cm -3 (symbol). in represented as n +) second impurity region 16 is formed. In this way, the conventional L
It is possible to obtain an LDD having the same shape as in the case of the DD manufacturing method. What should be noted in this step is that the width L of the LDD is not restricted by the height of the gate electrode, so that the aspect ratio of the gate electrode can be increased, as is clear from the figure. is there.

【0026】さらに、本発明では、LDDの幅Lを極め
て微妙に制御できる。例えば、Lを10nmから0.1
μmまで、任意に変化させることができる。また、この
ときのチャネル長Wとしては0.5μm以下が可能であ
る。従来の方法では、LDDの幅を100nm以下とす
ることは極めて困難で、20%程度の誤差は当然であっ
たが、本発明を利用すれば、LDDの幅を10〜100
nmにおいて、10%程度の誤差で作製することが可能
である。Lを細かく制御できるということは、酸化速度
を制御することが容易であるという事実に基づく。
Further, according to the present invention, the width L of the LDD can be controlled extremely finely. For example, L from 10 nm to 0.1
It can be arbitrarily changed up to μm. Further, the channel length W at this time can be 0.5 μm or less. In the conventional method, it is extremely difficult to set the width of the LDD to 100 nm or less, and an error of about 20% is natural. However, if the present invention is used, the width of the LDD is 10 to 100.
It is possible to manufacture with an error of about 10% in nm. The fact that L can be finely controlled is based on the fact that it is easy to control the oxidation rate.

【0027】さらに、本発明では、従来のLDD作製方
法に比べて、スペーサーとなるべき絶縁被膜を形成する
必要がないので工程が簡略化され、生産性が向上する。
以下に実施例を示し、より詳細に本発明を説明する。
Further, according to the present invention, as compared with the conventional LDD manufacturing method, it is not necessary to form an insulating film to serve as a spacer, so that the process is simplified and the productivity is improved.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0028】[0028]

【実施例】本発明を用いた実施例について記載する。こ
の実施例では単結晶半導体基板上に形成した相補型MO
SFET装置(CMOS)に本発明を用いた場合を示
す。本実施例を図3に示す。まず、図3(A)に示すよ
うに、p型単結晶シリコン半導体基板上に、従来の集積
回路作製方法を使用して、n型ウェル32、フィールド
絶縁物30、チャネルストッパー(p+ 型)31、n-
型不純物領域34、n+ 型不純物領域36、p+ 型不純
物領域33、p- 型不純物領域35、リンがドープされ
たn型多結晶シリコンのゲイト電極37(NMOS用)
と同38(PMOS用)を形成する。
EXAMPLES Examples using the present invention will be described. In this embodiment, a complementary MO formed on a single crystal semiconductor substrate is used.
The case where the present invention is used for an SFET device (CMOS) is shown. This embodiment is shown in FIG. First, as shown in FIG. 3A, an n-type well 32, a field insulator 30, a channel stopper (p + type) are formed on a p-type single crystal silicon semiconductor substrate by using a conventional integrated circuit manufacturing method. 31, n -
Type impurity region 34, n + type impurity region 36, p + type impurity region 33, p type impurity region 35, phosphorus-doped n-type polycrystalline silicon gate electrode 37 (for NMOS)
And 38 (for PMOS) are formed.

【0029】その詳細な作製方法は以下の通りである。
まず、不純物濃度が1015cm-3程度のp型シリコンウ
ェファーにBF2 + イオンを打ち込み、いわゆるLOC
OS法(局所酸化法)によって、チャネルストッパー3
1とフィールド絶縁物30を形成する。さらにこれに、
リンイオンを注入し、1000℃で3〜10時間アニー
ルして、リンイオンを拡散、再分布させ、不純物濃度1
16cm-3程度のn型ウェル32を形成する。
The detailed manufacturing method is as follows.
First, BF 2 + ions are implanted into a p-type silicon wafer having an impurity concentration of about 10 15 cm -3 , so-called LOC.
Channel stopper 3 by OS method (local oxidation method)
1 and the field insulator 30 are formed. In addition to this,
Phosphorus ions are implanted and annealed at 1000 ° C. for 3 to 10 hours to diffuse and re-distribute the phosphorus ions to obtain an impurity concentration of 1
An n-type well 32 of about 0 16 cm -3 is formed.

【0030】その後、熱酸化法によって、厚さ70nm
のゲイト絶縁膜(酸化珪素)と、減圧CVD法によっ
て、厚さ500nm、リン濃度1021cm-3の多結晶シ
リコン膜を形成し、これをパターニングして、ゲイト電
極となるべき部分37および38を形成する。そして、
砒素イオンを打ち込んで、不純物濃度1021cm-3程度
のn+ 型不純物領域36と、BF2 + イオンを打ち込ん
で不純物濃度1021cm-3のp+ 型不純物領域33を形
成する。そして、その後、再び、ゲイト電極となるべき
部分および必要によっては他のマスクを用いて、不純物
濃度1018cm-3のn- 型不純物領域34を形成し、さ
らにBF2 + イオンを打ち込んで、不純物濃度1018
-3のp+ 型不純物領域35を作製する。不純物領域3
4および35の深さは20nmとした。そして、これら
の不純物領域は900℃で1時間アニールすることによ
って活性化され、ソース、ドレイン領域となる。このよ
うにして図3(A)を得る。
Thereafter, the thickness is 70 nm by the thermal oxidation method.
Of the gate insulating film (silicon oxide) and a low pressure CVD method to form a polycrystalline silicon film having a thickness of 500 nm and a phosphorus concentration of 10 21 cm −3 , and patterning this to form portions 37 and 38 to be gate electrodes. To form. And
Arsenic ions are implanted to form an n + type impurity region 36 having an impurity concentration of about 10 21 cm −3, and a BF 2 + ion is implanted to form ap + type impurity region 33 having an impurity concentration of 10 21 cm −3 . Then, after that, the n -type impurity region 34 having an impurity concentration of 10 18 cm −3 is formed again by using a portion to be a gate electrode and another mask if necessary, and BF 2 + ions are further implanted, Impurity concentration 10 18 c
An m −3 p + type impurity region 35 is formed. Impurity region 3
The depth of 4 and 35 was 20 nm. Then, these impurity regions are activated by annealing at 900 ° C. for 1 hour to become source and drain regions. In this way, FIG. 3A is obtained.

【0031】次に、図3(B)に示すように、熱酸化法
によって、ゲイト電極となるべき部分を酸化する。酸化
の条件としては、例えば、乾燥酸素1気圧中、800℃
で500分とする。この熱酸化によって、ゲイト電極と
なるべき部分の周囲に厚さ約100nmの酸化珪素層3
9および40が形成され、その内部にゲイト電極41お
よび42が残る。この酸化工程でゲイト電極となるべき
部分のシリコン表面は約50nmだけ後退し、一方、単
結晶シリコン基板の表面も約10nmだけ後退したが、
その後退は極めて微小なので半導体素子の特性にはほと
んど影響を与えない。
Next, as shown in FIG. 3B, the portion to be the gate electrode is oxidized by the thermal oxidation method. The oxidation conditions are, for example, 800 ° C. in 1 atmosphere of dry oxygen.
It will be 500 minutes. By this thermal oxidation, a silicon oxide layer 3 having a thickness of about 100 nm is formed around the portion to be the gate electrode.
9 and 40 are formed, and the gate electrodes 41 and 42 remain therein. In this oxidation process, the silicon surface of the portion that should become the gate electrode is recessed by about 50 nm, while the surface of the single crystal silicon substrate is recessed by about 10 nm.
Since the receding is extremely small, the characteristics of the semiconductor element are hardly affected.

【0032】次いで、再びイオン注入法によって、n+
型の不純物領域43とp+ 型の不純物領域44を形成す
る。いずれの不純物領域も不純物濃度は1×1021cm
-3程度とする。また、この不純物領域の深さは100n
mとした。
Then, again by ion implantation, n +
A p-type impurity region 43 and a p + -type impurity region 44 are formed. The impurity concentration in each impurity region is 1 × 10 21 cm
-3 . The depth of this impurity region is 100 n.
m.

【0033】最後に、従来の集積回路の作製の場合と同
様に層間絶縁物として、リンガラス層45を形成する。
リンガラス層の形成には、例えば、減圧CVD法を用い
ればよい。材料ガスとしては、モノシランSiH4 と酸
素O2 とホスフィンPH3 を用い、450℃で反応させ
て得られる。
Finally, a phosphorous glass layer 45 is formed as an interlayer insulator as in the case of manufacturing a conventional integrated circuit.
For example, a low pressure CVD method may be used to form the phosphorous glass layer. As a material gas, monosilane SiH 4 , oxygen O 2, and phosphine PH 3 are used and obtained by reacting at 450 ° C.

【0034】その後、層間絶縁膜に電極形成用の穴を開
け、アルミ電極46〜49を形成する。こうして、図3
(D)に示されるような相補型MOS装置が完成する。
After that, holes are formed in the interlayer insulating film for forming electrodes, and aluminum electrodes 46 to 49 are formed. Thus, FIG.
The complementary MOS device as shown in (D) is completed.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によって、極めて制約の少ないL
DD型MOSFETを作製することが可能となった。本
文中でも述べたように、本発明を利用すれば、ゲイト電
極のアスペクト比にほとんど制限されることなくLDD
領域を形成しうる。また、そのLDD領域の幅も10〜
100nmの間で極めて精密に制御することができる。
特に本発明は、短チャネル化によって、今後進展すると
考えられるゲイト電極の高アスペクト比化に対して有効
な方法である。
According to the present invention, L with extremely few restrictions
It has become possible to fabricate a DD type MOSFET. As described in the text, by using the present invention, the LDD is hardly limited by the aspect ratio of the gate electrode.
A region can be formed. Also, the width of the LDD region is 10 to
It can be controlled very precisely between 100 nm.
In particular, the present invention is an effective method for increasing the aspect ratio of the gate electrode, which is expected to progress in the future by shortening the channel.

【0036】もちろん、従来通りのアスペクト比が1以
下の低アスペクト比のゲイト電極においても、本発明を
使用することは可能で、従来のLDD作製方法に比し
て、絶縁膜の形成とその異方性エッチングの工程が不要
となり、また、LDD領域の幅も精密に制御することが
可能であるため、本発明の効果は著しい。
Of course, it is possible to use the present invention even in a conventional low aspect ratio gate electrode having an aspect ratio of 1 or less, and the formation of an insulating film and its difference compared with the conventional LDD manufacturing method. The effect of the present invention is remarkable because the step of isotropic etching is unnecessary and the width of the LDD region can be precisely controlled.

【0037】本発明は主としてシリコン系の半導体装置
について述べたが、ゲルマニウムや炭化珪素、砒化ガリ
ウム等の他の材料を使用する半導体装置にも本発明が適
用されうることは明白である。さらに、本発明では、ゲ
イト電極の酸化特性が重要な役割を果たすが、本発明で
主として記述したシリコンゲイト以外にも、タングステ
ンやモリブテン、クロム、アルミニウム、あるいはそれ
らの珪化物、炭化物等をゲイト電極として用いてもよ
い。また、実施例では単結晶半導体基板上のMOSFE
Tの作製工程について記述したが、石英やサファイヤ等
の絶縁性基板上に形成された多結晶あるいは単結晶半導
体被膜を利用した薄膜トランジスタ(TFT)の作製に
も本発明が適用されうることも明らかであろう。
Although the present invention has mainly been described with respect to a silicon-based semiconductor device, it is obvious that the present invention can be applied to a semiconductor device using another material such as germanium, silicon carbide, gallium arsenide or the like. Further, in the present invention, the oxidation characteristics of the gate electrode play an important role, but in addition to the silicon gate mainly described in the present invention, tungsten, molybdenum, chromium, aluminum, or their silicides, carbides or the like are used as the gate electrode. You may use as. In the embodiment, the MOSFE on the single crystal semiconductor substrate is used.
Although the manufacturing process of T has been described, it is also clear that the present invention can be applied to the manufacturing of a thin film transistor (TFT) using a polycrystalline or single crystal semiconductor film formed on an insulating substrate such as quartz or sapphire. Let's see

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

【図1】本発明によるLDDの作製方法を示す。FIG. 1 shows a method for producing an LDD according to the present invention.

【図2】従来のLDD作製方法を示す。FIG. 2 shows a conventional LDD manufacturing method.

【図3】本発明を利用した単結晶半導体基板上へのCM
OSの作製方法を示す。
FIG. 3 is a CM on a single crystal semiconductor substrate using the present invention.
A method for manufacturing an OS will be described.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 ゲイト電極となるべき部分 12 ゲイト絶縁膜 13 n- 不純物領域 14 酸化物層 15 ゲイト電極 16 n+ 不純物領域11 Gate Electrode 12 Gate Insulating Film 13 n - Impurity Region 14 Oxide Layer 15 Gate Electrode 16 n + Impurity Region

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体上に形成された絶縁性被膜上に、
ゲイト電極となるべき部分を形成する工程と、前記部分
をマスクとして不純物を半導体中に導入し、自己整合的
に第1の不純物領域を形成する工程と、前記部分の少な
くとも側面を酸化する工程と、前記工程によって酸化さ
れたゲイト電極の部分をマスクとして不純物を半導体中
に導入し、自己整合的に第2の不純物領域を形成する工
程とを有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置
の作製方法。
1. An insulating coating formed on a semiconductor,
Forming a portion to be a gate electrode; introducing impurities into the semiconductor using the portion as a mask to form a first impurity region in a self-aligned manner; and oxidizing at least a side surface of the portion. And a step of introducing an impurity into the semiconductor by using the portion of the gate electrode oxidized in the above step as a mask to form a second impurity region in a self-aligned manner. Method.
【請求項2】 請求項1において、ゲイト電極の高さ
は、その幅の1倍以上であることを特徴とする絶縁ゲイ
ト型半導体装置の作製方法。
2. The method for manufacturing an insulating gate type semiconductor device according to claim 1, wherein the height of the gate electrode is not less than 1 times its width.
【請求項3】 請求項1において、第1の不純物領域の
不純物濃度は、第2の不純物領域の不純物濃度よりも小
さいことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作製方
法。
3. The method for manufacturing an insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity concentration of the first impurity region is lower than the impurity concentration of the second impurity region.
【請求項4】 単結晶シリコン上に形成された絶縁性被
膜上に、多結晶シリコンよりなるゲイト電極となるべき
部分を形成する工程と、前記部分をマスクとして不純物
を半導体中に導入し、自己整合的に第1の不純物領域を
形成する工程と、熱酸化法によって、前記部分を酸化す
る工程と、前記工程によって酸化された部分をマスクと
して不純物を半導体中に導入し、自己整合的に第2の不
純物領域を形成する工程とを有することを特徴とする絶
縁ゲイト型半導体装置の作製方法。
4. A step of forming a portion to be a gate electrode made of polycrystalline silicon on an insulating film formed on single crystal silicon, and using the portion as a mask to introduce impurities into the semiconductor, The step of forming the first impurity region in a consistent manner, the step of oxidizing the portion by a thermal oxidation method, and the step of introducing the impurity into the semiconductor by using the portion oxidized in the step as a mask to self-align 2. A method for manufacturing an insulating gate type semiconductor device, comprising the step of forming an impurity region of 2.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0590292A (en) * 1991-09-30 1993-04-09 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor integrated circuit and manufacture thereof
US6168980B1 (en) 1992-08-27 2001-01-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for forming the same
JP2002009283A (en) * 2000-04-19 2002-01-11 Seiko Instruments Inc Semiconductor device and its manufacturing method
US7306980B2 (en) 1999-09-16 2007-12-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating thin film transistor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62140464A (en) * 1985-12-16 1987-06-24 Nec Corp Mos type semiconductor device
JPS6323362A (en) * 1987-05-13 1988-01-30 Hitachi Ltd Manufacture of semiconductor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62140464A (en) * 1985-12-16 1987-06-24 Nec Corp Mos type semiconductor device
JPS6323362A (en) * 1987-05-13 1988-01-30 Hitachi Ltd Manufacture of semiconductor device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0590292A (en) * 1991-09-30 1993-04-09 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor integrated circuit and manufacture thereof
US6168980B1 (en) 1992-08-27 2001-01-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for forming the same
US7306980B2 (en) 1999-09-16 2007-12-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating thin film transistor
JP2002009283A (en) * 2000-04-19 2002-01-11 Seiko Instruments Inc Semiconductor device and its manufacturing method

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