JPH06120242A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH06120242A
JPH06120242A JP26336892A JP26336892A JPH06120242A JP H06120242 A JPH06120242 A JP H06120242A JP 26336892 A JP26336892 A JP 26336892A JP 26336892 A JP26336892 A JP 26336892A JP H06120242 A JPH06120242 A JP H06120242A
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layer
film
polycrystalline silicon
gate
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Abstract

PURPOSE:To prevent decrease of dielectric strength or hot carrier resistance of a gate oxide film of an MOS FET having LDD structure. CONSTITUTION:After a polycrystalline silicon film 7 is formed on the whole surface after a thermal oxide film on the surface of an N<-> layer 6 as an LDD region is eliminated, a thermal oxide film 8 is formed by thermally oxidizing the whole polycrystalline silicon film. At the same time, the LDD region surface is oxidized. A side wall 9A composed of silicon oxide is formed. The thickness of the polycrystalline silicon film is set equal to or smaller than 10nm. The thickness of the thermal oxide film which is formed as the result of that the LDD region surface is oxidized is set equal to or smaller than 5nm. Thereby the step-difference of the silicon substrate 1 surface at the end portion of a gate electrode 4 can be eliminated.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、得にホットキャリア耐性が強化されたLDD構造
を有する半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having an LDD structure with enhanced hot carrier resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、MOS型半導体装置(FET)は
構造の微細化が進み、他方ではトランジスタの動作電圧
そのものが変わらないという状況下にあるため、MOS
FET内部のドレイン領域近傍の空乏層領域の電界強度
は増大し続ける傾向にある。従って、シリコン基板/ゲ
ート酸化膜界面の横方向電界が十分大きくなる特別な場
合では、ドレイン近傍の特に電界が高い領域で加速され
たキャリアが、基板の結晶格子と電離衝突し、電子−正
孔対を発生させる。通常、高電界領域で加速された荷電
粒子系の温度(電子温度、正孔温度)が格子温度を越え
るとき、この電荷は特別にホットキャリアと呼ばれる
が、このホットキャリアの一部は、基板のシリコン/ゲ
ート酸化膜間の障壁を越えて、ゲート酸化膜に注入され
る様になる。
2. Description of the Related Art In recent years, the structure of MOS type semiconductor devices (FETs) has been miniaturized, and on the other hand, the operating voltage of transistors has not changed.
The electric field strength in the depletion layer region near the drain region inside the FET tends to continue to increase. Therefore, in a special case where the lateral electric field at the silicon substrate / gate oxide film interface becomes sufficiently large, the accelerated carriers in the region near the drain, where the electric field is particularly high, ionize and collide with the crystal lattice of the substrate, resulting in electron-hole Generate a pair. Usually, when the temperature (electron temperature, hole temperature) of a charged particle system accelerated in a high electric field region exceeds the lattice temperature, this charge is specially called a hot carrier. It will be injected into the gate oxide film over the barrier between the silicon / gate oxide film.

【0003】即ち、Nチャネルトランジスタでは電子の
注入が、pチャネルトランジスタでは正孔の注入が起こ
る。この注入キャリアはシリコン/酸化膜界面に界面準
位を形成し、あるいは酸化膜内の電荷トラップに捕獲さ
れて固定電荷蓄積を引き起こし、その結果トランジスタ
の閾値電圧を変動あるいはキャリア移動度を低下せし
め、半導体装置の信頼性を損なう。
That is, electrons are injected in the N-channel transistor and holes are injected in the p-channel transistor. The injected carriers form an interface state at the silicon / oxide film interface or are trapped by charge traps in the oxide film to cause fixed charge accumulation, resulting in fluctuation of the threshold voltage of the transistor or reduction of carrier mobility. The reliability of the semiconductor device is impaired.

【0004】従来この様な素子の微細化に伴う信頼性の
低下を防ぐため、MOSFETにLDD(Lightl
y−Doped−Drain)構造を導入することが行
われてきた。
Conventionally, in order to prevent a decrease in reliability due to the miniaturization of such an element, LDD (Lightl) is added to the MOSFET.
Introducing a y-doped-drain) structure has been carried out.

【0005】以下図面を参照して、LDD構造を有する
MOSFETの製造方法を説明する。図5(a)〜
(c)は従来のMOS型FETの製造方法の一例を説明
するための工程順に示した半導体チップの断面図であ
る。
A method of manufacturing a MOSFET having an LDD structure will be described below with reference to the drawings. FIG. 5 (a)-
(C) is sectional drawing of the semiconductor chip shown in order of process for demonstrating an example of the manufacturing method of the conventional MOS type FET.

【0006】まず図5(a)に示すように、公知の技術
を用いて、P型シリコン基板1上に素子分離のためのフ
ィールド酸化膜3と、P+ 層からなるチャネルストッパ
5とを形成し、続いて素子領域内のシリコン基板1上に
ゲート酸化膜2を形成する。次で、リン等を含む多結晶
シリコンの単層あるいは多結晶シリコンと高融点金属の
シリサイドとの複合膜からなる導電性膜を形成したのち
パターニングしてゲート電極4を形成する。エッチング
には微細な素子を形成する場合、異方性の高いRIE
(Reactive Ion Etching)法等が
用いられる。
First, as shown in FIG. 5A, a field oxide film 3 for element isolation and a channel stopper 5 made of a P + layer are formed on a P-type silicon substrate 1 by using a known technique. Then, subsequently, the gate oxide film 2 is formed on the silicon substrate 1 in the element region. Next, a gate electrode 4 is formed by forming a conductive film made of a single layer of polycrystalline silicon containing phosphorus or the like or a composite film of polycrystalline silicon and a silicide of a refractory metal and then patterning. RIE with high anisotropy when forming a fine element for etching
(Reactive Ion Etching) method or the like is used.

【0007】次に図5(b)に示すように、ゲート電極
4をマスクとして自己整合的にN型不純物を打ち込み、
- 層6を形成する。N- 層6の形成後、サイドウォー
ル19を形成するが、その前にN- 層6上のゲート酸化
膜の処置に3通りの方法が考えられる。第1は、ゲート
酸化膜を弗酸等のエッチャントを用いて除去した後、サ
イドウォールを形成する方法である。第2の方法では、
ゲート酸化膜を第1の方法と同様に除去した後、熱酸化
法を用いてN- 層6上に熱酸化膜を形成した後、サイド
ウォールを形成する。第3は、ゲート酸化膜をそのまま
残し、その上にサイドウォールを形成する方法である。
Next, as shown in FIG. 5B, N-type impurities are implanted in a self-aligned manner using the gate electrode 4 as a mask,
Form the N layer 6. After forming the N layer 6, the sidewall 19 is formed, but before that, there are three possible methods for treating the gate oxide film on the N layer 6. The first is a method of forming a sidewall after removing the gate oxide film by using an etchant such as hydrofluoric acid. In the second method,
After removing the gate oxide film in the same manner as in the first method, a thermal oxide film is formed on the N layer 6 by using a thermal oxidation method, and then a sidewall is formed. The third method is to leave the gate oxide film as it is and form sidewalls thereon.

【0008】ゲート酸化膜を除去しない第3の方法で
は、イオン注入後素子全面に酸化シリコン膜をCVD法
を用いて堆積し、更に異方性を有する化学イオンエッチ
ング法を用いてこの酸化シリコン膜をエッチングし、ゲ
ート電極4の側面に残すことにより、サイドウォール1
9を形成する。
In the third method in which the gate oxide film is not removed, after the ion implantation, a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the element by the CVD method, and further, the chemical oxide etching method having anisotropy is used to form the silicon oxide film. By etching and leaving it on the side surface of the gate electrode 4,
9 is formed.

【0009】次に図5(c)に示すように、イオン注入
のエネルギーにより、露出したシリコン基板の表面にダ
メージが入ることを防ぐため、素子全面に薄いシリコン
酸化膜11を、熱酸化法又はCVD法により形成する。
次にゲート電極4及びサイドウォール19をマスクとし
て、自己整合的に高濃度のヒ素あるいはリン等のN型不
純物のイオンを注入を行い、N+ 層10を形成する。更
に高温の窒素雰囲気中で加熱することにより、N- 層6
及びN+ 層10を活性化し、LDD構造を完成させる。
Next, as shown in FIG. 5C, in order to prevent the exposed surface of the silicon substrate from being damaged by the energy of ion implantation, a thin silicon oxide film 11 is formed on the entire surface of the device by a thermal oxidation method or It is formed by the CVD method.
Next, using the gate electrode 4 and the sidewall 19 as a mask, ions of a high-concentration N-type impurity such as arsenic or phosphorus are implanted in a self-aligning manner to form the N + layer 10. By heating in a higher temperature nitrogen atmosphere, the N layer 6
And activate the N + layer 10 to complete the LDD structure.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】さて上記のLDD構造
を有するMOSFETの形成方法では、LDD層である
- 層6の形成後、サイドウォールの形成に先だって
の、N- 層6上のゲート酸化膜の処理方法を3通り示し
た。N- 層6上の酸化膜を処理する必要性は以下に述べ
る理由による。
In the method of forming the MOSFET having the LDD structure, the gate oxidation on the N layer 6 is performed after the formation of the N layer 6 which is the LDD layer and before the formation of the sidewall. Three methods of treating the membrane are shown. The necessity of treating the oxide film on the N layer 6 is based on the following reason.

【0011】上記のLDD構造の形成方法では、ゲート
電極の形成の際に電極材料をエッチングしきった時に、
- 層を形成する領域表面のゲート酸化膜がエッチング
のプラズマに曝されるため、酸化膜/シリコン基板界面
に界面準位が、ゲート酸化膜内に電荷トラップ等のダメ
ージが発生する。更にこの領域には、N- 層の形成の為
のイオン注入のエネルギーにより、同様のダメージが加
わる。膜内の電荷トラップとしては、酸化膜中の3価の
シリコン(O≡Si・)が原因と考えられている。ま
た、界面準位は酸化膜/シリコン間の原子結合が切断さ
れた不対結合で、チャネル伝導キャリアの移動度を低下
させ、さらに電荷トラップとして振る舞う。
In the above LDD structure forming method, when the electrode material is completely etched when forming the gate electrode,
Since the gate oxide film on the surface of the region where the N layer is formed is exposed to etching plasma, an interface state occurs at the oxide film / silicon substrate interface, and damage such as charge trap occurs in the gate oxide film. Further, similar damage is applied to this region by the energy of ion implantation for forming the N layer. The charge trap in the film is considered to be caused by trivalent silicon (O≡Si.) In the oxide film. The interface state is an unpaired bond in which the atomic bond between the oxide film and silicon is broken, and reduces the mobility of channel conduction carriers, and further acts as a charge trap.

【0012】これらのダメージには、後の熱処理工程に
おいて、処理装置内に混入した水素が結合しSi−Hi
結合をつくる。この様な結合は、デバイスとして完成し
た状態では、電気的に検出することはできない。しかし
ホットキャリア等の電荷が注入されると容易に切断さ
れ、界面準位あるいは電荷トラップとなる。そのためL
DD構造を用いることにより抑制されているとはいえ、
少なからず発生したホットキャリアが注入されると、界
面準位の発生によるキャリア移動度の低下、及び電荷の
捕獲による閾値電圧の変動を引き起こす。以上の理由に
より、ダメージが入ったN- 層上のゲート酸化膜に対し
何らかの処置を施しダメージの影響を回避する必要が有
る。「従来の技術」で示した第3の方法を用いた場合、
ダメージが入った酸化膜が残るので、素子の信頼性を著
しく損なうことになる。
To these damages, hydrogen mixed in the processing apparatus is bonded to Si-Hi in the subsequent heat treatment step.
Make a bond. Such a coupling cannot be detected electrically when it is completed as a device. However, when charges such as hot carriers are injected, they are easily broken and serve as interface states or charge traps. Therefore L
Although suppressed by using the DD structure,
When a large amount of generated hot carriers are injected, the carrier mobility is lowered by the generation of interface states, and the threshold voltage is changed by the trapping of charges. For the above reason, it is necessary to take some measures on the damaged gate oxide film on the N layer to avoid the influence of the damage. When the third method shown in "Prior Art" is used,
Since the damaged oxide film remains, the reliability of the device is significantly impaired.

【0013】上記のダメージを除去する一つの手段とし
て、N- 層形成の為の不純物イオンの注入工程の後、表
面に露出したゲート酸化膜をエッチング法により除去し
た後サイドウォールを形成することが考えられ、これが
従来技術で述べた第1の方法である。この方法を用いた
場合、エッチングにより露出したシリコン基板表面に、
サイドウォールの原料となるCVD膜を直接堆積するこ
とになる。しかし、シリコン基板上にCVD法を用いて
酸化膜を形成すると、シリコンと酸化膜の界面にシリコ
ンの不対電子を生じ易い。不対電子は酸化膜中のトラッ
プと同様ホットキャリアを捕獲する為、ホットキャリア
耐性の低下を引き起こす。その対策として、N- 層6上
の酸化膜を除去した後、熱酸化法によりN- 層6上の熱
酸化膜を形成することが考えられる。これが第2の方法
である。
As one means for removing the above damage, after the step of implanting the impurity ions for forming the N layer, the gate oxide film exposed on the surface is removed by the etching method, and then the sidewall is formed. It is conceivable and this is the first method mentioned in the prior art. When using this method, on the silicon substrate surface exposed by etching,
The CVD film, which is the raw material of the sidewall, is directly deposited. However, when the oxide film is formed on the silicon substrate by the CVD method, unpaired electrons of silicon are easily generated at the interface between the silicon and the oxide film. Since unpaired electrons trap hot carriers like traps in the oxide film, the resistance to hot carriers is lowered. As a countermeasure, N - after removing the oxide film on the layer 6, N by thermal oxidation - it is conceivable to form a thermal oxide film on the layer 6. This is the second method.

【0014】しかしこの方法を用いると、図6に示すよ
うに、N- 層6の表面が酸化され、厚い熱酸化膜12が
形成されるため、シリコン基板表面のゲート電極4の端
部に段差を生じ、凸部13が形成される。このような凸
部13が存在するトランジスタを動作させるとき、ドレ
イン−ゲート電極間の電界が凸部13に集中するため、
この領域でゲート酸化膜の絶縁耐圧の低下、あるいはホ
ットキャリアの注入が起こり、半導体装置の信頼性を著
しく損なう。
However, when this method is used, as shown in FIG. 6, the surface of the N layer 6 is oxidized and a thick thermal oxide film 12 is formed, so that a step is formed at the end of the gate electrode 4 on the surface of the silicon substrate. Occurs, and the convex portion 13 is formed. When operating a transistor having such a convex portion 13, an electric field between the drain and the gate electrode is concentrated on the convex portion 13,
In this region, the breakdown voltage of the gate oxide film is lowered, or hot carriers are injected, which significantly impairs the reliability of the semiconductor device.

【0015】本発明は、このようなLDD層の形成後の
シリコン基板表面の酸化により生ずる凸部の発生を解消
し、半導体装置の信頼性を向上させる半導体装置の製造
方法を提案することを目的とする。
It is an object of the present invention to propose a method of manufacturing a semiconductor device, which eliminates the formation of convex portions caused by the oxidation of the surface of the silicon substrate after forming the LDD layer and improves the reliability of the semiconductor device. And

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上にゲート酸化膜を介してゲート
電極を形成する工程と、このゲート電極をマスクとして
不純物を導入し前記基板に不純物濃度の低いソース・ド
レイン拡散層を形成する工程と、このソース・ドレイン
拡散層上の前記ゲート酸化膜をウエットエッチング法に
より除去したのち全面に多結晶シリコン膜を形成する工
程と、この多結晶シリコン膜を酸化し酸化膜としたのち
前記ソース・ドレイン層の表面を熱酸化する工程とを含
むものである。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a gate electrode on a semiconductor substrate through a gate oxide film, and introducing impurities into the substrate by using the gate electrode as a mask. A step of forming a source / drain diffusion layer having a low impurity concentration; a step of removing the gate oxide film on the source / drain diffusion layer by a wet etching method and then forming a polycrystalline silicon film over the entire surface; And a step of thermally oxidizing the surface of the source / drain layer after oxidizing the silicon film to form an oxide film.

【0017】多結晶シリコン膜を全て酸化しきれず、L
DD層表面に多結晶シリコンが残った場合、残った多結
晶シリコンがシリコン領域の最表面となり、トランジス
タ動作時にここを電流が流れる。しかし多結晶シリコン
は電気伝導度が低いので、この場合トランジスタの駆動
力の低下を引き起こす。そのため多結晶シリコン膜を全
て酸化し、LDD層の表面を電流が流れるようにする必
要がある。多結晶シリコン膜だけを酸化し、LDD層を
全く酸化しないことは困難であり、実際にはLDD層の
表面も酸化される。LDD層の上に多結晶シリコン膜を
成長させた場合、両層の間に界面構造ができるため、多
結晶シリコン膜だけを酸化した場合はこの界面構造が残
り、トランジスタ動作時に伝導電子の散乱を引き起こ
し、トランジスタ特性の低下の原因となる。しかしLD
D層の表面が酸化された場合、この界面構造がなくなる
ため、上記の様な特性低下は起きない。しかしLDD層
の表面を酸化して形成する酸化膜の厚さが大きすぎる場
合、従来例と同様にゲート電極端部のシリコン基板表面
に凸部が形成されるので、この厚さを小さくする必要が
ある。この場合、5nm以下にすることが好ましい。
Since the polycrystalline silicon film cannot be completely oxidized, L
When the polycrystalline silicon remains on the surface of the DD layer, the remaining polycrystalline silicon becomes the outermost surface of the silicon region, and a current flows there during the transistor operation. However, since polycrystalline silicon has a low electric conductivity, the driving force of the transistor is lowered in this case. Therefore, it is necessary to oxidize the entire polycrystalline silicon film so that current flows on the surface of the LDD layer. It is difficult to oxidize only the polycrystalline silicon film and not the LDD layer at all, and the surface of the LDD layer is actually oxidized. When a polycrystalline silicon film is grown on the LDD layer, an interfacial structure is formed between both layers. Therefore, when only the polycrystalline silicon film is oxidized, this interfacial structure remains, and conduction electron scattering occurs during transistor operation. And cause deterioration of transistor characteristics. But LD
When the surface of the D layer is oxidized, this interface structure disappears, so that the above characteristic deterioration does not occur. However, if the thickness of the oxide film formed by oxidizing the surface of the LDD layer is too large, a protrusion is formed on the surface of the silicon substrate at the end of the gate electrode as in the conventional example. Therefore, it is necessary to reduce this thickness. There is. In this case, the thickness is preferably 5 nm or less.

【0018】この方法を用いることにより、ダメージを
含むLDD層上のゲート酸化膜を除去した後に熱酸化を
行なっても、ゲート電極端部のシリコン表面で起こる凸
部の発生は解消しされるため、ゲート酸化膜の絶縁耐圧
の低下及びホットキャリア耐性の低下を抑制することが
できる。
By using this method, even if thermal oxidation is performed after removing the gate oxide film on the LDD layer including damage, the generation of the convex portion on the silicon surface at the end of the gate electrode is eliminated. In addition, it is possible to suppress a decrease in withstand voltage of the gate oxide film and a decrease in hot carrier resistance.

【0019】[0019]

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を用いて
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】図1(a)〜(d)は第1の実施例を説明
するための工程順に示した半導体チップの断面図であ
る。
FIGS. 1A to 1D are sectional views of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining the first embodiment.

【0021】まず図1(a)に示すように従来例と同様
にP型のシリコン基板1上に素子分離のためのフィール
ド酸化膜3と、P+ 層からチャネルストッパ5を形成
し、続いて素子領域内のシリコン基板1上に厚さ約15
nmのゲート酸化膜2を形成する。次でリン等を含む多
結晶シリコンの単層あるいは多結晶シリコンと高融点金
属のシリサイドとの複合膜からなる導電性膜を形成した
のち、パターニングしゲート電極4を形成する。エッチ
ングは異方性の高いRIE法等を用いる。次に、ゲート
電極4をマスクとして、例えばリン等のN型不純物のイ
オンを注入し、自己整合的にLDD構造のN- 層6を形
成する。
First, as shown in FIG. 1A, similarly to the conventional example, a field oxide film 3 for element isolation and a channel stopper 5 from a P + layer are formed on a P-type silicon substrate 1, and subsequently, About 15 thick on the silicon substrate 1 in the device area
A gate oxide film 2 having a thickness of nm is formed. Next, a conductive film made of a single layer of polycrystalline silicon containing phosphorus or the like or a composite film of polycrystalline silicon and silicide of a refractory metal is formed and then patterned to form the gate electrode 4. For the etching, a highly anisotropic RIE method or the like is used. Next, using the gate electrode 4 as a mask, ions of N-type impurities such as phosphorus are implanted to form the N layer 6 of the LDD structure in a self-aligned manner.

【0022】次にフッ酸を用いてN- 層6表面のゲート
酸化膜を除去した後、既知のCVD法を用いて、素子全
面に多結晶シリコン膜7を、例えば厚さ10nm堆積す
る。
Then, the gate oxide film on the surface of the N layer 6 is removed by using hydrofluoric acid, and then a polycrystalline silicon film 7 is deposited on the entire surface of the device by a known CVD method, for example, to a thickness of 10 nm.

【0023】次に図1(b)に示すように、熱酸化法を
用いて、堆積した多結晶シリコン膜7を全て酸化して熱
酸化膜8を形成する。更にN- 層6の表面を熱酸化し約
3nmの熱酸化膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, the deposited polycrystalline silicon film 7 is entirely oxidized by the thermal oxidation method to form a thermal oxide film 8. Further, the surface of the N layer 6 is thermally oxidized to form a thermal oxide film of about 3 nm.

【0024】次に素子全面酸化シリコン膜9を、CVD
法を用いて約400nm堆積する。以下従来例と同様に
操作する。
Next, a silicon oxide film 9 on the entire surface of the device is formed by CVD.
Method is used to deposit about 400 nm. Thereafter, the same operation as in the conventional example is performed.

【0025】すなわち次に図1(c)に示すように、異
方性を有する化学イオンエッチング法を用いて、酸化シ
リコン膜9をエッチングし、ゲート電極4の側面にサイ
ドウォール9Aを形成する。次で図1(d)に示すよう
に、全面に薄い酸化シリコン膜11を熱酸化法又はCV
D法により形成したのち、ゲート電極4及びサイドウォ
ール9Aをマスクとして、自己整合的に高濃度のヒ素あ
るいはリン等のN型不純物のイオンを注入を行い、更に
高温の窒素雰囲気中で加熱することにより、イオン注入
層を活性化して、N- 層6及びN+ 層10を形成し、L
DD構造を完成させる。
That is, next, as shown in FIG. 1C, the silicon oxide film 9 is etched by using a chemical ion etching method having anisotropy to form a sidewall 9A on the side surface of the gate electrode 4. Next, as shown in FIG. 1D, a thin silicon oxide film 11 is formed on the entire surface by a thermal oxidation method or a CV method.
After the formation by the D method, using the gate electrode 4 and the sidewall 9A as a mask, highly concentrated ions of N-type impurities such as arsenic or phosphorus are implanted in a self-aligned manner, and further heated in a high-temperature nitrogen atmosphere. To activate the ion implantation layer to form the N layer 6 and the N + layer 10,
Complete the DD structure.

【0026】この第1の実施例と従来例を用いて作製し
たLDD構造を有するMOSFETの比較を行った。図
2及び図3は本実施例及び従来例を用いて作成したMO
SFETの絶縁耐圧と頻度との関係を示す図である。こ
こでは、ソース・ドレイン及び基板を接地し、ゲート電
極にステップ電圧を印加した際に、ゲート電流密度が1
00mA・cm2 を越える様な電圧値を求めた。この電
圧値からゲート酸化膜中の電界強度を求め、これを耐圧
電界強度として定義する。試料はゲート長5μm、ゲー
ト幅20μmのトランジスタを1万個並列に接続したア
レイ構造を1単位としたもので、このアレイを50個用
いて評価を行った。
A comparison was made between the MOSFET having the LDD structure manufactured by using the first embodiment and the conventional example. 2 and 3 are MOs created using this embodiment and the conventional example.
It is a figure which shows the relationship between the withstand voltage and frequency of SFET. Here, when the source / drain and the substrate are grounded and a step voltage is applied to the gate electrode, the gate current density is 1
A voltage value that exceeded 00 mA · cm 2 was determined. The electric field strength in the gate oxide film is obtained from this voltage value, and this is defined as the breakdown voltage electric field strength. The sample had an array structure in which 10,000 transistors each having a gate length of 5 μm and a gate width of 20 μm were connected in parallel as one unit, and evaluation was performed using 50 of this array.

【0027】耐圧電界強度が8MV/cmを越えるもの
を良品、8MV/cm以下のものを不良品として、50
個の試料中に占める良品の個数を良品率として定義し
た。その結果、本実施例を適用した場合良品率が90%
を越えるのに対し、従来技術を用いた場合、良品率が6
0%を下回った。
A product having a withstand voltage electric field strength of more than 8 MV / cm is a good product, and a product having a withstand voltage electric field strength of 8 MV / cm or less is a defective product.
The number of good products in each sample was defined as the good product rate. As a result, when this embodiment is applied, the yield rate is 90%.
However, when the conventional technology is used, the yield rate is 6
It was below 0%.

【0028】図4はゲート電流が最大となる条件でスト
レスを印加した後の相互コンダクタンスgm の変動量Δ
m の時間変化を示したものである。相互コンダクタン
スの変動は、ホットキャリアの注入による界面準位の発
生に伴うキャリア移動度の低下を反映している。第1の
実施例を用いたトランジスタのΔgm が従来の製造方法
を用いたトランジスタのそれより小さいことがわかる。
この事から、本実施例によるトランジスタのホットキャ
リア耐性が大幅に向上することがわかる。
FIG. 4 shows the variation Δ in the mutual conductance g m after the stress is applied under the condition that the gate current is maximum.
It shows the time change of g m . The change in transconductance reflects the decrease in carrier mobility due to the generation of interface states due to hot carrier injection. It can be seen that Δg m of the transistor using the first embodiment is smaller than that of the transistor using the conventional manufacturing method.
From this fact, it is understood that the hot carrier resistance of the transistor according to the present embodiment is significantly improved.

【0029】上記実施例では、Nチャネルトランジスタ
を例に取ったが、Pチャンネルトランジスタでも、同様
の効果が得られる。
In the above embodiment, the N-channel transistor is taken as an example, but the same effect can be obtained also with the P-channel transistor.

【0030】次に本発明の第2の実施例について説明す
る。第2の実施例ではLDD層上のゲート酸化膜の除去
及び多結晶シリコン膜の形成後に行なう熱酸化を、ラン
プアニーラを用いた急速酸化により行うものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the thermal oxidation performed after the removal of the gate oxide film on the LDD layer and the formation of the polycrystalline silicon film is performed by rapid oxidation using a lamp annealer.

【0031】ランプアニーラを用いた場合は炉心管型の
酸化装置を用いた場合に比べ、薄い酸化膜を形成するこ
とが容易であると云う利点を有する。更に、炉心管を用
いた場合に比べ短時間の熱処理で所望の膜厚の酸化膜を
形成することが出来るので、加熱中に基板内の不純物が
拡散しにくい。微細なトランジスタ構造において、LD
D等の不純物が拡散すると、ソースとドレイン近傍の空
乏層がつながって、トランジスタの動作が制御できなく
なるパンチスルー現象が起こるので、熱処理をできる限
り抑制する必要がある。そのため、ランプアニーラを用
い、短時間で酸化膜を形成することは、パンチスルー防
止に関するプロセスの要求にも合致するという利点を有
する。
The use of the lamp annealer has an advantage that it is easier to form a thin oxide film, as compared with the case of using the core tube type oxidizer. Furthermore, since an oxide film having a desired film thickness can be formed by heat treatment in a shorter time than in the case of using a core tube, impurities in the substrate are less likely to diffuse during heating. LD in a fine transistor structure
When an impurity such as D diffuses, a depletion layer near the source and the drain is connected to cause a punch-through phenomenon in which the operation of the transistor cannot be controlled. Therefore, it is necessary to suppress the heat treatment as much as possible. Therefore, forming an oxide film in a short time using a lamp anneal has an advantage that it meets the requirements of the process for punch-through prevention.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、LDD構造の不純物拡散層の形成後、不純物拡散
層表面のゲート酸化膜を弗酸等のエッチャントを用いて
除去し、薄い多結晶シリコン膜を形成し、続いて熱酸化
法により全ての多結晶シリコン膜を酸化し、同時に不純
物拡散層の表面に5nm以下の熱酸化膜を形成し、その
後ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成することに
より、ゲート電極端部のシリコン基板表面に凸部が形成
されることなくなるため、LDDの不純物拡散層上に良
質の熱酸化膜を形成することが出来る。従ってMOSF
ETのゲート酸化膜の絶縁耐圧特性を損なうことなく、
ホットキャリア耐性を向上させることができるという効
果がある。
As described in detail above, according to the present invention, after the formation of the impurity diffusion layer having the LDD structure, the gate oxide film on the surface of the impurity diffusion layer is removed by using an etchant such as hydrofluoric acid to make it thin. A polycrystalline silicon film is formed, and then all the polycrystalline silicon films are oxidized by a thermal oxidation method. At the same time, a thermal oxide film of 5 nm or less is formed on the surface of the impurity diffusion layer, and then a sidewall is formed on the side wall of the gate electrode. By forming it, a convex portion is not formed on the surface of the silicon substrate at the end portion of the gate electrode, so that a good thermal oxide film can be formed on the impurity diffusion layer of the LDD. Therefore MOSF
Without impairing the dielectric strength characteristics of the ET gate oxide film,
There is an effect that the hot carrier resistance can be improved.

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

【図1】本発明の第1の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor chip for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】実施例の絶縁耐圧特性を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a withstand voltage characteristic of an example.

【図3】従来例の絶縁耐圧特性を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a withstand voltage characteristic of a conventional example.

【図4】ストレス印加時間とΔgmとの関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between stress application time and Δgm.

【図5】従来例を説明するための半導体チップの断面
図。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor chip for explaining a conventional example.

【図6】従来例を説明するための半導体チップの断面
図。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor chip for explaining a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 ゲート酸化膜 3 フィールド酸化膜 4 ゲート電極 5 チャネルストッパ 6 N- 層 7 多結晶シリコン膜 8 熱酸化膜 9,19 酸化シリコン膜 10 N+ 層 11 酸化シリコン膜 12 熱酸化膜 13 凸部1 Silicon Substrate 2 Gate Oxide Film 3 Field Oxide Film 4 Gate Electrode 5 Channel Stopper 6 N - Layer 7 Polycrystalline Silicon Film 8 Thermal Oxide Film 9,19 Silicon Oxide Film 10 N + Layer 11 Silicon Oxide Film 12 Thermal Oxide Film 13 Convex Department

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上にゲート酸化膜を介してゲ
ート電極を形成する工程と、このゲート電極をマスクと
して不純物を導入し前記基板に不純物濃度の低いソース
・ドレイン拡散層を形成する工程と、このソース・ドレ
イン拡散層上の前記ゲート酸化膜をウエットエッチング
法により除去したのち全面に多結晶シリコン膜を形成す
る工程と、この多結晶シリコン膜を酸化し酸化膜とした
のち前記ソース・ドレイン層の表面を熱酸化する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A step of forming a gate electrode on a semiconductor substrate through a gate oxide film, and a step of introducing impurities with the gate electrode as a mask to form a source / drain diffusion layer having a low impurity concentration on the substrate. A step of removing the gate oxide film on the source / drain diffusion layer by a wet etching method and then forming a polycrystalline silicon film on the entire surface, and oxidizing the polycrystalline silicon film to form an oxide film, and then forming the source / drain And a step of thermally oxidizing the surface of the layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5707721A (en) * 1995-09-29 1998-01-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of forming field effect transistors having oxidation-controlled gate lengths
JP2015053367A (en) * 2013-09-06 2015-03-19 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5707721A (en) * 1995-09-29 1998-01-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of forming field effect transistors having oxidation-controlled gate lengths
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