JPH06151452A - Manufacture of mos semiconductor device - Google Patents
Manufacture of mos semiconductor deviceInfo
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- JPH06151452A JPH06151452A JP31623392A JP31623392A JPH06151452A JP H06151452 A JPH06151452 A JP H06151452A JP 31623392 A JP31623392 A JP 31623392A JP 31623392 A JP31623392 A JP 31623392A JP H06151452 A JPH06151452 A JP H06151452A
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Abstract
Description
【0001】本発明はMOS型半導体装置の製造方法に
関し、DI−LDD、又はポケット構造をもつMOS型
半導体装置の製造方法に関する。The present invention relates to a method of manufacturing a MOS semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a DI-LDD or a MOS semiconductor device having a pocket structure.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、MOS型半導体装置のゲート電極
(一般には、不純物を高濃度にドープした多結晶シリコ
ンで形成することが多い。)の加工寸法は 1.0μm以下
のいわゆるサブミクロンであることが通常となってき
た。このような微細なゲート長を持つMOS型半導体装
置においては、高濃度の不純物拡散層であるソース・ド
レイン領域間距離も縮小されるためソース・ドレイン間
パンチスルー電流によるゲート電極0V印加時のリーク
電流の増加、ドレインの電界がチャンネル領域の電界に
影響を与えることによるしきい値電圧低下などといった
問題が存在する。2. Description of the Related Art In recent years, a processing size of a gate electrode of a MOS type semiconductor device (generally, it is often formed of polycrystalline silicon doped with a high concentration of impurities) is a so-called submicron of 1.0 μm or less. Has become normal. In the MOS type semiconductor device having such a fine gate length, the distance between the source / drain regions, which is a high-concentration impurity diffusion layer, is also reduced, so that leakage due to the punch-through current between the source / drain when 0V is applied to the gate electrode. There are problems such as an increase in current and a decrease in threshold voltage due to the electric field in the drain affecting the electric field in the channel region.
【0003】このような問題に対してさまざまな構造上
の工夫がなされているが、図3に示すMOS型半導体装
置は、ソース・ドレインと逆導電型の不純物をイオン注
入により半導体基板内部に導入することにより、ソース
・ドレイン及びLDD拡散層を囲むように、半導体基板
より高濃度の不純物拡散層を形成し、ドレイン拡散層か
らの空乏層の伸びを抑え、ソース・ドレイン間のパンチ
スルーによるリーク電流を低減させるとともに、チャン
ネル領域へのソース・ドレインの電界の影響を低減させ
るものである。Various structural measures have been taken against such problems, but in the MOS semiconductor device shown in FIG. 3, impurities of the opposite conductivity type to the source / drain are introduced into the semiconductor substrate by ion implantation. By doing so, an impurity diffusion layer having a higher concentration than that of the semiconductor substrate is formed so as to surround the source / drain and the LDD diffusion layer, the depletion layer is prevented from extending from the drain diffusion layer, and leakage due to punch-through between the source and drain is caused. The current is reduced and the influence of the electric field of the source / drain on the channel region is reduced.
【0004】即ち、P型シリコン基板1にフィールド酸
化膜2で素子領域を画成し、その素子領域にゲート酸化
膜3を形成し、更にその上にゲート電極5を形成する。
ゲート電極5の両側には側壁酸化膜7が形成される。ま
た、前記P型シリコン基板1にはソース・ドレインが形
成されるが、このソース・ドレインは、N型低濃度のL
DD拡散層6と、P型のパンチスルーストッパ領域8
と、N型高濃度のソース・ドレイン拡散層9とで構成さ
れる。また、ソース・ドレイン間にはP型のチャンネル
不純物領域4が形成される。このようなMOS型半導体
装置の構造は、DI−LDD(Donble Implanted−LD
D)又は、ポケット構造と呼ばれる。That is, a device region is defined by a field oxide film 2 on a P-type silicon substrate 1, a gate oxide film 3 is formed in the device region, and a gate electrode 5 is further formed thereon.
Sidewall oxide films 7 are formed on both sides of the gate electrode 5. Further, a source / drain is formed on the P-type silicon substrate 1, and the source / drain is an N-type low concentration L-type.
DD diffusion layer 6 and P type punch through stopper region 8
And an N-type high-concentration source / drain diffusion layer 9. Further, a P-type channel impurity region 4 is formed between the source and drain. The structure of such a MOS type semiconductor device is based on a DI-LDD (Donble Implanted-LD
D) or called a pocket structure.
【0005】図4(a)〜(c)は、従来のDI−LD
D構造をもつNチャンネルMOS型半導体装置の製造方
法を工程順に示すものである。まず、図4(a)のよう
に、P型シリコン基板1上にシリコンの選択酸化法(L
OCOS法)によってフィールド酸化膜2を形成し、次
にゲート酸化膜3を形成した後、MOS型半導体装置の
ゲートしきい値電圧を決定する不純物、たとえばボロン
をチャンネル領域全体にイオン注入し、チャンネル不純
物領域4を形成する。更に、リンなどのN型不純物を高
濃度にドープした多結晶シリコンによりゲート電極5を
形成する。FIGS. 4A to 4C show a conventional DI-LD.
6 shows a method of manufacturing an N-channel MOS type semiconductor device having a D structure in the order of steps. First, as shown in FIG. 4A, a silicon selective oxidation method (L
After the field oxide film 2 is formed by the OCOS method) and then the gate oxide film 3 is formed, impurities for determining the gate threshold voltage of the MOS type semiconductor device, for example, boron are ion-implanted into the entire channel region to form a channel. Impurity region 4 is formed. Further, the gate electrode 5 is formed of polycrystalline silicon that is highly doped with N-type impurities such as phosphorus.
【0006】次に、図4(b)のように、ゲート電極5
をマスクとしてP型シリコン基板1と同じ導電型である
P型不純物としてボロンをイオン注入し、パンチスルー
ストッパ領域8を形成する。このイオン注入時のエネル
ギは、そのピーク濃度がLDD拡散層と重ならず、かつ
ソース・ドレイン拡散層より浅くなるように選択され
る。また、ドーズ量はP型半導体基板1よりも高濃度と
なる様に設定される。次に、図4(c)のように、ゲー
ト電極5をマスクとしてソース・ドレインと同一導電型
の不純物としてリンを半導体基板に対して垂直にイオン
注入することにより、LDD拡散層6を形成する。Next, as shown in FIG. 4B, the gate electrode 5
Is used as a mask to ion-implant boron as a P-type impurity having the same conductivity type as that of the P-type silicon substrate 1 to form a punch-through stopper region 8. The energy at the time of ion implantation is selected so that the peak concentration does not overlap with the LDD diffusion layer and is shallower than the source / drain diffusion layer. Further, the dose amount is set to be higher than that of the P-type semiconductor substrate 1. Next, as shown in FIG. 4C, the LDD diffusion layer 6 is formed by vertically ion-implanting phosphorus as an impurity of the same conductivity type as the source / drain into the semiconductor substrate using the gate electrode 5 as a mask. .
【0007】その後、図3に示したように、CVD法に
よってシリコン酸化膜を堆積し、エッチングバックする
ことで、ゲート電極5の側面にのみシリコン酸化膜の側
壁7を形成する。その後、ゲート電極5及びシリコン酸
化膜の側壁7をマスクとしてヒ素などのN型不純物を1
×1015cm-2〜1×1016cm-2の高ドーズ量で半導体基板1
内に導入することによって高濃度のソース・ドレイン拡
散層9を形成する。After that, as shown in FIG. 3, a silicon oxide film is deposited by the CVD method and etched back to form a side wall 7 of the silicon oxide film only on the side surface of the gate electrode 5. Then, using the gate electrode 5 and the side wall 7 of the silicon oxide film as a mask, N-type impurities such as arsenic are removed by 1
Semiconductor substrate 1 with high dose of × 10 15 cm -2 to 1 × 10 16 cm -2
A high concentration source / drain diffusion layer 9 is formed by introducing it into the inside.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のMOS
型半導体装置では、パンチスルーストッパ領域8を形成
するためのイオン注入をゲート電極5をマスクとして行
なっているので、イオン注入したP型の不純物はゲート
電極5の直下の近傍に注入される。したがって、注入後
の熱処理によって注入された不純物の一部はP型のチャ
ンネル不純物領域4にまで拡散し、チャンネル不純物領
域4の不純物濃度を上げ、半導体装置のしきい値電圧を
上げる方向に変動させる。このしきい値電圧の変動は、
ゲート長が短くなるにつれて特に顕著となる。また、チ
ャンネル不純物領域4の不純物濃度が上がることによ
り、チャンネル中を移動するキャリアの移動度が低下
し、MOS型半導体装置の電流駆動能力が低下するとい
った問題点があった。本発明の目的は、チャンネル領域
の不純物濃度に影響を与えることなくDI−LDD構
造、又はポケット構造のMOS型半導体装置を製造する
方法を提供することにある。DISCLOSURE OF THE INVENTION The conventional MOS described above
In the type semiconductor device, since the ion implantation for forming the punch-through stopper region 8 is performed using the gate electrode 5 as a mask, the ion-implanted P-type impurity is implanted in the vicinity immediately below the gate electrode 5. Therefore, a part of the impurities implanted by the heat treatment after implantation diffuses to the P-type channel impurity region 4 to increase the impurity concentration of the channel impurity region 4 and change the threshold voltage of the semiconductor device to increase. . This change in threshold voltage is
It becomes more remarkable as the gate length becomes shorter. Further, since the impurity concentration of the channel impurity region 4 is increased, the mobility of carriers moving in the channel is lowered, and the current driving capability of the MOS semiconductor device is lowered. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a MOS semiconductor device having a DI-LDD structure or a pocket structure without affecting the impurity concentration of the channel region.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、一
導電型の半導体基板にゲート絶縁膜を形成した後、チャ
ンネル領域に一導電型の不純物を導入してチャンネル不
純物領域を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲー
ト電極を形成し、かつこのゲート電極をマスクにして逆
導電型の不純物を低濃度に導入してLDD拡散層を形成
する工程と、前記ゲート電極の両側に側壁を形成し、こ
れらゲート電極及び側壁をマスクにして一導電型の不純
物を導入し、パンチスルーストッパ領域を形成する工程
と、前記ゲート電極及び側壁をマスクにして逆導電型の
不純物を高濃度に導入し、ソース・ドレイン領域を形成
する工程とを含む。According to the manufacturing method of the present invention, a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate of one conductivity type and then introducing an impurity of one conductivity type into a channel region to form a channel impurity region. A step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and using the gate electrode as a mask to introduce an impurity of an opposite conductivity type at a low concentration to form an LDD diffusion layer; and a sidewall on both sides of the gate electrode. Forming a punch-through stopper region by using the gate electrode and the side wall as a mask to introduce impurities of one conductivity type, and using the gate electrode and the side wall as a mask to increase the concentration of the opposite conductivity type impurity. And forming source / drain regions.
【0010】[0010]
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の製造方法で形成したNチャンネルM
OS型半導体装置の断面図である。P型シリコン基板1
にフィールド酸化膜2で素子領域を画成し、その素子領
域にゲート酸化膜3を形成し、更にその上にゲート電極
5を形成する。ゲート電極5の両側には側壁酸化膜7が
形成される。また、前記P型シリコン基板1にはソース
・ドレインが形成されるが、このソース・ドレインは、
N型低濃度のLDD拡散層6と、これよりもゲート電極
5側から後退された位置に形成されたP型のパンチスル
ーストッパ領域8と、N型高濃度のソース・ドレイン拡
散層9とで構成される。また、ソース・ドレイン間には
P型のチャンネル不純物領域4が形成される。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an N channel M formed by the manufacturing method of the present invention.
It is sectional drawing of an OS type semiconductor device. P-type silicon substrate 1
A field oxide film 2 defines an element region, a gate oxide film 3 is formed in the element region, and a gate electrode 5 is further formed thereon. Sidewall oxide films 7 are formed on both sides of the gate electrode 5. Further, the source / drain is formed on the P-type silicon substrate 1, and the source / drain is
The N-type low-concentration LDD diffusion layer 6, the P-type punch-through stopper region 8 formed at a position retracted from the gate electrode 5 side, and the N-type high-concentration source / drain diffusion layer 9 are formed. Composed. Further, a P-type channel impurity region 4 is formed between the source and drain.
【0011】次に、図1に示したMOS型半導体装置の
製造方法を、図2(a)〜(d)に示す。先ず、図2
(a)のように、P型シリコン基板1上にフィールド酸
化膜2を選択的に形成した後、ゲート酸化膜3、P型チ
ャンネル不純物領域4、ゲート電極5を形成する。この
製造方法は図4に示した従来方法と同じである。次に、
図2(b)のように、ゲート電極5をマスクとしてリン
などのN型不純物を30〜50 KeV,1×1013cm-2〜1×10
14cm-2のドーズ量でイオン注入によりP型シリコン基板
1内に導入し、N型の低濃度のLDD拡散層6を形成す
る。Next, a method of manufacturing the MOS type semiconductor device shown in FIG. 1 is shown in FIGS. First, FIG.
As shown in (a), after the field oxide film 2 is selectively formed on the P-type silicon substrate 1, the gate oxide film 3, the P-type channel impurity region 4, and the gate electrode 5 are formed. This manufacturing method is the same as the conventional method shown in FIG. next,
As shown in FIG. 2B, with the gate electrode 5 as a mask, N-type impurities such as phosphorus are added at 30 to 50 KeV, 1 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 5.
It is introduced into the P-type silicon substrate 1 by ion implantation with a dose amount of 14 cm −2 to form an N-type low-concentration LDD diffusion layer 6.
【0012】次に、図2(c)のように、CVD酸化膜
の堆積、エッチングバックによりゲート電極5の側面に
シリコン酸化膜の側壁7を形成し、パンチスルーストッ
パ領域8形成のためのP型不純物をイオン注入する。こ
の時、注入角度は従来と同様、半導体基板上に対して垂
直方向から行ってもよいが、パンチスルーストッパとし
ての効果を上げるために半導体基板に対して20〜30度の
角度を持たせてもよい。半導体基板に対して注入角度を
つけてイオン注入することによってP型不純物は、より
一層ゲート電極5の内部方向へ注入される。しかしなが
ら、ゲート側面に形成した酸化膜の側壁7によりチャン
ネル不純物領域4にまで不純物が注入されることはな
い。次いで、図1に示したよように、パンチスルースト
ッパ領域8を形成後、ゲート電極5と側壁7をマスクと
してヒ素を高ドーズ量でイオン注入することでN型の高
濃度のソース・ドレイン拡散層9を形成する。Next, as shown in FIG. 2C, a side wall 7 of a silicon oxide film is formed on the side surface of the gate electrode 5 by depositing a CVD oxide film and etching back, and a P for forming a punch through stopper region 8 is formed. Type impurities are ion-implanted. At this time, the implantation angle may be perpendicular to the semiconductor substrate as in the conventional case, but in order to enhance the effect as a punch-through stopper, the implantation angle should be 20 to 30 degrees with respect to the semiconductor substrate. Good. By implanting ions at an implantation angle with respect to the semiconductor substrate, the P-type impurities are further implanted toward the inside of the gate electrode 5. However, the impurity is not implanted into the channel impurity region 4 by the side wall 7 of the oxide film formed on the side surface of the gate. Next, as shown in FIG. 1, after forming the punch-through stopper region 8, arsenic is ion-implanted with a high dose amount using the gate electrode 5 and the side wall 7 as a mask to form an N-type high-concentration source / drain diffusion layer. 9 is formed.
【0013】この製造方法によれば、LDD拡散層6よ
りも、ゲート電極5側から後退された位置にパンチスル
ーストッパ領域8を有するDI−LDD構造、又はポケ
ット構造のMOS型半導体装置を製造することができ
る。そして、この構造のMOS型半導体装置では、パン
チスルーストッパ領域8を形成するためにシリコン基板
1に注入された不純物が、ゲート電極5の直下のチャン
ネル不純物領域4にまで注入されることがないため、チ
ャンネル不純物領域4の不純物濃度に影響を与えること
がない。これにより、MOS型半導体装置のしきい値の
変動を防止し、かつ電流駆動能力の低下を防止する。According to this manufacturing method, a MOS type semiconductor device having a DI-LDD structure or a pocket structure having a punch-through stopper region 8 at a position retracted from the gate electrode 5 side with respect to the LDD diffusion layer 6 is manufactured. be able to. In the MOS semiconductor device having this structure, the impurities injected into the silicon substrate 1 to form the punch-through stopper region 8 are not injected into the channel impurity region 4 immediately below the gate electrode 5. , And does not affect the impurity concentration of the channel impurity region 4. As a result, it is possible to prevent the threshold value of the MOS semiconductor device from fluctuating and prevent the current driving capability from decreasing.
【0014】[0014]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、パンチス
ルーストッパ領域形成のための不純物イオン注入を、ゲ
ート電極の側面に側壁を形成した後に行うので、注入さ
れた不純物がゲート電極直下のチャンネル領域にまで注
入されることがなく、チャンネル領域の不純物濃度への
影響を抑制し、しきい値電圧の変動やキャリア移動度の
変動が生じることがないMOS型半導体装置を製造する
ことができる。As described above, according to the present invention, the impurity ion implantation for forming the punch-through stopper region is performed after the side wall is formed on the side surface of the gate electrode. It is possible to manufacture a MOS type semiconductor device in which the impurity concentration of the channel region is not affected and the threshold voltage and carrier mobility do not fluctuate without being injected into the region.
【図1】本発明の製造方法で製造したMOS型半導体装
置の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a MOS type semiconductor device manufactured by a manufacturing method of the present invention.
【図2】図1の半導体装置の製造方法を工程順に示す断
面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the semiconductor device of FIG. 1 in process order.
【図3】従来のDI−LDD構造のMOS型半導体装置
の一例の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of a conventional MOS semiconductor device having a DI-LDD structure.
【図4】図3の半導体装置の製造方法を工程順に示す断
面図である。4A to 4D are cross-sectional views showing a method of manufacturing the semiconductor device of FIG. 3 in order of steps.
1 P型シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 ゲート酸化膜 4 チャンネル不純物領域 5 ゲート電極 6 LDD拡散層 7 側壁 8 パンチスルーストッパ領域 9 ソース・ドレイン拡散層 1 P-type silicon substrate 2 Field oxide film 3 Gate oxide film 4 Channel impurity region 5 Gate electrode 6 LDD diffusion layer 7 Side wall 8 Punch through stopper region 9 Source / drain diffusion layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7377−4M H01L 29/78 301 P ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location 7377-4M H01L 29/78 301 P
Claims (1)
形成した後、チャンネル領域に一導電型の不純物を導入
してチャンネル不純物領域を形成する工程と、前記ゲー
ト絶縁膜上にゲート電極を形成し、かつこのゲート電極
をマスクにして逆導電型の不純物を低濃度に導入してL
DD拡散層を形成する工程と、前記ゲート電極の両側に
側壁を形成し、これらゲート電極及び側壁をマスクにし
て一導電型の不純物を導入し、パンチスルーストッパ領
域を形成する工程と、前記ゲート電極及び側壁をマスク
にして逆導電型の不純物を高濃度に導入し、ソース・ド
レイン領域を形成する工程とを含むことを特徴とするM
OS型半導体装置の製造方法。1. A step of forming a channel impurity region by introducing an impurity of one conductivity type into a channel region after forming a gate insulating film on a semiconductor substrate of one conductivity type, and forming a gate electrode on the gate insulating film. After being formed, the gate electrode is used as a mask to introduce impurities of the opposite conductivity type into a low concentration and
Forming a DD diffusion layer, forming sidewalls on both sides of the gate electrode, introducing impurities of one conductivity type by using the gate electrode and the sidewall as a mask, and forming a punch-through stopper region; And a step of forming a source / drain region by introducing impurities of opposite conductivity type at high concentration using the electrodes and the sidewalls as a mask.
A method for manufacturing an OS type semiconductor device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31623392A JPH06151452A (en) | 1992-10-31 | 1992-10-31 | Manufacture of mos semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31623392A JPH06151452A (en) | 1992-10-31 | 1992-10-31 | Manufacture of mos semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06151452A true JPH06151452A (en) | 1994-05-31 |
Family
ID=18074800
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31623392A Pending JPH06151452A (en) | 1992-10-31 | 1992-10-31 | Manufacture of mos semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06151452A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030053958A (en) * | 2001-12-24 | 2003-07-02 | 동부전자 주식회사 | a method for manufacturing of transistor of semiconductor device |
-
1992
- 1992-10-31 JP JP31623392A patent/JPH06151452A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030053958A (en) * | 2001-12-24 | 2003-07-02 | 동부전자 주식회사 | a method for manufacturing of transistor of semiconductor device |
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