JPH07106561A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH07106561A
JPH07106561A JP26798393A JP26798393A JPH07106561A JP H07106561 A JPH07106561 A JP H07106561A JP 26798393 A JP26798393 A JP 26798393A JP 26798393 A JP26798393 A JP 26798393A JP H07106561 A JPH07106561 A JP H07106561A
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JP
Japan
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pmosfet
type
region
channel
concentration
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Application number
JP26798393A
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Japanese (ja)
Inventor
Noriyuki Terao
典之 寺尾
Ikuo Shioda
郁夫 塩田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make difficult generation of short-channel effect by making shallower the junction depth of P-type low concentration inpurity diffused region of PMOSFET. CONSTITUTION:High concentration boron is doped to form a source region 34 and a drain region 36 sandwiching a channel region 33 of an N-type silicon substrate 32 and low concentration indium is doped to form P type impurity low concentration diffused regions 38, 40 in the area closer to the channel than the source/drain regions 34, 36, in order to form PMOSFET of the LDD structure. A polysilicon gate electrode 44 is formed on the channel region through a gate oxide film 42.

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LDD(Lightly-Doped
Drain)構造のPMOSFET(Pチャネル型MOSF
ET)やN型ポリシリコンゲートPMOSFETのよう
に、低不純物濃度で接合深さの浅いP型不純物拡散領域
を有するPMOSFETを有する半導体装置に関するも
のである。
The present invention relates to an LDD (Lightly-Doped).
Drain structure PMOSFET (P-channel type MOSF)
The present invention relates to a semiconductor device having a PMOSFET having a low impurity concentration and a P-type impurity diffusion region having a shallow junction depth, such as an N-type polysilicon gate PMOSFET.

【0002】[0002]

【従来の技術】ホットエレクトロンが問題となるNMO
SFET(Nチャネル型MOSFET)において、ドレ
イン近傍における高電界を緩和するためにLDD構造が
用いられている。LDD構造のNMOSFETは、高濃
度不純物拡散領域のソース・ドレイン領域のチャネル側
にドナー濃度の低いN型不純物拡散領域が設けられてお
り、ピンチオフ状態で発生するドレイン空乏層をドレイ
ン側へも引き延ばすことによりドレイン空乏層における
高電界を緩和するものである。
NMO in which hot electrons are a problem
In SFET (N-channel type MOSFET), an LDD structure is used in order to relax a high electric field near the drain. In the LDD structure NMOSFET, an N-type impurity diffusion region having a low donor concentration is provided on the channel side of the source / drain region of the high concentration impurity diffusion region, and the drain depletion layer generated in the pinch-off state is extended to the drain side. Is to alleviate the high electric field in the drain depletion layer.

【0003】PMOSFETではドレイン接合部分の不
純物濃度分布が砒素を用いたNMOSFETに比べて緩
やかであるため、ピンチオフ状態でドレイン空乏層にか
かる電界はそれほど高くならないため、LDD構造は必
要とされていなかった。しかし、素子の微細化が進むに
つれてホットキャリア対策や、浅いソース・ドレイン接
合、横方向拡散の低減などに有利なLDD構造のPMO
SFETが採用されつつある。PMOSFETではP型
拡散領域を形成するP型不純物としてボロンが用いられ
ている。
Since the impurity concentration distribution in the drain junction portion of the PMOSFET is gentler than that of the NMOSFET using arsenic, the electric field applied to the drain depletion layer in the pinch-off state does not become so high, so that the LDD structure is not required. . However, as device miniaturization progresses, PMO of LDD structure is advantageous for measures against hot carriers, shallow source / drain junction, and reduction of lateral diffusion.
SFET is being adopted. In PMOSFET, boron is used as a P-type impurity forming a P-type diffusion region.

【0004】ポリシリコンゲートを用いたCMOS半導
体装置にはNMOSFETとPMOSFETとで同一の
N型ポリシリコンゲートを使用したものが採用されてい
る。両FETでゲート導電材を同一にすることによりプ
ロセスが簡略化されるとともに、移動度の小さいPMO
SFETが埋め込みチャネルになり、移動度を大きくす
ることができる利点がある。N型ポリシリコンゲートP
MOSFETでは、しきい値電圧を調整するためにチャ
ネル領域の基板表面にP型不純物としてボロンが導入さ
れている。
A CMOS semiconductor device using a polysilicon gate employs the same N-type polysilicon gate for NMOSFET and PMOSFET. By using the same gate conductive material for both FETs, the process is simplified and the PMO with low mobility is used.
There is an advantage that the SFET becomes a buried channel and mobility can be increased. N-type polysilicon gate P
In the MOSFET, boron is introduced as a P-type impurity on the substrate surface of the channel region in order to adjust the threshold voltage.

【0005】図1はNMOSFETとPMOSFETと
で共通のN型ポリシリコンゲート電極を用いたCMOS
半導体装置を製造方法とともに示したものである。 (A)比抵抗が約20ΩcmのP型シリコン基板2にP
ウエル4とNウエル6を形成する。Pウエル4の形成に
はボロンを注入し、Nウエル6の形成にはリンを注入
し、1100℃程度の高温熱処理により、深さが約3μ
mのPウエル4とNウエル6が形成される。このような
方式はツインタブ方式とよばれ、PMOSFETとNM
OSFETをともにバランスよく作ることができる。
FIG. 1 shows a CMOS using an N-type polysilicon gate electrode common to NMOSFET and PMOSFET.
1 shows a semiconductor device together with a manufacturing method. (A) P on the P-type silicon substrate 2 having a specific resistance of about 20 Ωcm
Well 4 and N well 6 are formed. Boron is implanted to form the P well 4, phosphorus is implanted to form the N well 6, and the depth is about 3 μm by high temperature heat treatment at about 1100 ° C.
m P well 4 and N well 6 are formed. Such a system is called a twin-tab system, and has a PMOSFET and an NM.
Both OSFETs can be made in good balance.

【0006】(B)LOCOS法を用いて素子分離用の
フィールド酸化膜8を約5000Åの厚さに形成する。
このとき、寄生トランジスタの形成を防止するために、
フィールド酸化膜8の下のPウエル部分には反転防止用
不純物拡散層10としてボロンを導入しておく。
(B) A field oxide film 8 for element isolation is formed to a thickness of about 5000 Å by using the LOCOS method.
At this time, in order to prevent the formation of the parasitic transistor,
Boron is introduced into the P well portion below the field oxide film 8 as the inversion preventing impurity diffusion layer 10.

【0007】(C)基板表面に約150Åの厚さのゲー
ト酸化膜12を形成し、しきい値電圧調整のために基板
表面にイオン注入を行なう。イオン注入はPMOSFE
TとNMOSFETとでともにボロンを用い、約0.7
Vのしきい値電圧になるように注入量を決定する。
(C) A gate oxide film 12 having a thickness of about 150Å is formed on the substrate surface, and ion implantation is performed on the substrate surface for adjusting the threshold voltage. Ion implantation is PMOSFE
Boron is used for both T and NMOSFET, and is about 0.7.
The implantation amount is determined so that the threshold voltage is V.

【0008】(D)ゲート電極となるポリシリコン膜を
約3000Åの厚さに堆積し、リン拡散によりN型にし
て低抵抗化した後、電極形状にパターン化してゲート電
極16を形成する。
(D) A polysilicon film to be a gate electrode is deposited to a thickness of about 3000Å, and is made N-type by phosphorus diffusion to have a low resistance, and then patterned into an electrode shape to form a gate electrode 16.

【0009】(E)次に、NMOSFETとPMOSF
ET用にそれぞれソース・ドレイン領域20,22と2
4,26を形成する。その後、層間絶縁膜28を堆積
し、コンタクトホールを開け、メタル配線30を形成し
てCMOS半導体装置を形成する。ソース・ドレイン領
域は特にNMOSFETではLDD構造が採用される
が、図1では簡単のためにシングルドレイン構造として
示している。
(E) Next, NMOSFET and PMOSF
Source / drain regions 20, 22 and 2 for ET, respectively
4, 26 are formed. After that, an interlayer insulating film 28 is deposited, a contact hole is opened, a metal wiring 30 is formed, and a CMOS semiconductor device is formed. The source / drain region has an LDD structure, especially in NMOSFET, but is shown as a single drain structure in FIG. 1 for simplicity.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】素子の微細化が進み、
チャネル長が短くなるにつれて、LDD構造のPMOS
FETにおいても短チャネル効果が起こり始める。ま
た、浅いソース・ドレイン接合や、横方向拡散の低減が
望まれるようになってきた。LDD構造のPMOSFE
Tにおいて、短チャネル効果を抑制するには、P型低濃
度不純物拡散領域の接合深さを例えば0.1μm以下と
いうように浅くするのが有効である。しかし、P型低濃
度不純物拡散領域のP型不純物としてはボロンが用いら
れており、ボロンは拡散係数が大きいので、P型低濃度
不純物拡散領域を浅くするのは困難である。
The miniaturization of devices is progressing,
As the channel length becomes shorter, the LDD structure of the PMOS
The short channel effect also begins to occur in the FET. In addition, shallow source-drain junctions and reduction of lateral diffusion have been desired. LDD structured PMOS FE
At T, in order to suppress the short channel effect, it is effective to make the junction depth of the P-type low-concentration impurity diffusion region shallow, for example, 0.1 μm or less. However, since boron is used as the P-type impurity in the P-type low-concentration impurity diffusion region and boron has a large diffusion coefficient, it is difficult to make the P-type low-concentration impurity diffusion region shallow.

【0011】そこで、本発明の第1の目的はLDD構造
のPMOSFETを有する半導体装置において、そのP
MOSFETのP型低濃度不純物拡散領域の接合深さ浅
くして短チャネル効果を起こりにくくすることである。
Therefore, a first object of the present invention is to provide a semiconductor device having a PMOSFET having an LDD structure.
This is to make the junction depth of the P-type low-concentration impurity diffusion region of the MOSFET shallow to make the short channel effect less likely to occur.

【0012】N型ポリシリコンゲートを用いたCMOS
半導体装置では、PMOSFETのチャネル領域の基板
表面にしきい値電圧調整のためにP型不純物を導入して
埋込みチャネル型のMOSFETとしている。しかし、
この場合も微細化が進みチャネル長が短くなるにつれ、
埋込みチャネル型デバイスの大きな問題である短チャネ
ル効果が顕著になってくる。この対策としてはチャネル
表面のP型不樹物拡散層の深さを0.1μm以下という
ように浅くするのが有効であるが、チャネル領域の基板
表面に導入するP型不純物としてボロンを用いているの
で、ボロンは拡散係数が大きくチャネル表面のP型不純
物拡散層の深さを浅くするのは困難である。
CMOS using N-type polysilicon gate
In a semiconductor device, a P-type impurity is introduced into a substrate surface of a channel region of a PMOSFET to adjust a threshold voltage to form a buried channel MOSFET. But,
Also in this case, as the miniaturization progresses and the channel length becomes shorter,
The short channel effect, which is a major problem of buried channel devices, becomes remarkable. As a countermeasure against this, it is effective to make the depth of the P-type undoped diffusion layer on the channel surface as shallow as 0.1 μm or less. However, by using boron as the P-type impurity introduced into the substrate surface of the channel region. Since boron has a large diffusion coefficient, it is difficult to reduce the depth of the P-type impurity diffusion layer on the channel surface.

【0013】そこで、本発明の第2の目的はN型ポリシ
リコンゲートPMOSFETを有する半導体装置におい
て、PMOSFETのチャネル領域の基板表面のP型不
樹物拡散層の深さを浅くして短チャネル効果を起こりに
くくすることである。
Therefore, a second object of the present invention is to provide a semiconductor device having an N-type polysilicon gate PMOSFET with a short channel effect by reducing the depth of the P-type undoped diffusion layer on the substrate surface of the channel region of the PMOSFET. Is to make it less likely to happen.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】LDD構造のPMOSF
ETを有する半導体装置に適用する本発明では、PMO
SFETの低濃度不純物拡散領域にはP型不純物として
インジウムを単独で、又はインジウムとボロンを導入す
る。
Means for Solving the Problems PMOSF of LDD structure
In the present invention applied to a semiconductor device having ET, the PMO
Indium alone or indium and boron are introduced as P-type impurities into the low-concentration impurity diffusion region of the SFET.

【0015】N型ポリシリコンゲートPMOSFETを
有する半導体装置に適用する本発明では、PMOSFE
Tのチャネル領域の基板表面にはしきい値電圧調整のた
めにP型不純物としてインジウムを単独で、又はインジ
ウムとボロンを導入する。
In the present invention applied to a semiconductor device having an N-type polysilicon gate PMOSFET, the PMOS FE is used.
Indium alone or indium and boron are introduced as P-type impurities into the substrate surface of the T channel region for adjusting the threshold voltage.

【0016】シリコン中にP型不純物拡散層を形成する
ときはP型不純物としてボロンが用いられている。これ
は、ボロン以外の3族元素はP型不純物としての活性値
が約1018原子/cm3以下というように低く、ソース
・ドレイン領域のような高濃度で低抵抗のP型拡散層を
形成することは不可能なためである。しかし、LDD構
造のPMOSFETのP型低濃度不純物拡散領域の濃度
は、高濃度なソース・ドレイン領域のような高濃度では
なく、1018原子/cm3程度である。そのため、本発
明ではこのP型低濃度不純物拡散領域にインジウムを用
いる。インジウムは活性化率が低いが、LDD構造のP
型低濃度不純物拡散領域に必要とされる活性化率は達成
することができる。そして、インジウムは拡散係数が小
さいため、LDD構造のP型不純物拡散領域の接合深さ
を0.1μm以下と浅くすることができる。
Boron is used as a P-type impurity when forming a P-type impurity diffusion layer in silicon. This is because the group 3 elements other than boron have a low activity value of about 10 18 atoms / cm 3 or less as a P-type impurity, and form a high-concentration and low-resistance P-type diffusion layer such as a source / drain region. Because it is impossible to do. However, the concentration of P-type low-concentration impurity diffusion regions of the PMOSFET of the LDD structure is not a high concentration such as high concentration source and drain regions, 10 18 atoms / cm 3 or so. Therefore, in the present invention, indium is used for this P-type low concentration impurity diffusion region. Indium has a low activation rate, but P of LDD structure
The activation rate required for the low-concentration impurity diffusion region can be achieved. Since indium has a small diffusion coefficient, the junction depth of the P-type impurity diffusion region of the LDD structure can be made as shallow as 0.1 μm or less.

【0017】インジウムのみによるP型不純物拡散領域
の濃度が必要とするLDD構造のP型低濃度不純物拡散
領域の濃度に満たない場合、その満たない分をボロンの
導入によって補う。この場合、ボロンのみによってP型
低濃度不純物拡散領域を形成するよりも浅いP型低濃度
不純物拡散領域を形成することができる。
When the concentration of the P-type impurity diffusion region of only indium is less than the required concentration of the P-type low-concentration impurity diffusion region of the LDD structure, boron is introduced to fill the insufficient concentration. In this case, it is possible to form the P-type low-concentration impurity diffusion region shallower than the P-type low-concentration impurity diffusion region by using only boron.

【0018】N型ポリシリコンゲートPMOSFETの
チャネル領域の基板表面に形成されるP型不純物低濃度
拡散領域は高々1018原子/cm3である。インジウム
は活性化率は低いがこの埋込みチャネル型のPMOSF
ETのチャネル表面のP型不純物低濃度拡散領域を形成
するには用いることができる。インジウムは拡散係数が
小さいのでそのP型不純物低濃度拡散領域の接合深さを
0.1μm以下というように浅くすることができる。
The P-type impurity low-concentration diffusion region formed on the substrate surface of the channel region of the N-type polysilicon gate PMOSFET has a maximum of 10 18 atoms / cm 3 . Indium has a low activation rate, but this buried channel type PMOSF
It can be used to form a P-type impurity low concentration diffusion region on the channel surface of ET. Since indium has a small diffusion coefficient, the junction depth of the P-type impurity low-concentration diffusion region can be made as shallow as 0.1 μm or less.

【0019】この場合もインジウム場合のみによるP型
不純物拡散領域の濃度が必要とするチャネル表面のP型
不純物拡散領域に必要な濃度に満たない場合は、その満
たない分をボロンの導入によって補う。この場合、ボロ
ンのみによってP型低濃度不純物拡散領域を形成するよ
りも浅いP型低濃度不純物拡散領域を形成することがで
きる。
Also in this case, when the concentration of the P-type impurity diffusion region only for indium is less than the required concentration of the P-type impurity diffusion region on the channel surface, the amount not satisfied is supplemented by the introduction of boron. In this case, it is possible to form the P-type low-concentration impurity diffusion region shallower than the P-type low-concentration impurity diffusion region by using only boron.

【0020】[0020]

【実施例】図2は本発明をLDD構造のPMOSFET
に適用した一実施例を表わす。表面濃度が約1×1017
原子/cm3のN型シリコン基板又はNウエル32のチ
ャネル領域33を挾んで、ボロンが高濃度に導入されて
ソース領域34とドレイン領域36が形成されている。
ソース・ドレイン領域34,36よりもチャネル領域側
にはインジウムが低濃度に導入されたP型不純物低濃度
拡散領域38.40が形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 2 shows a PMOSFET having an LDD structure according to the present invention.
An example applied to Surface concentration is about 1 × 10 17
A source region 34 and a drain region 36 are formed by introducing boron at a high concentration across the channel region 33 of the N-type silicon substrate or the N well 32 of atoms / cm 3 .
A P-type impurity low-concentration diffusion region 38.40 in which indium is introduced at a low concentration is formed on the channel region side of the source / drain regions 34 and 36.

【0021】基板上のチャネル領域上には膜厚が約10
0Åのゲート酸化膜42を介して膜厚が約3000Åの
ポリシリコンゲート電極44が形成されている。ゲート
電極の側面にはLDD構造の不純物拡散領域を形成する
のに用いられたシリコン酸化膜のサイドウォール46が
形成されている。48は層間絶縁膜であり、層間絶縁膜
48に開けられたコンタクトホールを介してアルミニウ
ム系メタル配線50がソース領域、ドレイン領域、ゲー
ト電極とそれぞれ接続されている。
A film thickness of about 10 is formed on the channel region on the substrate.
A polysilicon gate electrode 44 having a film thickness of about 3000Å is formed through a 0Å gate oxide film 42. On the side surface of the gate electrode, a sidewall 46 of a silicon oxide film used for forming an impurity diffusion region of LDD structure is formed. Reference numeral 48 denotes an interlayer insulating film, and the aluminum-based metal wiring 50 is connected to the source region, the drain region, and the gate electrode through contact holes formed in the interlayer insulating film 48.

【0022】次に、図3により図2のPMOSFETを
製造する方法を説明する。 (A)表面濃度が約1×1017原子/cm3のN型シリ
コン基板又はNウエル32に約100Åのゲート酸化膜
42を形成し、その上に約3000Åのポリシリコン膜
44を形成する。写真製版とエッチングによりポリシリ
コン膜44とゲート酸化膜42をゲート電極形状にパタ
ーン化する。
Next, a method of manufacturing the PMOSFET of FIG. 2 will be described with reference to FIG. (A) A gate oxide film 42 of about 100 Å is formed on an N-type silicon substrate or N well 32 having a surface concentration of about 1 × 10 17 atoms / cm 3 , and a polysilicon film 44 of about 3000 Å is formed thereon. The polysilicon film 44 and the gate oxide film 42 are patterned into a gate electrode shape by photolithography and etching.

【0023】(B)LDD構造のP型不純物低濃度拡散
領域を形成するためにインジウムイオン注入を行なう。
インジウムの注入はP型不純物低濃度拡散領域の接合深
さが約0.05μmとなるように、注入エネルギー50
keV程度、ドーズ量1×1011〜1×1014原子/c
2で行なう。
(B) Indium ion implantation is performed to form a P-type impurity low-concentration diffusion region of LDD structure.
Implantation of indium is performed at an implantation energy of 50 so that the junction depth of the P-type impurity low-concentration diffusion region becomes about 0.05 μm.
keV, dose 1 × 10 11 to 1 × 10 14 atoms / c
carried out in m 2.

【0024】(C)高温酸化膜を形成し、エッチバック
を施すことにより、ゲート電極の側面に約1000Åの
厚さのシリコン酸化膜のサイドウォール46を形成す
る。P型不純物高濃度拡散領域のソース領域とドレイン
領域を形成するために、サイドウォール56をもつゲー
ト電極44をマスクとして基板又はウエルにBF2のイ
オン注入を注入エネルギー20keV、ドーズ量2×1
15原子/cm2で行なう。この注入エネルギーやドー
ズ量はこれに限らず、一般に行なわれている値に設定す
ればよい。
(C) A high temperature oxide film is formed and etched back to form a sidewall 46 of a silicon oxide film having a thickness of about 1000 Å on the side surface of the gate electrode. In order to form the source region and the drain region of the P-type impurity high-concentration diffusion region, the gate electrode 44 having the sidewalls 56 is used as a mask to implant BF 2 ions into the substrate or well with an implantation energy of 20 keV and a dose amount of 2 × 1.
It is performed at 0 15 atoms / cm 2 . The implantation energy and dose amount are not limited to these values, and may be set to commonly used values.

【0025】(D)その後、通常の方法により層間絶縁
膜48を堆積し、コンタクトホールを開け、メタル配線
50を形成する。この方法により作成した図2のLDD
構造のPMOSFETは、チャネル長0.4μm、しき
い値電圧0.7Vで、短チャネル効果のない良好な動作
を示した。なお、図3では図示を省略しているが、ゲー
ト酸化膜の形成の前に素子分離領域は形成しておく。
(D) After that, an interlayer insulating film 48 is deposited by a usual method, a contact hole is opened, and a metal wiring 50 is formed. LDD of FIG. 2 created by this method
The PMOSFET having the structure had a channel length of 0.4 μm and a threshold voltage of 0.7 V, and exhibited good operation without a short channel effect. Although not shown in FIG. 3, the element isolation region is formed before the gate oxide film is formed.

【0026】本発明をLDD構造のPMOSFETに適
用した他の実施例は、図2においてP型不純物低濃度拡
散領域38,40としてインジウム及びボロンを導入し
たものである。この場合P型不純物低濃度拡散領域3
8,40を形成するためのイオン注入では、インジウム
の注入はP型不純物低濃度拡散領域38,40の接合深
さが約0.05μmとなるように、エネルギー50ke
V程度でドーズ量1×1011〜1×1014/cm2で行
ない、ボロンの注入はエネルギー1〜10keVで、ド
ーズ量1×1011〜1×1014/cm2で行なう。他の
部分の構造及び他の部分の製造工程は図2の実施例と同
じである。
Another embodiment in which the present invention is applied to a PMOSFET having an LDD structure is one in which indium and boron are introduced as the P type impurity low concentration diffusion regions 38 and 40 in FIG. In this case, the P-type impurity low concentration diffusion region 3
In the ion implantation for forming 8 and 40, the implantation of indium is performed at an energy of 50 ke so that the junction depth of the P-type impurity low concentration diffusion regions 38 and 40 becomes about 0.05 μm.
The dose is 1 × 10 11 to 1 × 10 14 / cm 2 and the implantation of boron is performed at an energy of 1 to 10 keV and a dose of 1 × 10 11 to 1 × 10 14 / cm 2 . The structure of the other parts and the manufacturing process of the other parts are the same as in the embodiment of FIG.

【0027】P型不純物低濃度拡散領域にインジウムと
ボロンをともに導入することにより、得られたPMOS
FETは、チャネル長0.4μm、しきい値電圧が0.7
Vで、短チャネル効果のない良好な動作を示した。図2
の実施例と比較すると、P型不純物低濃度拡散領域3
8,40の抵抗が低くなるため、トランジスタのオン電
流が約10%向上した。
A PMOS obtained by introducing both indium and boron into the P-type impurity low concentration diffusion region.
The FET has a channel length of 0.4 μm and a threshold voltage of 0.7.
At V, good operation without short channel effect was shown. Figure 2
Compared with the embodiment described above, the P-type impurity low concentration diffusion region 3
Since the resistances of 8 and 40 were low, the on-current of the transistor was improved by about 10%.

【0028】図4により本発明をN型ポリシリコンゲー
トCMOS半導体装置に適用した実施例を説明する。比
抵抗が約20ΩcmのP型シリコン基板2にPウエル4
とNウエル6が形成されている。両ウエルの表面濃度は
約1×1017原子/cm3で、深さは約3μmである。
Pウエル4にはNMOSFETが形成され、Pウエル6
にはPMOSFETが形成されている。
An embodiment in which the present invention is applied to an N-type polysilicon gate CMOS semiconductor device will be described with reference to FIG. P-well 4 on P-type silicon substrate 2 with specific resistance of about 20 Ωcm
And an N well 6 are formed. The surface concentration of both wells is about 1 × 10 17 atoms / cm 3 and the depth is about 3 μm.
An NMOSFET is formed in the P well 4 and a P well 6 is formed.
Has a PMOSFET formed therein.

【0029】NMOSFETの構造は図1で示されたN
MOSFETと同じであり、チャネル領域を挾んでソー
ス領域20とドレイン領域22が形成され、チャネル領
域の表面にはしきい値電圧調整のためにボロンが注入さ
れてP型不純物低濃度拡散領域14が形成されている。
チャネル領域上にはゲート酸化膜12を介してN型ポリ
シリコンゲート電極16が形成されている。
The structure of the NMOSFET is shown in FIG.
Similar to the MOSFET, a source region 20 and a drain region 22 are formed across the channel region, and boron is injected into the surface of the channel region for adjusting the threshold voltage to form the P-type impurity low concentration diffusion region 14. Has been formed.
An N-type polysilicon gate electrode 16 is formed on the channel region via a gate oxide film 12.

【0030】PMOSFETは図1の従来のものと比較
すると、チャネル領域にしきい値電圧調整のために形成
されたP型不純物低濃度拡散領域15にはP型不純物と
してインジウムが導入されている点で異なる。他の構造
は同じであり、チャネル領域を挾んでP型不純物拡散領
域のソース領域24とドレイン領域26が形成され、チ
ャネル領域上にはゲート酸化膜12を介してN型ポリシ
リコンゲート電極16が形成されている。28は層間絶
縁膜、30は層間絶縁膜のコンタクトホールを介してF
ETのそれぞれの部分と接続されたアルミニウム系メタ
ル配線である。
In comparison with the conventional PMOSFET shown in FIG. 1, indium is introduced as a P-type impurity in the P-type impurity low concentration diffusion region 15 formed in the channel region for adjusting the threshold voltage. different. The other structure is the same, and the source region 24 and the drain region 26 of the P-type impurity diffusion region are formed across the channel region, and the N-type polysilicon gate electrode 16 is formed on the channel region via the gate oxide film 12. Has been formed. 28 is an interlayer insulating film, and 30 is F through a contact hole of the interlayer insulating film.
It is an aluminum-based metal wiring connected to each part of ET.

【0031】図5と図6により図4の実施例を製造する
方法を説明する。 (A)図1と同様に、P型シリコン基板2の表面にPウ
エル4とNウエル6を形成する。 (B)図1と同様にLOCOS法を用いて素子分離用の
フィールド酸化膜8と反転防止用不純物拡散層10を形
成する。
A method of manufacturing the embodiment of FIG. 4 will be described with reference to FIGS. (A) Similar to FIG. 1, a P well 4 and an N well 6 are formed on the surface of a P type silicon substrate 2. (B) Similar to FIG. 1, the field oxide film 8 for element isolation and the inversion preventing impurity diffusion layer 10 are formed by using the LOCOS method.

【0032】(C)PMOSFETのしきい値電圧調整
のためのイオン注入を行なう。従来は、チャネリング防
止のためにバッファ酸化膜を形成後又は図1(C)のよ
うにゲート酸化膜12形成後に、ボロンを注入していた
が、この実施例ではインジウムを注入するためゲート酸
化膜12を形成する前にインジウムのイオン注入を行な
う。インジウムの注入に当っては、NMOSFETを形
成する領域をレジスト層11で被い、PMOSFETを
形成する領域のみにインジウムが注入されるようにす
る。インジウムの注入はチャネル表面のP型不純物拡散
層の接合深さが約0.05μmになるように、エネルギ
ーを50KeV程度、ドーズ量を1×1010〜1×10
13/cm2で行なう。
(C) Ion implantation for adjusting the threshold voltage of the PMOSFET is performed. Conventionally, boron is implanted after forming a buffer oxide film for preventing channeling or after forming the gate oxide film 12 as shown in FIG. 1C, but in this embodiment, indium is implanted so that the gate oxide film is formed. Ion implantation of indium is performed before forming 12. In the implantation of indium, the region where the NMOSFET is formed is covered with the resist layer 11 so that the indium is implanted only in the region where the PMOSFET is formed. The implantation of indium has an energy of about 50 KeV and a dose of 1 × 10 10 to 1 × 10 so that the junction depth of the P-type impurity diffusion layer on the channel surface is about 0.05 μm.
Perform at 13 / cm 2 .

【0033】(D)次に、約100Åのゲート酸化膜1
2を形成する。NMOSFETのしきい値電圧を調整す
るために、PMOSFET形成領域をレジスト層で被
い、NMOSFET形成領域にボロンのイオン注入を行
なう。ボロンイオンの注入はエネルギー10KeV、ド
ーズ量1×1012原子/cm2程度で行なう。
(D) Next, about 100 Å of the gate oxide film 1
Form 2. In order to adjust the threshold voltage of the NMOSFET, the PMOSFET formation region is covered with a resist layer, and boron ions are implanted into the NMOSFET formation region. The implantation of boron ions is performed with an energy of 10 KeV and a dose of about 1 × 10 12 atoms / cm 2 .

【0034】(E)図1の(D)と同様に、ゲート電極
16を形成する。 (F)その後、図1と同様に、NMOSFETとPMO
SFET用にそれぞれソース・ドレイン領域20,22
と24,26を形成し、その後、層間絶縁膜28を堆積
し、コンタクトホールを開け、メタル配線30を形成し
てCMOS半導体装置を形成する。
(E) Similar to (D) of FIG. 1, the gate electrode 16 is formed. (F) After that, as in FIG. 1, NMOSFET and PMO
Source / drain regions 20 and 22 for SFET, respectively
24 and 26 are formed, then an interlayer insulating film 28 is deposited, a contact hole is opened, and a metal wiring 30 is formed to form a CMOS semiconductor device.

【0035】この実施例により製造したCMOS半導体
装置の最小チャネル長はPMOSFETもNMOSFE
Tもともに約0.4μmで、しきい値電圧はPMOSF
ETが0.8V、NMOSFETが0.6Vであり、特に
PMOSFETは短チャネル効果のない良好な動作を示
した。
The minimum channel length of the CMOS semiconductor device manufactured according to this embodiment is PMOSFET and NMOSFE.
T is about 0.4 μm, and the threshold voltage is PMOSF
The ET was 0.8 V and the NMOSFET was 0.6 V. Especially, the PMOSFET showed good operation without the short channel effect.

【0036】本発明をCMOS半導体装置に適用した他
の実施例は、PMOSFETのしきい値電圧調整のため
のチャネル表面のP型低濃度不純物拡散層15にインジ
ウムとボロンをともに導入したものである。
In another embodiment in which the present invention is applied to a CMOS semiconductor device, both indium and boron are introduced into the P-type low concentration impurity diffusion layer 15 on the channel surface for adjusting the threshold voltage of the PMOSFET. .

【0037】P型低濃度不純物拡散層15にインジウム
とボロンをともに導入した実施例の半導体装置を製造す
るには、図5の工程(D)でNMOSFETのしきい値
電圧調整用にボロンを注入した後、NMOSFET形成
領域をレジスト層で被い、PMOSFET形成領域にボ
ロンイオンをエネルギー1〜10KeV、ドーズ量1×
1011〜1×1014/cm2で行なう。
In order to manufacture the semiconductor device of the embodiment in which indium and boron are both introduced into the P type low concentration impurity diffusion layer 15, boron is implanted in the step (D) of FIG. 5 for adjusting the threshold voltage of the NMOSFET. After that, the NMOSFET formation region is covered with a resist layer, and boron ions are applied to the PMOSFET formation region with an energy of 1 to 10 KeV and a dose of 1 ×.
It is performed at 10 11 to 1 × 10 14 / cm 2 .

【0038】PMOSFETのチャネル表面のP型低濃
度不純物拡散領域15にインジウムとボロンをともに導
入した実施例によれば、最小チャネル長はPMOSFE
TもNMOSFETともに約0.4μmで、しきい値電
圧はPMOSFETもNMOSFETもともに0.6V
で、特にPMOSFETは短チャネル効果のない良好な
動作を示した。なお、図4でソース・ドレイン領域をシ
ングルドレイン構造で示してあるが、特にNMOSFE
TはLDD構造を採用する方が望ましい。
According to the embodiment in which both indium and boron are introduced into the P type low concentration impurity diffusion region 15 on the channel surface of the PMOSFET, the minimum channel length is PMOSFE.
Both T and NMOSFET are about 0.4 μm, and the threshold voltage is 0.6V for both PMOSFET and NMOSFET.
In particular, the PMOSFET showed good operation without the short channel effect. Although the source / drain region is shown as a single drain structure in FIG.
It is preferable that T has an LDD structure.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明をLDD構造のPMOSFETに
適用した発明では、P型不純物低濃度拡散領域の形成に
拡散係数の小さなインジウムを用いることにより、LD
D構造のP型低濃度不純物拡散領域の接合深さを約0.
1μm以下と浅くすることができるので、短チャネル効
果の起こりにくいPMOSFETを達成することができ
る。LDD構造のP型不純物低濃度拡散領域の形成にイ
ンジウムとボロンをともに用いることによりP型不純物
低濃度拡散領域の接合深さを0.1μm以下と浅くする
ことができるとともに、さらにP型不純物低濃度拡散領
域の抵抗を低くすることができ、トランジスタのオン電
流を大きくすることができる。
In the invention in which the present invention is applied to the PMOSFET having the LDD structure, by using indium having a small diffusion coefficient in the formation of the P type impurity low concentration diffusion region, LD
The junction depth of the P-type low-concentration impurity diffusion region of the D structure is about 0.
Since it can be made as shallow as 1 μm or less, it is possible to achieve a PMOSFET in which a short channel effect is unlikely to occur. By using indium and boron together to form the P-type impurity low-concentration diffusion region of the LDD structure, the junction depth of the P-type impurity low-concentration diffusion region can be made as shallow as 0.1 μm or less, and the P-type impurity low-concentration region can be further reduced. The resistance of the concentration diffusion region can be lowered, and the on-current of the transistor can be increased.

【0040】本発明をN型ポリシリコンゲートCMOS
半導体装置に適用した発明では、PMOSFETのしき
い値電圧調整のためのイオン注入にインジウムを用いる
ことにより、埋込みチャネル型のPMOSFETのチャ
ネル表面のP型層の深さを約0.1μmと浅くできるた
め、従来は形成が不可能であった最小チャネル長約0.
4μmの埋込みチャネル型PMOSFETを実現するこ
とができる。また、PMOSFETのしきい値電圧調整
のためのイオン注入にインジウムとボロンをともに用い
ることにより、埋込みチャネル型のPMOSFETのチ
ャネル表面のP型不純物低濃度拡散領域の深さを約0.
1μm以下と浅く保ったまま、低いしきい値電圧の埋込
みチャネル型PMOSFETを実現することができる。
The present invention is an N-type polysilicon gate CMOS.
In the invention applied to the semiconductor device, by using indium for the ion implantation for adjusting the threshold voltage of the PMOSFET, the depth of the P-type layer on the channel surface of the buried channel PMOSFET can be made as shallow as about 0.1 μm. Therefore, the minimum channel length, which could not be formed in the past, is about 0.
A 4 μm buried channel type PMOSFET can be realized. Further, by using both indium and boron for ion implantation for adjusting the threshold voltage of the PMOSFET, the depth of the P-type impurity low-concentration diffusion region on the channel surface of the buried channel PMOSFET is reduced to about 0.
It is possible to realize a buried channel type PMOSFET having a low threshold voltage while keeping it as shallow as 1 μm or less.

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

【図1】従来のN型ポリシリコンゲートCMOS半導体
装置の製造方法を示す工程断面図である。
FIG. 1 is a process sectional view showing a method of manufacturing a conventional N-type polysilicon gate CMOS semiconductor device.

【図2】本発明をLDD構造のPMOSFETに適用し
た一実施例を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment in which the present invention is applied to a PMOSFET having an LDD structure.

【図3】図2の実施例の製造方法を示す工程断面図であ
る。
FIG. 3 is a process sectional view showing the manufacturing method of the embodiment in FIG.

【図4】本発明をN型ポリシリコンゲートCMOS半導
体装置に適用した一実施例を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing an embodiment in which the present invention is applied to an N-type polysilicon gate CMOS semiconductor device.

【図5】図4の実施例の製造方法の前半部を示す工程断
面図である。
FIG. 5 is a process sectional view showing a front half of the manufacturing method according to the embodiment of FIG. 4;

【図6】図4の実施例の製造方法の後半部を示す工程断
面図である。
FIG. 6 is a process sectional view showing a latter half of the manufacturing method according to the embodiment of FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 P型シリコン基板 12,42 ゲート酸化膜 16,44 ゲート電極 20,22,24,26,34,36 ソース・ドレ
イン領域 15 インジウムによるチャネル表面の拡散層 32 N型シリコン基板 38,40 インジウムによるLDD構造のP型不純
物低濃度拡散領域
2 P-type silicon substrate 12,42 Gate oxide film 16,44 Gate electrode 20, 22, 24, 26, 34, 36 Source / drain region 15 Diffusion layer of channel surface by indium 32 N-type silicon substrate 38, 40 LDD by indium P-type impurity low concentration diffusion region of structure

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 LDD構造のPMOSFETを有する半
導体装置において、前記PMOSFETの低濃度不純物
拡散領域は、P型不純物としてインジウムが導入されて
いることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having an LDD-structured PMOSFET, wherein indium is introduced as a P-type impurity into a low-concentration impurity diffusion region of the PMOSFET.
【請求項2】 LDD構造のPMOSFETを有する半
導体装置において、前記PMOSFETの低濃度不純物
拡散領域は、P型不純物としてインジウム及びボロンが
導入されていることを特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor device having an LDD-structured PMOSFET, wherein indium and boron are introduced as P-type impurities in a low-concentration impurity diffusion region of the PMOSFET.
【請求項3】 N型ポリシリコンゲートPMOSFET
を有する半導体装置において、前記PMOSFETのチ
ャネル領域の基板表面にはしきい値電圧調整のためにP
型不純物としてインジウムが導入されていることを特徴
とする半導体装置。
3. N-type polysilicon gate PMOSFET
In the semiconductor device having the above-mentioned structure, P is formed on the substrate surface of the channel region of the PMOSFET for adjusting the threshold voltage.
A semiconductor device in which indium is introduced as a type impurity.
【請求項4】 N型ポリシリコンゲートPMOSFET
を有する半導体装置において、前記PMOSFETのチ
ャネル領域の基板表面にはしきい値電圧調整のためにP
型不純物としてインジウム及びボロンが導入されている
ことを特徴とする半導体装置。
4. N-type polysilicon gate PMOSFET
In the semiconductor device having the above-mentioned structure, P is formed on the substrate surface of the channel region of the PMOSFET for adjusting the threshold voltage.
A semiconductor device in which indium and boron are introduced as type impurities.
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