JPH07161982A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH07161982A
JPH07161982A JP5303129A JP30312993A JPH07161982A JP H07161982 A JPH07161982 A JP H07161982A JP 5303129 A JP5303129 A JP 5303129A JP 30312993 A JP30312993 A JP 30312993A JP H07161982 A JPH07161982 A JP H07161982A
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JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor substrate
semiconductor device
forming
gate electrode
manufacturing
Prior art date
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Pending
Application number
JP5303129A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Suzuki
智 鈴木
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP5303129A priority Critical patent/JPH07161982A/en
Publication of JPH07161982A publication Critical patent/JPH07161982A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent channeling phenomenon that implanted ions pass through a gate electrode serving as a mask when a source and a drain of MOS are formed in a self-alighnment manner. CONSTITUTION:A method of manufacturing a semiconductor device comprises a step of forming a gate oxide film 103 on a semiconductor substrate 101; a step of forming a polysilicon gate electrode 104 on a gate oxide film; a step of forming an insulation film 105 on the entire semiconductor substrate; and thereafter a step of implanting ions into the semiconductor substrate.

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、さらに詳しくは、MOS電界効果型トランジスタ
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a MOS field effect transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体装置は、その製造方法にお
いて、自己整合(セルフアライメント)を一般に使用す
る。これは、露光のマスク合わせを問題せずに、装置や
拡散の良好な位置合わせが可能となる技術である。例え
ば、MOS電界効果トランジスタ(以下、MOSと称
す)においては、ゲート電極をマスクとしてイオン注入
し、ソ−ス・ドレイン拡散層を形成する。このようにす
れば、ゲ−ト電極とソ−ス・ドレイン拡散層は、露光の
マスク合わせを問題せずとも所定の位置に配置すること
ができるのである。
2. Description of the Related Art A conventional semiconductor device generally uses self-alignment in its manufacturing method. This is a technique that enables good alignment of the device and diffusion without causing a problem of exposure mask alignment. For example, in a MOS field effect transistor (hereinafter referred to as MOS), ion implantation is performed using a gate electrode as a mask to form a source / drain diffusion layer. By doing so, the gate electrode and the source / drain diffusion layer can be arranged at the predetermined positions without any problem in the exposure mask alignment.

【0003】図3を引用して、従来の半導体装置の製造
方法を示す。図3は、各工程の半導体装置の断面図であ
る。まず、図3(a)に示すように、半導体基板201
上に周知の方法にてLOCOS酸化膜202を形成す
る。次に、半導体基板201を酸化してゲ−ト酸化膜2
03を形成し、ポリシリコンによるゲ−ト電極204を
形成する。この状態を示したのが図3(b)である。そ
して、ポリシリコンゲ−ト電極204、及び、酸化膜2
02、203をマスクとし、所定の位置に例えばリンを
イオン注入し、熱処理し、ソース・ドレインとなるリン
拡散層206を形成する。この状態を示したのが図3
(c)である。この後、第1の絶縁膜としてPSG膜2
05、及び、平坦化のための第2の絶縁膜としてSOG
膜207を図3(d)のように形成し、層間絶縁膜を配
置する。最後に、図3(e)に示すように、半導体基板
201及びポリシリコンゲ−ト204へのコンタクトホ
−ル208を開口した後に、アルミニウム合金等の配線
209を形成する。
A conventional method of manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a sectional view of the semiconductor device in each step. First, as shown in FIG. 3A, the semiconductor substrate 201
A LOCOS oxide film 202 is formed thereon by a known method. Next, the semiconductor substrate 201 is oxidized to obtain the gate oxide film 2
03, and a gate electrode 204 made of polysilicon is formed. This state is shown in FIG. Then, the polysilicon gate electrode 204 and the oxide film 2
Using 02 and 203 as masks, for example, phosphorus is ion-implanted at a predetermined position and heat-treated to form a phosphorus diffusion layer 206 serving as a source / drain. This state is shown in FIG.
It is (c). After that, the PSG film 2 is formed as a first insulating film.
05 and SOG as a second insulating film for planarization
A film 207 is formed as shown in FIG. 3D, and an interlayer insulating film is arranged. Finally, as shown in FIG. 3E, after opening a contact hole 208 to the semiconductor substrate 201 and the polysilicon gate 204, a wiring 209 such as an aluminum alloy is formed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
製造方法においては、チャネリングと称される現象が生
じてしまった。これは、イオン注入するイオンがマスク
であるゲート電極を通り抜けてしまう現象である。この
現象が生ずると、予定していない場所にイオンが注入さ
れ、予期した半導体装置としての諸特性が得られないと
言う問題を生ずる。
However, in the above manufacturing method, a phenomenon called channeling has occurred. This is a phenomenon in which ions to be ion-implanted pass through the gate electrode, which is a mask. When this phenomenon occurs, ions are implanted at an unplanned location, which causes a problem that expected characteristics of the semiconductor device cannot be obtained.

【0005】さらに、上記の製造方法では、半導体装置
の微細化に限界があった。本発明は、このような問題点
に鑑みてなされたものである。
Further, in the above manufacturing method, there is a limit to miniaturization of the semiconductor device. The present invention has been made in view of such problems.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、従来の製造工程の順を一部変えるだけで上記問題
が解決できることを突き止め、発明をなすに至った。す
なわち、本発明は、「半導体基板上にゲ−ト酸化膜を形
成する工程と、前記ゲ−ト酸化膜上にゲ−ト電極を形成
する工程と、前記半導体基板全体に絶縁膜を形成する工
程と、その後に前記半導体基板にイオン注入を行う工程
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法」を提
供する。
As a result of earnest research, the inventor of the present invention has found out that the above problems can be solved by only partially changing the order of conventional manufacturing steps, and has completed the invention. That is, the present invention relates to "a step of forming a gate oxide film on a semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate oxide film, and forming an insulating film on the entire semiconductor substrate. And a step of performing ion implantation into the semiconductor substrate after that, the manufacturing method of the semiconductor device ”is provided.

【0007】[0007]

【作用】チャネリングが生ずると、図3(c)に示すよ
うに、MOSのチャネル領域となる半導体基板201へ
も拡散層210が導入されてしまい、その結果、MOS
のしきい値電圧の変化や相互コンダクタンスの劣化等を
生ずる。また、ウエハ−内のMOSFET諸特性のばら
つきが大きくなり、歩留まりが劣化するという問題も生
じた。
When channeling occurs, as shown in FIG. 3C, the diffusion layer 210 is also introduced into the semiconductor substrate 201 which will be the channel region of the MOS, and as a result, the MOS is formed.
Change in the threshold voltage and deterioration of mutual conductance. Further, there is a problem in that variations in various MOSFET characteristics in the wafer are increased and the yield is deteriorated.

【0008】また、上記の製造方法では、装置の微細化
を困難にしていた。図4を引用してこれを説明する。ゲ
ート電極をマスクとしてイオン注入した後、キャリア活
性化のための熱処理を行えば、ソース・ドレイン306
は横方向にも拡散され、その間隔310は、ゲート電極
304の長さLg より短くなる。しかし、MOSを始め
とする半導体装置を微細化するには、ゲ−ト電極204
の長さ(ゲ−ト長)を短くすることが一般には行われ
る。このため、ソース・ドレイン間の距離は短くなって
しまう。すると、ドレイン拡散層に所定の電圧を印加し
たときに、空乏層がドレインからソ−スまで到達してし
まうパンチスル−現象、インパクトイオン化による降伏
電圧の低下、しきい値電圧の低下等、短チャネル効果に
よって生じる様々な問題が発生する。このため、装置の
微細化には、限界が生じていたのである。
Further, in the above manufacturing method, it is difficult to miniaturize the device. This will be described with reference to FIG. After ion implantation using the gate electrode as a mask, heat treatment for carrier activation is performed to form the source / drain 306.
Are also diffused in the lateral direction, and the distance 310 is shorter than the length Lg of the gate electrode 304. However, in order to miniaturize semiconductor devices such as MOS, the gate electrode 204
It is generally performed to shorten the length (gate length). Therefore, the distance between the source and the drain becomes short. Then, when a predetermined voltage is applied to the drain diffusion layer, the punch-through phenomenon in which the depletion layer reaches the source from the drain, the breakdown voltage drop due to impact ionization, the threshold voltage drop, etc. Various problems occur depending on the effect. Therefore, there has been a limit to the miniaturization of the device.

【0009】ここで、もし、イオン注入時の加速電圧を
下げれば、上記のチャネリングは、生じない。しかし、
加速電圧を下げると、ソ−ス・ドレイン拡散抵抗が上が
るので、相互コンダクタンスが劣化し、またソ−ス・ド
レイン拡散層と配線層とのコンタクト抵抗が増大する等
の新たな問題が生じてしまうのである。本発明において
は、MOSにおけるソ−ス・ドレイン拡散層形成のため
にイオン注入を行う際、絶縁膜をMOSのゲ−ト電極上
に形成した後にイオン注入を行う。この絶縁膜は、一般
に、層間絶縁膜や保護膜として配置されるものであり、
従来は、ソース・ドレイン形成後に配置していた。この
絶縁膜をイオン注入する前に配置することによって、た
とえ加速電圧が高くとも注入イオンが散乱され、チャネ
リングは起こらないのである。
Here, if the acceleration voltage at the time of ion implantation is lowered, the above channeling does not occur. But,
When the accelerating voltage is lowered, the source-drain diffusion resistance rises, so the mutual conductance deteriorates, and new problems such as an increase in the contact resistance between the source-drain diffusion layer and the wiring layer occur. Of. In the present invention, when the ion implantation is performed for forming the source / drain diffusion layer in the MOS, the ion implantation is performed after forming the insulating film on the gate electrode of the MOS. This insulating film is generally arranged as an interlayer insulating film or a protective film,
Conventionally, it is arranged after forming the source / drain. By disposing this insulating film before the ion implantation, the implanted ions are scattered even if the acceleration voltage is high, and the channeling does not occur.

【0010】また、イオン注入に対する実効的マスクと
なる長さは、従来はLg であるのに対して、本発明の製
造方法によれば、図2に示すように、Lg に加えて絶縁
膜の膜厚Tの2倍ほど長くなる。このため、MOSを微
細化した時のパンチスル−を始めとする短チャネル効果
は、ゲ−ト長が2×T分長くなったことによって生じ難
くなり、従って、MOSのゲ−ト長をより微細化するこ
とができる。
In contrast to the conventional length Lg which is an effective mask for ion implantation, according to the manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. It becomes twice as long as the film thickness T. Therefore, the short channel effect such as punch through when the MOS is miniaturized is less likely to occur due to the gate length being increased by 2 × T, and therefore the gate length of the MOS is further reduced. Can be converted.

【0011】[0011]

【実施例】図1は、本発明の製造方法に係る各工程の半
導体装置断面図である。この図を引用し、本発明の半導
体装置の製造方法を詳しく説明する。しかし、本発明
は、これに限られるものではない。まず、図1(a)に
示すように、半導体基板101上に周知の方法にてLO
COS酸化膜102を形成する。次に、半導体基板10
1を酸化してゲ−ト酸化膜103を形成し、ポリシリコ
ンゲ−ト104を形成する。この状態を示したのが図1
(b)である。次に、図1(c)に示すように、第1の
層間絶縁膜としてPSG膜105をCVD法にて200
0Å形成する。そして、ポリシリコンゲ−ト104、及
び酸化膜102、103、105をマスクとし、リンを
注入量3×1015/cm2 、加速電圧70KeVでイオ
ン注入する。そして、窒素雰囲気中で900℃30分の
熱処理を行い、ソ−ス・ドレインとなるリン拡散層10
6を形成する。この状態を示したのが図1(d)であ
る。そして、第2の層間絶縁膜としてSOG膜107を
形成することにより平坦化する。次に、図1(e)に示
すように、半導体基板101及びポリシリコンゲ−ト1
04へのコンタクトホ−ル108を開口した後に、アル
ミニウム合金等の配線109を形成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device in each step according to the manufacturing method of the present invention. The manufacturing method of the semiconductor device of the present invention will be described in detail with reference to this drawing. However, the present invention is not limited to this. First, as shown in FIG. 1A, LO is formed on the semiconductor substrate 101 by a known method.
A COS oxide film 102 is formed. Next, the semiconductor substrate 10
1 is oxidized to form a gate oxide film 103, and a polysilicon gate 104 is formed. This state is shown in Figure 1.
It is (b). Next, as shown in FIG. 1C, a PSG film 105 is formed as a first interlayer insulating film by CVD using a CVD method.
Form 0Å. Then, using the polysilicon gate 104 and the oxide films 102, 103 and 105 as a mask, phosphorus is ion-implanted at an implantation amount of 3 × 10 15 / cm 2 and an acceleration voltage of 70 KeV. Then, heat treatment is performed at 900 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, and the phosphorus diffusion layer 10 serving as a source / drain is formed.
6 is formed. This state is shown in FIG. Then, the SOG film 107 is formed as a second interlayer insulating film to flatten it. Next, as shown in FIG. 1E, the semiconductor substrate 101 and the polysilicon gate 1
After opening the contact hole 108 to 04, the wiring 109 of aluminum alloy or the like is formed.

【0012】第1の層間絶縁膜の膜厚については、注入
する不純物のイオン種、注入量、加速電圧、第1の層間
絶縁膜種に依存する。従って使用するプロセス条件に対
応し適宜設定すればよい。
The film thickness of the first interlayer insulating film depends on the ion species of the impurities to be implanted, the implantation amount, the accelerating voltage and the species of the first interlayer insulating film. Therefore, it may be set as appropriate according to the process conditions used.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上のように、本発明による半導体装置
の製造方法象によれば、自己整合法を用いても、チャネ
リングの現象を抑制することができ、さらに、短チャネ
ル効果も抑制することができる。また、半導体装置の微
細化や歩留り向上にも好適な製造方法である。
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the phenomenon of channeling can be suppressed and the short channel effect can be suppressed even if the self-alignment method is used. You can It is also a manufacturing method suitable for miniaturization of semiconductor devices and improvement of yield.

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

【図1】本発明の製造方法に係る各工程の半導体装置断
面図
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device in each step according to a manufacturing method of the present invention.

【図2】イオン注入に対する実効的マスクを示す半導体
装置断面図
FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor device showing an effective mask for ion implantation.

【図3】従来の製造方法に係る各工程の半導体装置断面
FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor device in each step of a conventional manufacturing method.

【図4】短チャネル効果を説明する半導体装置断面図FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor device illustrating a short channel effect.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201,301・・・半導体基板 102,202,302・・・LOCOS酸化膜 103,203,303・・・ゲ−ト酸化膜 104,204,304・・・ポリシリコンゲ−ト 105,205,305・・・第1の層間絶縁膜 106,206,306・・・ソ−ス・ドレイン拡散層 107,207・・・第2の層間絶縁膜 108,208・・・コンタクトホ−ル 109,209・・・アルミニウム合金等の配線 210,310・・・チャネリングによるリン注入層 以上 101, 201, 301 ... Semiconductor substrate 102, 202, 302 ... LOCOS oxide film 103, 203, 303 ... Gate oxide film 104, 204, 304 ... Polysilicon gate 105, 205, 305・ ・ ・ First interlayer insulating film 106, 206, 306 ... Source / drain diffusion layer 107, 207 ... Second interlayer insulating film 108, 208 ... Contact hole 109, 209. .... Aluminum alloy wiring 210, 310 ... Phosphorus-implanted layer by channeling

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上にゲ−ト酸化膜を形成する
工程と、前記ゲ−ト酸化膜上にゲ−ト電極を形成する工
程と、前記半導体基板全体に絶縁膜を形成する工程と、
その後に前記半導体基板にイオン注入を行う工程を有す
る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 oxide film on a semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate oxide film, and a step of forming an insulating film over the entire semiconductor substrate. ,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of implanting ions into the semiconductor substrate thereafter.
【請求項2】 前記ゲ−ト電極を形成する工程では、ポ
リシリコンを主成分とするゲート電極を形成することを
特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of forming the gate electrode, a gate electrode containing polysilicon as a main component is formed.
JP5303129A 1993-12-02 1993-12-02 Manufacture of semiconductor device Pending JPH07161982A (en)

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JP5303129A JPH07161982A (en) 1993-12-02 1993-12-02 Manufacture of semiconductor device

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7687855B2 (en) 1998-02-12 2010-03-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device having impurity region

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7687855B2 (en) 1998-02-12 2010-03-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device having impurity region

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