JPH0745827A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0745827A
JPH0745827A JP18996893A JP18996893A JPH0745827A JP H0745827 A JPH0745827 A JP H0745827A JP 18996893 A JP18996893 A JP 18996893A JP 18996893 A JP18996893 A JP 18996893A JP H0745827 A JPH0745827 A JP H0745827A
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JP
Japan
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oxide film
gate
gate electrode
film
channel
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JP18996893A
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Japanese (ja)
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Oo Adan Aruberuto
オー.アダン アルベルト
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Sharp Corp
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
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Abstract

PURPOSE:To provide a method for manufacturing a semiconductor device in which a shallow channel doping profile can be obtained, no damage is caused on a surface of a silicon of a substrate near a gate sidewall spacer, and a leakage current is low and which has no punchthrough. CONSTITUTION:The method for manufacturing a semiconductor device comprises the steps of sequentially laminating a gate insulating oxide film 3, a silicon film 4 and a CVD oxide film 5 on a silicon substrate 1, opening a gate electrode of the film 5, implanting impurity ions 8 of low energy and implanting impurity ions 9 of high energy from the opening 7, embedding conductor for a gate electrode 10 in the opening, then removing the film 5, and forming a gate sidewall spacer 14.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造方
法に関する。さらに詳しくは、チャネル長がサブミクロ
ンのMOS型電界効果トランジスタ(MOSFET)を
用いた集積回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to an integrated circuit using a MOS type field effect transistor (MOSFET) having a channel length of submicron.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のMOS型電界効果トランジスタ
(MOSFET)は、次の2つの製造方法が知られてい
る。1つ目は、まず図6(a)に示すように、フィール
ド酸化膜32とスクリーニング酸化膜33が形成された
シリコン基板31の上方からp型の不純物イオン34を
照射しチャネルのイオン注入を行い、次に図6(b)に
示すように、スクリーニング酸化膜33を除去した後、
ゲート酸化膜35を形成し、この上にゲート電極36を
形成し、この上方からn型の不純物イオン37を照射し
ソース・ドレイン形成のための1回目のイオン注入を行
う。
2. Description of the Related Art The following two manufacturing methods are known for a conventional MOS field effect transistor (MOSFET). First, as shown in FIG. 6A, p-type impurity ions 34 are irradiated from above the silicon substrate 31 on which the field oxide film 32 and the screening oxide film 33 are formed to perform channel ion implantation. Then, as shown in FIG. 6B, after removing the screening oxide film 33,
A gate oxide film 35 is formed, a gate electrode 36 is formed on the gate oxide film 35, and n-type impurity ions 37 are irradiated from above to perform the first ion implantation for forming the source / drain.

【0003】次に図6(c)に示すように、CVD法に
よって全面に酸化シリコン膜38を形成する。次に図6
(d)に示すように酸化シリコン膜38をゲート電極の
側壁のみ残してエッチングしゲートサイドウォールスペ
ーサ38’を形成し、上方からn型の不純物イオン3
7’を照射し、ソース・ドレイン形成のための2回目の
イオン注入を行いLDD(Lightly Doped Drain)構造の
ソース・ドレイン39を完成する。
Next, as shown in FIG. 6C, a silicon oxide film 38 is formed on the entire surface by the CVD method. Next in FIG.
As shown in (d), the silicon oxide film 38 is etched leaving only the side wall of the gate electrode to form a gate side wall spacer 38 ′.
7'is irradiated and the second ion implantation for source / drain formation is performed to complete the source / drain 39 of LDD (Lightly Doped Drain) structure.

【0004】2つ目は、短チャネル劣化を克服する方法
であって、まず図7(a)に示すように、まず半導体基
板41の表面にシリコン酸化膜42、シリコン窒化膜4
3を順次堆積した後、シリコン窒化膜43の表面にレジ
スト膜を形成し、フィールド酸化膜44を形成しようと
する部分のシリコン窒化膜43をリソグラフィー技術を
用いてエッチング除去し、フィールド酸化を行ってフィ
ールド酸化膜44を形成する。
The second is a method for overcoming the short channel deterioration. First, as shown in FIG. 7A, first, a silicon oxide film 42 and a silicon nitride film 4 are formed on the surface of a semiconductor substrate 41.
3 is sequentially deposited, a resist film is formed on the surface of the silicon nitride film 43, the silicon nitride film 43 in the portion where the field oxide film 44 is to be formed is removed by etching using a lithographic technique, and field oxidation is performed. A field oxide film 44 is formed.

【0005】次に図7(b)に示すように、このシリコ
ン窒化膜43の表面にレジスト膜を形成し、フォトリソ
グラフィー技術を用いてこのシリコン窒化膜43をパタ
ーニングしてゲート電極形成部分をパターニングして開
口する。次に図7(c)に示すように、半導体基板41
の表面にイオン注入し、パンチスルーストッパとなるn
+型のイオン注入層45を半導体基板41の表面下0.
3μmの位置に形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, a resist film is formed on the surface of the silicon nitride film 43, and the silicon nitride film 43 is patterned by using a photolithography technique to pattern the gate electrode forming portion. And open. Next, as shown in FIG. 7C, the semiconductor substrate 41
N becomes the punch through stopper by implanting ions into the surface of
The + -type ion implantation layer 45 is formed under the surface of the semiconductor substrate 41 at 0.
It is formed at a position of 3 μm.

【0006】次に図7(d)に示すように、シリコン窒
化膜43の開口部のシリコン酸化膜42をエッチングに
より除去し、この部分にゲート酸化膜46を形成する。
次に図7(e)に示すように、ポリシリコン膜を堆積
し、エッチバックしてポリシリコンよりなるゲート電極
47をシリコン窒化膜43の開口部に形成する。次に図
7(f)に示すように最後に、シリコン窒化膜43を除
去してこの部分に下記の条件でイオン注入を行い、p+
型のソース48及びドレイン49を形成する(特開平2
−218165号公報)。
Next, as shown in FIG. 7D, the silicon oxide film 42 in the opening of the silicon nitride film 43 is removed by etching, and a gate oxide film 46 is formed in this portion.
Next, as shown in FIG. 7E, a polysilicon film is deposited and etched back to form a gate electrode 47 made of polysilicon in the opening of the silicon nitride film 43. Then finally, as shown in FIG. 7 (f), by removing the silicon nitride film 43 by ion implantation under the following conditions in this part, p +
Forming a source 48 and a drain 49 of the mold
-218165).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】シリコン基板に形成さ
れたサブミクロンの電界効果型トランジスタ(MOSF
ET)は、チャネル長がソースとドレイン領域の層幅と
同じくらいになったとき、閾値電圧低下と電子移動性低
下による電気特性の重大な劣化を示す。この現象は、短
チャネル劣化として知られており、更に装置を微細化す
る際に重大な制約となっている。
A submicron field effect transistor (MOSF) formed on a silicon substrate.
ET) shows a significant deterioration in electrical characteristics due to a decrease in threshold voltage and a decrease in electron mobility when the channel length becomes almost the same as the layer width of the source and drain regions. This phenomenon is known as short channel deterioration, and it is a serious limitation when further miniaturizing the device.

【0008】MOSFETは、0.3μmのゲート長を
もつサブハーフ・ミクロン領域の開発が行なわれるよう
になっている。このとき、10nm以下の非常に薄い酸化
膜が同時に要求されている。加えて、チャネルドーピン
グプロフィールの制御は、ドーパントの拡散を抑えて浅
いチャネルプロフィールを形成する必要がある。上述し
た従来の1つ目のMOSFETの製造方法は、次の問題
がある。
MOSFETs have been developed in the sub-half micron region having a gate length of 0.3 μm. At this time, a very thin oxide film having a thickness of 10 nm or less is required at the same time. In addition, controlling the channel doping profile requires controlling dopant diffusion to form a shallow channel profile. The above-described conventional method for manufacturing the first MOSFET has the following problems.

【0009】i)浅いチャネルドーピングプロフィール
を達成するのが困難である。この理由は次の通りであ
る。スクリーニング酸化膜33を通してシリコン基板に
チャネルの不純物をドーピングしたとき、その直後のシ
リコン基板の深さ方向(x)に対する不純物濃度の関係
は図8(a)に示す通りである。この後ゲート酸化膜の
成長工程の間、不純物のゲート酸化膜による拡散の遮断
とシリコン基板の深さ方向への拡散によって、図8
(b)に示すように基板表面近くの不純物濃度が減少す
る。
I) It is difficult to achieve a shallow channel doping profile. The reason for this is as follows. FIG. 8A shows the relationship of the impurity concentration with respect to the depth direction (x) of the silicon substrate immediately after the channel impurity is doped into the silicon substrate through the screening oxide film 33. Thereafter, during the step of growing the gate oxide film, the diffusion of impurities by the gate oxide film is blocked and the impurities are diffused in the depth direction of the silicon substrate.
As shown in (b), the impurity concentration near the substrate surface decreases.

【0010】ii)ゲートサイドウォールスペーサ近辺
の基板のシリコン表面に傷が付きやすく、傷によってト
ランジスタの洩れ電流が増加する。サブミクロンとハー
フミクロンのMOSFETにおいて、劣化を誘発するホ
ット・キャリアに対する抵抗力を有するためLDD(Li
ghtly Doped Drain)構造が、広く用いられるようになっ
てきている。ゲートサイドウォールスペーサの形成は、
上述のようにCVD酸化膜を堆積し、このエッチバック
によって行なわれる。このエッチバックは、CVD酸化
膜をエッチング後その下の基板のシリコン表面に傷をつ
けてしまう。
Ii) The silicon surface of the substrate near the gate sidewall spacer is easily scratched, and the scratch increases the leakage current of the transistor. In sub-micron and half-micron MOSFETs, LDD (Li
The ghtly Doped Drain structure is becoming widely used. The formation of the gate sidewall spacer is
The CVD oxide film is deposited as described above, and this etching back is performed. This etch back damages the silicon surface of the underlying substrate after etching the CVD oxide film.

【0011】上記従来の2つ目の製造方法は、パンチス
ルー意外の問題をまだ克服していない。この発明は、上
記問題を解決するためになされたものであって、浅いチ
ャネルドーピングプロフィールを達成でき、ゲートサイ
ドウォールスペーサ近辺の基板のシリコン表面に傷の発
生がなく、洩れ電流が低くパンチスルーのない半導体装
置の製造方法を提供しようとするものである。
The above-mentioned second conventional manufacturing method has not yet overcome the unexpected problem of punch-through. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can achieve a shallow channel doping profile, without causing scratches on the silicon surface of the substrate in the vicinity of the gate sidewall spacer, and having low leakage current and punch-through. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device which does not exist.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明によれば、a)
予めトランジスタ分離用酸化膜とゲート絶縁用酸化膜を
形成したシリコン基板上に、ポリシリコン又はアモルフ
ァスシリコン膜と第1のCVD酸化膜を順次形成し、
b)ゲート電極を形成する領域の第1のCVD酸化膜を
エッチングして開口部を形成し、c)この開口部を通し
て前記基板中に低エネルギーの不純物イオンと、それよ
り高エネルギーの不純物イオンを注入してチャネル領域
を形成し、d)この開口部に、導電体を埋設してゲート
電極を形成し、e)第1のCVD酸化膜を除去した後、
シリコン基板中にゲート電極をマスクにしてその両側に
低濃度イオン注入を行って低濃度不純物ソース・ドレイ
ン領域を形成し、f)この上に、第2のCVD酸化膜を
積層しエッチバックすることによってゲートサイドウォ
ールスペーサを形成し、g)前記ポリシリコン又はアモ
ルファスシリコン膜をゲート電極とゲートサイドウォー
ルスペーサをマスクにしてエッチングしてゲート電極拡
張部を形成し、h)シリコン基板中に、ゲート電極とゲ
ートサイドウォールスペーサをマスクにしてその両側に
高濃度イオン注入を行ってソース・ドレイン領域を完成
し、半導体装置を作製することを特徴とする半導体装置
の製造方法。が提供される。
According to the present invention, a)
A polysilicon or amorphous silicon film and a first CVD oxide film are sequentially formed on a silicon substrate on which an oxide film for transistor isolation and an oxide film for gate insulation are formed in advance.
b) etching the first CVD oxide film in the region where the gate electrode is to be formed to form an opening, and c) low energy impurity ions and higher energy impurity ions in the substrate through the opening. Implanting to form a channel region, d) embedding a conductor in this opening to form a gate electrode, and e) removing the first CVD oxide film,
Low concentration ion implantation is performed on both sides of the silicon substrate using the gate electrode as a mask to form low concentration impurity source / drain regions, and f) a second CVD oxide film is laminated on this region and etched back. Forming a gate side wall spacer by: g) etching the polysilicon or the amorphous silicon film using the gate electrode and the gate side wall spacer as a mask to form a gate electrode extension, and h) forming a gate electrode in the silicon substrate. And a gate sidewall spacer is used as a mask to perform high-concentration ion implantation on both sides of the gate sidewall spacer to complete the source / drain regions, thereby manufacturing a semiconductor device. Will be provided.

【0013】この発明においては、a)予めトランジス
タ分離用酸化膜とゲート絶縁用酸化膜を形成したシリコ
ン基板上に、ポリシリコン又はアモルファスシリコン膜
と第1のCVD酸化膜を順次形成する。上記ポリシリコ
ン又はアモルファスシリコン膜は、後工程においてゲー
ト絶縁用酸化膜を保護し、イオン注入時のイオンをスク
リーニングし、ゲートサイドウォールスペーサを形成す
るエッチバックの間のエッチングストッパーとなり更に
基板に対するゲートサイドウォールスペーサによるスト
レスを緩衝するためのものである。この膜厚は、通常2
0〜60nmである。
According to the present invention, a) A polysilicon or amorphous silicon film and a first CVD oxide film are sequentially formed on a silicon substrate on which a transistor isolation oxide film and a gate insulating oxide film have been formed in advance. The above-mentioned polysilicon or amorphous silicon film protects the oxide film for gate insulation in a later step, screens ions at the time of ion implantation, and serves as an etching stopper during the etch back to form the gate sidewall spacer. This is for buffering the stress caused by the wall spacer. This film thickness is usually 2
It is 0 to 60 nm.

【0014】上記第1のCVD酸化膜は、ゲート電極を
形成する領域の設定とゲート電極形成領域に対して自己
整合的に基板内にチャネルのドーピングを行うマスクと
するためのものである。この第1のCVD酸化膜は、膜
厚が通常300〜500nmである。この発明において
は、b)ゲート電極を形成する領域の第1のCVD酸化
膜をエッチングして開口部を形成する。
The first CVD oxide film serves as a mask for setting a region for forming a gate electrode and for doping a channel in a substrate in a self-aligned manner with respect to a region for forming a gate electrode. The thickness of this first CVD oxide film is usually 300 to 500 nm. In the present invention, b) the first CVD oxide film in the region where the gate electrode is formed is etched to form the opening.

【0015】このエッチングは、下層のポリシリコン又
はアモルファスシリコン膜をエッチングストッパーとし
て行なわれる。この開口部は、チャネルのドーピングと
ゲート電極を形成するためのものであって、幅がゲート
電極の幅に相当し、通常0.3〜5.0μmである。こ
の発明においては、c)この開口部を通して前記基板中
に低エネルギーの不純物イオンとそれより高エネルギー
の不純物イオンを注入してチャネル領域を形成する。
This etching is carried out using the underlying polysilicon or amorphous silicon film as an etching stopper. This opening is for channel doping and for forming a gate electrode, and its width corresponds to the width of the gate electrode, and is usually 0.3 to 5.0 μm. In the present invention, c) low-energy impurity ions and higher-energy impurity ions are implanted into the substrate through the opening to form a channel region.

【0016】上記低エネルギーの不純物イオンは、MO
SFETの閾値電圧を設定するチャネルを形成するため
のものであって、ポリシリコン又はアモルファスシリコ
ン膜とゲート絶縁用酸化膜を通過してシリコン基板の浅
い領域に不純物を注入するのがよく、例えば11+を注
入する場合、通常10〜30keVのエネルギーで1.
0×1012〜5.0×1012at/cm2の注入量である。
The low energy impurity ions are MO
It is those for forming the channel for setting the threshold voltage of the SFET, to inject impurities into shallow regions of the silicon substrate through the polysilicon or amorphous silicon film and the gate insulating oxide film is good, for example, 11 When implanting B + , the energy is usually 10 to 30 keV.
The injection amount is 0 × 10 12 to 5.0 × 10 12 at / cm 2 .

【0017】シリコン基板の浅い領域に閾値電圧を設定
するチャネルを形成することは、図3に示す埋込みチャ
ネル型PMOSFETの形成に特に重要である。ただ
し、19,19’はソース,ドレイン、20,20’は
LDD、21は閾値電圧を設定するチャネル、22はパ
ンチスルーを防止する埋込みチャネル、Xcはチャネル
ドープ層の深さを示す。特に短いチャネル長のサブミク
ロン埋込みチャネル型PMOSFETにおいて、閾値電
圧(Vth)を下げることは非常に難しい。そして閾値
電圧は、次の式で示すようにチャネル長(Leff)に
指数関数的に増加する。 △Vth∝exp(−hLeff) ただしh∝1/Xcであり、Xcはチャネルの厚さであ
る。それ故に、チャネルが浅くなるに従ってトランジス
タの短チャネル挙動は良好になる。従来の方法によれ
ば、ゲート酸化膜の熱成長の間ドーピング不純物の遮閉
と再拡散が起るため浅いチャネルプロフィールを得るの
は困難であり、チャネル深さXcは約0.1μmであ
る。本願では、不純物の遮閉を避け、0.05μmのX
cが得られており、図4に示すように、明らかにVth
を下げることができ短チャネル劣化を防止できる。
Forming a channel for setting a threshold voltage in a shallow region of a silicon substrate is particularly important for forming the buried channel type PMOSFET shown in FIG. However, 19 and 19 'are sources and drains, 20 and 20' are LDDs, 21 is a channel for setting a threshold voltage, 22 is a buried channel for preventing punch-through, and Xc is the depth of the channel dope layer. Particularly in a submicron buried channel PMOSFET having a short channel length, it is very difficult to lower the threshold voltage (Vth). The threshold voltage exponentially increases with the channel length (Leff) as shown in the following equation. ΔVth∝exp (−hLeff) where h∝1 / Xc, where Xc is the channel thickness. Therefore, the shallower the channel, the better the short channel behavior of the transistor. According to the conventional method, it is difficult to obtain a shallow channel profile due to blocking and re-diffusion of doping impurities during thermal growth of the gate oxide film, and the channel depth Xc is about 0.1 μm. In the present application, 0.05 μm X is avoided by avoiding the blocking of impurities.
c is obtained, and as shown in FIG.
Can be lowered and short channel deterioration can be prevented.

【0018】上記高エネルギーの不純物イオンは、パン
チスルー劣化を防止する埋込みチャネルを形成するため
のもので、シリコン基板のLDD接合直下に隣接するよ
うに不純物を注入するのがよく、例えば11+を注入す
る場合、通常100〜150keVのエネルギーで1.
0×1012〜5.0×1012at/cm2の注入量であ
る。この低、高エネルギーの不純物イオンの注入によっ
て、チャネルの深さ(x)に対する不純物濃度の関係
が、例えば図2に示すような分布となるようにチャネル
を形成することができる。
The high-energy impurity ions are for forming a buried channel for preventing punch-through deterioration, and it is preferable to inject the impurity so as to be adjacent immediately below the LDD junction of the silicon substrate, for example, 11 B +. In the case of injecting 1., the energy is usually 100 to 150 keV.
The injection amount is 0 × 10 12 to 5.0 × 10 12 at / cm 2 . By implanting the impurity ions of low and high energy, the channel can be formed so that the relationship of the impurity concentration with respect to the channel depth (x) has a distribution as shown in FIG. 2, for example.

【0019】この発明においては、この開口部に導電体
を埋設してゲート電極を形成する。上記導電体は、例え
ばポリシリコン、タングステン、ポリシリコンとタング
ステンの積層体等が用いられる。この導電体は、開口部
底面のポリシリコン又はアモルファスシリコン膜上に、
およそ開口部の深さに相当する厚さに堆積し、ゲート電
極を形成する。
In the present invention, a conductor is embedded in this opening to form a gate electrode. As the conductor, for example, polysilicon, tungsten, a stacked body of polysilicon and tungsten, or the like is used. This conductor is on the polysilicon or amorphous silicon film on the bottom of the opening,
A gate electrode is formed by depositing to a thickness corresponding to the depth of the opening.

【0020】このゲート電極は、チャネルのドーピング
が行なわれた開口部に埋設されるのでチャネルに対して
自己整合的に配置する。この発明においては、e)第1
のCVD酸化膜を除去した後、シリコン基板中にゲート
電極をマスクにしてその両側に低濃度イオン注入を行っ
て低濃度不純物ソース・ドレイン領域(lightly doped
drain)を形成する。
Since this gate electrode is buried in the channel-doped opening, it is arranged in a self-aligned manner with respect to the channel. In the present invention, e) the first
After removing the CVD oxide film of, the low-concentration impurity source / drain regions (lightly doped) are formed by implanting low-concentration ions on both sides of the silicon substrate using the gate electrode as a mask.
drain) is formed.

【0021】上記イオン注入は、例えば31+ を用いた
とき、エネルギーは通常20〜40keV、注入量は通
常1.0×1013〜5.0×1013at/cm2である。こ
の発明においては、(f)この上に、第2のCVD酸化
膜を積層しエッチバックすることによってゲートサイド
ウォールスペーサを形成する。第2のCVD酸化膜は、
ゲート電極の膜厚より大きいのがよく、通常100〜3
00nmである。
In the above-mentioned ion implantation, when 31 P + is used, the energy is usually 20 to 40 keV, and the implantation amount is usually 1.0 × 10 13 to 5.0 × 10 13 at / cm 2 . In the present invention, (f) a gate side wall spacer is formed by laminating a second CVD oxide film on this and etching back. The second CVD oxide film is
It should be larger than the thickness of the gate electrode, usually 100 to 3
It is 00 nm.

【0022】上記エッチバックは、下層のポリシリコン
又はアモルファスシリコン膜をエッチングストッパとし
て行われ、下層のゲートサイドウォールスペーサ近辺の
ゲート絶縁用酸化膜及び基板シリコン表面に直接ダメー
ジを与えないので接合洩れ電流を改善することができ
る。接合洩れ電流は、サイドウォール端からのストレス
で誘発される結晶欠陥の発生によっても増加する。この
接合洩れ電流は、発生した結晶欠陥の量に依存する。本
願は、基板シリコン表面とCVD酸化物サイドウォール
との間に薄いポリシリコン又はアモルファスシリコン膜
が配置され、これが緩衝膜として作用し洩れ電源を誘発
するストレスを防止する。
The above-mentioned etch back is performed by using the lower polysilicon or amorphous silicon film as an etching stopper and does not directly damage the oxide film for gate insulation near the lower gate sidewall spacer and the surface of the substrate silicon. Can be improved. Junction leakage current also increases due to the occurrence of stress-induced crystal defects from the sidewall edges. This junction leakage current depends on the amount of crystal defects generated. The present application places a thin polysilicon or amorphous silicon film between the substrate silicon surface and the CVD oxide sidewalls, which acts as a buffer film to prevent stresses that induce leakage power.

【0023】図5は、従来のサイドウォールを有するデ
バイスと緩衝層(ポリシリコン/酸化物)を有するデバ
イスの接合洩れ電流を比較している。この洩れ電流は、
サイドウォールによって誘発されるストレスによって1
0倍以上増加する。ゲートサイドウォールスペーサの幅
は、およそ第2のCVD酸化膜の膜厚に相当し通常10
0〜250nmである。
FIG. 5 compares the junction leakage current of a device with a conventional sidewall and a device with a buffer layer (polysilicon / oxide). This leakage current is
1 due to the stress induced by the sidewall
Increase by 0 times or more. The width of the gate sidewall spacer corresponds to the film thickness of the second CVD oxide film and is usually 10
It is 0 to 250 nm.

【0024】この発明においては、(g)前記ポリシリ
コン又はアモルファスシリコン膜をゲート電極とゲート
サイドウォールスペーサをマスクにしてエッチングして
ゲート電極拡張部を形成する。このエッチングは、ゲー
ト絶縁用酸化膜をエッチングストッパにして行われる。
In the present invention, (g) the polysilicon or amorphous silicon film is etched using the gate electrode and the gate sidewall spacer as a mask to form a gate electrode extension. This etching is performed using the oxide film for gate insulation as an etching stopper.

【0025】上記ゲート電極拡張部は、上述のようにゲ
ートサイドウォールスペーサの基板に対するストレスダ
メージを減少する緩衝材として作用し接合洩れ電流を減
少させる。この発明においては、(h)シリコン基板中
に、ゲート電極とゲートサイドウォールスペーサとゲー
ト電極拡張部をマスクにしてその両側に高濃度イオン注
入を行ってソース・ドレイン領域を形成し、半導体装置
を完成する。
As described above, the gate electrode extension portion acts as a buffer material for reducing the stress damage of the gate sidewall spacer to the substrate, and reduces the junction leakage current. In the present invention, (h) a source / drain region is formed by performing high-concentration ion implantation on both sides of a silicon substrate using a gate electrode, a gate sidewall spacer, and a gate electrode extension as a mask to form a semiconductor device. Complete.

【0026】[0026]

【作用】チャネルのイオン注入がゲート絶縁用酸化膜の
形成後に行われるので熱によるチャネル不純物の拡散が
なく浅いチャネル ドーピング プロフィールを形成す
ることができる。ポリシリコン又はアモルファスシリコ
ン膜が、ゲートサイドウォールスペーサ形成のエッチバ
ックの間エッチングストッパとなり、チャネルのイオン
注入の間スクリーニング膜として作用し下層のゲート絶
縁用酸化膜を保護し、更にゲートサイドウォールスペー
サによって生じる基板表面のストレスを緩衝し洩れ電流
を低減する。
Since the ion implantation of the channel is performed after the oxide film for gate insulation is formed, a shallow channel doping profile can be formed without diffusion of channel impurities due to heat. The polysilicon or amorphous silicon film serves as an etching stopper during the etch back of the formation of the gate sidewall spacer, acts as a screening film during the ion implantation of the channel, and protects the underlying oxide film for gate insulation. The generated stress on the substrate surface is buffered and the leakage current is reduced.

【0027】[0027]

【実施例】この発明の実施例を図面を用いて説明する。
図1(a)に示すように、公知のMOS工程技術によっ
て、P型シリコン基板1の中に、トランジスタ分離領域
(フィールド酸化膜)2と活性領域を形成する。活性領
域の上に12nmのゲート酸化膜3を熱酸化法で成長させ
る。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1A, a transistor isolation region (field oxide film) 2 and an active region are formed in a P-type silicon substrate 1 by a known MOS process technique. A 12 nm gate oxide film 3 is grown on the active region by a thermal oxidation method.

【0028】この上に、膜厚50nmのポリシリコン層4
を堆積する。更にこの上に膜厚300〜500nmの第1
のCVD酸化膜5を積層する。そして、ゲート電極形成
領域に開口を有するフォトレジスト膜6を積層する。こ
のフォトレジスト膜6をマスクにして第1のCVD酸化
膜5をエッチングして、図1b)に示すようにゲート電
極形成領域に開口部7を形成する。
On top of this, a polysilicon layer 4 having a film thickness of 50 nm is formed.
Deposit. On top of this, the first film with a thickness of 300-500 nm
The CVD oxide film 5 is laminated. Then, a photoresist film 6 having an opening in the gate electrode formation region is laminated. Using the photoresist film 6 as a mask, the first CVD oxide film 5 is etched to form an opening 7 in the gate electrode formation region as shown in FIG. 1b).

【0029】トランジスタのチャネル領域ドーピング
プロフィールは、開口部7を通して不純物原子のイオン
注入によって設定される。通常チャネルドーピングは2
回のイオン注入が必要である。すなわち、MOSFET
閾値電圧を設定する低エネルギーのボロン注入8と、パ
ンチスルー劣化を防止するための高エネルギーのボロン
注入9である。
Transistor channel region doping
The profile is set by ion implantation of impurity atoms through the opening 7. Normal channel doping is 2
Ion implantation is required twice. That is, MOSFET
Low energy boron implantation 8 for setting a threshold voltage and high energy boron implantation 9 for preventing punch-through deterioration.

【0030】この低エネルギーのボロン注入は、典型的
には20keVの11+を約1×1012〜5×1012at
/cm2の量注入して行われる。この高エネルギーのイオ
ン注入は、120kevの11+を用い約2×1012
子/cm2の量である。この高エネルギーのイオン注入9
の深さは、図1(e)に示すようにLDD(n-)接合
直下にピーク濃度をもつように選定される。これは接合
破壊電圧を減じるが、チャネルに対してドレイン空乏層
領域の広がりを防止する。
This low energy boron implant typically includes 20 keV of 11 B + at about 1 × 10 12 to 5 × 10 12 at.
It is performed by injecting an amount of / cm 2 . This high energy ion implantation is at a dose of about 2 × 10 12 atoms / cm 2 with 120 kev of 11 B + . This high energy ion implantation 9
Depth is selected so as to have a peak concentration just below the LDD (n ) junction as shown in FIG. This reduces the junction breakdown voltage but prevents the drain depletion layer region from spreading to the channel.

【0031】図1(c)に示すように選択エピタキシに
よって開口部にポリシリコンを埋設しゲート電極10を
形成する。この層の特性は、温度のような、成長条件に
依存する。例えばポリシリコンは、SiCl4+H2の反
応を用いて堆積温度800℃、成長速度GR>100Å
/分で堆積される。
As shown in FIG. 1C, a gate electrode 10 is formed by burying polysilicon in the opening by selective epitaxy. The properties of this layer depend on growth conditions, such as temperature. For example, polysilicon has a deposition temperature of 800 ° C. and a growth rate GR> 100Å by using a reaction of SiCl 4 + H 2.
Deposited per minute.

【0032】低抵抗性高融点金属も、ゲート電極10と
して用いることができる。例えば、タングステン(W)
は次の条件を用いてポリシリコン上に選択的に成長させ
ることができる。 ガス:WF6+SiH4、供給比10/8、成長温度:270
℃ この層の厚さは、トレンチ深さとおよそ等しくすべきで
ある。
A low resistance refractory metal can also be used as the gate electrode 10. For example, tungsten (W)
Can be selectively grown on polysilicon using the following conditions. Gas: WF 6 + SiH 4 , supply ratio 10/8, growth temperature: 270
C. The thickness of this layer should be approximately equal to the trench depth.

【0033】図1(d)に示すようにCVD酸化膜5を
HF溶液中で除去した後、軽いドーピングのドレイン
(LDD)イオン注入11を行いソースN-12とドレ
インN-12’領域を設定する。典型的には、イオン注
入11はN-チャネルトランジスタ用に31+イオンを用
いて行う。注入量は約3×1013at/cm2でありイオン
注入エネルギーは約30kevである。
As shown in FIG. 1D, after removing the CVD oxide film 5 in an HF solution, lightly doped drain (LDD) ion implantation 11 is performed to set a source N - 12 and a drain N - 12 'region. To do. Ion implantation 11 is typically performed using 31 P + ions for N - channel transistors. The implantation amount is about 3 × 10 13 at / cm 2 and the ion implantation energy is about 30 kev.

【0034】図1(e)に示すように、ゲートサイドウ
ォールスペーサ14が形成される。このサイドウォール
の幅は、典型的には100〜250nmであり、それは堆
積された第2のCVD酸化膜14の厚さによって決ま
る。例えば、約200nmのサイドウォール幅にするには
膜厚200nmの第2のCVD酸化膜を堆積しRIE(反
応イオンエッチング法)によって異方性エッチバックが
行われる。
As shown in FIG. 1E, the gate sidewall spacer 14 is formed. The width of this sidewall is typically 100-250 nm, which depends on the thickness of the deposited second CVD oxide film 14. For example, to obtain a sidewall width of about 200 nm, a second CVD oxide film having a film thickness of 200 nm is deposited and anisotropic etchback is performed by RIE (reactive ion etching method).

【0035】酸化膜とポリシリコンとのエッチング選択
性は、ポリシリコン膜4をエッチングすることなしに第
2のCVD酸化膜を完全にエッチングするのに十分であ
る。この事実によって下方の薄い酸化膜3のエッチング
を防止し、シリコン表面のダメージを生じない。特に、
このゲートサイドウォール CVDエッチング条件は次
の通りである。
The etching selectivity between the oxide film and the polysilicon is sufficient to completely etch the second CVD oxide film without etching the polysilicon film 4. Due to this fact, the etching of the thin oxide film 3 below is prevented, and the silicon surface is not damaged. In particular,
The conditions for this gate sidewall CVD etching are as follows.

【0036】 RIE ガス:CHF3(52 Sccm)+CF4(20 Sccm)+
Ar(96 Sccm) 圧力 :200 mTorr RFパワー :700ワット エッチ比 SiO2/ポリシリコン=8 このゲートサイドウォールスペーサ14を形成後、下層
のポリシリコン膜4をエッチングしゲート電極拡張部1
3を形成する。
RIE gas: CHF 3 (52 Sccm) + CF 4 (20 Sccm) +
Ar (96 Sccm) pressure: 200 mTorr RF power: 700 watts Etching ratio SiO 2 / polysilicon = 8 After forming this gate sidewall spacer 14, the lower polysilicon film 4 is etched to form the gate electrode extension 1
3 is formed.

【0037】この薄いポリシリコン4は次の条件でエッ
チングすることができる。 RIE ガス:HBr(30 Sccm)+Cl2(15 Sccm) +
He−O2(4 Sccm) 圧力 :120 mTorr RFパワー :150ワット エッチ比 ポリシリコン/SiO2=40 このゲートサイドウォールスペーサ14とゲート電極拡
張部13はソースとドレインの多量のイオンドーピング
15の際のマスクとして作用する。このイオンドーピン
グは、ヒ素イオンを40keVで5×1015/cm2の量
である。
This thin polysilicon 4 can be etched under the following conditions. RIE gas: HBr (30 Sccm) + Cl 2 (15 Sccm) +
He-O 2 (4 Sccm) pressure: 120 mTorr RF power: 150 watts Etch ratio polysilicon / SiO 2 = 40 The gate sidewall spacer 14 and the gate electrode extension 13 are formed when a large amount of source and drain ions are doped 15. Acts as a mask. In this ion doping, the amount of arsenic ions is 40 keV and the amount is 5 × 10 15 / cm 2 .

【0038】このイオン注入によってソース16とドレ
イン16’領域が形成される。一方、ソース/ドレイン
の多量のイオンドーピングをするイオン注入は薄いポリ
シリコン4を除去する前に行うことができる。このよう
な場合薄いポリシリコン4は、イオンの通路ができるの
を防止するためのスクリーン層として作用する。
By this ion implantation, the source 16 and drain 16 'regions are formed. On the other hand, the ion implantation for heavily doping the source / drain can be performed before the thin polysilicon 4 is removed. In such a case, the thin polysilicon 4 acts as a screen layer to prevent the passage of ions.

【0039】図1(f)に示すように、公知の方法によ
ってコンタクトと金属間接続の配線層18を設定し、こ
の半導体装置を完成する。ただし17は絶縁層である。
なお、得られた半導体装置のチャネル深さに対する不純
物濃度の関係は、図2に示す通りであった。
As shown in FIG. 1F, the wiring layer 18 for contact and metal connection is set by a known method to complete this semiconductor device. However, 17 is an insulating layer.
The relationship between the impurity concentration and the channel depth of the obtained semiconductor device was as shown in FIG.

【0040】[0040]

【発明の効果】この発明によれば、浅いチャネル ドー
ピング プロフィールを達成することができ、ゲートサ
イドウォールスペーサの周辺の基板に傷の発生がなく洩
れ電流の低く、パンチスルーのない半導体装置の製造方
法を提供することができる。
According to the present invention, a shallow channel doping profile can be achieved, a substrate around the gate sidewall spacers is not scratched, leakage current is low, and punch-through is prevented. Can be provided.

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

【図1】この発明の実施例で製造した半導体装置の製造
工程説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a semiconductor device manufactured according to an embodiment of the present invention.

【図2】同じくチャネル深さに対する不純物濃度の関係
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram similarly showing a relationship of impurity concentration with respect to channel depth.

【図3】この半導体のPMOSFETの説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a PMOSFET of this semiconductor.

【図4】この発明のチャネル深さとゲート長と閾値電圧
との関係のグラフ図である。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a channel depth, a gate length and a threshold voltage according to the present invention.

【図5】この発明の洩れ電流のグラフ図である。FIG. 5 is a graph of leakage current according to the present invention.

【図6】従来の半導体装置の製造工程説明図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional manufacturing process of a semiconductor device.

【図7】従来の半導体装置の製造工程説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a conventional semiconductor device.

【図8】従来の半導体のチャネルの不純物濃度の説明図
である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of an impurity concentration of a conventional semiconductor channel.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 トランジスタ分離領域 3 ゲート酸化膜 4 ポリシリコン膜 5 第1のCVD酸化膜 6 フォトレジスト膜 7 開口部 8 低エネルギーのボロン(イオン)注入 9 高エネルギーのボロン(イオン)注入 10 ゲート電極 11 LDDイオン注入 12 ソース N- 12’ ドレイン N- 13 ゲート電極拡張部 14 第2のCVD酸化膜(ゲートサイドウォールス
ペーサ) 15 ソースとドレインのイオンドーピング 16 ソース 16’ ドレイン 17 絶縁層 18 配線層
1 Silicon substrate 2 Transistor isolation region 3 Gate oxide film 4 Polysilicon film 5 First CVD oxide film 6 Photoresist film 7 Opening 8 Low energy boron (ion) implantation 9 High energy boron (ion) implantation 10 Gate electrode 11 LDD Ion Implantation 12 Source N - 12 'Drain N - 13 Extended Gate Electrode 14 Second CVD Oxide Film (Gate Sidewall Spacer) 15 Source and Drain Ion Doping 16 Source 16' Drain 17 Insulation Layer 18 Wiring Layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 a)予めトランジスタ分離用酸化膜とゲ
ート絶縁用酸化膜を形成したシリコン基板上に、ポリシ
リコン又はアモルファスシリコン膜と第1のCVD酸化
膜を順次形成し、 b)ゲート電極を形成する領域の第1のCVD酸化膜を
エッチングして開口部を形成し、 c)この開口部を通して前記基板中に低エネルギーの不
純物イオンと、それより高エネルギーの不純物イオンを
注入してチャネル領域を形成し、 d)この開口部に、導電体を埋設してゲート電極を形成
し、 e)第1のCVD酸化膜を除去した後、シリコン基板中
にゲート電極をマスクにしてその両側に低濃度イオン注
入を行って低濃度不純物ソース・ドレイン領域を形成
し、 f)この上に、第2のCVD酸化膜を積層しエッチバッ
クすることによってゲートサイドウォールスペーサを形
成し、 g)前記ポリシリコン又はアモルファスシリコン膜をゲ
ート電極とゲートサイドウォールスペーサをマスクにし
てエッチングしてゲート電極拡張部を形成し、 h)シリコン基板中に、ゲート電極とゲートサイドウォ
ールスペーサをマスクにしてその両側に高濃度イオン注
入を行ってソース・ドレイン領域を完成し、半導体装置
を作製することを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A) a polysilicon substrate or an amorphous silicon film and a first CVD oxide film are sequentially formed on a silicon substrate on which a transistor isolation oxide film and a gate insulating oxide film are formed in advance, and b) a gate electrode is formed. The first CVD oxide film in the region to be formed is etched to form an opening, and c) low energy impurity ions and higher energy impurity ions are implanted into the substrate through the opening to form a channel region. And d) embedding a conductor in this opening to form a gate electrode, and e) removing the first CVD oxide film, and then using the gate electrode as a mask in the silicon substrate to form a low voltage on both sides thereof. Concentration ion implantation is performed to form low-concentration impurity source / drain regions, and f) a second CVD oxide film is stacked on this region and etched back to form a gate sidewall. A gate spacer is formed, and g) the polysilicon or amorphous silicon film is etched by using the gate electrode and the gate sidewall spacer as a mask to form a gate electrode extension, and h) the gate electrode and the gate sidewall are formed in the silicon substrate. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that high-concentration ion implantation is performed on both sides of the spacer using the mask as a mask to complete the source / drain regions, and a semiconductor device is manufactured.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100743620B1 (en) * 2001-06-15 2007-07-27 주식회사 하이닉스반도체 Method for forming shallow junction of semiconductor device

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