JPS6038030B2 - Manufacturing method for MIS integrated circuit device - Google Patents

Manufacturing method for MIS integrated circuit device

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JPS6038030B2
JPS6038030B2 JP11649277A JP11649277A JPS6038030B2 JP S6038030 B2 JPS6038030 B2 JP S6038030B2 JP 11649277 A JP11649277 A JP 11649277A JP 11649277 A JP11649277 A JP 11649277A JP S6038030 B2 JPS6038030 B2 JP S6038030B2
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JP
Japan
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gate
integrated circuit
circuit device
overlap
drain
Prior art date
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紘一 西内
照夫 桜井
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高速性、低消費電刀性を有するMIS集積回
路装置の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a MIS integrated circuit device that is high-speed and has low power consumption.

一般に、MIS集積回路装置のスイッチング速度、消費
電力等に関する性能はトランジスタのgm、寄生容量C
が重要な作用をする。
In general, the performance of MIS integrated circuit devices in terms of switching speed, power consumption, etc. is determined by transistor gm, parasitic capacitance C
plays an important role.

即ち、gmが大、Cが4・である程、時定数C/gmが
小さくなるので、高速動作が可能であり、また、Cが小
である程、スイッチング過渡時に於ける消費電力は少な
くなる。ところでMIS集積回路装置に於ける寄生容量
Cは各部の寄生容量の集合である。
In other words, the larger gm and C are 4.0, the smaller the time constant C/gm becomes, so high-speed operation is possible, and the smaller C is, the lower the power consumption during switching transients. . By the way, the parasitic capacitance C in the MIS integrated circuit device is a collection of parasitic capacitances of various parts.

即ち、MIS集積回路装置の基本回路はィソバータ回路
であるから、次に、これを第1図について説明する。図
に於いて、TRoはドライバ・トランジスタ、TRしは
ロード・トランジスタ、CLはゲート回路の全容量、C
osはゲート・ソース間容量、CODはゲート・ドレィ
ン間容量、Cosはドレィン・ソース間容量、CMは金
属配線容量をそれぞれ示す。全容量CLは、Cし…CG
s十(1十A)Cco十Cos+CMA:ィンバータの
電圧利得で表わされ、スイッチング速度はCL/翼mL
(gmいロード・トランジスタTRLのgm)に比例し
、また、出力はgmLVoo2に比例する。
That is, since the basic circuit of the MIS integrated circuit device is an isoverter circuit, this will be explained next with reference to FIG. In the figure, TRo is the driver transistor, TR is the load transistor, CL is the total capacitance of the gate circuit, and C
os indicates the capacitance between the gate and source, COD indicates the capacitance between the gate and drain, Cos indicates the capacitance between the drain and source, and CM indicates the metal wiring capacitance. The total capacity CL is C...CG
s ten (10 A) Cco ten Cos + CMA: Expressed by the voltage gain of the inverter, the switching speed is CL/blade mL
(gm of load transistor TRL) and the output is proportional to gmLVoo2.

従って、容量CLは速度、電力に影響を与え、速度・電
力穣戊CLVDo2 である。
Therefore, the capacity CL affects the speed and power, and the speed/power ratio is CLVDo2.

ところで容量CLの中で最も問題になるのはゲート・ド
レイン間容量Ccoである。
Incidentally, the most problematic of the capacitances CL is the gate-drain capacitance Cco.

その理由は、所謂、ミラー効果に依り、前記式で明らか
なように、(1十A)CGDに拡大されて入力側に換算
されるからである。MIS集積回路装置の薮明期に於い
ては、アルミニウム・ゲートのものが多用されたが、そ
の場合、ソース領域及びドレィン領域を形成した後、ア
ルミニウム・ゲーートを形成していた。
The reason for this is that due to the so-called mirror effect, as is clear from the above equation, it is expanded to (10 A) CGD and converted to the input side. In the early days of MIS integrated circuit devices, aluminum gates were often used, and in that case, the aluminum gate was formed after the source and drain regions were formed.

従って、マスク合せ余裕を得る等の必要性から領域とゲ
ートとの重なりが大きくなり、その結果、容量CGoも
大であった。そこで、この欠点を除去すべく、シリコン
・プロセスが開発された。これは、良く知られているよ
うに、多結晶シリコン・ゲートを形成した後、そのゲー
トをマスクとしてソ−ス領域、ドレィン領域をセルフ・
アラィンメント的に形成するものである。しかしながら
、この技術も、ゲート長Lが5〜10〔rm〕程度の比
較的寸法の大きなものでは容量CGoを減少させる効果
は顕著であったが、近年、MIS集積回路装置では、よ
り一層の高速化、低消費電力化を目指してゲート長Lの
短縮化に関する開発が行なわれつつあり、ソース領域と
ゲートとの重なりが再び問題となっている。即ち、如何
に、ソース領域及びドレィン領域をゲートのマスクでセ
ルフ・アラィンメント的に形成しても、それ等領域の横
方向拡がりは回避することができない。例えば、第2図
に見られるように、シリコン半導体基板1にゲート酸化
膜3、多結晶シリコン・ゲート4を形成し、例えば気相
拡散法を適用して開ロ2Aから不純物を拡散してソース
領域5及びドレィン領域6を形成した場合、ゲートに対
して記号Aで示すような重なりを生ずる。重なりAの長
さは領域の深さXgと同程度である。このような重なり
Aに基因する寄生容量、特にCGoは、1〜2〔仏m〕
のゲート長さを実現しようとしている装置にとっては無
視することができない。尚、第2図に於ける2はフィー
ルド酸化膜を示している。前記従来技術において、ゲー
ト4をマスクとしてイオン注入でソース領域5、ドレィ
ン領域6を形成することも行なわれているが、その場合
でも、イオン注入法の特性上、領域5,6の横方向拡が
りは回避することはできない。
Therefore, the overlap between the region and the gate becomes large due to the necessity of obtaining a margin for mask alignment, and as a result, the capacitance CGo is also large. Therefore, a silicon process was developed to eliminate this drawback. As is well known, after forming a polycrystalline silicon gate, the source and drain regions are self-circulated using the gate as a mask.
It is formed in alignment. However, although this technology had a remarkable effect of reducing the capacitance CGo in relatively large devices with a gate length L of about 5 to 10 [rm], in recent years, MIS integrated circuit devices are becoming more and more high-speed. Developments are being made to shorten the gate length L with the aim of reducing power consumption and power consumption, and the overlap between the source region and the gate has once again become a problem. That is, no matter how the source and drain regions are formed in a self-aligned manner using a gate mask, the lateral expansion of these regions cannot be avoided. For example, as shown in FIG. 2, a gate oxide film 3 and a polycrystalline silicon gate 4 are formed on a silicon semiconductor substrate 1, and impurities are diffused from the opening 2A using, for example, a vapor phase diffusion method to form a source. When the region 5 and the drain region 6 are formed, an overlap as shown by symbol A occurs with respect to the gate. The length of the overlap A is approximately the same as the depth Xg of the region. The parasitic capacitance caused by such overlap A, especially CGo, is 1 to 2 [French m]
This cannot be ignored for devices that are trying to achieve a gate length of . Note that 2 in FIG. 2 indicates a field oxide film. In the prior art described above, the source region 5 and drain region 6 are also formed by ion implantation using the gate 4 as a mask, but even in that case, due to the characteristics of the ion implantation method, the lateral expansion of the regions 5 and 6 is limited. cannot be avoided.

本発明は、ショート・チャネルのMIS集積回路装置に
於けるゲートとドレィン領域の重なりが発生することが
ないようにして高速、低消費電力の装置を得られるよう
にするものであり、以下これを詳細に説明する。
The present invention makes it possible to obtain a high-speed, low-power consumption device by eliminating the overlap between the gate and drain regions in a short channel MIS integrated circuit device, which will be described below. Explain in detail.

本発明では、ソース領域及びドレィン領域の形成にイオ
ン注入法を適用し、その際のイオンの直進性を利用する
ことが基本になっている。
The present invention is based on applying the ion implantation method to form the source region and the drain region, and utilizing the linearity of the ions at that time.

第3図乃至第9図は本発明一実施例の工程図であり、次
に、これ等の図を参照して説明する。
FIGS. 3 to 9 are process diagrams of one embodiment of the present invention, and description will now be made with reference to these figures.

第3図参照m 例えばp型シリコン半導体基板11に熱
酸化法を適用してフィールド酸化膜12を形成する。
Refer to FIG. 3. For example, a field oxide film 12 is formed on a p-type silicon semiconductor substrate 11 by applying a thermal oxidation method.

第4図参照 ‘21 通常のフオト・リングフィを適用してフィ−ル
ド酸化膜12のパターニングを行ない。
Refer to FIG. 4 '21 The field oxide film 12 is patterned by applying a normal photo ring fee.

素子部分関口12Aを形成する。第5図参照 糊 例えば熱酸化法を適用して薄い酸化膜12′を形成
する。
An element portion entrance 12A is formed. See FIG. 5 Glue A thin oxide film 12' is formed by applying, for example, a thermal oxidation method.

‘4’例えば、化学気相成長法を適用して多結晶シリコ
ン膜13を形成する。
'4' For example, the polycrystalline silicon film 13 is formed by applying chemical vapor deposition.

第6図参照 ‘51 通常のフオト・リングラフィを適用して多結晶
シリコン膜13のパターニングを行ない、シリコン・ゲ
ート13Gを形成する。
Refer to FIG. 6 '51 The polycrystalline silicon film 13 is patterned by applying ordinary photolithography to form a silicon gate 13G.

{6) 引続き薄い酸化膜12′のパターニングを行な
い、ゲート酸化膜12Gを形成する。
{6) Subsequently, the thin oxide film 12' is patterned to form a gate oxide film 12G.

第7図参照 t71 イオン注入法を適用して例えば隣イオンの注入
を行ない、ソース領域S及びドレィン領域Dの形成を行
なう。
Refer to FIG. 7 t71 For example, adjacent ions are implanted using an ion implantation method to form a source region S and a drain region D.

この場合、イオン注入を基板面に対して斜め方向から行
なうようにする。このようにすると、図から明らかなよ
うにシリコン・ゲート13Gがマスクになって、ドレイ
ン領域○がゲートの部分と重ならないようにすることが
できる。第8図参照 ■ 熱処理を行なって注入された燐イオンを活性化する
In this case, ion implantation is performed obliquely to the substrate surface. In this way, as is clear from the figure, the silicon gate 13G serves as a mask, and it is possible to prevent the drain region ◯ from overlapping the gate portion. See Fig. 8 ■ Heat treatment is performed to activate the implanted phosphorus ions.

この活性化温度はイオン注入の諸条件を考慮して適宜に
定めるが、通常は、領域S,Dに拡散拡がりが発生しな
い程度であるが、場合に依っては僅かに拡散を生ずるよ
うな温度であても良い。このようにすると、活性化後に
在っても、ドレィン領域Dとゲートとは袷んど重なりを
発生しないようにすることができ、また、重なりを生じ
たとしても僅かであるので、寄生容量CGoは小さくな
る。これに対し、ソース領域Sとゲートと重なりは大き
くなり、寄生容量Cosは増大するが、これにはミラー
効果が作用しないので、然程問題にならない。‘9}
例えば化学気相成長法を適用して二酸化シリコン絶縁膜
14を形成する。
This activation temperature is determined as appropriate in consideration of the conditions of ion implantation, but it is usually at a temperature that does not cause diffusion spread in regions S and D, but in some cases it may be set to a temperature that causes slight diffusion. It's okay to be. In this way, even after activation, it is possible to prevent the drain region D and the gate from overlapping each other, and even if the overlap occurs, it is small, so that the parasitic capacitance CGo becomes smaller. On the other hand, although the overlap between the source region S and the gate becomes large and the parasitic capacitance Cos increases, this does not pose much of a problem because the Miller effect does not act on this. '9}
For example, the silicon dioxide insulating film 14 is formed by applying a chemical vapor deposition method.

OQ 通常のフオト・リングラフオを適用して絶縁膜1
4のパターニングを行ない、電極コンタクト窓を形成す
る。
OQ Insulating film 1 by applying normal photo/linkage photo
4 is patterned to form an electrode contact window.

第9図参照 (11)例えば蒸着法を適用し、例えばアルミニウム膜
を形成する。
Refer to FIG. 9 (11) For example, a vapor deposition method is applied to form, for example, an aluminum film.

(12)通常のフオト・リングラフィを適用してアルミ
ニウム膜のパターニングを行ない、ソース電極15S、
ドレィン電極15D、ゲート電極15Gを形成する。
(12) The aluminum film is patterned by applying ordinary photolithography, and the source electrode 15S,
A drain electrode 15D and a gate electrode 15G are formed.

前記実施例に於いて、イオン注入を斜め方向から行なう
ことは重要であるから、次に、そのデータを示す。
In the above embodiment, it is important to perform the ion implantation from an oblique direction, so the data will be shown next.

第10図aに見られるように、注入角をa、重なりをA
yとし、燐イオンの注入を行なって、その結果を注入ェ
ネルギをパラメータとして表わしたものが第10図bで
ある。
As seen in Figure 10a, the injection angle is a and the overlap is A.
y, phosphorus ions are implanted, and the results are expressed using the implantation energy as a parameter, as shown in FIG. 10b.

尚、ゲート部分の厚み(12G十13G)は3000〔
A〕である。第11図は枕素イオンの注入を行なった場
合のデータであり、条件は第10図の場合と略同様であ
る。データに依れば、注入ェネルギの増大とともに注入
角のま増加している。
In addition, the thickness of the gate part (12G + 113G) is 3000 [
A]. FIG. 11 shows data when implantation of ion implantation is performed, and the conditions are substantially the same as those in FIG. 10. The data show that the implant angle increases with increasing implant energy.

これ等の関係を基にしてドレィン領域Dが完成された場
合でも重なりAyが生じないように制御することは容易
である。ところで、本発明を集積回路装置の製造工程に
探りれる場合には、斜め方向のイオン注入を行なうこと
に基因し、マスク・パターンの設計に注意しなければな
らない。
Based on these relationships, it is easy to control so that the overlap Ay does not occur even when the drain region D is completed. By the way, if the present invention is applied to the manufacturing process of an integrated circuit device, care must be taken in designing the mask pattern because ion implantation is performed in an oblique direction.

即ち、例えばインバータ回路の場合、少なくとも、増幅
用に用いられるドライバ・トランジスタは全てゲートの
向きを揃え、また、そのゲートに対してソース・ドレイ
ンを形成する側も統一しておく必要がある。このような
設計がどうしても困難であれば、マスクを利用し、ウェ
ハを適当な区画に分け、その区画毎にイオン注入を行な
うようにしても良い。尚、前記実施例では、イオン注入
のマスクとして多結晶シリコンを用いたが、他の物質、
例えばモリブデン等の高融点金属を使用しても良い。
That is, for example, in the case of an inverter circuit, at least all driver transistors used for amplification must have their gates aligned in the same direction, and the sides on which the sources and drains are formed with respect to the gates must also be the same. If such a design is absolutely difficult, the wafer may be divided into appropriate sections using a mask, and ions may be implanted in each section. In the above example, polycrystalline silicon was used as a mask for ion implantation, but other materials,
For example, a high melting point metal such as molybdenum may be used.

以上の説明で判るように、本発明に依れば、ゲートとド
レィンの重なりを零にするか、或いは著しく少なくする
ことができるので、ミラー効果に依り、装置の特性低下
に大きな影響を与える寄生容量CG。が非常に少ないM
IS集積回路装置を得ることができる。
As can be seen from the above explanation, according to the present invention, the overlap between the gate and the drain can be reduced to zero or significantly reduced, so that parasitics that have a large effect on the deterioration of device characteristics due to the mirror effect can be reduced. Capacity CG. There are very few M
An IS integrated circuit device can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は寄生容量の発生を説明する回路図、第2図は従
来例の説明図、第3図乃至第9図は本発明−実施例の工
程図、第10図及び第11図は斜めイオン注入を行なっ
た場合のデータを表わす線図である。 図に於いて、11は基板、12は酸化膜、12Gはゲー
ト酸化膜、13Gはシリコン・ゲート、14は絶縁膜、
Sはソース領域、Dはドレィン領域、15Sはソース電
極、150はドレィン電極、15Gはゲート電極をそれ
ぞれ示す。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図 第9図 第11図 第10図
Figure 1 is a circuit diagram explaining the generation of parasitic capacitance, Figure 2 is an explanatory diagram of the conventional example, Figures 3 to 9 are process diagrams of the present invention-embodiment, and Figures 10 and 11 are diagonal diagrams. FIG. 3 is a diagram showing data when ion implantation is performed. In the figure, 11 is a substrate, 12 is an oxide film, 12G is a gate oxide film, 13G is a silicon gate, 14 is an insulating film,
S represents a source region, D represents a drain region, 15S represents a source electrode, 150 represents a drain electrode, and 15G represents a gate electrode. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8 Figure 9 Figure 11 Figure 10

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ゲート電極とソース及びドレイン領域形用窓が形成
された半導体基板に対し、斜め方向からイオン注入を行
なつて、少なくもドレイン領域のエツジがゲート部分に
重ならないように形成する工程が含まれてなることを特
徴とするMIS集積回路装置の製造方法。
1. A step is included in which ions are implanted from an oblique direction into a semiconductor substrate on which a gate electrode and windows for source and drain regions are formed, so that at least the edges of the drain region do not overlap with the gate portion. A method for manufacturing an MIS integrated circuit device, characterized in that:
JP11649277A 1977-09-28 1977-09-28 Manufacturing method for MIS integrated circuit device Expired JPS6038030B2 (en)

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JPS5450273A JPS5450273A (en) 1979-04-20
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