JPS627701B2 - - Google Patents

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JPS627701B2
JPS627701B2 JP51097707A JP9770776A JPS627701B2 JP S627701 B2 JPS627701 B2 JP S627701B2 JP 51097707 A JP51097707 A JP 51097707A JP 9770776 A JP9770776 A JP 9770776A JP S627701 B2 JPS627701 B2 JP S627701B2
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JP
Japan
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channel
transistor
well
type
region
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JP51097707A
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Japanese (ja)
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JPS5323577A (en
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Yoshio Sakai
Toshiaki Masuhara
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication of JPS627701B2 publication Critical patent/JPS627701B2/ja
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/8238Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高速で高集積化が可能な相補形絶縁ゲ
ート電界効果トランジスタを有する半導体集積回
路とその製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor integrated circuit having complementary insulated gate field effect transistors capable of high speed and high integration, and a method of manufacturing the same.

NチヤンネルおよびPチヤンネルの絶縁ゲート
電界効果トランジスタを組合わせた相補形絶縁ゲ
ート電界効果トランジスタ(以下、CMSトラ
ンジスタと略記する)は、低電力集積回路やリニ
ア回路等に広く用いられている。従来、この装置
は第1図に示されている構造を有していた。即
ち、n形基板1にPチヤンネルトランジスタが形
成され、Nチヤンネルトランジスタは基板1中に
形成されたp形領域2に形成され、各トランジス
タの周囲には寄生MSトランジスタを防ぐガー
ドバンド(高濃度p形領域3,4及び高濃度n形
領域5,6)が形成されている。さらにNチヤン
ネル、Pチヤンネルの各トランジスタのチヤンネ
ル長は約5μm以上と比較的長いものである。従
つて、上記の従来構造のCMSトランジスタで
は集積回路を構成した場合に、その集積度が低く
なり、さらに、高速度化も難しい。上記ガードバ
ンドを除去するため、窒化シリコン膜を用いて局
所的に厚い酸化膜を形成する方法(以下、選択酸
化法と略記する)を用い、集積度を向上すること
は既に公知であるが(例えば、「電子材料」1974
年5月、P12〜P15)、さらに高集積化、高速度化
を図るためにはMSトランジスタのチヤネル長
を短くすることが必要である。第1図に示されて
いる従来構造のCMSトランジスタにおいて、
チヤネル長を例えば5μm以下と短くした場合に
は、Pチヤネルトランジスタは不純物濃度が約
1015cm-3と低いn形基板1上に形成されているた
め、ドレインからの電界がゲート酸化膜21下の
チヤネル領域に影響をおよぼし、パンチスル現象
による耐圧低下やドレインからの電界によるしき
い値電圧Vthの低下がおこつてしまい、トランジ
スタとしての動作が著しく損われてしまう。
Complementary insulated gate field effect transistors (hereinafter abbreviated as CMS transistors), which are a combination of N-channel and P-channel insulated gate field effect transistors, are widely used in low-power integrated circuits, linear circuits, and the like. Conventionally, this device has had the structure shown in FIG. That is, a P-channel transistor is formed in an n-type substrate 1, an N-channel transistor is formed in a p-type region 2 formed in the substrate 1, and a guard band (high concentration p N-type regions 3, 4 and high concentration n-type regions 5, 6) are formed. Furthermore, the channel length of each of the N-channel and P-channel transistors is relatively long, about 5 μm or more. Therefore, when the CMS transistor having the conventional structure described above is used to form an integrated circuit, the degree of integration is low, and furthermore, it is difficult to increase the speed. It is already known that in order to remove the guard band, a method of locally forming a thick oxide film using a silicon nitride film (hereinafter abbreviated as selective oxidation method) is used to improve the degree of integration ( For example, "Electronic Materials" 1974
(May 2015, P12-P15), In order to further increase integration and speed, it is necessary to shorten the channel length of MS transistors. In the CMS transistor of the conventional structure shown in Fig. 1,
When the channel length is shortened to, for example, 5 μm or less, the impurity concentration of the P-channel transistor is approximately
Since it is formed on the n-type substrate 1 with a low value of 10 15 cm -3 , the electric field from the drain affects the channel region under the gate oxide film 21, resulting in a decrease in breakdown voltage due to the punch-through phenomenon and a threshold increase due to the electric field from the drain. This causes a decrease in the value voltage Vth, and the operation as a transistor is significantly impaired.

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を改善
し、高速で高集積化が可能な短チヤネルCMS
トランジスタを有する半導体集積回路とその製造
方法を提供することである。本発明では、この目
的を達成するために、CMSトランジスタを構
成しているNチヤネル及びPチヤネルトランジス
タのソース及びドレインの両者の周辺及び底面が
ソース、ドレインとは反対導電形でかつ基板より
は高い不純物濃度を有する領域によつて囲まれて
おり、さらに、この高い不純物濃度を有する領域
が厚いフイールド酸化膜成長後に、フイールド酸
化膜の窓から不純物を添加することによつて形成
されることを特徴としている。
The purpose of the present invention is to improve the shortcomings of the above-mentioned prior art and to provide a short channel CMS that is capable of high speed and high integration.
An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit having a transistor and a method for manufacturing the same. In the present invention, in order to achieve this object, the periphery and bottom surface of both the source and drain of the N-channel and P-channel transistors constituting the CMS transistor are of a conductivity type opposite to that of the source and drain, and are higher than the substrate. It is surrounded by a region having a high impurity concentration, and is further characterized in that this region having a high impurity concentration is formed by adding impurities through a window of the field oxide film after growing a thick field oxide film. It is said that

さらに、本発明では、半導体集積回路にメモリ
部を設けるに際し、メモリ部のメモリセルも、基
板よりも高い不純物濃度を有する領域によつて囲
まれていることを特徴としている。すなわち、本
発明によればCMOSトランジスタを用いた優れた
半導体メモリ集積回路を実現できる。
Furthermore, the present invention is characterized in that when a memory section is provided in a semiconductor integrated circuit, the memory cells of the memory section are also surrounded by a region having a higher impurity concentration than the substrate. That is, according to the present invention, an excellent semiconductor memory integrated circuit using CMOS transistors can be realized.

以下、本発明を実施例によつて詳しく説明す
る。なお、以下では半導体としてシリコンを用い
たCMSトランジスタを例にとつて説明する。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples. Note that the following description will be made using a CMS transistor using silicon as a semiconductor as an example.

第2図は本発明の第1の実施例であり、Nチヤ
ネル及びPチヤネルMSトランジスタはいずれ
も基板22の不純物濃度(例えば1015cm-3以下)
よりも高い不純物濃度(例えば1016cm-3:なお、
ウエルの不純物濃度は実用上、大略5×1015〜5
×1016cm-3程度の範囲内で素子の特性たとえば、
しきい電圧等によつて設計すれば良い。)を有す
るウエル23,24内に形成されている。従つ
て、各トランジスタにおいて、ドレインからの電
界のチヤネル領域に対する影響は小さくなり、各
トランジスタのチヤネル長を5μm以下にして
も、パンチスル現象による耐圧低下やしきい値電
圧Vthの低下は起こりにくくなる。さらに、各ト
ランジスタは比較的高い不純物濃度を有するウエ
ル内にあるため、ウエル内の厚いフイールド酸化
膜34,35,36のしきい値電圧も約20V以上
になり、第1図に示す従来構造のようにガードバ
ンドを形成しなくとも、寄生MOSトランジスタ
の発生を防ぐことができる。第2図に示す構造の
場合、基板22の導電形はその不純物濃度がウエ
ル23,24よりも低ければn形でもp形でもよ
い。Nチヤネル、PチヤネルMOSトランジスタ
のしきい値電圧は、ゲート酸化膜が1000Å以下に
薄くなつても、ウエルの不純物濃度を高くするこ
とにより容易にエンハンスメント形でその絶対値
を1V程度にすることが可能である。
FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention, and both N-channel and P-channel MS transistors have an impurity concentration of a substrate 22 (for example, 10 15 cm -3 or less).
Impurity concentration higher than (e.g. 10 16 cm -3 :
In practical terms, the impurity concentration in the well is approximately 5×10 15 to 5
The characteristics of the element within the range of approximately ×10 16 cm -3 For example,
It may be designed based on the threshold voltage, etc. ) are formed in the wells 23, 24. Therefore, in each transistor, the influence of the electric field from the drain on the channel region becomes small, and even if the channel length of each transistor is set to 5 μm or less, a decrease in breakdown voltage and a decrease in threshold voltage Vth due to the punch-through phenomenon are unlikely to occur. Furthermore, since each transistor is located in a well with a relatively high impurity concentration, the threshold voltage of the thick field oxide films 34, 35, and 36 in the well is also approximately 20V or higher, which is different from the conventional structure shown in FIG. Even without forming a guard band, the generation of parasitic MOS transistors can be prevented. In the structure shown in FIG. 2, the conductivity type of the substrate 22 may be n-type or p-type as long as its impurity concentration is lower than that of the wells 23 and 24. Even if the gate oxide film is thinned to less than 1000 Å, the threshold voltage of N-channel and P-channel MOS transistors can be easily enhanced to an absolute value of about 1 V by increasing the well impurity concentration. It is possible.

第3図は本発明の第2の実施例である。第3図
に示すCMSトランジスタは、不純物濃度が例
えば(2〜3)×1015cm-3のn形基板に形成され
るものであり、Nチヤネルトランジスタは第2図
に示した第1の実施例と同じく、不純物濃度が
1016cm-3程度のPウエル42内に形成されている
が、Pチヤネルでは、ソース、ドレイン48,4
9が共に基板と同じ導電形で、不純物濃度が1016
cm-3程度で基板よりも高いn形領域43,44で
囲まれている。この構造では、Nチヤネルトラン
ジスタは第2図と同じ構造を有するため、チヤネ
ル長を5μm以下に短かくできるが、Pチヤネル
トランジスタにおいても、ソースとドレインが共
に不純物濃度が1016cm-3程度の比較的高い領域に
囲まれているために、ドレインからの電界による
耐圧低下やしきい値電圧の低下は少なくなり、チ
ヤネル長を5μm以下にできる。
FIG. 3 shows a second embodiment of the invention. The CMS transistor shown in FIG. 3 is formed on an n-type substrate with an impurity concentration of, for example, (2 to 3)×10 15 cm -3 , and the N-channel transistor is formed in the first implementation shown in FIG. As in the example, the impurity concentration is
It is formed in the P well 42 of about 10 16 cm -3 , but in the P channel, the source, drain 48, 4
Both 9 have the same conductivity type as the substrate, and the impurity concentration is 10 16
It is surrounded by n-type regions 43 and 44 which are about cm -3 and higher than the substrate. With this structure, the N-channel transistor has the same structure as shown in Figure 2, so the channel length can be shortened to 5 μm or less, but even in the P-channel transistor, both the source and drain have an impurity concentration of about 10 16 cm -3 . Since it is surrounded by a relatively high region, the decrease in breakdown voltage and threshold voltage due to the electric field from the drain is reduced, and the channel length can be made 5 μm or less.

第4図は本発明の第3の実施例であり、第3図
に示した実施例のNチヤネルトランジスタとPチ
ヤネルトランジスタの構造が入れかわつている。
即ち、不純物濃度が例えば1015cm-3のP形基板8
0を用いて、Pチヤネルトランジスタは不純物濃
度が1016cm-3程度の比較的高いウエル83内に形
成され、Nチヤネルトランジスタはそのソース、
ドレイン84,85が共に不純物濃度が1016cm-3
程度の比較的高いp形領域81,82に囲まれて
いる。このp形領域がドレインからの電界をシー
ルドすることによりNチヤネルのチヤネル長を短
くできる。なお、低濃度p形基板を用いているた
めには、Nチヤネルトランジスタの周囲にのみ寄
生MOSトランジスタを防ぐチヤネルストツパー
である高濃度p形領域93,94を形成する必要
がある。
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention, in which the structures of the N-channel transistor and the P-channel transistor of the embodiment shown in FIG. 3 are interchanged.
That is, a P-type substrate 8 with an impurity concentration of, for example, 10 15 cm -3
0, the P-channel transistor is formed in the well 83 with a relatively high impurity concentration of about 10 16 cm -3 , and the N-channel transistor is formed in the well 83 with its source,
Both drains 84 and 85 have an impurity concentration of 10 16 cm -3
It is surrounded by relatively high p-type regions 81 and 82. By shielding the electric field from the drain by this p-type region, the channel length of the N-channel can be shortened. In addition, since a lightly doped p-type substrate is used, it is necessary to form highly doped p-type regions 93 and 94, which are channel stoppers for preventing parasitic MOS transistors, only around the N-channel transistor.

以上説明した本発明の実施例に共通しているこ
とは、NチヤネルトランジスタとPチヤネルトラ
ンジスタのチヤネル長をトランジスタの特性を損
うことなく短くするために、ソース、ドレインの
両者を各トランジスタの基板(ウエル内に形成さ
れているトランジスタであるならば、ウエル領域
を基板とみなす)と同じ導電形で、不純物濃度が
基板よりも高い領域によつて囲み、チヤネル領域
をドレインからの電界に対してシールドすること
である。
What is common to the embodiments of the present invention described above is that in order to shorten the channel length of the N-channel transistor and the P-channel transistor without impairing the characteristics of the transistor, both the source and the drain are connected to the substrate of each transistor. (If the transistor is formed in a well, the well region is considered to be the substrate.) Surround the channel region with a region of the same conductivity type and with a higher impurity concentration than the substrate, and protect the channel region from the electric field from the drain. It is to shield.

次に、本発明の各実施例の製造方法を説明す
る。第5図は第2図に示した第1の実施例の製造
工程を示す図である。まず、不純物濃度が1015cm
-3以下のn形或はp形低濃度基板119を窒化シ
リコン膜をマスクとして選択酸化し、フイールド
酸化膜120を形成する(第5図A)。次に、酸
化膜或はホトレジスト膜121をマスクとして、
Nチヤネルトランジスタが形成されるべき領域に
ほう素などのp形不純物を添加しpウエル122
を形成する(第5図B)。同様にして、Pチヤネ
ルトランジスタが形成されるべき領域にりんやひ
素などのn形不純物を添加しnウエル124を形
成する(第5図C)。その後、薄いゲート酸化膜
127,128を形成し、さらにその上にゲート
電極である多結晶シリコンやモリブデン125,
127を被着する(第5図D)。次に、酸化膜1
29,130をマスクとしてりんやひ素などのn
形不純物を高濃度添加し、Nチヤネルトランジス
タのソース、ドレイン131,132を形成する
(第5図E)。次に酸化膜133をマスクとしてほ
う素などのp形不純物を高濃度添加し、Pチヤネ
ルトランジスタのソース、ドレイン135,13
6及びpウエル122への高濃度領域134を形
成する(第5図F)。なお、ドレインからの電界
によるしきい値電圧の変化を少なくするため、N
チヤネルトランジスタとPチヤネルトランジスタ
のソース、ドレインの高濃度不純物領域の深さを
0.5μm以下にすることが望ましい。その後、表
面保護膜137を被着し、電極取出用の穴を開
け、最後に電極138,139,140,141
を形成する(第5図G)。なお、nウエルを形成
するには上記の方法とは異なる次の方法で形成す
ることもできる。即ち、第5図の工程でほう素を
添加することによりpウエル122を形成した
後、nウエルを形成することなく、ただちにゲー
ト酸化膜およびゲート電極を形成し、その後、N
チヤネルトランジスタのソース、ドレイン領域1
43,144を形成し、次に酸化膜145でNチ
ヤネルトランジスタをおおい、Pチヤネルトラン
ジスタのゲート電極147をマスクとして、Pチ
ヤネルトランジスタのソース、ドレインが形成さ
れるべきところからn形不純物を充分深く拡散
し、ゲート酸化膜下においてソース・ドレイン間
の不純物分布が第6図Aに示したごとくほぼ平坦
になるようにしてnウエル146を形成する。な
お、第6図でaはドレイン端から拡散された不純
物の分布、bはソース端からのそれを、cは両者
の合成された不純物分布を示す。(第5図H)。こ
の時、n形不純物としてりんを用いると、りんの
拡散係数がp形不純物であるほう素よりも充分大
きいために、nウエルは短い熱処理時間で形成さ
れ、この間のpウエルの熱処理によるのびは小さ
くすることができる。次に高濃度のp形不純物を
拡散することによりPチヤネルトランジスタのソ
ース、ドレイン150,151を形成する(第5
図I)。その後の工程は前記の工程と全く同じで
ある。このようなnウエル形成法では、nウエル
がマスク合せ工程を必要としない自己整合方式に
よつて形成されるため、前記工程と比較してマス
ク合わせ工程が1回少なく有利である。このよう
なnウエル形成法と類似した方法が公知となつて
いるが(例えば特公昭48−16033)、その従来例の
ゲート酸化膜下のソース、ドレイン間の不純物分
布は第6図Aに示した本発明における不純物分布
と異なり、第6図B(なお、図中の記号の意味は
第6図Aと同じである。)のように、ソース、ド
レイン間の中央で不純物濃度が低くなつているた
め、この不純物濃度が低い領域上の厚いフイール
ド酸化膜下のしきい値電圧は小さくなるため、素
子間の分離が完全にできず素子特性が著しく損わ
れる。本発明のように第6図Aに示した不純物分
布を有する場合には素子間の分離は完全になされ
ることになる。
Next, the manufacturing method of each embodiment of the present invention will be explained. FIG. 5 is a diagram showing the manufacturing process of the first embodiment shown in FIG. 2. First, the impurity concentration is 10 15 cm
An n-type or p-type low concentration substrate 119 of -3 or less is selectively oxidized using a silicon nitride film as a mask to form a field oxide film 120 (FIG. 5A). Next, using the oxide film or photoresist film 121 as a mask,
A p-type impurity such as boron is added to the region where an N-channel transistor is to be formed to form a p-well 122.
(Figure 5B). Similarly, an n-type impurity such as phosphorus or arsenic is added to a region where a P-channel transistor is to be formed to form an n-well 124 (FIG. 5C). After that, thin gate oxide films 127 and 128 are formed, and polycrystalline silicon or molybdenum 125, which is a gate electrode, is further formed on the thin gate oxide films 127 and 128.
127 (Fig. 5D). Next, oxide film 1
29,130 as a mask for phosphorus, arsenic, etc.
A high concentration of type impurity is added to form the source and drain 131, 132 of an N-channel transistor (FIG. 5E). Next, using the oxide film 133 as a mask, p-type impurities such as boron are doped at a high concentration, and the sources and drains 135 and 13 of the P-channel transistors are
6 and a high concentration region 134 to the p-well 122 (FIG. 5F). Note that in order to reduce the change in threshold voltage due to the electric field from the drain, N
The depth of the high-concentration impurity regions of the source and drain of channel transistors and P-channel transistors
It is desirable that the thickness be 0.5 μm or less. After that, a surface protective film 137 is applied, holes are made for taking out the electrodes, and finally the electrodes 138, 139, 140, 141
(Fig. 5G). Note that the n-well can also be formed by the following method different from the above method. That is, after forming the p-well 122 by adding boron in the process shown in FIG. 5, the gate oxide film and gate electrode are immediately formed without forming the n-well, and then
Channel transistor source and drain region 1
43 and 144, then cover the N-channel transistor with an oxide film 145, and using the gate electrode 147 of the P-channel transistor as a mask, add n-type impurities sufficiently deep from where the source and drain of the P-channel transistor are to be formed. The impurity is diffused to form an n-well 146 under the gate oxide film so that the impurity distribution between the source and drain becomes substantially flat as shown in FIG. 6A. In FIG. 6, a shows the impurity distribution diffused from the drain end, b shows the impurity distribution from the source end, and c shows the combined impurity distribution of both. (Figure 5H). At this time, when phosphorus is used as the n-type impurity, the diffusion coefficient of phosphorus is sufficiently larger than that of boron, which is the p-type impurity, so the n-well is formed in a short heat treatment time, and the expansion of the p-well due to the heat treatment during this time is Can be made smaller. Next, the sources and drains 150 and 151 of the P channel transistors are formed by diffusing high concentration p-type impurities (fifth
Figure I). The subsequent steps are exactly the same as the above steps. In such an n-well formation method, since the n-well is formed by a self-alignment method that does not require a mask alignment process, it is advantageous in that the mask alignment process is performed one less time than the above process. A method similar to this n-well formation method is known (for example, Japanese Patent Publication No. 48-16033), but the impurity distribution between the source and drain under the gate oxide film in the conventional example is shown in Figure 6A. Unlike the impurity distribution in the present invention, as shown in Figure 6B (the meanings of the symbols in the figure are the same as in Figure 6A), the impurity concentration is lower in the center between the source and drain. As a result, the threshold voltage under the thick field oxide film on the region where the impurity concentration is low becomes small, making it impossible to completely isolate the devices, resulting in significant impairment of device characteristics. When the impurity distribution shown in FIG. 6A is used as in the present invention, the isolation between elements is completely achieved.

第7図は第3図に示した第2の実施例の製造方
法である。pウエル155を形成する工程(第7
図A,B)までは第5図に示した工程と同じであ
るが、pウエル155を形成した後、n形高濃度
不純物を添加してNチヤネルトランジスタのソー
ス、ドレイン157,160を形成し(第7図
C)、その後、n形不純物をゲート電極162を
マスクとして添加し、熱拡散させることにより不
純物濃度が1016cm-3と基板よりも高いn形領域1
65,166を形成する(第7図D)。なお、こ
のn形領域165,166の拡散深さは、後の工
程でつくられるソース、ドレインよりも深くする
必要がある。次に、p形不純物を高濃度添加する
ことによりPチヤネルトランジスタのソース、ド
レイン169,170を形成する(第7図E)。
次に、表面保護膜175を被着し、電極取出し用
の穴を開け、最後に電極171,172,17
3,174を形成する(第7図F)。
FIG. 7 shows a manufacturing method of the second embodiment shown in FIG. Step of forming p-well 155 (seventh
The steps up to Figures A and B) are the same as those shown in Figure 5, but after forming the p-well 155, high-concentration n-type impurities are added to form the source and drain 157, 160 of the n-channel transistor. (Fig. 7C) After that, n-type impurities are added using the gate electrode 162 as a mask and thermally diffused, so that the impurity concentration is 10 16 cm -3 , which is higher than that of the substrate.
65, 166 (FIG. 7D). Note that the diffusion depth of these n-type regions 165 and 166 needs to be deeper than that of the source and drain formed in a later step. Next, sources and drains 169 and 170 of a P channel transistor are formed by adding p-type impurities at a high concentration (FIG. 7E).
Next, a surface protective film 175 is applied, holes are made for taking out the electrodes, and finally the electrodes 171, 172, 17
3,174 (Fig. 7F).

第8図は第4図に示した第3の実施例の製造方
法の一部を示すものである。第4図に示した第3
の実施例は第3図に示した実施例のNチヤネルト
ランジスタとPチヤネルトランジスタの構造が入
れかわつたものであるため、第3の実施例の製造
方法は第7図に示した第2の実施例の製造方法に
おいて、n形不純物とp形不純物をいれかえるだ
けでほぼ同じである。ただし、第3の実施例では
Nチヤネルトランジスタの周囲にチヤネルストツ
パーである高濃度p形領域を形成する必要がある
ため、第8図に示すように、窒化シリコン膜18
9、ホトレジスト膜190をマスクとしてp形不
純物を添加してチヤネルストツパー191を形成
し、(第8図A)、その後の工程は上述のように第
7図に示した工程と同じである。なお、第3の実
施例においてPチヤネルトランジスタはnウエル
内に形成されるが、nウエルの形成方法として、
上述の第7図のpウエルと同じ形成法以外に第8
図B以下の工程に示すように、Nチヤネルトラン
ジスタを形成した後、nウエルを形成するためn
形不純物としてりんを用い、ゲート電極202を
マスクとしてりんを充分深く拡散し、第5図H,
Iの工程で述べたようにゲート酸化膜下において
ソース・ドレイン間の不純物分布が第6図Aに示
したようにほぼ平坦になるようにしてnウエルを
形成する(第8図E)。この場合、拡散速度の大
きいりんを不純物として用いているため、p形領
域193,196の不純物分布を大きく変えるこ
となく短い熱処理時間でnウエル205を形成で
きる。その後、p形不純物を高濃度添加し、Pチ
ヤネルトランジスタのソース、ドレイン207,
208を形成し(第8図F)、表面保護膜214
を被着し、最後に電極210,211,212,
213を形成する(第8図G)。
FIG. 8 shows a part of the manufacturing method of the third embodiment shown in FIG. 4. 3 shown in Figure 4.
In the embodiment shown in FIG. 3, the structures of the N-channel transistor and the P-channel transistor are switched, so the manufacturing method of the third embodiment is the same as that of the second embodiment shown in FIG. The manufacturing method in the example is almost the same except that the n-type impurity and the p-type impurity are replaced. However, in the third embodiment, it is necessary to form a highly doped p-type region as a channel stopper around the N-channel transistor, so as shown in FIG.
9. Using the photoresist film 190 as a mask, p-type impurities are added to form a channel stopper 191 (FIG. 8A), and the subsequent steps are the same as those shown in FIG. 7 as described above. Note that in the third embodiment, the P channel transistor is formed in the n-well, but the method for forming the n-well is as follows.
In addition to the same formation method as the p-well shown in FIG.
As shown in the steps below in Figure B, after forming an N-channel transistor, an n-channel transistor is formed to form an n-well.
Using phosphorus as a type impurity, the phosphorus is diffused sufficiently deeply using the gate electrode 202 as a mask, and as shown in FIG.
As described in step I, an n-well is formed under the gate oxide film so that the impurity distribution between the source and drain becomes substantially flat as shown in FIG. 6A (FIG. 8E). In this case, since phosphorus having a high diffusion rate is used as an impurity, the n-well 205 can be formed in a short heat treatment time without significantly changing the impurity distribution in the p-type regions 193 and 196. After that, p-type impurities are doped at a high concentration, and the source and drain 207 of the p-channel transistor are
208 (FIG. 8F), and a surface protective film 214 is formed.
Finally, the electrodes 210, 211, 212,
213 (FIG. 8G).

以上説明してきた各種構造の製造方法に共通な
特徴点は、Nチヤネル、Pチヤネルトランジスタ
が形成されるウエル領域がいずれも、フイールド
酸化膜の選択成長の後に、フイールド酸化膜の窓
から不純物を添加することによつて形成されるこ
とである。第9図Aはフイールド酸化膜を形成し
た状態、B,C,Dは各々フイールド酸化膜の窓
を通して不純物を添加する状態を示す図である。
これはウエルがマスク合せ工程を必要としないで
自己整合的に形成されることを意味し、マスク合
せのためのパターン設計上の余裕を取る必要がな
いため、CMSトランジスタの面積を小さくで
き、高集積化することが可能となる。さらに、ウ
エルがフイールド酸化膜を形成するための酸化工
程後に形成されるということは、酸化時における
不純物の再分布が避けられウエル内の不純物濃度
を制御しやすくしている。これに反し、従来のウ
エルの形成法では、第9図E,F,Gの工程図に
示すごとく、ウエル102を最初に形成した後、
選択酸化のマスクとなる窒化シリコン膜104が
ウエル内に正確に位置するようにマスク合せをお
こない、その後、厚いフイールド酸化膜105を
形成する。このようなウエル形成法ではウエル形
成のためのパターン設計上のマスク合せの余裕
(第9図FにおけるX)が必要であり、CMS
トランジスタの面積を大きくし、さらに、フイー
ルド酸化膜形成時にウエル内の不純物の再分布が
おこり、不純物濃度の制御性即ちトランジスタの
しきい値電圧の制御性を悪くすることになる。
A common feature of the manufacturing methods of the various structures described above is that in both well regions where N-channel and P-channel transistors are formed, impurities are doped through the window of the field oxide film after selective growth of the field oxide film. It is formed by doing. FIG. 9A shows a state in which a field oxide film is formed, and FIGS. 9B, C, and D show states in which impurities are added through the window of the field oxide film.
This means that the well is formed in a self-aligned manner without the need for a mask alignment process, and there is no need to take allowances for pattern design for mask alignment, so the area of the CMS transistor can be reduced and the It becomes possible to integrate. Furthermore, since the well is formed after the oxidation step for forming the field oxide film, redistribution of impurities during oxidation is avoided, making it easier to control the impurity concentration within the well. On the other hand, in the conventional well forming method, as shown in the process diagrams of FIGS. 9E, F, and G, after the well 102 is first formed,
Mask alignment is performed so that the silicon nitride film 104, which serves as a mask for selective oxidation, is accurately positioned within the well, and then a thick field oxide film 105 is formed. This well formation method requires a margin for mask alignment (X in Figure 9F) in the pattern design for well formation, and CMS
This increases the area of the transistor, and furthermore, redistribution of impurities within the well occurs during the formation of the field oxide film, impairing the controllability of the impurity concentration, that is, the controllability of the threshold voltage of the transistor.

以上述べてきた構造を有するチヤネル長の短い
CMSトランジスタをダイナミツクメモリの周
辺回路に応用した例について説明する。10図、
11図はその応用例を示す断面図であり、メモリ
セルはPチヤネルトランジスタより成る1MS
トランジスタ形であり、多結晶シリコン268,
278,299の直下に形成される反転層容量
と、多結晶シリコンにより形成される転送電極2
69,279,300およびデータ線となるp形
拡散層258,269,289より成つている。
周辺回路を形成するCMSトランジスタは、第
3図に示した構造を有し、チヤネル長が短くでき
るようになつている。このように、メモリセルを
1MSトランジスタ形として、周辺回路をCM
Sトランジスタとする目的は、集積度を低下さ
せることなくメモリの消費電力を小さくすること
にある。
Short channel length with the structure described above
An example in which a CMS transistor is applied to a peripheral circuit of a dynamic memory will be explained. Figure 10,
Figure 11 is a cross-sectional view showing an example of its application, where the memory cell is a 1MS consisting of a P channel transistor.
It is a transistor type and is made of polycrystalline silicon 268,
Inversion layer capacitance formed directly under 278 and 299 and transfer electrode 2 formed of polycrystalline silicon
69, 279, 300 and p-type diffusion layers 258, 269, 289 which become data lines.
The CMS transistor forming the peripheral circuit has the structure shown in FIG. 3, so that the channel length can be shortened. In this way, the memory cells are 1MS transistor type and the peripheral circuits are CM.
The purpose of using the S transistor is to reduce the power consumption of the memory without reducing the degree of integration.

第10図、11図に示した各構造の特徴を述べ
る。第10図、11図に示した構造では、周辺回
路のCMSトランジスタはこれまでに示したも
のと同じであるが、Pチヤネルトランジスタより
成るメモリセル部は、低濃度基板260,280
につくられたnウエル263,283内に形成さ
れている。nウエリ内の不純物濃度は基板26
0,280よりも高いため、転送電極279,3
00のチヤネル長を短くできる。転送電極下のし
きい値電圧をエンハンスメント形の約−1Vにす
るため、転送電極279,300を形成している
多結晶シリコンは高濃度p形不純物が添加されて
いる。第10図と第11図の違いは蓄積電極27
8,299を形成している多結晶シリコンは、第
10図ではn形不純物が高濃度添加されており、
第11図ではp形不純物が高濃度添加されている
ことである。
The characteristics of each structure shown in FIGS. 10 and 11 will be described. In the structures shown in FIGS. 10 and 11, the CMS transistors in the peripheral circuits are the same as those shown above, but the memory cell portion consisting of P channel transistors is
They are formed in n-wells 263 and 283 created in the same manner. The impurity concentration in the n-well is the same as that of the substrate 26.
Since it is higher than 0,280, the transfer electrode 279,3
00 channel length can be shortened. In order to set the threshold voltage under the transfer electrode to about -1V of the enhancement type, the polycrystalline silicon forming the transfer electrodes 279 and 300 is doped with a high concentration of p-type impurity. The difference between FIG. 10 and FIG. 11 is the storage electrode 27.
The polycrystalline silicon forming 8,299 is doped with n-type impurities at a high concentration in FIG.
In FIG. 11, p-type impurities are added at a high concentration.

上記のメモリ構造は前記のウエル形成法に従い
第12図のような製造工程で作ることができる。
第12図は第10図、11図に示したメモリ構造
を作るための製造工程図である。基板323中に
pウエル325、nウエル328を形成する(第
12図A,B,C)。次にゲート酸化膜324を
形成し、その後、第1層目の多結晶シリコンを被
着する。ここで、第10図に示したメモリ構造を
形成する場合には、第12図Dに示すようにNチ
ヤネルトランジスタおよびメモリセル上の多結晶
シリコン331,333にのみn形不純物を高濃
度添加する。一方、第11図に示したメモリ構造
を形成する場合には、第12図Jに示すようにP
チヤネルトランジスタとメモリセル上の多結晶シ
リコン346にp形不純物を高濃度添加する。そ
の後、メモリセル部にのみ酸化膜335を形成
し、ホトエツチングによつて多結晶シリコンにパ
ターンを形成して、ゲート電極336,337、
蓄積電極351を形成する(第12図E)。次に
薄い酸化膜349を形成した後、第2層目の多結
晶シリコンを被着して転送電極350を形成する
(第12図F)。次に酸化膜338でPチヤネルト
ランジスタとメモリセル部をおおい、n形不純物
を高濃度添加してNチヤネルトランジスタのソー
ス、ドレイン339を形成する(第12図G)。
次に酸化膜340でNチヤネルトランジスタをお
おい、p形不純物を高濃度添加してpウエル32
5内のp形高濃度層341、Pチヤネルトランジ
スタのソース、ドレイン342およびデータ線3
43を形成する(第12図H)。次に表面保護膜
344を被着し、最後に電極345を形成する
(第12図I)。なお、第12図において第2層目
の多結晶シリコンを用いてNチヤネル、Pチヤネ
ルトランジスタのゲート電極336,337を形
成してもほぼ第12図に示す工程と同じ工程でメ
モリ構造が実現できる。
The above memory structure can be manufactured by the manufacturing process shown in FIG. 12 according to the well formation method described above.
FIG. 12 is a manufacturing process diagram for making the memory structure shown in FIGS. 10 and 11. A p-well 325 and an n-well 328 are formed in the substrate 323 (FIGS. 12A, B, and C). Next, a gate oxide film 324 is formed, and then a first layer of polycrystalline silicon is deposited. Here, when forming the memory structure shown in FIG. 10, n-type impurities are doped at a high concentration only in the polycrystalline silicon 331 and 333 on the N-channel transistor and the memory cell, as shown in FIG. 12D. . On the other hand, when forming the memory structure shown in FIG. 11, the P
A high concentration of p-type impurities is added to the polycrystalline silicon 346 on the channel transistor and memory cell. Thereafter, an oxide film 335 is formed only in the memory cell portion, and a pattern is formed on the polycrystalline silicon by photoetching, and gate electrodes 336, 337,
A storage electrode 351 is formed (FIG. 12E). Next, after forming a thin oxide film 349, a second layer of polycrystalline silicon is deposited to form a transfer electrode 350 (FIG. 12F). Next, the P-channel transistor and the memory cell portion are covered with an oxide film 338, and n-type impurities are added at a high concentration to form the source and drain 339 of the N-channel transistor (FIG. 12G).
Next, the N-channel transistor is covered with an oxide film 340, and p-type impurities are added at a high concentration to form the p-well 32.
5, the p-type high concentration layer 341, the source and drain 342 of the P channel transistor, and the data line 3
43 (FIG. 12H). Next, a surface protective film 344 is deposited, and finally an electrode 345 is formed (FIG. 12I). Note that even if the gate electrodes 336 and 337 of the N-channel and P-channel transistors are formed using the second layer of polycrystalline silicon in FIG. 12, the memory structure can be realized in almost the same process as shown in FIG. .

以上、本発明の内容としてCMSトランジス
タのチヤネル長を5μm以下にすることができる
新しいCMSトランジスタの構造とその製法を
説明したが、本発明によつてCMSトランジス
タを大規模集積化した場合にその集積度と動作速
度は大幅に改善されることになる。
Above, the structure and manufacturing method of a new CMS transistor that can reduce the channel length of the CMS transistor to 5 μm or less as the content of the present invention has been explained. The performance and operating speed will be significantly improved.

さらに、本発明によつて、CMOSトランジスタ
を有する半導体メモリ集積回路を構成した場合、
その集積度、動作速度、消費電力およびメモリ動
作の安定度が改善されることになる。
Furthermore, when a semiconductor memory integrated circuit having a CMOS transistor is configured according to the present invention,
The degree of integration, operating speed, power consumption and stability of memory operation will be improved.

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

第1図は従来のCMSトランジスタの断面図
であり、第2図、第3図、第4図は本発明による
新らしいCMSトランジスタの断面図であり、
第5図、第6図、第7図、第8図、第9図は本発
明によるCMSトランジスタの製造方法とその
内容を示す図であり、第10図、第11図は本発
明によるCMSトランジスタをダイナミツクメ
モリに適用した例を示す図であり、第12図は第
10図、第11図に示したメモリ構造の製造工程
を示す図である。 各記号は各々次のものを示す。 1,22,41,80,119,182,18
8,101,260,280,301,323:
半導体基板、2,24,42,81,82,10
2,108,401,402,403,122,
142,155,193,196,261,28
1,304,325:p形不純物領域、23,4
3,44,83,124,146,165,16
6,205,252,262,263,283,
282,306,328,329:n形不純物領
域、3,4,9,10,25,28,29,4
5,48,49,93,94,86,88,13
4,135,136,148,150,151,
167,169,170,191,207,20
8,256,267,268,284,287,
288,289,318,319,342,34
3:p形高濃度不純物領域、7,8,5,6,2
6,27,46,47,84,85,88,13
1,132,143,144,157,160,
200,201,203,285,286,32
2,339:n形高濃度不純物領域、20,2
1,31,33,51,53,89,92,10
3,126,128,158,161,194,
198,273,276,293,297,31
0,314,334,349:薄い酸化膜、1
1,12,30,32,50,52,90,9
1,125,127,159,162,195,
197,261,265,268,269,27
2,275,278,279,292,296,
299,300,307,308,312,31
3,352,315,360,331,332,
333,336,337,346,347,35
0,351,404,405:多結晶シリコン、
14,13,15,34,35,36,54,5
5,56,95,105,107,120,15
3,192,270,290,302,324:
厚い酸化膜、104,189:窒化シリコン膜、
100,123,130,133,145,14
9,154,163,164,168,190,
199,202,204,206,209,30
3,305,309,326,327,330,
338,340,348:不純物添加時のマスク
絶縁物、311,316,335:酸化膜、13
7,175,214,320,344:表面保護
膜、16,17,18,19,37,38,3
9,40,57,58,59,60,96,9
7,98,99,138,139,140,14
1,171,172,173,174,210,
211,212,213,271,274,27
7,291,294,295,298,321,
345:電極。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional CMS transistor, and FIGS. 2, 3, and 4 are cross-sectional views of a new CMS transistor according to the present invention.
5, 6, 7, 8, and 9 are diagrams showing the manufacturing method and contents of the CMS transistor according to the present invention, and FIGS. 10 and 11 are diagrams showing the CMS transistor according to the present invention. 12 is a diagram showing an example in which the method is applied to a dynamic memory, and FIG. 12 is a diagram showing a manufacturing process of the memory structure shown in FIGS. 10 and 11. Each symbol indicates the following. 1, 22, 41, 80, 119, 182, 18
8,101,260,280,301,323:
Semiconductor substrate, 2, 24, 42, 81, 82, 10
2,108,401,402,403,122,
142, 155, 193, 196, 261, 28
1,304,325: p-type impurity region, 23,4
3, 44, 83, 124, 146, 165, 16
6,205,252,262,263,283,
282, 306, 328, 329: n-type impurity region, 3, 4, 9, 10, 25, 28, 29, 4
5, 48, 49, 93, 94, 86, 88, 13
4,135,136,148,150,151,
167, 169, 170, 191, 207, 20
8,256,267,268,284,287,
288, 289, 318, 319, 342, 34
3: p-type high concentration impurity region, 7, 8, 5, 6, 2
6, 27, 46, 47, 84, 85, 88, 13
1,132,143,144,157,160,
200, 201, 203, 285, 286, 32
2,339: n-type high concentration impurity region, 20,2
1, 31, 33, 51, 53, 89, 92, 10
3,126,128,158,161,194,
198, 273, 276, 293, 297, 31
0,314,334,349: Thin oxide film, 1
1, 12, 30, 32, 50, 52, 90, 9
1,125,127,159,162,195,
197, 261, 265, 268, 269, 27
2,275,278,279,292,296,
299, 300, 307, 308, 312, 31
3,352,315,360,331,332,
333, 336, 337, 346, 347, 35
0,351,404,405: polycrystalline silicon,
14, 13, 15, 34, 35, 36, 54, 5
5, 56, 95, 105, 107, 120, 15
3,192,270,290,302,324:
Thick oxide film, 104,189: silicon nitride film,
100, 123, 130, 133, 145, 14
9,154,163,164,168,190,
199, 202, 204, 206, 209, 30
3,305,309,326,327,330,
338, 340, 348: Mask insulator when adding impurities, 311, 316, 335: Oxide film, 13
7,175,214,320,344: Surface protective film, 16,17,18,19,37,38,3
9, 40, 57, 58, 59, 60, 96, 9
7,98,99,138,139,140,14
1,171,172,173,174,210,
211, 212, 213, 271, 274, 27
7,291,294,295,298,321,
345: Electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 Nチヤネル絶縁ゲート電界効果トランジスタ
とPチヤネル絶縁ゲート電界効果トランジスタを
そなえ、両者の絶縁ゲート電界効果トランジスタ
のうちの一方の少なくともソース、ドレイン領域
は、半導体基板とは逆の導電形を有する領域内に
形成され、他方の少なくともソース、ドレイン領
域は、上記半導体基板と同一の導電形を有し、か
つ、不純物濃度が上記基板より高い領域内に形成
されてある相補形絶縁ゲート電界効果トランジス
タを周辺回路に用い、メモリセルを構成する半導
体素子が、上記基板より高い不純物濃度を有する
領域内に形成されてなることを特徴とする相補形
絶縁ゲート電界効果トランジスタを有する半導体
集積回路。 2 上記メモリセルを構成する半導体素子が設け
られた基板より高い不純物濃度を有する領域は、
上記相補形絶縁ゲート電界効果トランジスタが設
けられた領域より分離されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の相補形絶縁ゲート
電界効果トランジスタを有する半導体集積回路。
[Claims] 1. An N-channel insulated gate field effect transistor and a P-channel insulated gate field effect transistor, wherein at least the source and drain regions of one of the two insulated gate field effect transistors are located on the opposite side of the semiconductor substrate. a complementary insulator formed in a region having a conductivity type, and at least the other source and drain regions have the same conductivity type as the semiconductor substrate and are formed in a region having a higher impurity concentration than the substrate; A semiconductor integrated circuit having a complementary insulated gate field effect transistor, characterized in that a gate field effect transistor is used in a peripheral circuit, and a semiconductor element constituting a memory cell is formed in a region having a higher impurity concentration than the substrate. circuit. 2. A region having a higher impurity concentration than the substrate on which the semiconductor element constituting the memory cell is provided is
2. A semiconductor integrated circuit having a complementary insulated gate field effect transistor according to claim 1, wherein said complementary insulated gate field effect transistor is separated from a region in which said complementary insulated gate field effect transistor is provided.
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