JPS63219170A - Manufacture of mos semiconductor device - Google Patents

Manufacture of mos semiconductor device

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Publication number
JPS63219170A
JPS63219170A JP24792186A JP24792186A JPS63219170A JP S63219170 A JPS63219170 A JP S63219170A JP 24792186 A JP24792186 A JP 24792186A JP 24792186 A JP24792186 A JP 24792186A JP S63219170 A JPS63219170 A JP S63219170A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
oxidation
layer
oxide film
source
Prior art date
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Pending
Application number
JP24792186A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsuneo Tanaka
田中 庸夫
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP24792186A priority Critical patent/JPS63219170A/en
Publication of JPS63219170A publication Critical patent/JPS63219170A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To simplify a semiconductor device manufacturing process by a method wherein a gate electrode is subjected to pyrogenic oxidation (oxidation by burning hydrogen) for the formation of a side wall layer on the sides of the gate electrode through an oxidation process wherein oxidation is accelerated when impurity concentration is properly selected. CONSTITUTION:A gate insulating film and a polycrystalline silicon layer are formed on the surface of a substrate 1 and ion implantation is so accomplished that the peak may be located at the middle of the polycrystalline silicon layer. The polycrystalline silicon layer is subjected to etching for the construction of a gate electrode 6, after which source.drain regions 8 and 9 low in impurity concentration are formed. A process follows wherein pyrogenic oxidation is accomplished, with the property being taken into account that the rate of oxidation is high at a portion where implanted ion concentration is at its peak, whereby a side wall layer 10 is formed of silicon oxide on the sides of the gate electrode 6. After this, high-concentration source.drain regions 11 and 12 are formed. In this way, an anisotropic etching process may be dispensed with and the side wall width may be controlled with more ease.

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明はL D D (Lightly Doped 
Drain )構造のMOS半導体装置の製造方法に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Industrial application field The present invention is applied to LDD (Lightly Doped)
The present invention relates to a method of manufacturing a MOS semiconductor device having a drain) structure.

(ロ)従来の技術 近年、MOS半導体装置が微細化されるに伴い、ドレイ
ン領域近傍でのチャンネル領域における強電界によって
生じるホットキャリアの発生に伴うしきい値電圧の変動
等の緒特性の劣化が問題となっている。斯る問題を解決
するためにLDD構造のMOS半導体装置が提案された
。このLDD構造はMOS半導体装置のドレイン領域(
およびソース領域)をチャンネル領域近傍の低濃度不純
物領域とこの低濃度不純物領域に隣接する高濃度不純物
領域とから構成したものである。このLDD構造のMO
S半導体装置はチャンネル領域における強電界を緩和す
ることができるので、ショートチャンネルにおける種々
の問題を解消できる。
(b) Conventional technology In recent years, as MOS semiconductor devices have been miniaturized, their characteristics have deteriorated, such as fluctuations in threshold voltage due to the generation of hot carriers caused by strong electric fields in the channel region near the drain region. This has become a problem. In order to solve this problem, a MOS semiconductor device with an LDD structure has been proposed. This LDD structure is the drain region (
(and source region) is composed of a low concentration impurity region near the channel region and a high concentration impurity region adjacent to this low concentration impurity region. MO of this LDD structure
Since the S semiconductor device can alleviate the strong electric field in the channel region, various problems in short channels can be solved.

斯るLDD構造のMOS半導体装置は第2図A乃至第2
図りに示す製造方法で形成きれていた。
MOS semiconductor devices with such an LDD structure are shown in FIGS.
It was completed using the manufacturing method shown in the figure.

まず第2図Aに示す如く、P型シリコン基板(21)表
面に選択酸化法に従いフィールド酸化膜(22〉を形成
し、素子領域(23)にゲート酸化膜(24)を介して
ポリシリコンより成るゲート電極(25〉を形成した後
、このゲート電極(25)をマスクとしてN型不純物を
低ドーズ量でイオン注入する。
First, as shown in FIG. 2A, a field oxide film (22) is formed on the surface of a P-type silicon substrate (21) according to a selective oxidation method, and a polysilicon film is formed on the element region (23) via a gate oxide film (24). After forming the gate electrode (25), N-type impurities are ion-implanted at a low dose using the gate electrode (25) as a mask.

次に第2図Bに示す如く、全面にCVD酸化膜(26)
を堆積する。
Next, as shown in Figure 2B, a CVD oxide film (26) is formed on the entire surface.
Deposit.

続いて第2図Cに示す如く、このCVD酸化膜(26)
を異方性エツチングによりエツチングし、ゲート電極(
25〉の側面に残存するCVD酸化膜(26)より成る
サイドウオール膜(27)を形成する。このサイドウオ
ール膜(27)の幅は形成すべきN−型不純物領域の幅
と等しくなるように異方性エツチングの条件を規定する
。そしてゲート電極(25〉とサイドウオール膜(27
)をマスクとしてN型不純物を高ドーズ量でイオン注入
する。
Next, as shown in FIG. 2C, this CVD oxide film (26) is
is etched by anisotropic etching, and the gate electrode (
A sidewall film (27) made of a CVD oxide film (26) remaining on the side surface of the film 25> is formed. The conditions for anisotropic etching are determined so that the width of this sidewall film (27) is equal to the width of the N-type impurity region to be formed. Then, the gate electrode (25) and the sidewall film (27)
) is used as a mask to implant N-type impurity ions at a high dose.

更に第2図りに示す如く、熱処理を行ない前記2回の不
純物イオン注入層を活性化してチャンネル領域近傍のN
−型不純物領域(28a)(29a)とこれらの領域に
隣接するN+型不純物領域(28b)(29b)とから
なるソース、ドレイン領域(28)(29)を形成する
Furthermore, as shown in the second diagram, heat treatment is performed to activate the impurity ion implantation layer described above and to remove N near the channel region.
Source and drain regions (28) and (29) are formed of - type impurity regions (28a) and (29a) and N+ type impurity regions (28b and 29b) adjacent to these regions.

斯上した従来の製造方法は例えば特開昭59−1971
61号公報等に記載されている。
The above-mentioned conventional manufacturing method is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1983-1971.
It is described in Publication No. 61, etc.

(ハ)発明が解決しようとする問題点 しかし斯上した製造方法ではLDD構造を形成するため
に、CVD酸化膜(26)を堆積し、異方性エツチング
によりサイドウオール膜(27)を形成しているので、
サイドウオール膜(27〉の形成に2工程を要し工程が
複雑となる問題点があり、またサイドウオール膜(27
)の幅のコントロールもCVD酸化膜(26)の厚みと
異方性エツチングで決められるので、サイドウオール膜
(27)の幅のコントロールが難しい問題点があった。
(c) Problems to be solved by the invention However, in the above manufacturing method, in order to form the LDD structure, a CVD oxide film (26) is deposited, and a sidewall film (27) is formed by anisotropic etching. Because
There is a problem that two steps are required to form the sidewall film (27), which complicates the process.
) is also determined by the thickness of the CVD oxide film (26) and anisotropic etching, so there is a problem in that it is difficult to control the width of the sidewall film (27).

(ニ)問題点を解決するための手段 本発明は斯」ニした問題点に鑑みてなされ、ゲート電極
を形成するポリシリコン層の中間位置にイオン注入のピ
ーク位置を来るようにし、ゲート電極をパイロ酸化して
ゲート電極の側面にサイドウオール層を形成することに
より、従来の問題点を大幅に改善したMOS半導体装置
の製造方法を実現するものである。
(d) Means for Solving the Problems The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the peak position of ion implantation is set at an intermediate position of the polysilicon layer forming the gate electrode. By forming a sidewall layer on the side surface of the gate electrode by pyrooxidation, a method of manufacturing a MOS semiconductor device is realized which greatly improves the conventional problems.

(ホ)作用 本発明に依れば、ゲート電極の側面のみに選択酸化によ
りサイドウオール層を形成しているので、サイドウオー
ル層の幅を熱酸化の酸化時間のみでコントロールでき、
サイドウオール層の幅のコントロールを容易にできる。
(E) Function According to the present invention, since the sidewall layer is formed only on the side surface of the gate electrode by selective oxidation, the width of the sidewall layer can be controlled only by the oxidation time of thermal oxidation.
The width of the sidewall layer can be easily controlled.

くべ)実施例 本発明の一実施例を第1図A乃至第1図Eを参照して詳
述する。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1A to 1E.

本発明の第1の工程は第1図Aに示すように、一導電型
の半導体基板(1)表面にゲート絶縁膜(2)を介して
ポリシリコン層(3)を付着し、ポリシリコン層(3)
の中間位置にピークが来るように不純物のイオン注入を
行うことにある。
As shown in FIG. 1A, the first step of the present invention is to deposit a polysilicon layer (3) on the surface of a semiconductor substrate (1) of one conductivity type via a gate insulating film (2). (3)
The purpose is to implant impurity ions so that the peak is at an intermediate position.

本工程ではP型のシリコン基板(1)表面に選択酸化法
によりフィールド酸化膜(4)を形成し、素子領域(5
)表面には薄いゲート酸化膜<2)を形成する。続いて
ゲート酸化膜(2)」−にはポリシリコン層(3)を約
5000人の厚みに全面にLPCVD法で付着している
。ポリシリコン層(3)にはリンをドーズ量5 X 1
0 ”cm−”、加速電圧130KeVでイオン注入さ
れ、イオン注入による不純物濃度のピークは表面より1
500人に設定されている。イオン注入の不純物濃度の
ピークをポリシリコン層(3)の中間位置に設定する理
由は、後工程で行う増速酸化の酸化速度がポリシリコン
層(3)の側面でピークとなる様に配慮するためである
In this step, a field oxide film (4) is formed on the surface of a P-type silicon substrate (1) by selective oxidation, and a field oxide film (4) is formed on the surface of a P-type silicon substrate (1).
) A thin gate oxide film <2) is formed on the surface. Subsequently, a polysilicon layer (3) is deposited on the entire surface of the gate oxide film (2) to a thickness of about 5,000 mm using the LPCVD method. The polysilicon layer (3) has a phosphorus dose of 5 x 1
0 "cm-" and an acceleration voltage of 130 KeV, the impurity concentration peak due to ion implantation is 1 cm from the surface.
The number is set at 500 people. The reason for setting the peak of the impurity concentration of ion implantation at the middle position of the polysilicon layer (3) is to ensure that the oxidation rate of the accelerated oxidation performed in the subsequent process peaks at the side of the polysilicon layer (3). It's for a reason.

本発明の第2の工程は第1図Bに示すように、ポリシリ
コン層(3)をエツチングして所望のゲート電極(6)
を形成することにある。
In the second step of the present invention, as shown in FIG. 1B, the polysilicon layer (3) is etched to form a desired gate electrode (6).
The goal is to form a

本工程ではポリシリコン層(3)上に所望のゲート電極
(6)のパターンをしたホトレジスト層(7)を付着し
、このホトレジスト層(7)をマスクとしてポリシリコ
ン層(3)を反応性イオンエツチングによりエツチング
してゲート電極(6)を形成する。
In this step, a photoresist layer (7) with a desired gate electrode (6) pattern is deposited on the polysilicon layer (3), and using this photoresist layer (7) as a mask, the polysilicon layer (3) is exposed to reactive ions. A gate electrode (6) is formed by etching.

本発明の第3の工程は第1図Cに示すように、ゲート電
極(6)をマスクとして半導体基板(1)表面に低不純
物濃度のソースドレイン領域(8)(9)を形成するこ
とにある。
As shown in FIG. 1C, the third step of the present invention is to form source and drain regions (8) and (9) with low impurity concentration on the surface of the semiconductor substrate (1) using the gate electrode (6) as a mask. be.

本工程ではゲート酸化膜(2)を介してリンをドーズ量
3 X I Q ”c1′rl−”、加速電圧50Ke
Vでイオン注入し、基板(1)表面に約600人の深さ
にN−型のソースドレイン領域(8>(9)を形成して
いる。
In this process, phosphorus is dosed through the gate oxide film (2) at a dose of 3XIQ "c1'rl-" and an acceleration voltage of 50Ke.
Ions are implanted at V to form an N-type source/drain region (8>(9)) at a depth of approximately 600 nm on the surface of the substrate (1).

本発明の第4の工程は第1図りに示すように、ゲート電
極(6)を低温で熱酸化してゲート電極(6)の側面に
酸化膜より成るサイドウオール層(10)を形成するこ
とにある。
As shown in the first diagram, the fourth step of the present invention is to thermally oxidize the gate electrode (6) at a low temperature to form a sidewall layer (10) made of an oxide film on the side surface of the gate electrode (6). It is in.

本工程は本発明の特徴とする工程であり、基板(1)全
体を低温で熱酸化を行い、ゲート電極(6)の増速酸化
を利用してゲート電極(6)の側面にシリコン酸化膜よ
り成るサイドウオール層(10)を形成している。この
熱酸化処理は、具体的には875°Cで20分間のパイ
ロ酸化(水素燃焼酸化)を行い、イオン注入の不純物濃
度のピーク位置が酸化速度が速い性質を利用している。
This step is a characteristic step of the present invention, in which the entire substrate (1) is thermally oxidized at a low temperature, and a silicon oxide film is formed on the side surface of the gate electrode (6) using accelerated oxidation of the gate electrode (6). A sidewall layer (10) is formed. This thermal oxidation treatment specifically performs pyrooxidation (hydrogen combustion oxidation) at 875° C. for 20 minutes, and utilizes the property that the peak position of impurity concentration in ion implantation has a high oxidation rate.

従って本工程では第3図に示す如く、ゲート電極(6)
をパイロ酸化すると表面では900人の酸化膜が形成さ
れるのに対して1500人のイオン注入の不純物濃度の
ピーク位置では2000人の酸化膜を同時に形成できる
。この結果、ゲート電極(6)の表面に比べて側面によ
り厚い酸化膜が得られるので、サイドウオール層(10
)をマスクを用いないで効果的に付着できる。なお増速
酸化が発生ずる理由はイオン注入の不純物濃度のピーク
位置には欠陥が多く存在し、これが酸化を促進するため
であると考えられる。
Therefore, in this process, as shown in Figure 3, the gate electrode (6)
When pyro-oxidized, a 900-layer oxide film is formed on the surface, whereas a 2,000-layer oxide film can be formed at the same time at the peak impurity concentration position of 1,500-layer ion implantation. As a result, a thicker oxide film is obtained on the sides of the gate electrode (6) than on the surface of the gate electrode (6), so the sidewall layer (10
) can be applied effectively without using a mask. The reason why accelerated oxidation occurs is thought to be that there are many defects at the peak position of the impurity concentration during ion implantation, which promotes oxidation.

本発明の第5の工程は第1図Eに示すように、ゲート電
極(6)およびサイドウオール層(10>;マスクとし
て高不純物濃度のソースドレイン領域け1)(12)を
形成することにある。
The fifth step of the present invention, as shown in FIG. be.

本工程ではヒ素をドーズ量5 X 10 ”cm−”、
加速電圧80KeVでイオン注入し、約3000人の深
さのN+型のソースドレイン領域(11)(12)を形
成する。従ってN−型のソースドレイン領域(8)(9
)はサイドウオール層(10)の幅だけN+型のソー−
7= ストレイン領域(11)(12)よりチャンネル側に突
出したLDD構造を実現できる。
In this process, the dose of arsenic is 5 x 10 "cm-",
Ion implantation is performed at an accelerating voltage of 80 KeV to form N+ type source/drain regions (11) and (12) with a depth of about 3000. Therefore, N-type source/drain regions (8) (9
) is an N+ type saw for the width of the sidewall layer (10).
7= It is possible to realize an LDD structure that protrudes toward the channel side from the strain regions (11) and (12).

斯上した工程の後、N“型のソースドレイン領域(11
)(12)にオーミックコンタクトするソースドレイン
電極を形成する。
After the above steps, an N" type source/drain region (11
) A source/drain electrode is formed in ohmic contact with (12).

(ト)発明の効果 本発明に依れば、サイドウオール層(10)をゲート電
極(6〉側面の増速酸化で形成するので、単に低温酸化
工程のみで良く、従来のCVD酸化膜の付着および異方
性エツチングの工程を省略でき、工程の簡略化を図れる
利点を有する。
(G) Effects of the Invention According to the present invention, since the sidewall layer (10) is formed by accelerated oxidation of the side surface of the gate electrode (6>), only a low-temperature oxidation step is required, and the deposition of a conventional CVD oxide film is not required. Also, the process of anisotropic etching can be omitted, which has the advantage of simplifying the process.

また本発明に依れば、サイドウオール層(1o)をパイ
ロ酸化による熱酸化で形成するので、サイドウオール層
(10)の幅のコントロールが容易となり、良好なLD
D構造のMOS半導体装置を量産できる利点を有する。
Further, according to the present invention, since the sidewall layer (1o) is formed by thermal oxidation using pyrooxidation, the width of the sidewall layer (10) can be easily controlled, resulting in a good LD.
It has the advantage that D-structure MOS semiconductor devices can be mass-produced.

更にゲート電極<6)の上面は増速酸化を利用するので
あまり酸化されず、ゲート電極(6)が酸化により薄く
なることがなく、ゲート電極(6)の高抵抗化を防止で
きる利点を有する。
Furthermore, since the upper surface of the gate electrode <6) uses accelerated oxidation, it is not oxidized much, and the gate electrode (6) does not become thin due to oxidation, which has the advantage of preventing the gate electrode (6) from becoming high in resistance. .

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

第1図A乃至第1図Eは本発明によるMO3半導体装置
の製造方法を説明する断面図、第2図A乃至第2図りは
従来のMOS半導体装置の製造方法を説明する断面図、
第3図は本発明に用いた増速酸化を説明する特性図であ
る。 (1)は半導体基板、 (2)はゲート酸化膜、り6)
はゲート電極、  (8)(9)はN−型ソースドレイ
ン領域、 (10)はサイドウオール膜、 (11)(
12)はN+型ソースドレイン領域である。 出願人 三洋電機株式会社外1名 代理人 弁理士 西野卓嗣 外1名 第1図A 第1図D 第2図△ 第2図り 第3図 Vノ Wウ カ?り甥コ/4 /’ ;にざ
1A to 1E are cross-sectional views explaining a method for manufacturing an MO3 semiconductor device according to the present invention, and FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views explaining a conventional method for manufacturing a MOS semiconductor device.
FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating the accelerated oxidation used in the present invention. (1) is a semiconductor substrate, (2) is a gate oxide film, and 6)
is the gate electrode, (8) (9) is the N-type source/drain region, (10) is the sidewall film, (11) (
12) is an N+ type source/drain region. Applicant Sanyo Electric Co., Ltd. and one other agent Patent attorney Takuji Nishino and one other person Fig. 1 A Fig. 1 D Fig. 2 △ Fig. 2 Fig. 3 V Now Uka? Nephew/4/'; Niza

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)一導電型の半導体基板表面にゲート絶縁膜を介し
てポリシリコン層を付着し、前記ポリシリコン層の中間
位置にピークが来るように不純物のイオン注入を行う工
程と、 前記ポリシリコン層をエッチングして所望のゲート電極
を形成する工程と、 前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板表面に逆
導電型で低不純物濃度のソースドレイン領域を形成する
工程と、 前記ゲート電極を低温で熱酸化して前記ゲート電極の側
面に酸化膜より成るサイドウォール層を形成する工程と
、 前記ゲート電極および前記サイドウォール層をマスクと
して逆導電型で高不純物濃度のソースドレイン領域を形
成する工程とを具備することを特徴とするMOS半導体
装置の製造方法。
(1) A step of attaching a polysilicon layer to the surface of a semiconductor substrate of one conductivity type via a gate insulating film, and implanting impurity ions so that a peak occurs at an intermediate position of the polysilicon layer, and the polysilicon layer. forming a source/drain region of opposite conductivity type and having a low impurity concentration on the surface of the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask; and thermally oxidizing the gate electrode at a low temperature. forming a sidewall layer made of an oxide film on a side surface of the gate electrode; and forming a source/drain region of opposite conductivity type and having a high impurity concentration using the gate electrode and the sidewall layer as a mask. A method for manufacturing a MOS semiconductor device, characterized in that:
JP24792186A 1986-10-17 1986-10-17 Manufacture of mos semiconductor device Pending JPS63219170A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6653699B1 (en) * 1999-02-05 2003-11-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Polysilicon/Amorphous silicon gate structures for integrated circuit field effect transistors

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