JPS63228662A - Manufacture of complementary type mos semiconductor device - Google Patents

Manufacture of complementary type mos semiconductor device

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JPS63228662A
JPS63228662A JP62061250A JP6125087A JPS63228662A JP S63228662 A JPS63228662 A JP S63228662A JP 62061250 A JP62061250 A JP 62061250A JP 6125087 A JP6125087 A JP 6125087A JP S63228662 A JPS63228662 A JP S63228662A
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野路 宏行
Satoru Maeda
哲 前田
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Abstract

PURPOSE:To implement a high speed, by forming an N-type MOS transistor on a P-type single crystal silicon layer, and forming a P-type MOS transistor on a (110) face. CONSTITUTION:Patterns 18a and 18b are formed on the (100) face of an N-type silicon substrate. Silicon is implanted, and inversion preventing layers 19a, 19b and 19c are formed. Then the patterns 18a and 18b are removed. Patterns 21a, 21b and 21c are formed on an oxide film 20, which is formed on the substrate 17. Then with the patterns as masks, element isolating regions 20a, 20b and 20c are formed. Thereafter the patterns 21a, 21b and 21c are removed. Then, an N-type single crystal silicon layer is grown, and regions 22a and 22b are formed. Then, the region 22a is covered with a pattern 23. A P-type single crystal silicon layer 24 is formed on the region 22b. After the pattern 23 is removed, the side wall of the region 22a is exposed with a pattern 25 as a mask. After the pattern 25 is removed, an oxide film 26 is formed. After a phosphorus doped polycrystalline silicon layer 27 is deposited, a pattern 28 is formed, and gate electrodes 29a, 29b and 30 are formed. Then, P-type and N-type source and drain regions 311 and 321 and 312 and 322 are formed. Thus the operation can be made high and the integration density can be made high.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、nチャネル型MOSトランジスタの高速化
と、ラッチアップの防止、および素子の微細化を図った
相補型MOS半導体装置の製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) This invention provides a complementary MOS semiconductor that increases the speed of n-channel MOS transistors, prevents latch-up, and miniaturizes elements. The present invention relates to a method for manufacturing a device.

(従来の技術) 周知の如く、相補型MOS(以下CMOSと略称する)
半導体装置は、同一の半導体基板上にnチャネル型MO
Sトランジスタとnチャネル型MOSトランジスタとを
相補型に形成したものである。特に最近のCMOS半導
体装置は、高密度。
(Prior art) As is well known, complementary MOS (hereinafter abbreviated as CMOS)
The semiconductor device has an n-channel MO on the same semiconductor substrate.
An S transistor and an n-channel MOS transistor are formed complementary to each other. In particular, recent CMOS semiconductor devices have high density.

高集積化に伴って微細化技術の確立が要望されている。With the increase in integration, there is a demand for the establishment of miniaturization technology.

ところで、従来この種のCMOS半導体装置は、例えば
第3図(a)〜(Q)に示すような工程で形成される。
Incidentally, conventionally, this type of CMOS semiconductor device is formed by the steps shown in FIGS. 3(a) to 3(Q), for example.

まず、例えば面方位指数が(100)のn型シリコン基
板1上に熱酸化膜2を成長させ、この熱酸化gI2上に
写真蝕刻法によってウェル形成予定領域を除去したレジ
ストパターン3を形成する。
First, a thermal oxide film 2 is grown on an n-type silicon substrate 1 having a plane orientation index of (100), for example, and a resist pattern 3 is formed on the thermal oxide gI2 by photolithography, with a region where a well is to be formed removed.

上記レジストパターン3をマスクとしてボロンを例えば
加速電圧100に、eV、ドーズ18.5X1012c
m4の条件でイオン注入して基板1にボロンイオン注入
層4を形成する(第3図(a)図示)。続いて、上記レ
ジストパターン3を除去し、イオン注入層4を例えば1
200℃の温度で3011i[程度熱処理して拡散させ
、p型のウール領域5を形成する。次に、上記熱酸化I
I!2をエツチングして除去した後、再度熱酸化を行な
って熱酸化196を形成し、この熱酸化膜6上にシリコ
ン窒化l17を形成する(第y図(b)図示)。次に、
上記シリコン窒化[17のフィールド酸化膜形成予定領
域をフォトエツチングによって選択的に除去し、シリコ
ン窒化膜パターン7a〜7cを形成する(第1図(C)
図示)。
Using the resist pattern 3 as a mask, apply boron to, for example, an acceleration voltage of 100 eV and a dose of 18.5×1012c.
A boron ion implantation layer 4 is formed on the substrate 1 by ion implantation under the conditions of m4 (as shown in FIG. 3(a)). Subsequently, the resist pattern 3 is removed and the ion implantation layer 4 is
A p-type wool region 5 is formed by heat treatment and diffusion at a temperature of 200° C. to an extent of 3011i. Next, the above thermal oxidation I
I! After etching and removing 2, thermal oxidation is performed again to form a thermal oxide film 196, and silicon nitride 17 is formed on this thermal oxide film 6 (as shown in FIG. y(b)). next,
The silicon nitride layer [17] where the field oxide film is to be formed is selectively removed by photoetching to form silicon nitride film patterns 7a to 7c (FIG. 1(C)).
(Illustrated).

続いて、写真蝕刻法により上記pウェル領域5以外を覆
うレジストパターン8を形成し、このレジストパターン
8および上記シリコン窒化膜パターン7bをマスクとし
て、例えばボロンを加速電圧40KeV、ドーズ量8X
10’ 3cm(の条件でイオン注入した後、熱拡散を
行なってフィールド反転防止用のp+型不純物層9,9
を形成する(第4図(d)図示)。続いて、上記レジス
トパターン8を除去し、再度写真蝕刻法により上記p型
ウェル領域5を覆うレジストパターン10を形成する。
Subsequently, a resist pattern 8 covering areas other than the p-well region 5 is formed by photolithography, and using this resist pattern 8 and the silicon nitride film pattern 7b as masks, for example, boron is heated at an acceleration voltage of 40 KeV and a dose of 8X.
After ion implantation under the conditions of 10' 3 cm, thermal diffusion is performed to form p+ type impurity layers 9, 9 for preventing field reversal.
(as shown in FIG. 4(d)). Subsequently, the resist pattern 8 is removed, and a resist pattern 10 covering the p-type well region 5 is formed again by photolithography.

そして、このレジストパターン10および上記シリコン
窒化膜パターン7a、 7cをマスクとして、例えばリ
ンを加速電圧100KeV、ドーズ量5XIO12cm
2の条件でイオン注入した後、熱拡散を行なってフィー
ルド反転防止用のn+型不純物層11.11を形成する
(第3図(e)図示)。
Using this resist pattern 10 and the silicon nitride film patterns 7a and 7c as masks, for example, phosphorus is applied at an acceleration voltage of 100 KeV and a dose of 5XIO12 cm.
After ion implantation under the conditions of 2, thermal diffusion is performed to form an n+ type impurity layer 11.11 for preventing field inversion (as shown in FIG. 3(e)).

次に、上記レジストパターン10を除去し、シリコン窒
化膜パターン7a〜7Cを耐酸化性のマスクとして高温
のウェット雰囲気中で選択酸化を行ない、フィールド酸
化g112.12.12を形成する(第3図<r>図示
)。
Next, the resist pattern 10 is removed, and selective oxidation is performed in a high temperature wet atmosphere using the silicon nitride film patterns 7a to 7C as oxidation-resistant masks to form field oxidation g112.12.12 (Fig. 3). <r> As shown).

次に、上記フィールド酸化[912,12,12で分離
された素子領域上にゲート酸化膜となる熱酸化膜を成長
させ、この熱酸化膜上に多結晶シリコン膜を堆積形成し
た後、多結晶シリコン膜中にリンを拡散する。続いて上
記多結晶シリコン膜をバターニングしてゲート電極13
1 、132を形成し、これらのゲート電極13. 、
132をマスクとして上記熱酸化膜のエツチングを行な
い、ゲート酸化j1141゜142を形成する。次に、
上記ゲート電tf1131をマスクとしてシリコン基板
1の表面領域にボロンを、上記ゲート電極132をマス
クとしてp型つェル領wt5の表面領域にヒ素をそれぞ
れイオン注入して。
Next, a thermal oxide film that will become a gate oxide film is grown on the device region separated by the field oxidation [912, 12, 12], a polycrystalline silicon film is deposited on this thermal oxide film, and then a polycrystalline silicon film is deposited on the thermal oxide film. Diffuse phosphorus into the silicon film. Subsequently, the polycrystalline silicon film is patterned to form a gate electrode 13.
1, 132, and these gate electrodes 13. ,
Using 132 as a mask, the thermal oxide film is etched to form gate oxides 1141 and 142. next,
Boron ions are implanted into the surface region of the silicon substrate 1 using the gate electrode tf1131 as a mask, and arsenic ions are implanted into the surface region of the p-type well region wt5 using the gate electrode 132 as a mask.

p+型のソース、ドレイン領域151°、161および
n+型のソース、ドレイン領域152 、162を形成
する(第3図(g)図示)。その後、図示しないが公知
の技術で全面にCVD−8i02膜を形成し、コンタク
トホールを開孔した後、アルミニウムの蒸着およびバタ
ーニングを行なって配線を形成し、pチャネル型MOS
トランジスタQlとnチャネル型MOSトランジスタQ
2とから成るCMOS半導体装置を形成する。
P+ type source and drain regions 151° and 161 and n+ type source and drain regions 152 and 162 are formed (as shown in FIG. 3(g)). Thereafter, a CVD-8i02 film is formed on the entire surface using a known technique (not shown), a contact hole is opened, and then aluminum is vapor deposited and patterned to form wiring, and a p-channel MOS is formed.
Transistor Ql and n-channel MOS transistor Q
A CMOS semiconductor device consisting of 2 is formed.

しかしながら、上述した従来の製造方法では次のような
欠点がある。まず各チャネル型のMOSトランジスタは
面方位指数が(100)面に形成されているが、これは
nチャネル型MOSトランジスタQ2の信頼性および電
流駆動能力を考慮しているためである。しかし、pチャ
ネル型MOSトランジスタQ1を(100)面に形成す
ると電流駆動能力が著しく低下し、動作速度の低下を沼
く。これに対しては、pチャネル型MoSトランジスタ
Q1のサイズを大きく設定して対処している。しかし、
MOSトランジスタQ1のサイズを大きく設定すること
は寄生容量の増加という新たな問題を生ずる。そこで、
この問題を解決するためにpチャネル型MOSトランジ
スタQ1を最も電流駆動能力を高くできる(110)面
に形成することが考えられる。これを実現するために、
(1,OO)面のシリコン基板に垂直に溝を掘り、この
溝の側壁に(110)面を形成し、この(110)面に
nチャネル型MOSトランジスタを配置した3次元構造
のCMOS半導体装置が1986年のVLSIシンポジ
ウム (SUBMICRON  3D  5URFACE−O
RI ENTAT l0N−OPT IM I ZED
CMOSTECHNOLOGY)T−発表さレテいる。
However, the conventional manufacturing method described above has the following drawbacks. First, each channel type MOS transistor is formed with a plane orientation index of (100), and this is because the reliability and current drive ability of the n channel type MOS transistor Q2 are taken into consideration. However, if the p-channel MOS transistor Q1 is formed on the (100) plane, the current driving ability will be significantly reduced, resulting in a reduction in operating speed. This is dealt with by increasing the size of the p-channel MoS transistor Q1. but,
Setting the size of MOS transistor Q1 large causes a new problem of increased parasitic capacitance. Therefore,
In order to solve this problem, it is conceivable to form the p-channel type MOS transistor Q1 on the (110) plane where the current driving ability can be maximized. To achieve this,
A CMOS semiconductor device with a three-dimensional structure in which a trench is dug perpendicularly into a silicon substrate with a (1,OO) plane, a (110) plane is formed on the sidewall of this groove, and an n-channel MOS transistor is arranged on this (110) plane. was held at the 1986 VLSI Symposium (SUBMICRON 3D 5URFACE-O
RI ENTAT 10N-OPT IM I ZED
CMOSTECHNOLOGY) T-Rete has been announced.

しかし、このシンポジウムで発表された製造方法では、
(110)面を形成するために面方位指数が(100)
のシリコン基板をRIE法でエツチングして溝を形成す
る必要があり、基板表面にダメージ層が生じて素子特性
が劣化する欠点がある。
However, with the manufacturing method presented at this symposium,
To form a (110) plane, the plane orientation index is (100)
It is necessary to form grooves by etching the silicon substrate by RIE, which has the disadvantage that a damaged layer is formed on the substrate surface and the device characteristics are deteriorated.

また、従来構造のCMOS半導体装置では、第3図(Q
)に示した如くp+型のソース領域151(またはドレ
イン領域161)とn型シリコン基板1、およびp型ウ
ェル領域5とによって構成される寄生PNPトランジス
タや、n+型のソース領域152りまたはドレイン領域
162)とp型ウェル領域5、およびn型シリコン基板
1とによって構成される奇生NPNトランジスタが形成
され、ラッチアップ現象が発生する。このラッチアップ
現象は、シリコン基板1およびp型ウェル領域5の抵抗
と少数キャリアの到達確率とによって決まる。
In addition, in a CMOS semiconductor device with a conventional structure, as shown in Fig. 3 (Q
) As shown in FIG. 162), p-type well region 5, and n-type silicon substrate 1, an anomalous NPN transistor is formed, and a latch-up phenomenon occurs. This latch-up phenomenon is determined by the resistance of the silicon substrate 1 and the p-type well region 5 and the probability of arrival of minority carriers.

上記少数キャリアの到達確率はnチャネル型の素子領域
とnチャネル型の素子領域との距離で決まるので、微細
化するとラッチアップ現象が起り易くなり、素子特性の
低下を招く。このため高集積化が困難である。
Since the arrival probability of the minority carriers is determined by the distance between the n-channel type device regions, the latch-up phenomenon becomes more likely to occur when the device is miniaturized, leading to deterioration of device characteristics. This makes it difficult to achieve high integration.

更に、前記第3図(b)に示した如く、p型ウェル領域
5の形成時、拡散層は深さ方向(基板1の表面と垂直な
方向)に伸びるとともに、横方向(基板1の表面と平行
な方向)にも伸びる(例えば深さ方向が10μm伸びる
とすると横方向にも7〜8μm伸びる)ため、微細化の
障害となり集積度の低下を招く。
Furthermore, as shown in FIG. 3(b), when forming the p-type well region 5, the diffusion layer extends in the depth direction (direction perpendicular to the surface of the substrate 1) and in the lateral direction (direction perpendicular to the surface of the substrate 1). (for example, if it extends by 10 μm in the depth direction, it also extends by 7 to 8 μm in the lateral direction), which becomes an obstacle to miniaturization and causes a decrease in the degree of integration.

また、第3図(d)、(e)に示すように、n型とp型
のフィールド反転防止用のイオン注入を行なうため、写
真蝕刻工程の数が多く生産性も悪い欠点がある。
Further, as shown in FIGS. 3(d) and 3(e), since ions are implanted to prevent field reversal between n-type and p-type, there is a drawback that the number of photolithography steps is large and productivity is poor.

(発明が解決しようとする問題点) 上述したように、従来のCMOS半導体装置の製造方法
では、nチャネル型MOSトランジスタの動作速度が低
下し、ラッチアップが発生しやすいとともにウェル領域
の形成時に不純物が横方向にも拡散されるため高集積化
が困難な欠点がある。また、写真蝕刻工程が多く生産性
も低い。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional manufacturing method of a CMOS semiconductor device, the operating speed of the n-channel MOS transistor decreases, latch-up is likely to occur, and impurities are introduced during the formation of the well region. It has the disadvantage that it is difficult to achieve high integration because it is also diffused in the lateral direction. In addition, there are many photo-etching steps, and productivity is low.

この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、nチャネル型MOSトランジ
スタの高速化、ラッチアップの防止、素子の微細化、お
よび生産性の向上が図れる相補型MOS半導体装置の製
造方法を提供することである。
This invention was made in view of the above circumstances,
The purpose is to provide a method for manufacturing a complementary MOS semiconductor device that can increase the speed of n-channel MOS transistors, prevent latch-up, miniaturize elements, and improve productivity.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段と作用)すなわち、この
発明においては、上記の目的を達成するために、n型の
半導体基板上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜を選択的に
除去して素子分離領域を形成するとともに前記半導体基
板の表面を露出させた後、この素子分離領域で分離され
た前記半導体基板の露出面上に面方位指数が(100)
のn型単結晶半導体層を形成し、これら単結晶半導体層
の少なくとも一つにp型を形成する不純物をドーピング
して少なくとも隣り合う二つの素子領域にn型およびp
型の単結晶シリコン層を形成する。そして、前記p型の
単結晶シリコン層にnチャネル型MoSトランジスタを
形成するとともに、前記n型の単結晶半導体層に接する
素子分離領域の一部をエツチングして前記半導体基板の
表面およびこの単結晶半導体層における面方位指数(1
10)の側壁を露出させ、この側壁に沿ったチャネルを
有するnチャネル型MOSトランジスタを形成するよう
にしている。
[Structure of the invention] (Means and effects for solving the problem) That is, in order to achieve the above object, in this invention, an insulating film is formed on an n-type semiconductor substrate, and this insulating film is After selectively removing to form an element isolation region and exposing the surface of the semiconductor substrate, a plane orientation index of (100) is formed on the exposed surface of the semiconductor substrate separated by the element isolation region.
An n-type single crystal semiconductor layer is formed, and at least one of these single crystal semiconductor layers is doped with an impurity that forms a p-type to form an n-type and a p-type in at least two adjacent device regions.
Form a single crystal silicon layer of the mold. Then, an n-channel MoS transistor is formed in the p-type single-crystal silicon layer, and a part of the element isolation region in contact with the n-type single-crystal semiconductor layer is etched to remove the surface of the semiconductor substrate and the single-crystal silicon layer. Plane orientation index (1
The sidewall of 10) is exposed to form an n-channel MOS transistor having a channel along this sidewall.

こうすることにより、nチャネル型MOSトランジスタ
が面方位指数(110)面に形成されるので、このMO
Sトランジスタのモビリティ−が高くなり、動作速度の
高速化が図れる。また、n型素子領域とn型素子領域が
素子分離領域で分離されるため、寄生バイポーラトラン
ジスタの形成を阻止してラッチアップを確実に防止でき
る。しかも、素子領域を形成する際に選択エピタキシャ
ル成長法を用いれば、LOCO8法を用いた場合のよう
にバーズビークの発生がなく、素子分離領域の微細化が
図れる。これによって、素子領域の設計寸法に対する縮
小を抑制でき、集積密度の高いCMOS半導体装置を形
成できる。
By doing this, the n-channel type MOS transistor is formed on the (110) plane, so this MO
The mobility of the S transistor is increased, and the operating speed can be increased. Furthermore, since the n-type element region and the n-type element region are separated by the element isolation region, formation of a parasitic bipolar transistor can be prevented and latch-up can be reliably prevented. Moreover, if the selective epitaxial growth method is used when forming the element region, bird's beaks do not occur unlike when the LOCO8 method is used, and the element isolation region can be miniaturized. Thereby, it is possible to suppress reduction of the element region with respect to the design dimension, and it is possible to form a CMOS semiconductor device with high integration density.

(実施例) 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。第1図(a)〜(i)は、製造工程を順次示すも
ので、まず、(a)図に示すように面方位指数(100
)のn型シリコン基板17上の素子分離領域の形成予定
領域にフォトレジストパターン18a 、 18bを形
成し、例えばリンを加速電圧40KeV、ドーズ量4X
1013 Cm”の条件でイオン注入してフィールド反
転防止層19a 、 19b 、 19cを形成する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. Figures 1 (a) to (i) sequentially show the manufacturing process. First, as shown in Figure 1 (a), the plane orientation index (100
) Photoresist patterns 18a and 18b are formed on the n-type silicon substrate 17 in a region where an element isolation region is to be formed, and phosphorus is applied at an acceleration voltage of 40 KeV and a dose of 4X.
Field inversion prevention layers 19a, 19b, and 19c are formed by ion implantation under the condition of 1013 Cm''.

続いて上記フォトレジストパターンt8a 、 18b
を除去し、(b)図に示すようにシリコン基板17上の
全面に膜厚が約1μmのCVD酸化膜20を形成する。
Subsequently, the photoresist patterns t8a and 18b are formed.
A CVD oxide film 20 having a thickness of approximately 1 μm is formed on the entire surface of the silicon substrate 17 as shown in FIG.

そして、上記CVD酸化膜20上にフォトレジストを塗
布し、写真蝕刻法により素子分離領域形成予定領域に対
応するCVDI!l化膜20上にレジストパターン21
a。
Then, a photoresist is applied on the CVD oxide film 20, and photolithography is performed to create a CVDI area corresponding to the area where the element isolation area is to be formed. A resist pattern 21 is formed on the oxide film 20.
a.

21b 、 21cを形成する。次に、上記フォトレジ
ストパターン2ja 、 21b 、 21cをマスク
として上記cvoaa化膜20を反応性イオンエツチン
グ法(RIE法)により選択的に除去して素子分離領域
(フィールド酸化II) 20a 、 20b 、 2
0cを形成する。その侵、上記フォトレジストパターン
21a。
21b and 21c are formed. Next, using the photoresist patterns 2ja, 21b, 21c as a mask, the cvoaa film 20 is selectively removed by reactive ion etching (RIE) to form device isolation regions (field oxidation II) 20a, 20b, 2.
Form 0c. The above photoresist pattern 21a.

21b 、 21cを除去すると(C)図に示すように
なる。
When 21b and 21c are removed, the result is as shown in Figure (C).

次に、露出された上記シリコン基板17上に選択エピタ
キシャル成長法により素子分離領bll、20a 。
Next, element isolation regions bll, 20a are formed on the exposed silicon substrate 17 by selective epitaxial growth.

20b 、 20cと同じ厚さのn型単結晶シリコン層
を成長させる。これによって、素子分離領域20aと2
0bとの間、および20bと200との間にそれぞれn
型の単結晶シリコン層から成る素子領域22a。
An n-type single crystal silicon layer is grown to the same thickness as 20b and 20c. As a result, the element isolation regions 20a and 2
0b and between 20b and 200, respectively.
The device region 22a is made of a type of single crystal silicon layer.

22bが形成され、(d)図に示すようになる。22b is formed, as shown in Figure (d).

続いて、<8)図に示す如く上記素子領域22a上をレ
ジストパターン23で覆い、素子領域22bにp型を形
成する不純物、例えばポロンを加速電圧100KeV、
ドーズ量5 X 1013 Cm4の条件でイオン注入
して高温の熱処理を行ない、p型の単結晶シリコン層(
素子領域)24に変換する。
Subsequently, <8) As shown in the figure, the element region 22a is covered with a resist pattern 23, and an impurity forming a p-type, such as poron, is applied to the element region 22b at an accelerating voltage of 100 KeV.
A p-type single crystal silicon layer (
element area) 24.

次いで、前記レジストパターン23を除去した後、上記
素子分離領域20b 、 20c上、p型の単結晶シリ
コン層(素子領域)24上、n型の単結晶シリコンJ1
22a  (素子領域)上の一部、および素子分離領域
20aの一部上をレジストパターン25で覆い、このレ
ジストパターン25をマスクとして素子分離領域20a
をウェットエツチングしてCVDII化膜を選択的に除
去し、シリコン基板11の表面を露出させる。これによ
って、(f)図に示すようにn型の単結晶シリコン層か
ら成る素子領域22aの側壁が露出される。この側壁は
面方位指数(110)である。
Next, after removing the resist pattern 23, a layer of n-type single-crystal silicon J1 is formed on the element isolation regions 20b and 20c, on the p-type single-crystal silicon layer (element region) 24, and on the p-type single-crystal silicon layer (element region) 24.
22a (element region) and a portion of the element isolation region 20a are covered with a resist pattern 25, and using this resist pattern 25 as a mask, the element isolation region 20a is covered with a resist pattern 25.
The CVDII film is selectively removed by wet etching to expose the surface of the silicon substrate 11. As a result, the side walls of the element region 22a made of the n-type single crystal silicon layer are exposed as shown in FIG. This sidewall is the plane orientation index (110).

・次に、前記レジストパターン25を除去した後、全面
にゲート酸化[126(膜厚200人)を形成し、この
ゲート酸化膜26上にゲート電極となるリンドープ多結
晶シリコン@27(膜厚4000人)を堆積形成する。
・Next, after removing the resist pattern 25, a gate oxide film 126 (film thickness 200 mm) is formed on the entire surface, and on this gate oxide film 26, phosphorus-doped polycrystalline silicon @ 27 (film thickness 400 mm thickness) is formed to become the gate electrode. people) are deposited and formed.

この後、上記リンドープ多結晶シリコン層27上にnチ
ャネル型MOSトランジスタのゲート電極形成予定領域
を覆うようなレジストパターン28を形成する((g)
図)。
Thereafter, a resist pattern 28 is formed on the phosphorus-doped polycrystalline silicon layer 27 so as to cover the area where the gate electrode of the n-channel MOS transistor is to be formed ((g)
figure).

次に、上記レジストパターン28をマスクとして、RI
E法により上記リンドープ多結晶シリコン層27をエツ
チングして(h)図に示すようなnチャネル型MOSト
ランジスタのゲート電極29a。
Next, using the resist pattern 28 as a mask, RI
The phosphorus-doped polycrystalline silicon layer 27 is etched using the E method to form a gate electrode 29a of an n-channel MOS transistor as shown in the figure (h).

29b、およびnチャネル型MoSトランジスタのゲー
ト電極30を形成する。
29b, and a gate electrode 30 of an n-channel MoS transistor.

次に、素子分離領域20a−の側壁に残存された不要な
ゲート電極29aを除去するとともに、不要なゲート酸
化膜26をエツチングして除去した後、p型およびn型
を形成する不純物をそれぞれイオン注入して、nチャネ
ル型MOSトランジスタのソース、ドレイン領域31.
 、32.およびnチャネル型MOSトランジスタのソ
ース、ドレイン領域312 、322を形成し、(i)
図に示すようなpチャネル型MoSトランジスタQ1と
nチャネル型MOSトランジスタQ2とから成るCMO
S半導体装置を完成する。
Next, the unnecessary gate electrode 29a remaining on the side wall of the element isolation region 20a- is removed, and the unnecessary gate oxide film 26 is removed by etching, and impurities forming p-type and n-type are ionized, respectively. The source and drain regions 31. of the n-channel MOS transistor are implanted.
, 32. and forming source and drain regions 312 and 322 of an n-channel MOS transistor, (i)
A CMO consisting of a p-channel type MoS transistor Q1 and an n-channel type MOS transistor Q2 as shown in the figure.
Complete the S semiconductor device.

このような製造方法を用いて形成したCMOS半導体装
置では、(1)図に示す如く、pチャネル型MOSトラ
ンジスタQ1のチャネルが面方位指数(110)面に形
成されるので、このMOSトランジスタのモビリティ−
が高くなり動作速度の高速化が図れる。一方、nチャネ
ル型MOSトランジスタQ2のチャネルは面方位指数(
100)面に形成するので、信頼性および電流駆動能力
が低下することはない。また、n型素子領域とn型素子
領域が素子分離領1120bで分離されるため、寄生バ
イポーラトランジスタの形成を阻止してラッチアップを
確実に防止できる。しかも、素子領域22a 、 22
bを形成する際に、選択エピタキシャル成長法を用いて
いるので、LOCO8法を用いた場合のようにバーズビ
ークの発生がなく、素子分離領域20a〜20cの微細
化、ひいては素子領域22a 、 22bの設計値に対
する寸法の縮小を抑制でき、集積密度の高いCMOS半
導体装置を形成できる。
In a CMOS semiconductor device formed using such a manufacturing method, as shown in Figure (1), the channel of the p-channel MOS transistor Q1 is formed in the (110) plane, so the mobility of this MOS transistor is −
This increases the operating speed. On the other hand, the channel of the n-channel MOS transistor Q2 has a surface orientation index (
100) plane, reliability and current drive capability are not reduced. Further, since the n-type element region and the n-type element region are separated by the element isolation region 1120b, formation of a parasitic bipolar transistor can be prevented and latch-up can be reliably prevented. Moreover, the element regions 22a, 22
Since the selective epitaxial growth method is used to form the region b, there is no occurrence of bird's beak as in the case of using the LOCO8 method, and the device isolation regions 20a to 20c can be miniaturized, and the design values of the device regions 22a and 22b can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the reduction in the dimensions of the CMOS semiconductor device and form a CMOS semiconductor device with high integration density.

なお、上記実施例では、フィールド反転防止層19a〜
19cを素子分離領域となるCVD酸化wA20の形成
前に形成したが、この酸化膜20の形成後に形成しても
良い。また、シリコン基板17として低抵抗基板(例え
ば不純物濃度が1lX101aC’以上)を用いればフ
ィールド反転防止層19a〜19cの形成は不要である
In addition, in the above embodiment, the field inversion prevention layers 19a to
Although the layer 19c is formed before the formation of the CVD oxide film wA20 which becomes the element isolation region, it may be formed after the formation of this oxide film 20. Further, if a low resistance substrate (eg, impurity concentration of 11×101aC' or more) is used as the silicon substrate 17, it is not necessary to form the field inversion prevention layers 19a to 19c.

第2図(a)〜(C)はこの発明の他の実施例を示して
いる。第2図において前記第1図と同一構成部分には同
じ符号を付しており、前記第1図におけるp型車結晶シ
リコンwJ24とシリコン基板17との間に高濃度のp
+型単結晶シリコン層33を形成したものである。すな
わち、第1図(d)の選択エピタキシャル成長法で、素
子分離領域20a〜20cと同じ膜厚のn型単結晶シリ
コ2層22a。
FIGS. 2(a) to 2(C) show other embodiments of the present invention. In FIG. 2, the same components as in FIG. 1 are given the same reference numerals, and a high concentration of p
A + type single crystal silicon layer 33 is formed. That is, by the selective epitaxial growth method shown in FIG. 1(d), the n-type single crystal silicon 2 layer 22a has the same thickness as the element isolation regions 20a to 20c.

22bを形成するまでは同様の工程である。次に、素子
領域22a上をレジストパターン34で覆い、素子領域
22bにp型を形成する不純物、例えばボロンを加速電
圧100KeV、ドーズ量 5x1013cm4の条件でイオン注入した後、高温で
熱処理を行ない、p型の単結晶シリコン領域24に変換
するla)図)。
The process is similar until forming 22b. Next, the element region 22a is covered with a resist pattern 34, and an impurity that forms a p-type, such as boron, is ion-implanted into the element region 22b at an acceleration voltage of 100 KeV and a dose of 5 x 1013 cm4, and then heat treatment is performed at a high temperature. Figure la) converting into a monocrystalline silicon region 24 of the type.

続いて、上記p型の単結晶シリコン領域24に再びイオ
ン注入を行ない、単結晶シリコン領!124の下部に、
少なくともこのp型車結晶シリコン領域24よりも高濃
度の不純物層33を形成する((b)図)。
Subsequently, ion implantation is performed again into the p-type single crystal silicon region 24 to form a single crystal silicon region! At the bottom of 124,
An impurity layer 33 having a higher concentration than at least this p-type wheel crystal silicon region 24 is formed (FIG. (b)).

その後、前記第1図(f)〜(i)と同様な工程でnチ
ャネル型およびnチャネル型のMOSトランジスタQ1
 、Q2を形成し、(C)図に示すようなCMOS半導
体装置を完成する。
Thereafter, in the same steps as in FIGS. 1(f) to (i), the n-channel type and n-channel type MOS transistors Q1 are
, Q2 are formed to complete a CMOS semiconductor device as shown in FIG.

このような製造方法によれば、シリコン基板17とp型
車結晶シリコン層24との間にp+型の不純物領域33
を形成しているので、前記シリコン基板17とnチャネ
ル型MOSトランジスタQ2のソース312またはドレ
イン322Hのリーク電流を低減できる。これは、シリ
コン基板17とnチャネル型MOSトランジスタQ2の
ソース312またはドレイン322間の不純物濃度が低
いと空乏層ができやすいが、これを高濃度の不純物領域
33によって緩和できるためである。
According to such a manufacturing method, a p+ type impurity region 33 is formed between the silicon substrate 17 and the p type wheel crystal silicon layer 24.
Therefore, leakage current between the silicon substrate 17 and the source 312 or drain 322H of the n-channel MOS transistor Q2 can be reduced. This is because a depletion layer is likely to be formed when the impurity concentration between the silicon substrate 17 and the source 312 or drain 322 of the n-channel MOS transistor Q2 is low, but this can be alleviated by the high concentration impurity region 33.

なお、上記第2図に示した実施例では、素子分離領wt
20a〜20cと同じ厚さの単結晶シリコン層22a 
、 22bを選択エピタキシャル成長法で形成し、不純
物のイオン注入を行なって単結晶シリコン層22bをp
型に変換した後、再び不純物のイオン注入を行なってp
+型不純物層33を形成したが、まず、エピタキシャル
成長法により単結晶シリコン層を薄く形成し、不純物の
イオン注入を行なってp+型不純物層33を形成した後
、再び選択エピタキシャル成長を行なって素子分離領域
20a〜20Cと同じ厚さまで単結晶シリコンm 22
bを形成し、p型に変換しても良い。
Note that in the embodiment shown in FIG. 2 above, the element isolation region wt
Single crystal silicon layer 22a with the same thickness as 20a to 20c
, 22b are formed by selective epitaxial growth, and impurity ions are implanted to form the single crystal silicon layer 22b.
After converting into a p-type, impurity ions are implanted again.
The + type impurity layer 33 was formed. First, a single crystal silicon layer was formed thinly by epitaxial growth, and impurity ions were implanted to form the p + type impurity layer 33. After that, selective epitaxial growth was performed again to form the element isolation region. Single crystal silicon m22 to the same thickness as 20a~20C
b may be formed and converted to p-type.

[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、pチャネル型M
OSトランジスタの高速化、ラッチアップの防止、素子
の微細化、および生産性の向上が図れる相補型MOS半
導体装置の製造方法が得られる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, p-channel type M
A method for manufacturing a complementary MOS semiconductor device can be obtained that can increase the speed of an OS transistor, prevent latch-up, miniaturize elements, and improve productivity.

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

第1図はこの発明の一実施例に係わる相補型MOS半導
体装置の製造方法について説明するための図、第2図は
この発明の他の実施例について説明するための図、第3
図は従来の相補型MOS半導体装置の製造方法について
説明するための図である。 17・・・半導体基板、19a 、 19b 、 19
c・・・フィールド反転防止用の不純物層、20・・・
絶縁膜、20a。 20b 、 20c・・・素子分離領域、22a 、 
22b・・・単結晶シリコン層(単結晶半導体層)、Q
l・・・pチャネル型MOSトランジスタ、Q2・・・
pチャネル型MOSトランジスタ、33・・・不純物領
域。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 一一−l−N 1)                  、Ω〜ノ 
                         
N−へ           ^ Q                     “0第
1図 第2図 ^                、0m
FIG. 1 is a diagram for explaining a method of manufacturing a complementary MOS semiconductor device according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a diagram for explaining a conventional method for manufacturing a complementary MOS semiconductor device. 17... Semiconductor substrate, 19a, 19b, 19
c... Impurity layer for preventing field inversion, 20...
Insulating film, 20a. 20b, 20c... element isolation region, 22a,
22b...single crystal silicon layer (single crystal semiconductor layer), Q
l...p channel type MOS transistor, Q2...
p-channel type MOS transistor, 33... impurity region. Applicant's agent Patent attorney Kazuichi Suzue Takehiko-l-N 1), Ω〜ノ

To N- ^ Q “0 Figure 1 Figure 2 ^ , 0m

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)第1導電型の半導体基板上に絶縁膜を形成する工
程と、この絶縁膜を選択的に除去して素子分離領域を形
成するとともに前記半導体基板の表面を露出させる工程
と、前記半導体基板の露出面上に第1導電型の単結晶半
導体層を形成する工程と、これら単結晶半導体層の少な
くとも一つに第2導電型を形成する不純物をドーピング
して少なくとも隣り合う二つの素子領域に第1導電型お
よび第2導電型の単結晶半導体層を形成する工程と、前
記第2導電型の単結晶半導体層中に第1導電型のチャネ
ルを有するMOSトランジスタを形成する工程と、前記
第1導電型の単結晶半導体層に接する素子分離領域の一
部をエッチングして前記半導体基板の表面およびこの第
1導電型単結晶半導体層の側壁を露出させる工程と、こ
の側壁に沿って第2導電型のチャネルを有するMOSト
ランジスタを形成する工程とを具備することを特徴とす
る相補型MOS半導体装置の製造方法。
(1) A step of forming an insulating film on a semiconductor substrate of a first conductivity type, a step of selectively removing the insulating film to form an element isolation region and exposing the surface of the semiconductor substrate, forming a single crystal semiconductor layer of a first conductivity type on an exposed surface of a substrate; and doping at least one of these single crystal semiconductor layers with an impurity forming a second conductivity type to form at least two adjacent device regions. forming a MOS transistor having a first conductivity type channel in the second conductivity type single crystal semiconductor layer; etching a part of the element isolation region in contact with the first conductivity type single crystal semiconductor layer to expose the surface of the semiconductor substrate and the sidewall of the first conductivity type single crystal semiconductor layer; 1. A method for manufacturing a complementary MOS semiconductor device, comprising the step of forming a MOS transistor having a channel of two conductivity types.
(2)前記単結晶半導体層は、選択エピタキシャル成長
法によって形成することを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の相補型MOS半導体装置の製造方法。
(2) The method for manufacturing a complementary MOS semiconductor device according to claim 1, wherein the single crystal semiconductor layer is formed by a selective epitaxial growth method.
(3)前記素子分離領域下の半導体基板に、この基板よ
り不純物濃度が高い第1導電型でフィールド反転防止用
の不純物層を形成することを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の相補型MOS半導体装置の製造方法。
(3) Complementary to claim 1, characterized in that an impurity layer for preventing field inversion is formed on the semiconductor substrate under the element isolation region with a first conductivity type having a higher impurity concentration than the substrate. A method for manufacturing a type MOS semiconductor device.
(4)前記第2導電型の単結晶半導体層と前記半導体基
板との間に、この第2導電型単結晶半導体層よりも不純
物濃度が高い第2導電型不純物領域を形成することを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の相補型MOS半導
体装置の製造方法。
(4) A second conductivity type impurity region having a higher impurity concentration than the second conductivity type single crystal semiconductor layer is formed between the second conductivity type single crystal semiconductor layer and the semiconductor substrate. A method for manufacturing a complementary MOS semiconductor device according to claim 1.
(5)前記第1導電型はn型、第2導電型はp型であり
、前記単結晶半導体層の面方位は(100)で、第1導
電型単結晶半導体層の側壁の面方位指数は(110)で
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の相補
型MOS半導体装置の製造方法。
(5) The first conductivity type is n type, the second conductivity type is p type, the plane orientation of the single crystal semiconductor layer is (100), and the plane orientation index of the sidewall of the first conductivity type single crystal semiconductor layer. 2. The method of manufacturing a complementary MOS semiconductor device according to claim 1, wherein: is (110).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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