JPS63275181A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、ゲート電
極にシリコンを用いた絶縁ゲート型電界効果トランジス
タの製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and particularly to a method of manufacturing an insulated gate field effect transistor using silicon for the gate electrode.
近年、半導体集積回路の高集積化につれ、半導体装置内
で使用される絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下
、I GFETと記す)のホットエレクトロンによって
生する特性劣化が信頼性上極めて重大な問題となってい
る。この原因は、微細化により素子内部の電界強度か増
大したことによるものである。In recent years, as semiconductor integrated circuits have become more highly integrated, the deterioration of characteristics caused by hot electrons in insulated gate field effect transistors (hereinafter referred to as IGFETs) used in semiconductor devices has become an extremely serious problem in terms of reliability. ing. The reason for this is that the electric field strength inside the element increases due to miniaturization.
こうした問題に対処する一方法として、ドレイン拡散層
近傍における電界強度を緩和することが考えられる。こ
のためFETのソース・トレイン拡散層のチャネル側の
端部に低濃度拡散層を配置した各種のトランジスタが提
案されている。One possible way to deal with these problems is to reduce the electric field strength near the drain diffusion layer. For this reason, various transistors have been proposed in which a low concentration diffusion layer is disposed at the channel side end of the source train diffusion layer of the FET.
例えば、第4図(f)に示すようなLDD (Ligh
tly口oped Drain)構造を有するFETは
、ゲート電極14’Aに自己整合的にn一層16及び1
7を形成した後、ケート電極14Aの側面に例えば、酸
化膜によるサイドウオール24Aを形成し、この後、n
+層19と20をゲート電極14A及びサイドウオール
24Aに対して自己整合的に形成するものである。これ
により、ソース・ドレイン拡散層の端部に低濃度の拡散
層が配置され、ドレイン端での電界強度の緩和をはかる
ことができる。For example, an LDD (Light
The FET having the (opened drain) structure has two layers 16 and 1 in self-alignment with the gate electrode 14'A.
7, a sidewall 24A made of, for example, an oxide film is formed on the side surface of the gate electrode 14A.
The + layers 19 and 20 are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 14A and the sidewalls 24A. As a result, a low concentration diffusion layer is placed at the end of the source/drain diffusion layer, and the electric field strength at the drain end can be relaxed.
以下このような耐ホツトエレクトロン構造を有するIG
FETの製造方法を第4図(a)〜(f)を用いて説明
する。The following is an IG having such a hot electron resistant structure.
A method for manufacturing an FET will be explained using FIGS. 4(a) to 4(f).
まず、第4図(a)に示すように、p形シリコン基板1
1上に、素子分離のための厚い二酸化ケイ素(Si02
)膜13を、通常の選択酸化法により形成し、次いで、
ゲート酸化膜12を介して、多結晶シリコン膜14を気
相成長法により堆積する。さらに、通常のフォトリソグ
ラフィにより、ゲート電極となる領域をおおうレジスト
・パターン15を形成する。First, as shown in FIG. 4(a), a p-type silicon substrate 1
1, a thick silicon dioxide (Si02
) The film 13 is formed by a normal selective oxidation method, and then
A polycrystalline silicon film 14 is deposited via the gate oxide film 12 by vapor phase growth. Furthermore, a resist pattern 15 is formed by ordinary photolithography to cover the region that will become the gate electrode.
次に第4図(b)に示すように、このレジスト・パター
ン15をマスクに不要な領域の多結晶シリコンを選択的
にエツチングし、ゲート電極14Aを形成する。Next, as shown in FIG. 4(b), using this resist pattern 15 as a mask, unnecessary areas of polycrystalline silicon are selectively etched to form a gate electrode 14A.
次に、第4図(c)に示すように、形成されたゲート電
極14Aに対し、自己整合的にn形不純物をイオン注入
し、n一層16及び17を形成する。Next, as shown in FIG. 4(c), n-type impurity ions are implanted into the formed gate electrode 14A in a self-aligned manner to form n-layers 16 and 17.
次に、第4図(d)に示すように、全面に気相成長法に
より酸化膜24を形成する。Next, as shown in FIG. 4(d), an oxide film 24 is formed on the entire surface by vapor phase growth.
次に第4図(e)に示すように、反応性イオンエツチン
グにより、酸化膜24を異方性エツチングし、ゲート電
極14Aの側面に、酸化膜からなるサイドウオール24
Aを形成する。続いて、このゲート領域に対して、自己
整合的にn+層19.20をイオン注入により形成する
。Next, as shown in FIG. 4(e), the oxide film 24 is anisotropically etched by reactive ion etching to form a side wall 24 made of an oxide film on the side surface of the gate electrode 14A.
Form A. Subsequently, n+ layers 19 and 20 are formed in the gate region by ion implantation in a self-aligned manner.
次に、第4図(f)に示すように、通常の工程により、
PSG膜21及びアルミ配線22を形成しIGFETを
完成させる。Next, as shown in FIG. 4(f), through the normal process,
A PSG film 21 and aluminum wiring 22 are formed to complete the IGFET.
上述した従来のIGFETの製造方法では、ゲート電極
の側面にサイドウオールを形成する方法として、酸化膜
のイオンエツチングを行なうか、この工程は、基板に対
して著しいプラズマダメージを与え、これか接合リーク
等を引起こす。このため特性の再現性が悪くなり、半導
体装置の製造歩留り及び信頼性が低下するという問題点
がある。In the conventional IGFET manufacturing method described above, ion etching of the oxide film is performed to form sidewalls on the sides of the gate electrode, or this process causes significant plasma damage to the substrate and may cause junction leakage. etc. Therefore, there is a problem in that the reproducibility of the characteristics deteriorates, and the manufacturing yield and reliability of the semiconductor device decreases.
本発明の目的は、基板へのダメージをなくし、製造歩留
り及び信頼性の向上した半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that eliminates damage to a substrate and improves manufacturing yield and reliability.
本発明の半導体装置の製造方法は、一導電形半導体基板
上にケート酸化膜を介して多結晶シリコンからなるゲー
ト電極を形成し、該ゲート電極に自己整合的に低濃度の
逆導電形拡散層を形成するLDD構造のソース・トレイ
ンを有する半導体装置の製造方法であって、前記ゲート
電極の少くとも側壁部に高融点金属層を形成したのち該
高融点金属層を含むケート電極に自己整合的に高濃度の
逆導電形拡散層を形成するものである。The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes forming a gate electrode made of polycrystalline silicon on a semiconductor substrate of one conductivity type via a gate oxide film, and forming a low concentration diffusion layer of the opposite conductivity type on the gate electrode in a self-aligned manner. A method for manufacturing a semiconductor device having a source train having an LDD structure, wherein a high melting point metal layer is formed on at least a side wall portion of the gate electrode, and then a gate electrode including the high melting point metal layer is formed in a self-aligned manner. In this method, a highly concentrated reverse conductivity type diffusion layer is formed.
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図(a)〜(g)は本発明の第1の実施例を説明す
るための工程順に示した半導体チップの断面図である。FIGS. 1A to 1G are cross-sectional views of a semiconductor chip shown in order of steps for explaining a first embodiment of the present invention.
まず、第1図(a)に示すように、p形シリコン基板1
1上に、素子分離のための厚いSiO2膜13を選択酸
化法により形成し、次いで、ゲート酸化膜12を介して
、多結晶シリコン膜14を堆積する。次いでフォトレジ
スト膜を形成したのちパターニングし、レジストパター
ン15を形成する。First, as shown in FIG. 1(a), a p-type silicon substrate 1
1, a thick SiO2 film 13 for element isolation is formed by selective oxidation, and then a polycrystalline silicon film 14 is deposited via the gate oxide film 12. Next, a photoresist film is formed and patterned to form a resist pattern 15.
次に第1図(b)に示すように、レジスト・パターン1
5をマスクに、多結晶シリコン膜14を反応性イオンエ
ツチングにより選択的にエツチングし、ゲート電極14
Aを形成する。この際、ゲート電極以外の基板表面上に
はゲート酸化膜12が残存するようにエツチング条件を
設定する。Next, as shown in FIG. 1(b), resist pattern 1 is formed.
5 as a mask, the polycrystalline silicon film 14 is selectively etched by reactive ion etching to form the gate electrode 14.
Form A. At this time, etching conditions are set so that the gate oxide film 12 remains on the surface of the substrate other than the gate electrode.
次に第1図(C)に示すように、形成されたゲ−ト電極
14Aに対し、自己整合的にリン等のn形不純物をイオ
ン注入し、n一層16及び17を形成する。Next, as shown in FIG. 1C, n-type impurities such as phosphorus are ion-implanted into the formed gate electrode 14A in a self-aligned manner to form n-layers 16 and 17.
次に第1図(d)に示すように、少なくともゲート電極
14Aの側面を含む多結晶シリコン表面上のみに気相成
長法により選択的にタングステン等の高融点金属膜18
を1000人ないし2000人成長させる。この場合、
高融点金属はシリコン上には成長するが、酸化股上には
成長しない。Next, as shown in FIG. 1(d), a high melting point metal film 18 such as tungsten is selectively deposited only on the polycrystalline silicon surface including at least the side surfaces of the gate electrode 14A by vapor phase growth.
to grow by 1,000 to 2,000 people. in this case,
Refractory metals grow on silicon, but not on oxidized tops.
次に第1図(e)に示すように、成長した高融点金属膜
18を含むゲート領域に対して自己整合的にヒ素等のn
形不純物をイオン注入しn+層19及び20を形成する
。Next, as shown in FIG. 1(e), arsenic or other nitrogen is added in a self-aligned manner to the gate region including the grown refractory metal film 18.
N+ layers 19 and 20 are formed by ion implantation of type impurities.
以下第1図(f)に示すように、注入不純物の活性化等
のための熱処理を行ったのち、基板表面上に、眉間絶縁
膜としてのPSG膜21を形成する。As shown in FIG. 1(f), after heat treatment is performed to activate the implanted impurities, a PSG film 21 as a glabellar insulating film is formed on the surface of the substrate.
次で、通常の工程によりアルミ配線22を形成し、第1
図(g)に示ずLDDl’l造を有するIGFETを完
成させる。Next, aluminum wiring 22 is formed by a normal process, and the first
An IGFET having an LDD structure as shown in Figure (g) is completed.
なお、本箱1の実施例において、多結晶シリコン膜のパ
ターニング後、n一層、n+層の順でソース・ドレイン
拡散層を形成したが、第3図(a)〜(C)に示すよう
に先にn+層を形成し、次いでn一層を形成してもよい
。すなわちゲート電極14Aを形成後、第3図(a)に
示すように、高融点金属18をゲート電極14A上に選
択成長し、このゲート領域に対して、自己整合的に、第
3図(b)に示すようにn+層1つと20を形成する。In the example in Bookcase 1, after patterning the polycrystalline silicon film, the source/drain diffusion layers were formed in the order of the n layer and the n+ layer, but as shown in FIGS. 3(a) to (C), The n+ layer may be formed first, and then the n layer may be formed. That is, after forming the gate electrode 14A, the high melting point metal 18 is selectively grown on the gate electrode 14A as shown in FIG. ), one n+ layer and 20 are formed.
この後、高融点金属膜18を除去し、ゲート電極14A
に対して、自己整合的にn一層16と17を形成し、第
3図(c)を得る。その後は、第1図(f)以下の工程
を経て、IGFETを完成させる。After that, the high melting point metal film 18 is removed and the gate electrode 14A is removed.
3(c) is obtained by forming n-layers 16 and 17 in a self-aligned manner. Thereafter, the IGFET is completed through the steps shown in FIG. 1(f) and subsequent steps.
第2図(a)〜(d)は、本発明の第2の実施例を説明
するための工程順に示した半導体チップの断面図である
。FIGS. 2(a) to 2(d) are cross-sectional views of a semiconductor chip shown in order of steps for explaining a second embodiment of the present invention.
まず、第2図(a)に示すようにp形シリコン基板11
上に、ゲート酸化膜12を介して多結晶シリコン膜14
を成長した後、さらに酸化膜23を200人ないし50
0人形成する。その後フォトリソグラフィによりレジス
ト・パターン15を形成する。First, as shown in FIG. 2(a), a p-type silicon substrate 11
On top, a polycrystalline silicon film 14 is formed via a gate oxide film 12.
After growing the oxide film 23, the oxide film 23 is further grown by 200 to 50 layers.
Form 0 people. Thereafter, a resist pattern 15 is formed by photolithography.
次に第2図(b)に示すように、レジスト・パターン1
5をマスクとして、酸化膜23及び多結晶シリコン膜1
4を順次エツチングしゲート電極14Aを形成する。こ
の際、ゲート電極14A以外の領域上に在する5i02
膜12が残存するようにエツチングする。Next, as shown in FIG. 2(b), resist pattern 1 is formed.
5 as a mask, oxide film 23 and polycrystalline silicon film 1
4 is sequentially etched to form a gate electrode 14A. At this time, 5i02 located on the area other than the gate electrode 14A
Etching is performed so that the film 12 remains.
次に第2図(C)に示すようにレジスト・パターン15
を除去し形成されたゲート電極14Aの側面に露出した
シリコン表面のみに、タングステン等の高融点金属膜1
8を選択成長させる。そして成長した高融点金属膜18
を含むゲート領域に対して自己整合的にn形不純物をイ
オン注入しn+層19と20を形成する。Next, as shown in FIG. 2(C), a resist pattern 15 is formed.
A high melting point metal film 1 such as tungsten is applied only to the silicon surface exposed on the side surface of the gate electrode 14A formed by removing the
Select and grow 8. And the grown high melting point metal film 18
N+ layers 19 and 20 are formed by ion-implanting n-type impurities in a self-aligned manner into the gate region including the gate region.
次に第2図(d)に示すようにゲート電極14Aの側面
に成長した高融点金属膜18を除去したのちn形不純物
をイオン注入し、ゲート電極14Aに対して自己整合的
にn一層16及び17を形=9−
成する。以下は、通常の工程によりIGFETを完成さ
せる。Next, as shown in FIG. 2(d), after removing the high melting point metal film 18 grown on the side surface of the gate electrode 14A, n-type impurities are ion-implanted, and the n-layer 16 is self-aligned to the gate electrode 14A. and form 17=9-. The IGFET is then completed using the usual steps.
この第2の実施例においては最終的に高融点金属膜18
を除去するため、第1図に示した第1の実施例に比べ、
ゲート電極近傍ので段差がゆるやかになるという利点か
ある。In this second embodiment, the high melting point metal film 18 is finally
In order to eliminate this, compared to the first embodiment shown in FIG.
This has the advantage that the difference in level becomes gentle near the gate electrode.
以上説明したように本発明はIGFETのソース・ドレ
イン拡散層を高濃度の拡散層とチャネル領域との間に低
濃度の拡散層を配したLDD構造とする際、低濃度の拡
散層を形成するためのサイドウオールを、高融点金属の
選択成長により形成するため、従来のように酸化膜のエ
ッチパックによりサイドウオールを形成する方法で問題
となる基板に対するプラズマ・ダメージが全くないとい
う効果がある。従って半導体装置の製造歩留り及び信頼
性は向上する。As explained above, in the present invention, when the source/drain diffusion layer of an IGFET has an LDD structure in which a low concentration diffusion layer is arranged between a high concentration diffusion layer and a channel region, the low concentration diffusion layer is formed. Since the sidewalls are formed by selective growth of a high-melting point metal, there is no plasma damage to the substrate, which is a problem with the conventional method of forming sidewalls by etch-packing an oxide film. Therefore, the manufacturing yield and reliability of semiconductor devices are improved.
第1図(a)〜(g)及び第2図(a)〜(−10=
d)は本発明の第1及び第2の実施例を説明するための
工程順に示した半導体チップの断面図、第3図(a)〜
(C)は第1の実施例の他の工程を説明するための断面
図、第4図(a)〜(f)は従来の半導体装置の製造方
法を示す半導体チップの断面図である。
11・・・p形半導体基板、12・・・ゲート酸化膜、
13・・・S i 02膜、14・・・多結晶シリコン
膜、14A・・・ゲート電極、15・・・レジストパタ
ーン、16.17・・・n一層、18・・・高融点金属
膜、19゜20・・・n+層、21・・・PSG膜、2
2・・・アルミ配線、23.24・・・酸化膜、24A
・・・サイドウオール。
□□−−
1l−
(54シFIGS. 1(a) to (g) and FIGS. 2(a) to (-10=d) are cross-sectional views of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining the first and second embodiments of the present invention. , Figure 3(a)~
(C) is a cross-sectional view for explaining another process of the first embodiment, and FIGS. 4(a) to (f) are cross-sectional views of a semiconductor chip showing a conventional method of manufacturing a semiconductor device. 11...p-type semiconductor substrate, 12... gate oxide film,
13...S i 02 film, 14... Polycrystalline silicon film, 14A... Gate electrode, 15... Resist pattern, 16.17... N single layer, 18... High melting point metal film, 19°20...n+ layer, 21...PSG film, 2
2...Aluminum wiring, 23.24...Oxide film, 24A
...side wall. □□-- 1l- (54shi
Claims (2)
結晶シリコンからなるゲート電極を形成し、該ゲート電
極に自己整合的に低濃度の逆導電形拡散層を形成するL
DD構造のソース・ドレインを有する半導体装置の製造
方法であって、前記ゲート電極の少くとも側壁部に高融
点金属層を形成したのち該高融点金属層を含むゲート電
極に自己整合的に高濃度の逆導電形拡散層を形成するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。(1) A gate electrode made of polycrystalline silicon is formed on a semiconductor substrate of one conductivity type via a gate oxide film, and a low concentration diffusion layer of the opposite conductivity type is formed on the gate electrode in a self-aligned manner.
A method for manufacturing a semiconductor device having a DD structure source/drain, wherein a high melting point metal layer is formed on at least the side wall portion of the gate electrode, and then a high concentration metal layer is formed in a self-aligned manner on the gate electrode including the high melting point metal layer. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming an opposite conductivity type diffusion layer.
の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。(2) A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the high melting point metal is formed by a vapor phase growth method.
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP11181787A Pending JPS63275181A (en) | 1987-05-07 | 1987-05-07 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63275181A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02177442A (en) * | 1988-12-28 | 1990-07-10 | Ricoh Co Ltd | Manufacture of semiconductor device |
WO1991002379A1 (en) * | 1989-07-27 | 1991-02-21 | Seiko Instruments Inc. | Misfet and method of producing the same |
US7009262B2 (en) | 2002-09-27 | 2006-03-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
US7569436B2 (en) | 2002-09-27 | 2009-08-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
-
1987
- 1987-05-07 JP JP11181787A patent/JPS63275181A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02177442A (en) * | 1988-12-28 | 1990-07-10 | Ricoh Co Ltd | Manufacture of semiconductor device |
WO1991002379A1 (en) * | 1989-07-27 | 1991-02-21 | Seiko Instruments Inc. | Misfet and method of producing the same |
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US7422933B2 (en) | 2002-09-27 | 2008-09-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor device |
US7569436B2 (en) | 2002-09-27 | 2009-08-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
US7648863B2 (en) | 2002-09-27 | 2010-01-19 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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