JPS6395669A - Manufacture of semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Manufacture of semiconductor integrated circuit device

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JPS6395669A
JPS6395669A JP24246886A JP24246886A JPS6395669A JP S6395669 A JPS6395669 A JP S6395669A JP 24246886 A JP24246886 A JP 24246886A JP 24246886 A JP24246886 A JP 24246886A JP S6395669 A JPS6395669 A JP S6395669A
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gate electrode
source
ion implantation
drain
insulating film
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藪 俊樹
Hiroyuki Kaimoto
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Abstract

PURPOSE:To form transistor structure in symmetry by uniformly implanting ions to the surface of a semiconductor substrate from both the channel width direction and the channel length direction, made perpendicular in the channel width direction and inclined in the channel length direction while using a gate electrode as a mask. CONSTITUTION:A gate insulating film 2 is formed onto the surface of a semicon ductor substrate 1, a polysilicon film 3 is shaped, and a gate electrode is formed through anisotropic etching. First source region 4s and drain region 4d are shaped through ion implantation, employing the gate electrode as a mask. Ions are implanted at an inclination of 20 deg. to the direction vertical to the surface of the semiconductor substrate at the angle of ion implantation so that an impurity largely intrudes under the gate insulating film 2 at that time (the directions of the arrow A and the arrow B). Second source region 5s and drain region 5d are formed in the same method as mentioned above. The angle of ion implantation is tilted at 7 deg. in order to reduce the quantity of the impurity intruding under the gate insulating film 2 at that time.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高密化・高速化・高信頼性を備えた半導体集積
回路装置の製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device with high density, high speed, and high reliability.

従来の技術 従来のMOSO8形ンジスタの製造方法では、ドレイン
耐圧等に対する高信頼性を得るために、ゲート電極形成
後、前記ゲート電極をマスクとして低濃度の不純物イオ
ン注入を行ない第1のソース及びドレイン領域を形成し
、その後絶縁物によシ前記ゲート電極の側面にサイドウ
オールを形成し、前記ゲート電極及びサイドウオールを
マスクとして高濃度イオン注入を行なうことによシ、第
2のソース及びドレイン領域を形成し、LDD(Lig
htly Doped Drain )構造を有するM
OS形トランジスタを形成していた〔例えばPaulI
2. Description of the Related Art In a conventional method for manufacturing a MOSO8 type transistor, in order to obtain high reliability with respect to drain breakdown voltage, etc., after forming a gate electrode, impurity ions at a low concentration are implanted using the gate electrode as a mask. A second source and drain region is formed by forming a second source and drain region, then forming a sidewall using an insulator on the side surface of the gate electrode, and performing high concentration ion implantation using the gate electrode and the sidewall as a mask. and LDD (Lig
htly Doped Drain) structure
It formed an OS type transistor [for example, Paul I
.

Tsaug e ta l 、 ” Fabricat
ion ot High Perfom+anceL 
DD F E T with 0xido S ide
wal I Spacgv T echnology”
アイイー4− )ランサクショ7オン エレクトロンデ
ィバイシズ(IEEE  TRANSACTIONS 
 ONE L・ECTR0N D EV I CE S
 ) 、 Vo 1 、 ED 29 、 Is 4 
Tsaug et al, ” Fabricat
ion of High Perform+anceL
DD FET with Oxido Side
wal I Spacgv Technology”
IEEE TRANSACTIONS
ONE L・ECTR0N D EV I CE S
), Vo 1, ED 29, Is 4
.

April 1982 )。April 1982).

以下にそのプロセス工程の一例としてn −MO3LD
DFETの形成法を第3図を用いて説明する。
Below is an example of the process step for n-MO3LD.
A method for forming a DFET will be explained with reference to FIG.

まず、P形半導体基板1に素子分離工程による絶縁膜6
形成及びゲート絶縁膜2の形成を行なった後、ポリシリ
コン膜3及び第1のCV D  S 102膜7を形成
する(第3図(a))。次に前記CVD−3102膜7
上にレジストでゲート電極のパターン出しを行なった後
、異方性エツチングにより前記CV D −S t 0
2膜7をエツチングする。その後、前記CV D −S
 i02膜7をマスクとしてポリシリコン膜3を異方性
エツチングしてゲート電極を形成する(第3図(b))
First, an insulating film 6 is formed on a P-type semiconductor substrate 1 by an element isolation process.
After forming the gate insulating film 2, a polysilicon film 3 and a first CV D S 102 film 7 are formed (FIG. 3(a)). Next, the CVD-3102 film 7
After patterning a gate electrode using a resist, the CVD-S t 0 is anisotropically etched.
2 film 7 is etched. After that, the CVD-S
Using the i02 film 7 as a mask, the polysilicon film 3 is anisotropically etched to form a gate electrode (FIG. 3(b)).
.

次にL D D (L ightlh Doped D
rain )領域(n一層)4s、4dを形成するため
、前記ゲート電極をマスクとして低濃度イオン注入(こ
こではリン)を行なう(第3図(C))。
Next, L D D (Lightlh Doped D
In order to form (rain) regions (n single layer) 4s and 4d, low concentration ion implantation (here, phosphorus) is performed using the gate electrode as a mask (FIG. 3(C)).

この後、第2のCVD−8iO□膜8を形成しく第s図
(d))、前g+[2ocvp−sto2gst−異方
性エツチングし、平坦部に形成された第2のCV D 
 S 102膜8を除去し、ゲート電極の周辺部にCV
D−3i02膜によるサイドウオームを形成する(第3
図(e))。次に本来のソース及びドレイン領域(n+
層)6g、6dを形成するために、前記サイドウオール
を有するゲート電極をマスクとして高濃度イオン注入(
ここではヒ素)を行なう(第3図(f) ) o コo
際、前記CV D  S t 02 膜によるサイドウ
オール8が半導体基板表面へのイオンの注入を阻み、ソ
ース及びドレイン領域(n+層)5s、5dとチャネル
の間に前記LDD領域(n″″層)4g 、4dが残さ
れる。最後に熱処理を行ない第3図(q)に示すn−c
hLDp構造MOS形トランジスタが形成される。
After this, a second CVD-8iO□ film 8 is formed (FIG. s(d)), and anisotropic etching is performed to form a second CVD-8iO□ film 8 on the flat part.
The S102 film 8 is removed and a CV is formed around the gate electrode.
Form sideworms using D-3i02 film (third
Figure (e)). Next, the original source and drain regions (n+
In order to form layers 6g and 6d, high-concentration ion implantation (
here arsenic) (Fig. 3(f))
At this time, the sidewall 8 formed by the CV D S t 02 film prevents ion implantation into the surface of the semiconductor substrate, and the LDD region (n'' layer) is formed between the source and drain regions (n+ layer) 5s and 5d and the channel. 4g and 4d are left. Finally, heat treatment is performed to obtain n-c as shown in Figure 3 (q).
A hLDp structure MOS type transistor is formed.

以上のように従来のMO3形トランジスタにおいては、
LDD領域を有する構造にすることにより、n一層がド
レイン電界を緩和する役割を果たし、ドレイン耐圧等に
対する高信頼性が得られる。
As mentioned above, in the conventional MO3 type transistor,
By forming a structure having an LDD region, the n layer plays a role of relaxing the drain electric field, and high reliability with respect to drain breakdown voltage and the like can be obtained.

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような製造方法では、サイドウオー
ルを形成するための工程が増えることにより、プロセス
が複雑となるばかシでなく、サイドウオールの幅を制御
することが難かしいという問題点を有していた。
Problems to be Solved by the Invention However, the manufacturing method described above not only complicates the process by increasing the number of steps for forming the sidewalls, but also makes it difficult to control the width of the sidewalls. It had the problem of being clunky.

さらに、ソース及びドレイン領域を形成する工程では、
イオン注入時における不純物のチャネリング効果を避け
るために半導体表面の垂直方向に対して一定の傾斜角(
一般に7前後)をもってイオン注入を行なっていた。こ
のため、ゲート電極に対してドレイン(またはソース)
側からイオン注入を行なうと、反対側のソース(または
ドレイン)領域のゲート電極に隣接する部分が陰となっ
て不純物が注入されず、トランジスタ構造が非対称形状
となりソースまたはドレインの向きによりトランジスタ
特性に非対称性が生じてしまうという問題点を有してい
た。
Furthermore, in the step of forming the source and drain regions,
To avoid the channeling effect of impurities during ion implantation, a certain tilt angle (
In general, ion implantation was performed at around 7). For this reason, the drain (or source) is connected to the gate electrode.
If ion implantation is performed from the opposite side, the part of the source (or drain) region adjacent to the gate electrode on the opposite side becomes a shadow and impurities are not implanted, resulting in an asymmetrical transistor structure and the transistor characteristics depending on the direction of the source or drain. There was a problem in that asymmetry occurred.

本発明はかかる点に鑑み、サイドウオールを形成するこ
とな(LDD領域を形成し、またトランジスタ構造を対
称形状となるように形成できる半導体集積回路装置の製
造方法を提供することを目的とする。
In view of the above, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device that can form an LDD region without forming sidewalls and can form a transistor structure in a symmetrical shape.

問題点を解決するための手段 本発明は、半導体基板表面に形成されたゲート電極をマ
スクとして、チャネル幅方向には垂直でチャネル長方向
にはソース及びドレインに入りこむように傾けて、両方
向から均等に前記半導体基板表面にイオン注入を行ない
第1のソース及びドレイン領域を形成する工程と、前記
第1のソース及びドレイン領域と同様の方法で、イオン
注入角度と不純物濃度の異なる第2のソース及びドレイ
ン領域を形成する工程を含むことを特徴とする半導体集
積回路装置の製造方法である。
Means for Solving the Problems The present invention uses a gate electrode formed on the surface of a semiconductor substrate as a mask, tilts it perpendicular to the channel width direction and enters the source and drain in the channel length direction, and then applies it evenly from both directions. ion implantation into the surface of the semiconductor substrate to form a first source and drain region; and second source and drain regions having different ion implantation angles and impurity concentrations in the same manner as the first source and drain regions. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device includes a step of forming a drain region.

作  用 本発明は前記した製造方法により、サイドウオールを形
成するための工程を必要としないため、プロセス工程が
簡略化できるだけでなく、サイドウオールの幅を必要と
しないためゲート電極のチャネル長方向の長さはポリシ
リコンの幅だけで決定できる。
Function The present invention uses the above-described manufacturing method and does not require a step for forming sidewalls, which not only simplifies the process steps, but also eliminates the need for the width of the sidewalls, which reduces the width of the gate electrode in the channel length direction. The length can be determined only by the width of the polysilicon.

また、従来の半導体装置のソース及びドレイン領域に斜
め方向から均等にイオン注入が行なわれるため、ソース
及びドレイン領域の不純物分布がゲート電極に対して対
称形状に形成でき、トランジスタ特性もソースまたはド
レインの向きによらず対称性を有する半導体装置を製造
することができ、半導体集積回路の高密度化、高速化、
高信頼性化が可能である。
In addition, since ions are evenly implanted from an oblique direction into the source and drain regions of conventional semiconductor devices, the impurity distribution in the source and drain regions can be formed in a symmetrical shape with respect to the gate electrode, and the transistor characteristics can also be improved. It is possible to manufacture semiconductor devices that have symmetry regardless of orientation, and it is possible to increase the density and speed of semiconductor integrated circuits.
High reliability is possible.

実施例 第1図は本発明の第1の実施例における半導体集積回路
装置のプロセス工程を示すもので、n−ahLDDMO
S FET に関するものである。
Embodiment FIG. 1 shows the process steps of a semiconductor integrated circuit device in a first embodiment of the present invention.
It is related to S FET.

まず半導体基板表面(ここではp形5i)1にゲート絶
縁膜2を形成した後、ポリシリコン膜3の形成を行なっ
た後、異方性エツチングによりゲート電極を形成する(
第1図(a))。
First, a gate insulating film 2 is formed on the semiconductor substrate surface (here, p-type 5i) 1, a polysilicon film 3 is formed, and then a gate electrode is formed by anisotropic etching (
Figure 1(a)).

次に前記ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行ない
第1のソース領域48及びドレイン領域4d(ここでは
不純物としてリンを打込みn一層を形成する)を形成す
る(第1図Φ) 、 (C) )。ここで不純物がゲー
ト絶縁膜2下へ大きく入り込むように、イオン注入角度
を、半導体基板表面に対して垂直な方向を、イオン注入
方向に対して20゜傾けて打込む。まず、チャネル幅方
向には垂直で、チャネル長方向にはソース方向に入り込
むように傾けて半導体基板表面に打込み(第1図(b)
の実線の矢印A)、次にもう一方のドレイン方向に入り
込むように傾けて打込み(第1図(b)破線の矢印B)
、所望の不純物イオン注入量を達成する(第1図(C)
〕。
Next, ion implantation is performed using the gate electrode as a mask to form a first source region 48 and drain region 4d (here, phosphorus is implanted as an impurity to form a single layer) (FIG. 1 Φ, (C)). . Here, the ion implantation angle is such that the direction perpendicular to the semiconductor substrate surface is tilted at 20 degrees with respect to the ion implantation direction so that the impurity penetrates deeply under the gate insulating film 2. First, the implant is perpendicular to the channel width direction and inclined to the source direction in the channel length direction (see Fig. 1(b)).
solid line arrow A), then tilt it into the other drain direction (dotted line arrow B in Figure 1(b)).
, achieve the desired amount of impurity ion implantation (Fig. 1(C)
].

次に前記第1のソース領域4s及びドレイン領域4dの
形成工程と同様の方法にして、第2のソース領域6s及
びドレイン領域5d(ここでは不純物としてヒ素を打込
みn+層を形成する)を形成する(第1図(d) 、 
(e) )。ここで不純物のゲート絶縁膜2下へ入り込
む量を少なくし、かつ注入時のチャネリング効果を防止
するために、イオン注入角度を、半導体表面に対して垂
直な方向を、イオン注入方向に対して7°傾けて、ソー
ス及びドレイン方向の両側から均等に入り込むように打
込む。
Next, a second source region 6s and a drain region 5d (here, arsenic is implanted as an impurity to form an n+ layer) are formed using the same method as the step of forming the first source region 4s and drain region 4d. (Figure 1(d),
(e) ). Here, in order to reduce the amount of impurities that enter under the gate insulating film 2 and to prevent channeling effects during implantation, the ion implantation angle is set such that the direction perpendicular to the semiconductor surface is 70 degrees with respect to the ion implantation direction. Tilt it and drive it in evenly from both sides in the source and drain directions.

以上のように本実施例によれば、LDD構造ソース及び
ドレイン領域を、サイドウオール形成工程なしに形成す
ることができ、さらに前記LDD構造ソース及びドレイ
ン領域を、ゲート電極に対して対称形状に形成すること
によシ、トランジスタ特性もソースまたはドレインの向
きによらず、対称性を得ることができる。
As described above, according to this embodiment, the LDD structure source and drain regions can be formed without a sidewall forming step, and the LDD structure source and drain regions are formed symmetrically with respect to the gate electrode. By doing so, the transistor characteristics can also be symmetrical regardless of the direction of the source or drain.

第2図は本発明の第2の実施例における半導体集積回路
装置のプロセス工程の一部を示すもので、イオン注入工
程に関するものである。基本的なプロセス工程は第1の
実施例と同様で、イオン注入工程に関してのみ異なる。
FIG. 2 shows a part of the process steps of a semiconductor integrated circuit device according to a second embodiment of the present invention, and relates to an ion implantation step. The basic process steps are the same as those in the first embodiment, and only the ion implantation step is different.

第1の実施例では、ゲート電極をマスクとして、チャネ
ル幅方向には垂直でチャネル長方向にはソース及びドレ
インに入り込むように角度θ工だけ傾けて、両方向から
半導体基板表面に均等にイオン注入を行なっていた(第
2図(a))。本実施例では、さらにチャネル長方向に
は垂直で、チャネル幅方向には両側から前記と同じ角度
θオて傾けて半導体基板表面に均等にイオン注入を加え
るもので(第2図Φ))合計4回の均等な斜め注入によ
り所望の不純物分布を得るものである。
In the first embodiment, using the gate electrode as a mask, ions are implanted uniformly into the surface of the semiconductor substrate from both directions at an angle of θ so that they are perpendicular to the channel width direction and enter the source and drain in the channel length direction. (Figure 2(a)). In this example, ions are implanted evenly onto the semiconductor substrate surface perpendicular to the channel length direction and from both sides in the channel width direction at the same angle θ as described above (Fig. 2 Φ)). A desired impurity distribution is obtained by performing four equal oblique implantations.

実際の集積回路では、ゲート電極が直交する方向にトラ
ンジスターのパターンが形成されているが、本実施例に
よれば、ウェハ内の全てのトランジスターにおいて同一
のトランジスタ特性を得ることができる。
In an actual integrated circuit, transistor patterns are formed in a direction perpendicular to gate electrodes, but according to this embodiment, it is possible to obtain the same transistor characteristics for all transistors within a wafer.

発明の詳細 な説明したように、本発明によればサイドウオール形成
工程なしにLDD構造MO3形トランジスタを形成でき
、かつ、ゲート電極に対してソース及びドレイン領域を
対称形状に形成することができ、トランジスタ特性もソ
ース及びドレインの向きによらず対称性を得ることがで
き、その実用的効果は大きい。
As described in detail, according to the present invention, an LDD structure MO3 type transistor can be formed without a sidewall forming step, and the source and drain regions can be formed symmetrically with respect to the gate electrode. The transistor characteristics can also be symmetrical regardless of the direction of the source and drain, which has a great practical effect.

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

第1図は本発明の第1の実施例における半導体゛集積回
路装置の製造方法を説明するだめの工程断面図、第2図
は同第2の実施例における半導体集積回路装置の製造工
程の一部であるイオン注入工程を説明するための工程断
面図、第3図は従来の半導体集積回路装置の製造方法を
説明するだめの工程断面図である。 1・・・・・・p形St基板、2・・・・・・ゲート絶
縁膜、3・・・・・・ポリシリコン、4ト・・・・・L
DDソース領域、4d・・・・・・LDDドレイン領域
、6B・・・・・・ソース領域、6d・・・・・・ドレ
イン領域、6・・・・・・素子分離領域、7・・・・・
・第1 CVD  S 102膜、8・・・・・・第2
CVD−5iO2膜、9・・・・・・絶縁膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名を一
戸彫るL 4s−−Ll)Dソース々負旙\ 第1図 第1図 第2図 第3図 46          4S 第3図
FIG. 1 is a cross-sectional view of a process for explaining a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device in a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a process for manufacturing a semiconductor integrated circuit device in a second embodiment of the invention. FIG. 3 is a process cross-sectional view for explaining the conventional ion implantation process. 1...p-type St substrate, 2...gate insulating film, 3...polysilicon, 4...L
DD source region, 4d...LDD drain region, 6B...source region, 6d...drain region, 6...element isolation region, 7...・・・
・1st CVD S 102 film, 8...2nd
CVD-5iO2 film, 9... Insulating film. Agent's name: Patent attorney Toshio Nakao and one other person L 4s--Ll) D Sources Negative \ Figure 1 Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 46 4S Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 半導体基板表面のMOS形トランジスタ領域となる部分
に形成されたゲート絶縁膜上に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、チャネル幅方向
には垂直でチャネル長方向にはソース及びドレインに入
りこむように傾けて、両方向から前記半導体基板表面に
均等にイオン注入を行ない、第1のソースおよびドレイ
ン領域を形成する工程と、前記第1のソースおよびドレ
イン領域と同様の方法で、イオン注入角度と不純物濃度
の異なる第2のソースおよびドレイン領域を形成する工
程を含んでなる半導体集積回路装置の製造方法。
A step of forming a gate electrode on a gate insulating film formed on a portion of the surface of the semiconductor substrate that will become a MOS type transistor region, and using the gate electrode as a mask, a source and a drain are formed perpendicular to the channel width direction and in the channel length direction. forming a first source and drain region by implanting ions uniformly from both directions onto the surface of the semiconductor substrate; A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the step of forming second source and drain regions having different angles and impurity concentrations.
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