JPH01149471A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH01149471A
JPH01149471A JP30789787A JP30789787A JPH01149471A JP H01149471 A JPH01149471 A JP H01149471A JP 30789787 A JP30789787 A JP 30789787A JP 30789787 A JP30789787 A JP 30789787A JP H01149471 A JPH01149471 A JP H01149471A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
drain
insulating film
source
length
Prior art date
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Pending
Application number
JP30789787A
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Japanese (ja)
Inventor
Kunihiro Takahashi
邦博 高橋
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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Publication of JPH01149471A publication Critical patent/JPH01149471A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent a source and drain from an excessive lateral expansion by a method wherein the gate electrode on a gate insulating film of a specified thickness serves as a mask, a specified dose of phosphorus is ion-implanted, etching is accomplished on both edges of the gate electrode along its length before the formation of an insulating film of a specified length on the side walls, and a high concentration of arsenic ions is implanted. CONSTITUTION:On a P-type semiconductor silicon substrate 1, there exist a 150-300Angstrom -thick gate oxide film 12 for example built of silicon oxide, a gate electrode 13, and a source 14 and a drain 15 both implanted with a 1X10<14>cm<-2> or lower concentration of phosphorus ions. Thereon, an insulating film 16, for example a silicon oxide film, is deposited. A reactive ion etching process is accomplished to affect the insulating film 16, which results in side-wall insulating films 17 and 17, on both edges of the gate electrode 13 along its length. The side wall insulating films 17 and 17' should be not less than 0.2mum in width W. A source electrode 18 and a drain electrode 19, both high in impurity concentration, are formed by implantation of arsenic ions, with the gate electrode 13 and the sidewall insulating films 17 and 17' serving as a mask.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は微細化された半導体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 miniaturized semiconductor device.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

MO3型半導体装置において、ソース及びドレインをチ
ャネルに近い側で接合が浅く濃度の低い層を形成し、チ
ャネルに遠い側で接合が深く濃度の高い層を形成するい
わゆるLDD構造を作製する場合、多結晶シリコン単独
又は多結晶シリコンを金属シリサイドの二層構造、又は
金属単独のゲート電極の側壁にシリコン酸化膜(以下、
側壁酸化膜と呼ぶ〉を形成することによって作製する方
法が一般的となっている。
In an MO3 type semiconductor device, when fabricating a so-called LDD structure in which a layer with a shallow junction and low concentration is formed for the source and drain on the side close to the channel, and a layer with a deep junction and high concentration is formed on the side far from the channel, there are many steps. A silicon oxide film (hereinafter referred to as
A commonly used method is to form a sidewall oxide film.

本発明はLDD構造のNMO3)ランジスタの良好なデ
バイス特性を得るために、チャネルに近い側に薄い濃度
のソース及びドレインを形成する際、リンをI XIO
”CIl+−”以下の濃度でイオン注入し、チャネルに
遠い側に高い濃度のソース及びドレインを砒素のイオン
注入により形成する際、マスクとするゲート電極の側壁
に設けるシリコン酸化膜の長さは0.2ミクロン以上と
することを特徴とする特 〔従来の技術〕 第2図にLDD構造の断面図を示す。21はある導電型
を示す半導体基板、22はゲート酸化膜、23はゲート
電極となる多結晶シリコン、24は側壁酸化膜、25は
キャリヤの流れるチャネル部、26はチャネルに近い側
にあって基板21と反対導電型を示す濃度の低いソース
・ドレイン部、27はチャネル25から遠い側にあって
基板21と反対導電型を示す濃度の高いソース・ドレイ
ン部を示している。
In the present invention, in order to obtain good device characteristics of an NMO3) transistor with an LDD structure, when forming a thinly doped source and drain on the side near the channel, phosphorus is
When ion implantation is performed at a concentration below "CIl+-" and a highly concentrated source and drain are formed on the side far from the channel by arsenic ion implantation, the length of the silicon oxide film provided on the sidewall of the gate electrode used as a mask is 0. .2 micron or more [Prior art] Fig. 2 shows a sectional view of an LDD structure. 21 is a semiconductor substrate exhibiting a certain conductivity type, 22 is a gate oxide film, 23 is polycrystalline silicon that becomes a gate electrode, 24 is a sidewall oxide film, 25 is a channel portion through which carriers flow, and 26 is a substrate on the side near the channel. 21 indicates a low concentration source/drain portion having a conductivity type opposite to that of the substrate 21, and 27 indicates a high concentration source/drain portion having a conductivity type opposite to that of the substrate 21, which is located on the side far from the channel 25.

LDD構造を持つNMO3型半導体トランジスタのデバ
イス特性に寄与する多くの因子のうち、どの因子が特に
強くデバイス特性に影響を与えるかということが従来明
確になっていなかった。
Among the many factors that contribute to the device characteristics of an NMO3 type semiconductor transistor having an LDD structure, it has not been clear in the past which factor particularly strongly influences the device characteristics.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

MO3I−ランジスタのドレイン破壊電圧やリーク電流
特性は、ソース及びドレインのチャネル側への横方向拡
がりに大きく関係する。横方向拡がりが大きいと有効チ
ャネル長が短(なり、ドレイン破壊電圧は低くなり、リ
ーク電流も増大する。
The drain breakdown voltage and leakage current characteristics of a MO3I-transistor are largely related to the lateral spread of the source and drain toward the channel side. If the lateral extent is large, the effective channel length will be short, the drain breakdown voltage will be low, and the leakage current will also increase.

本発明は、LDD構造を持つNMO3)ランジスタのソ
ース及びドレインの横方向拡がりが大きくならないよう
に形成することを目的とするものである。
An object of the present invention is to form an NMO3) transistor having an LDD structure so that the lateral spread of the source and drain does not become large.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記問題点を解決するためにこの発明は、厚み150〜
300オングストロームのゲート絶縁膜を形成し、その
上にゲート電極を形成し、そのゲート電極をマスクとし
、I XIO”am−”以下のドーズ量のリンをイオン
注入し、その後ゲート電極を覆うようにシリコン酸化膜
又は絶縁膜を堆積し、エツチングによりゲート電極の長
さ方向両端に0.2 ミクロン以上の長さの側壁絶縁膜
を形成し、しかる後砒素を高濃度イオン注入するように
した。
In order to solve the above problems, this invention has a thickness of 150~
A gate insulating film of 300 angstroms is formed, a gate electrode is formed on it, and using the gate electrode as a mask, phosphorus is ion-implanted at a dose of IXIO"am-" or less, and then the gate electrode is covered. A silicon oxide film or an insulating film was deposited and etched to form a sidewall insulating film having a length of 0.2 microns or more at both lengthwise ends of the gate electrode, and then arsenic was ion-implanted at a high concentration.

〔作用〕[Effect]

このように、リンのドーズ量と側壁絶縁膜の長さを限定
することにより、ソース及びドレインの横方向拡がりが
大きくならないように形成することができ、トランジス
タの有効チャネル長も短くならず、ドレインブレイクダ
ウン電圧も低くならず、良好なNMO3I−ランジスタ
特性が得られる。
In this way, by limiting the phosphorus dose and the length of the sidewall insulating film, it is possible to form the source and drain so that the lateral expansion does not become large, and the effective channel length of the transistor does not become short, and the drain The breakdown voltage is not low, and good NMO3I-transistor characteristics can be obtained.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面を参照し、本発明の詳細な説明する。 The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図(8)〜fd)は、本発明の半導体装置の製造方
法を示す実施例である。第1図(alにおいて、11は
p型半導体シリコン基板、12は厚み150〜300オ
ンゲスロームの例えば酸化シリコンから成るゲート酸化
膜、13はゲート電極、14と15はそれぞれlXl0
”clll −”以下のドーズ量でリンのイオン注入に
より形成された薄い濃度のソース及びドレインを示す。
FIGS. 1(8) to 1fd) show examples of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention. In FIG. 1 (al), 11 is a p-type semiconductor silicon substrate, 12 is a gate oxide film made of silicon oxide with a thickness of 150 to 300 Å, 13 is a gate electrode, and 14 and 15 are lXl0, respectively.
Figure 3 shows a lightly doped source and drain formed by ion implantation of phosphorus at a dose below "cllll-".

第1図(blにおいて、絶縁膜16、例えばシリコン酸
化膜を堆積させる。第1図(C1において、反応性イオ
ンエツチングにより絶縁膜16をエツチングすることに
よりゲート電極13の長さ方向両端に側壁絶縁膜17及
び17゛ が形成される。この時、側壁絶縁膜の幅寸法
Wは0.2ミクロン以上の長さを持つようにする。次に
第1図(d)に示すように、ゲート電極13と側壁絶縁
膜17.17“をマスクとして高い濃度のソース18及
びドレイン19が砒素のイオン注入により形成される。
In FIG. 1 (BL), an insulating film 16, for example, a silicon oxide film, is deposited. In FIG. Films 17 and 17' are formed.At this time, the width dimension W of the sidewall insulating film is set to be 0.2 microns or more.Next, as shown in FIG. 1(d), the gate electrode A high concentration source 18 and drain 19 are formed by arsenic ion implantation using the sidewall insulating films 17 and 17'' as masks.

又、18及び19のチャネル側にそれぞれ先に注入済み
の薄い濃度のソース110とドレイン111が形成され
ることになる。
In addition, a source 110 and a drain 111 having a thin concentration which have been previously implanted are formed on the channel sides of the transistors 18 and 19, respectively.

第3図に、ゲート電極長が約1.2ミクロンのNMO3
)ランジスタにおいて、ゲート酸化膜の厚みt。、Iと
ドレイン耐圧Bv0の関係を示す。ドレイン耐圧は、ゲ
ート酸化膜厚が約150オングストローム以下になると
急激に下がる傾向を示す。ゲート酸化膜厚を薄くすると
、それが厚い場合に比べ、ゲート電極長を短くした時の
MOS)ランジスタのスレッシリルド電圧VTMが、ゲ
ート電極長の長い時のvTHより低くなる傾向、即ち短
チヤネル効果は緩やかである。しかし、ドレインとゲー
ト電極間の電界が、ゲート酸化膜厚を薄くすると大きく
なり、そのためドレイン耐圧が低下する。
Figure 3 shows NMO3 with a gate electrode length of approximately 1.2 microns.
) Thickness t of the gate oxide film in a transistor. , I and drain breakdown voltage Bv0 are shown. The drain breakdown voltage tends to drop sharply when the gate oxide film thickness is less than about 150 angstroms. When the gate oxide film is thinner, the threshold voltage VTM of the MOS transistor when the gate electrode length is shortened tends to be lower than when the gate electrode length is long, that is, the short channel effect It is gradual. However, the electric field between the drain and the gate electrode increases as the gate oxide film becomes thinner, which lowers the drain breakdown voltage.

ドレイン耐圧はリーク電流と強い相関があり、ドレイン
耐圧が低ければ当然リーク電流は多くなる。第3図から
、ゲート酸化膜厚は150〜300オングストロームが
望ましい。300オングストロ一ム以上になると、前記
した短チヤネル効果が顕著になり、微細MO3I−ラン
ジスタには使えない。
Drain breakdown voltage has a strong correlation with leakage current, and the lower the drain breakdown voltage, the higher the leakage current. From FIG. 3, the gate oxide film thickness is preferably 150 to 300 angstroms. When the thickness exceeds 300 angstroms, the above-mentioned short channel effect becomes noticeable and it cannot be used for fine MO3I transistors.

第4図に、ゲート電極長が約1.2ミクロンのNMOS
トランジスタについて、側壁絶縁膜(第2図24)の長
さWとドレイン耐圧の関係を示す。第4図から明らかな
ように、側壁絶縁膜の長さWが0.2ミクロン以下にな
ると、ドレイン耐圧は急激に減少する。これはWが短く
なると、濃度の薄いソース及びドレイン(第2図26)
の横方開拡がりにより、チャネルの有効長さが短くなる
ためである。故に、この側壁絶縁膜の長さWは0.2ミ
クロン以上であることが望ましい。
Figure 4 shows an NMOS with a gate electrode length of approximately 1.2 microns.
The relationship between the length W of the sidewall insulating film (FIG. 2 24) and the drain breakdown voltage of the transistor is shown. As is clear from FIG. 4, when the length W of the sidewall insulating film becomes 0.2 microns or less, the drain breakdown voltage decreases rapidly. This is due to the fact that when W becomes shorter, the concentration of the source and drain becomes lower (see Figure 2, 26).
This is because the effective length of the channel becomes shorter due to the lateral expansion of the channel. Therefore, it is desirable that the length W of this sidewall insulating film is 0.2 microns or more.

第5図は、ゲート電極長が約1.2ミクロンのNMO3
)ランジスタにおいて、薄い濃度のソース及びドレイン
のドーズ量とドレイン耐圧の関係を示す。ここで、ドー
ズ種はリンである。第5図から明らかなように、このド
ーズ量が’ ”o14cm−”を越えると、ドレイン耐
圧は急激に減少する。これは、ドーズ量が多いと横方向
へのリンの拡がりが大きくなり、チャネル部(第2図2
5)の有効長さが短くなるためである。
Figure 5 shows NMO3 with a gate electrode length of about 1.2 microns.
) In a transistor, the relationship between the dose of the lightly doped source and drain and the drain breakdown voltage is shown. Here, the dose species is phosphorus. As is clear from FIG. 5, when this dose exceeds 'o14 cm-', the drain breakdown voltage decreases rapidly. This is because when the dose is large, the phosphorus spreads in the lateral direction, and the channel part (Fig.
This is because the effective length of 5) becomes shorter.

薄い濃度のソース及びドレインを形成するためにリンを
イオン注入する場合、ソース及びドレインとなる部分の
上にゲート酸化膜形成時に基板に形成された300オン
グストローム以下のシリコン酸化膜はソース及びドレイ
ン上の半導体シリコン表面の損傷を防ぐという効果があ
る。しかし、このシリコン酸化膜が300オングストロ
一ム以上になると、リンのイオン注入時の加速エネルギ
ーを約100Ke V以上にする必要がある。それ以下
の加速エネルギーでは、l X I Q I a 、、
、 −tのリンのドーズ量を注入してもシリコン表面近
傍にI X1018cm−3程度のリンの濃度を形成す
ることができない。これ以下の濃度では抵抗が大きくな
りLDDの機能を果たすことができない。
When ion-implanting phosphorus to form thinly-concentrated sources and drains, the silicon oxide film of 300 angstroms or less formed on the substrate when forming the gate oxide film on the parts that will become the sources and drains is This has the effect of preventing damage to the semiconductor silicon surface. However, if the silicon oxide film is 300 angstroms thick or more, it is necessary to increase the acceleration energy during phosphorus ion implantation to about 100 KeV or more. At acceleration energies below that, l X I Q I a ,,
Even if a phosphorus dose of , -t is implanted, a phosphorus concentration of approximately IX1018 cm-3 cannot be formed near the silicon surface. If the concentration is lower than this, the resistance becomes large and the LDD function cannot be achieved.

しかし、100Ke V以上の加速エネルギーでリンを
注入すると、マスクとなるゲート電極が特に多結晶シリ
コンのようにグレインの大きさにバラツキがある場合、
大きいグレインに沿ってリンはゲート電極を突き抜は易
くなる。その結果、リンがチャネル部に到達し、スレン
ショルド電圧を低下させたり、リーク電流が増大したす
る。
However, when phosphorus is implanted with an acceleration energy of 100 Ke V or more, the gate electrode used as a mask has variations in grain size, especially if it is made of polycrystalline silicon.
It becomes easier for phosphorus to penetrate the gate electrode along large grains. As a result, phosphorus reaches the channel portion, lowering the Threnskjöld voltage and increasing leakage current.

そのため、リンの加速エネルギーを100Ke V以下
にして、しかも薄い濃度のソース及びドレイン領域にI
 XIO”elm−’程度のリンの表面濃度を得るには
、リンを注入する時にソース及びドレインになる領域の
シリコン表面には300オングストローム以下の厚みの
シリコン酸化膜が必要である。
Therefore, it is possible to reduce the acceleration energy of phosphorus to 100 Ke V or less, and to apply I to the lightly doped source and drain regions.
In order to obtain a surface concentration of phosphorus on the order of XIO"elm-', a silicon oxide film with a thickness of 300 angstroms or less is required on the silicon surface in regions that will become sources and drains when phosphorus is implanted.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳細に説明したように、本発明の製造方法により作
製したLDD型NMO5トランジスタは、短チヤネル効
果及びリーク電流が少なく、ドレイン耐圧及び信頼性の
高い優れた特性を有する。
As described above in detail, the LDD type NMO5 transistor manufactured by the manufacturing method of the present invention has excellent characteristics such as low short channel effect and low leakage current, high drain breakdown voltage, and high reliability.

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

第1図+al〜+dlは本発明の半導体製造工程を示す
断面図、第2図は従来のLDD構造を示す半導体装置の
断面図、第3図はゲート酸化膜厚とドレイン耐圧の関係
を示す図、第4図は、LDD構造の側壁絶縁膜の長さと
ドレイン耐圧の関係を示す図、第5図はLDD構造の薄
い濃度のソース及びドレインを形成する時のリンのイオ
ン注入時のドーズ量とドレイン耐圧の関係を示す図であ
る。 11・・・p型半導体シリコン基板又はpウェル12・
・・・・ゲート酸化膜 13・・・・・ゲート電極 17、17” ・・側壁絶縁膜 18・・・・・高い濃度のソース 19・・・・・高い濃度のドレイン 110  ・・・・薄い濃度のソース 111  ・・・・薄い濃度のドレイン以上 出願人 セイコー電子工業株式会社 (a) (b) (C) (d) 、本、発日月の牛導イ本装J1の製造ニオ呈ε示すσ印
面[〕第1図 第2図           夢3図
Figure 1 +al to +dl are cross-sectional views showing the semiconductor manufacturing process of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device showing a conventional LDD structure, and Figure 3 is a diagram showing the relationship between gate oxide film thickness and drain breakdown voltage. , Fig. 4 is a diagram showing the relationship between the length of the sidewall insulating film and the drain breakdown voltage of the LDD structure, and Fig. 5 is a diagram showing the relationship between the length of the sidewall insulating film and the drain breakdown voltage of the LDD structure. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between drain breakdown voltages. 11...p-type semiconductor silicon substrate or p-well 12.
...Gate oxide film 13...Gate electrodes 17, 17"...Side wall insulating film 18...High concentration source 19...High concentration drain 110...Thin Concentration source 111 ... Drain of thin concentration Applicant: Seiko Electronics Co., Ltd. (a) (b) (C) (d), Book, date of publication, publication date and time of Gyudou Ihonso J1 manufacturing odor presentation ε Figure 1 Figure 2 Dream 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  半導体シリコン主面に厚さ150〜300オングスト
ロームの絶縁膜を形成し、その上にゲート電極を形成し
、そのゲート電極をマスクとして、しかもソース及びド
レイン部には前記絶縁膜を通して1×10^1^4cm
^−^2以下のドーズ量のリンをイオン注入し、前記ゲ
ート電極を覆うように絶縁膜を形成し、エッチングによ
り前記ゲート電極の長さ方向両端に0.2ミクロン以上
の長さの側壁絶縁膜を形成し、その後高濃度のN型不純
物である砒素をイオン注入し、ソース及びドレイン領域
を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
An insulating film with a thickness of 150 to 300 angstroms is formed on the main surface of the semiconductor silicon, a gate electrode is formed on it, and using the gate electrode as a mask, a 1×10^1 insulating film is passed through the insulating film into the source and drain portions. ^4cm
^-^ Phosphorus is ion-implanted at a dose of 2 or less to form an insulating film to cover the gate electrode, and sidewall insulation with a length of 0.2 micron or more is formed at both longitudinal ends of the gate electrode by etching. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a film, and then ion-implanting arsenic, which is a highly concentrated N-type impurity, to form source and drain regions.
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