JPH033245A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
Manufacture of semiconductor deviceInfo
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- JPH033245A JPH033245A JP13579989A JP13579989A JPH033245A JP H033245 A JPH033245 A JP H033245A JP 13579989 A JP13579989 A JP 13579989A JP 13579989 A JP13579989 A JP 13579989A JP H033245 A JPH033245 A JP H033245A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
半導体装置の製造方法、特にL D D (Light
lyDoped Drain 、ライトリ−・ドープト
・ドレイン)構造の半導体装置(MOS FET)の製
造方法に関し、MOS FETにおけるLDD構造に
おいて、ゲート電極とドレイン拡散層の重なる部分をよ
り大にすることができ、よって、電界集中をより抑える
ことのできる半導体装置の製造方法を提供することを目
的とし、
半導体基板上にゲート酸化膜を形成し、その上にゲート
電極を作るための半導体の層と耐酸化物部材とを順に成
長し、該耐酸化物部材を形成されるべきゲート電極に対
応してバターニングしてマスクを形成する工程、熱酸化
によりマスクの下を除く部分の半導体を酸化して酸化物
層を形成する工程、および該マスクと酸化物層とを除去
し、残った半導体のゲート電極をマスクに不純物を導入
してソース、ドレイン拡散層を形成する工程を含むこと
を特徴とする半導体装での製造方法を含み構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] A method for manufacturing a semiconductor device, especially a method for manufacturing a semiconductor device, especially an LDD (Light
Regarding a method for manufacturing a semiconductor device (MOS FET) with a lightly doped drain (lyDoped drain) structure, in the LDD structure of a MOS FET, the overlapping portion of the gate electrode and the drain diffusion layer can be made larger, and therefore, The purpose of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can further suppress electric field concentration, by forming a gate oxide film on a semiconductor substrate, and forming a semiconductor layer and an oxide-resistant material on top of the gate oxide film to form a gate electrode. A step of forming a mask by patterning the oxide-resistant member in accordance with the gate electrode to be formed, and forming an oxide layer by oxidizing the semiconductor in a portion except under the mask by thermal oxidation. and a step of removing the mask and the oxide layer and introducing impurities using the remaining semiconductor gate electrode as a mask to form source and drain diffusion layers. Contains and composes.
(産業上の利用分野)
本発明は、半導体装置の製造方法、特にLDD(Lig
htly Doped Drain、 ライトリ−・ド
ープト・ドレイン)構造の半導体装置(MOS FET
)の製造方法に関する。(Industrial Application Field) The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, particularly to a method for manufacturing a semiconductor device.
A semiconductor device with a lightly doped drain structure (MOS FET)
).
近年、半導体素子の微細化に伴い、ゲート電極のエツジ
の近傍での電界集中によるホットキャリアの発生が著し
く大になり、その結果として素子の特性の劣化が問題と
されるようになった。In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, the generation of hot carriers due to electric field concentration near the edges of gate electrodes has increased significantly, and as a result, deterioration of device characteristics has become a problem.
この問題を解決するための手段の一つとして、LDD構
造が提案され研究されている。第3図は従来例の断面図
であるが、同図の従来例MO3FETを参照すると、同
図に×の符号を付して示すゲート電極のエツジの下方部
分にホットキャリアが生成され、実効的なチャネル長が
短くなるショートチャネル効果に加えて、ホットキャリ
アがゲート酸化膜中に注入されることが知られている。As one means for solving this problem, an LDD structure has been proposed and studied. FIG. 3 is a cross-sectional view of the conventional example. Referring to the conventional MO3FET shown in the same figure, hot carriers are generated in the lower part of the edge of the gate electrode, which is shown with an x symbol in the same figure, and the effective In addition to the short channel effect, which shortens the channel length, it is known that hot carriers are injected into the gate oxide film.
なお第3図において、21はシリコン基板、22はゲー
ト酸化膜、23はgの長さをもったゲート電極、24は
Sin、層、25はn−61域、26はn″領域 ドレ
イン拡散層)を示し、浅く形成されたn−領域を突き抜
けてゲート電極のエツジの下がらn゛領域26が深く形
成された図示の構造がLDD構造と呼称される。In FIG. 3, 21 is a silicon substrate, 22 is a gate oxide film, 23 is a gate electrode with a length of g, 24 is a Sin layer, 25 is an n-61 region, and 26 is an n'' region Drain diffusion layer ), and the illustrated structure in which the n' region 26 is deeply formed below the edge of the gate electrode by penetrating the shallowly formed n- region is called an LDD structure.
ホットキャリアはシリコン基板内で新たな電子(エレク
トロン)・正孔(ホール)の対を生成し、新たに発生し
た電子はドレインの電界によって大部分はドレインに吸
い込まれるものの、一部はアバランシェ・ホット・エレ
クトロンとなってゲート酸化膜22中に注入される。ホ
ールはシリコン基板21中を流れ基板電流となるが、そ
の一部はゲート酸化膜22中にも注入される。ゲート酸
化膜中に注入されたエレクトロンまたはホールは、ゲー
ト酸化膜中でトラップされるか、または基板のシリコン
とゲート酸化膜の界面の準位を生成させることによって
、しきい値電圧(シフM)を正方向に変化させたり、相
互コンダクタンスを低下させるなどの動作をなすので、
この問題を解決するためにLDD構造が注目されている
のである。Hot carriers generate new electron/hole pairs in the silicon substrate, and although most of the newly generated electrons are sucked into the drain by the drain electric field, some are avalanche hot carriers. - They become electrons and are injected into the gate oxide film 22. The holes flow through the silicon substrate 21 and become a substrate current, but some of them are also injected into the gate oxide film 22. Electrons or holes injected into the gate oxide film are trapped in the gate oxide film or generate a level at the interface between the silicon of the substrate and the gate oxide film, thereby increasing the threshold voltage (shift M). It acts by changing the value in the positive direction and decreasing the mutual conductance.
In order to solve this problem, LDD structures are attracting attention.
(発明が解決しようとする課題〕
ところが、LDD構造では、nチャネルMOSトランジ
スタの場合、低濃度不純物領域(n−領域)と高4度不
純物領域(n″領域とを作製する必要があり、そのこと
は二度のイオン注入工程につながる。さらには、第3図
にΔlで示すゲート電極とドレイン拡散層とのオーバラ
ップする部分が小さいために、電界集中を十分に緩和す
ることができない。(Problem to be Solved by the Invention) However, in the LDD structure, in the case of an n-channel MOS transistor, it is necessary to fabricate a low concentration impurity region (n- region) and a high 4 degree impurity region (n'' region). This leads to two ion implantation steps.Furthermore, since the overlapping portion between the gate electrode and the drain diffusion layer, indicated by Δl in FIG. 3, is small, electric field concentration cannot be sufficiently alleviated.
また、第4図(a)に示すように、レジスト36をマス
クに多結晶シリコン層をエツチングして、断面台形形状
のゲート電極33を形成し、(b)に示すようにイオン
注入にソース、ドレイン35を形成しても、ゲート電極
とドレインのオーバラップする部分ができるが、レジス
ト36をマスクにエツチングで形成したゲート電極33
の側面の傾斜をゆるやかに形成することはできず、オー
バラップする部分を大きくできない。Further, as shown in FIG. 4(a), the polycrystalline silicon layer is etched using the resist 36 as a mask to form a gate electrode 33 having a trapezoidal cross section. Even if the drain 35 is formed, there will be a portion where the gate electrode and the drain overlap, but the gate electrode 33 is formed by etching using the resist 36 as a mask.
It is not possible to form the slope of the side surface gently, and the overlapping part cannot be made large.
そこで本発明は、MOS FETにおけるLDD構造
において、ゲート電極とドレイン拡散層の重なる部分を
より大にすることができ、よって、電界集中をより抑え
ることのできる半導体装置の製造方法を提供することを
目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which the overlapping portion of the gate electrode and the drain diffusion layer can be increased in the LDD structure of a MOS FET, thereby further suppressing electric field concentration. purpose.
上記課題は、半導体基板上にゲート酸化膜を形成し、そ
の上にゲート電極を作るための半導体の層と耐酸化物部
材とを順に成長し、該耐酸化物部材を形成されるべきゲ
ート電極に対応してバターニングしてマスクを形成する
工程、熱酸化によりマスクの下を除く部分の半導体を酸
化して酸化物層を形成する工程、および該マスクと酸化
物層とを除去し、残った半導体のゲート電極をマスクに
不純物を導入してソース、ドレイン拡散層を形成する工
程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法によっ
て解決される。The above problem is to form a gate oxide film on a semiconductor substrate, to grow a semiconductor layer and an oxide-resistant material in order to form a gate electrode on the gate oxide film, and to make the oxide-resistant material correspond to the gate electrode to be formed. a step of forming an oxide layer by oxidizing the semiconductor except under the mask by thermal oxidation; and a step of removing the mask and the oxide layer and removing the remaining semiconductor. The problem is solved by a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of introducing impurities using the gate electrode as a mask to form source and drain diffusion layers.
〔作用]
本発明によって得られるLDD構造のMOSFETのソ
ースおよびドレインの形状は、第2図である。本発明で
は、ゲート電極形成のための多結晶シリコン(ポリシリ
コン)のゲート電極形成部にマスク(SizN4膜)を
設け、続いて熱酸化を行なう。この熱酸化によって形成
されたゲート電極の形状(第2図)は、熱酸化の時に作
られるバーズビークの形状を反映し、図示のようななだ
らかに傾斜した形状となる。次いでマスクと酸化膜を除
去し、ソース、ドレイン拡散層形成のための不純物注入
を行なうと、ゲート電極の形状を反映した不純物分布(
プロファイル)をもったソース、ドレインが第2図に示
されるように形成される。[Function] The shapes of the source and drain of the LDD structure MOSFET obtained by the present invention are shown in FIG. In the present invention, a mask (SizN4 film) is provided on the gate electrode formation portion of polycrystalline silicon (polysilicon) for forming the gate electrode, and then thermal oxidation is performed. The shape of the gate electrode formed by this thermal oxidation (FIG. 2) reflects the shape of the bird's beak created during thermal oxidation, and has a gently sloped shape as shown in the figure. Next, the mask and oxide film are removed and impurity implantation is performed to form the source and drain diffusion layers, resulting in an impurity distribution that reflects the shape of the gate electrode (
A source and a drain with a profile (profile) are formed as shown in FIG.
その結果、LDD構造において問題となっているゲート
電極とドレイン拡散層との重なり部分を大にすることが
でき、電界集中を著しく暖和することができ、ソース、
ドレイン拡散層の形状がゆるやかに下方にテーパした形
となるので、微細トランジスタで問題となっているショ
ートチャネル効果を防ぐことができるのである。As a result, it is possible to increase the overlap between the gate electrode and the drain diffusion layer, which is a problem in the LDD structure, and it is possible to significantly reduce electric field concentration.
Since the shape of the drain diffusion layer is gently tapered downward, it is possible to prevent the short channel effect, which is a problem in fine transistors.
本発明実施例は第1図(a)〜(d)に断面図で示され
る。先ず同図(a)を参照すると、半導体基板(シリコ
ン基板)11を用意し、次に、熱酸化によってシリコン
基板11の表面にゲート酸化膜12を500人の膜厚に
形成し、次いでゲート酸化膜12上にゲート電極用の半
導体、例えば多結晶シリコン(ポリシリコン)13aを
例えば化学気相成長(CVD)法で4000人の厚さに
堆積し、その上に例えばCVD法で次の熱酸化工程で耐
酸化物(マスク)となるシリコン窒化膜(Si3N4膜
)を500〜1000人の厚さに成長し、それを形成す
べきゲート電極の長さ(G)に対応してバターニングし
てマスク14を形成する。An embodiment of the invention is shown in cross-section in FIGS. 1(a)-(d). First, referring to FIG. 2A, a semiconductor substrate (silicon substrate) 11 is prepared, and then a gate oxide film 12 is formed to a thickness of 500 nm on the surface of the silicon substrate 11 by thermal oxidation. A semiconductor for the gate electrode, such as polycrystalline silicon (polysilicon) 13a, is deposited on the film 12 to a thickness of 4000 nm by, for example, chemical vapor deposition (CVD), and then thermal oxidation is performed on the film 12 by, for example, CVD. In the process, a silicon nitride film (Si3N4 film) that serves as an oxide resistant material (mask) is grown to a thickness of 500 to 1,000 layers, and patterned to correspond to the length (G) of the gate electrode to be formed as a mask. form 14.
次に第1図(C)を参照すると、ドライまたはウェット
雰囲気中で熱酸化工程を行なうと、マスク14の下のポ
リシリコンは酸化されないが、マスクされないポリシリ
コンは酸化物層(SiOx層)13bとなる。この熱酸
化において、SiO□層13bは知られたバーズビーク
を形成し、そのために、酸化されないポリシリコンは、
下方にゆるやかに拡がってテーパした形状をとる。この
ポリシリコンがゲート電極13となるものである。Next, referring to FIG. 1(C), when a thermal oxidation process is performed in a dry or wet atmosphere, the polysilicon under the mask 14 is not oxidized, but the polysilicon that is not masked is covered with an oxide layer (SiOx layer) 13b. becomes. In this thermal oxidation, the SiO□ layer 13b forms the known bird's beak, so that the unoxidized polysilicon
It has a tapered shape that gently expands downward. This polysilicon becomes the gate electrode 13.
次に、リン酸ボイルで5iJ4膜14を除去し、続けて
例えばCF、+O□を用いるドライエツチングで5i(
h層13bを除去すると、第1図(d)に示されるよう
な下方にゆるやかにテーパした形状のゲート電極13が
得られる。この工程は、SiO□層13bを先に除去し
、次いでリン酸ボイルで5iJn 11114を除去す
る工程としてもよい。Next, the 5iJ4 film 14 is removed using phosphoric acid boiling, followed by dry etching using, for example, CF, +O□.
When the h layer 13b is removed, a gate electrode 13 having a shape that is gently tapered downward as shown in FIG. 1(d) is obtained. In this step, the SiO□ layer 13b may be removed first, and then the 5iJn 11114 may be removed using phosphoric acid boiling.
続いて、n型の不純物、例えばリン(P゛)を、加速電
圧40KeV 、ドーズ量(2〜4 ) XIOISc
m−”のドーズ量でイオン注入して、n型領域(ソース
、ドレイン拡散層)15を形成した。このソース、ドレ
イン拡散層15のプロファイルは、ゲート電極13の形
状を反映し、下方にゆるやかに傾斜する形状をとり、電
界集中がなくなりホットキャリアの生成が防止される。Next, an n-type impurity, such as phosphorus (P), is added at an acceleration voltage of 40 KeV and a dose of (2 to 4) XIOISc.
The n-type region (source and drain diffusion layer) 15 was formed by ion implantation at a dose of m-''. The shape is inclined to eliminate electric field concentration and the generation of hot carriers.
従来例で第3図のn−領域25とゲート電極の重なる部
分の長さΔ2および第4図のn?、I域35とゲート電
極の重なる部分の長さΔ2′がいずれも2000人程度
7あったものが、第2図に示される本発明の例ではΔl
は約3000人となった。In the conventional example, the length Δ2 of the overlapping portion of the n- region 25 and the gate electrode in FIG. 3 and n? in FIG. , the length Δ2' of the overlapping portion of the I region 35 and the gate electrode was about 20007, but in the example of the present invention shown in FIG.
There were approximately 3,000 people.
〔発明の効果]
以上のように本発明によれば、微細MO3FETを形成
する際に、ソース、ドレイン拡散層の形状がなだらかに
延びているため電界集中とホットキャリアの生成が抑え
られ、かつ、しきい値電圧の正方向へのシフトも抑えら
れる効果が得られる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, when forming a fine MO3FET, since the shape of the source and drain diffusion layers extends gently, electric field concentration and generation of hot carriers can be suppressed, and The effect of suppressing the shift of the threshold voltage in the positive direction can also be obtained.
第1図(al〜(d)は本発明実施例断面図、第2図は
本発明を説明するための断面図、第3図および第4図は
従来例を説明するための断面図である。
図中、
11はシリコン基板、
12はゲート酸化膜、
13はゲート電極(ポリシリコン)、
13a
はポリシリコン、
3b
はSin、層、
14はマスク
(Si3N4
膜)
15はn領域
(ソース、
ドレイン拡散層)
を示す。Figures 1 (al to d) are cross-sectional views of an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view for explaining the present invention, and Figures 3 and 4 are cross-sectional views for explaining a conventional example. In the figure, 11 is a silicon substrate, 12 is a gate oxide film, 13 is a gate electrode (polysilicon), 13a is polysilicon, 3b is a Sin layer, 14 is a mask (Si3N4 film), and 15 is an n region (source, drain). diffusion layer).
Claims (1)
、その上にゲート電極を作るための半導体の層(13a
)と耐酸化物部材とを順に成長し、該耐酸化物部材を形
成されるべきゲート電極(13)に対応してパターニン
グしてマスク(14)を形成する工程、熱酸化によりマ
スク(14)の下を除く部分の半導体を酸化して酸化物
層(13b)を形成する工程、および 該マスク(14)と酸化物層(13b)とを除去し、残
った半導体のゲート電極(13)をマスクに不純物を導
入してソース、ドレイン拡散層(15)を形成する工程
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。[Claims] A gate oxide film (12) is formed on a semiconductor substrate (11), and a semiconductor layer (13a) for forming a gate electrode is formed on the gate oxide film (12).
) and an oxide-resistant member in order, and patterning the oxide-resistant member to form a mask (14) corresponding to the gate electrode (13) to be formed; A step of oxidizing the semiconductor in a portion other than the above to form an oxide layer (13b), and removing the mask (14) and the oxide layer (13b), and using the remaining semiconductor gate electrode (13) as a mask. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of introducing impurities to form source and drain diffusion layers (15).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13579989A JPH033245A (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13579989A JPH033245A (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH033245A true JPH033245A (en) | 1991-01-09 |
Family
ID=15160093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13579989A Pending JPH033245A (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH033245A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000014787A1 (en) * | 1998-09-08 | 2000-03-16 | Advanced Micro Devices, Inc. | Process for making high performance mosfet with an inverted t-shaped gate electrode |
-
1989
- 1989-05-31 JP JP13579989A patent/JPH033245A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000014787A1 (en) * | 1998-09-08 | 2000-03-16 | Advanced Micro Devices, Inc. | Process for making high performance mosfet with an inverted t-shaped gate electrode |
| US6090676A (en) * | 1998-09-08 | 2000-07-18 | Advanced Micro Devices, Inc. | Process for making high performance MOSFET with scaled gate electrode thickness |
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