JPH0638428B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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- JPH0638428B2 JPH0638428B2 JP13643385A JP13643385A JPH0638428B2 JP H0638428 B2 JPH0638428 B2 JP H0638428B2 JP 13643385 A JP13643385 A JP 13643385A JP 13643385 A JP13643385 A JP 13643385A JP H0638428 B2 JPH0638428 B2 JP H0638428B2
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- oxide film
- ion implantation
- impurity
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はMOS型電界効果トランジスタ(以下MOSF
ETと記す)、特に二重拡散ドレイン(Lighly Doped D
rain)構造の半導体装置の製造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a MOS field effect transistor (hereinafter referred to as MOSF).
ET), especially double diffused drain (Lighly Doped D
rain) structure semiconductor device manufacturing method.
従来の技術 MOSFETの微細化にともない、素子内部の電界強度
が高くなり、発生したホットキャリアによる素子特性の
劣化及びドレイン耐圧の低下が問題となってくる。2. Description of the Related Art With the miniaturization of MOSFETs, the electric field strength inside the device becomes higher, and the deterioration of the device characteristics due to the generated hot carriers and the decrease of the drain breakdown voltage become problems.
この問題点を解決するためのMOSFETとして、例え
ば、アイイーイーイー トランズアクション オブ エ
レクトロン デバイス イーデー29巻,4号,198
2年,590頁(IEEE Transactions ofElectron Devic
es ED-29巻,4号,1982年,p590)に記載され
ているLDD構造のMOSFETがある。As a MOSFET for solving this problem, for example, IEE TRANSACTION of ELECTRON DEVICE EDAY Vol. 29, No. 4, 198
2 years, 590 pages (IEEE Transactions of Electron Devic
es ED-29, No. 4, 1982, p590), there is a MOSFET having an LDD structure.
従来のLDD構造をnチャンネルMOSFETに適用し
た例を第3図aの断面図に示す。LDD−MOSFET
はp型シリコン基板11上に形成されたゲート酸化膜1
2と、ゲート電極13の両側壁に形成された絶縁物から
なるサイドウオール14と、前記ゲート電極13をマス
クにしてイオン注入法で形成されたn型の低濃度拡散槽
(n−層)15と、前記サイドウオールをマスクにして
同様に形成されたn型の高濃度拡散層(n+層)16と
からなっており、このn−層15がMOSFET内部の
電界強度を弱める働きをすることによりホットキャリア
の発生を抑制し、かつドレイン耐圧を高めていた。An example in which the conventional LDD structure is applied to an n-channel MOSFET is shown in the sectional view of FIG. LDD-MOSFET
Is a gate oxide film 1 formed on the p-type silicon substrate 11.
2, a sidewall 14 made of an insulating material on both side walls of the gate electrode 13, and an n-type low concentration diffusion tank (n − layer) 15 formed by an ion implantation method using the gate electrode 13 as a mask. And an n-type high-concentration diffusion layer (n + layer) 16 similarly formed by using the sidewall as a mask, and the n − layer 15 functions to weaken the electric field strength inside the MOSFET. Thus, the generation of hot carriers is suppressed and the drain breakdown voltage is increased.
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来のLDD−MOSFETでは第3図
bの等価回路図に示すようにn−層15の抵抗Rn−が
ソース・ドレイン間に直列に入るため、MOSFETの
オン抵抗が2Rn−高くなり電流駆動能力が低下すると
いう欠点があった。Problems to be Solved by the Invention However, in the conventional LDD-MOSFET, the resistance Rn − of the n − layer 15 enters in series between the source and drain as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. resistance 2RN - higher becomes the current driving capability has a drawback that decreases.
また、n−層のホットキャリア発生防止能力及びドレイ
ン耐圧増大能力と抵抗Rn−は逆比例の関係にあるた
め、n−層の長さLn−及び不純物濃度の最適値を求め
ることは難しかった。Further, since the hot carrier generation preventing ability and the drain breakdown voltage increasing ability of the n − layer and the resistance Rn − are in inverse proportion to each other, it is difficult to obtain the optimum value of the length Ln − of the n − layer and the impurity concentration.
問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を克服するためになされたもので、
半導体基板内にドレイン領域側がLDD構造を有した半
導体装置を作り込むにあたり、前記半導体基板上にゲー
ト酸化膜を形成する工程、前記ゲート酸化膜にポリシリ
コン膜を形成しフォトレジストをマスクにして前記ポリ
シリコン膜をエッチングしゲート電極を形成する工程、
前記ゲート電極をマスクにして、ドレイン領域が前記ゲ
ート電極の背にならない斜め方向から第1の不純物をイ
オン注入する工程、CVD法によって前記半導体基板上
に酸化膜を形成する工程、前記酸化膜を異方性エッチン
グし前記ゲート電極にサイドウオールを形成する工程、
前記半導体基板に第2の不純物イオンを注入する工程と
を含み、前記第1の不純物イオン注入は前記第2の不純
物イオン注入に対して、ドーズ量が低くかつ、注入エネ
ルギが高く選ばれている半導体装置の製造方法である。Means for Solving Problems The present invention has been made to overcome the above problems,
In fabricating a semiconductor device having an LDD structure on the drain region side in a semiconductor substrate, a step of forming a gate oxide film on the semiconductor substrate, forming a polysilicon film on the gate oxide film and using a photoresist as a mask Etching the polysilicon film to form a gate electrode,
Using the gate electrode as a mask, a step of ion-implanting the first impurity from an oblique direction in which the drain region does not lie behind the gate electrode, a step of forming an oxide film on the semiconductor substrate by a CVD method, and a step of forming the oxide film Anisotropically etching to form sidewalls on the gate electrode,
Implanting second impurity ions into the semiconductor substrate, wherein the first impurity ion implantation is selected to have a lower dose amount and a higher implantation energy with respect to the second impurity ion implantation. It is a method of manufacturing a semiconductor device.
作用 本発明によれば、ゲート電極下部のドレイン側に比較的
濃度の低い第1の不純物イオンが高エネルギで注入され
るために、低濃度拡散層が形成される。Effect According to the present invention, since the first impurity ions having a relatively low concentration are implanted into the drain side below the gate electrode with high energy, the low concentration diffusion layer is formed.
実施例 本発明をnチャンネル型MOSFETに適用した一実施
例を第1図に示す。Embodiment An embodiment in which the present invention is applied to an n-channel MOSFET is shown in FIG.
本発明によって作り込まれるMOSFETは、第1図に
その要部の断面図を示すように、p型シリコン基板1と
同基板上に形成されたゲート酸化膜2と同酸化膜上に形
成されたリンをドープしたポリシリコンからなるゲート
電極3と、同ゲート電極3の両側壁に形成されたCVD
酸化膜からなるサイドウオール4と、同サイドウオール
下部に形成されたドレイン側の低濃度n型(n−)拡散
層5−aと、同ドレイン側のn−拡散層5−aに接して
形成されたドレイン側の高濃度n型(n+)拡散層6−
aとソース側のn+拡散層6−bとで構成されている。The MOSFET manufactured according to the present invention is formed on the p-type silicon substrate 1 and the gate oxide film 2 and the oxide film formed on the same substrate, as shown in the cross-sectional view of the main part in FIG. Gate electrode 3 made of phosphorus-doped polysilicon and CVD formed on both side walls of the gate electrode 3.
The sidewall 4 made of an oxide film, the drain side low concentration n-type (n − ) diffusion layer 5-a formed under the sidewall, and the drain side n − diffusion layer 5-a are formed in contact with each other. High-concentration n-type (n + ) diffusion layer 6- on the drain side
a and a source side n + diffusion layer 6-b.
さらに、サイドウオール4はソース側とドレイン側で等
しく、かつn−拡散層5−aはドレイン側(Ln−D)
にのみ形成されており、ホットキャリアの発生はドレイ
ン側のn−拡散層5−aによって大幅に抑制でき、また
MOSFETのチャンネル抵抗の増大に対してはソース
側に低濃度の不純物拡散層を設けないことで対処した。Further, the sidewalls 4 are equal on the source side and the drain side, and the n − diffusion layer 5-a is on the drain side (Ln − D).
The n - diffusion layer 5-a on the drain side can significantly suppress the generation of hot carriers, and a low-concentration impurity diffusion layer is provided on the source side to increase the channel resistance of the MOSFET. It was dealt with by not having.
次に本発明のLDD−MOSFETの製造方法の一実施
例を第2図a〜dの工程順断面図を参照して説明する。Next, an embodiment of the method of manufacturing the LDD-MOSFET of the present invention will be described with reference to the sectional views in order of steps of FIGS.
第2図aに示すようにp型(100)基板1上に900
℃の熱酸化によって厚さ約300Åのゲート酸化膜2を
形成する。900 on the p-type (100) substrate 1 as shown in FIG.
A gate oxide film 2 having a thickness of about 300Å is formed by thermal oxidation at ℃.
次に周知の減圧CVD法によって厚さ約6000Åのポ
リシリコン膜を形成し、熱拡散によって第1の不純物で
あるリンを約1020cm-2程度ドープした後、フォトレジ
スト7をマスクにして異方性エッチングを行い、第2図
aに示すような側面ほぼ垂直なゲート電極3を形成す
る。Next, a well-known low pressure CVD method is used to form a polysilicon film having a thickness of about 6000 Å, and the first impurity, phosphorus, is doped by about 10 20 cm -2 by thermal diffusion. Isotropic etching is performed to form a gate electrode 3 whose side surfaces are substantially vertical as shown in FIG. 2a.
次に、ゲート電極3をマスクにしてイオン注入法によっ
て、第1の不純物リンを加速エネルギ60Kev,ドーズ
量5×1012cm-2の条件でシリコン基板1の垂直線に対
して約10度傾けて注入する。リンのイオン注入方向は
第2図bに示すようにドレイン側の全領域がゲート電極
3で遮られることのない、換言すると、ゲート電極3が
ドレイン領域の背後になる方向に選ばれている。すなわ
ち、第2図bを正規に見てドレイン側の右斜め方向から
ドレイン側及びソース側にイオン注入が行われる。ま
た、リンイオンのドーズ量は後述の第2の不純物(ヒ
素)イオンに比べて低く選ばれている。また、リンイオ
ン注入時の加速エネルギはヒ素のそれに比べて高く設定
している。その理由はリンイオン注入によって、ドレイ
ン側に低濃度の領域をソース側に比べて長く形成するた
めである。さて、リンイオンはドレイン側には全領域に
亘って注入されるが、ソース側にはゲート電極3のシャ
ドウ効果により、リンイオン注入層はゲート電極端部か
ら約0.1μm離間して形成される。この離間長はゲー
ト電極の厚さに注入傾斜角(ten)を乗じたものにほぼ
等しくなる。リンイオン注入後、シリコン基板に900
℃,30分間の熱処理を施して、注入したリンを活性化
及び拡散させて、第2図bに示したような、ドレイン側
とソース側で非対称なn−拡散層5−aと5−bを形成
する。第2図bではソース側のn−拡散層5−bがゲー
ト電極下部に達している状態を示したが、ソース側のn
−拡散層5−bとゲート電極3とがオーバーラップしな
くても良い。Next, by using the gate electrode 3 as a mask, the first impurity phosphorus is tilted by about 10 degrees with respect to the vertical line of the silicon substrate 1 under the conditions of an acceleration energy of 60 Kev and a dose amount of 5 × 10 12 cm -2. Inject. The ion implantation direction of phosphorus is selected such that the entire region on the drain side is not blocked by the gate electrode 3 as shown in FIG. 2B, in other words, the gate electrode 3 is behind the drain region. That is, ion implantation is performed from the diagonally right direction on the drain side to the drain side and the source side when the FIG. Further, the dose amount of phosphorus ions is selected to be lower than that of the second impurity (arsenic) ions described later. Further, the acceleration energy at the time of phosphorus ion implantation is set higher than that of arsenic. The reason is that the low concentration region is formed longer on the drain side than on the source side by phosphorus ion implantation. Although phosphorus ions are implanted over the entire region on the drain side, the phosphorus ion implantation layer is formed on the source side by a distance of about 0.1 μm from the end of the gate electrode due to the shadow effect of the gate electrode 3. This separation length is approximately equal to the thickness of the gate electrode multiplied by the implantation inclination angle (ten). After phosphorus ion implantation, 900 on the silicon substrate
Heat treatment is performed at 30 ° C. for 30 minutes to activate and diffuse the implanted phosphorus, and the n − diffusion layers 5-a and 5-b asymmetrical on the drain side and the source side as shown in FIG. To form. In FIG. 2B, the state where the n − diffusion layer 5-b on the source side reaches the lower part of the gate electrode is shown.
- diffusion layer 5-b and the gate electrode 3 may not overlap.
次に第2図cに示すように、プラズマCVD法によっ
て、厚さ約3000Åの酸化膜4′を形成し、その後反
応性イオンエッチング法によって、シリコン基板1の表
面が露出するまで異方性エッチングを行い、第2図dに
示したようなサイドウオール4を形成する。この時形成
されるサイドウオールの幅は、ゲート電極の形状、プラ
ズマ酸化膜のステップカバレージ、エッチングの異方度
によって影響を受けるが、本実施例の場合、サイドウオ
ールの幅は1800Åであった。Next, as shown in FIG. 2c, an oxide film 4'having a thickness of about 3000Å is formed by plasma CVD, and then anisotropic etching is performed by reactive ion etching until the surface of the silicon substrate 1 is exposed. Then, the side wall 4 as shown in FIG. 2D is formed. The width of the side wall formed at this time is affected by the shape of the gate electrode, the step coverage of the plasma oxide film, and the anisotropic degree of etching. In the case of this embodiment, the width of the side wall was 1800Å.
次に、第2図dに示すように、サイドウオール4をマス
クにしてイオン注入法によってヒ素を加速エネルギ40
Kev,ドーズ量5×1015cm-2の条件でシリコン基板1
中に注入する。この時、ヒ素イオンの注入方法は、リン
イオンの注入方法とは逆に行う。すなわち、第2図bに
示すようにソース側の全領域がゲート電極3で遮られる
ことのない、すなわち、ゲート電極3がソース領域の背
後になる方向が選ばれ、イオン注入の傾きは半導体基板
の垂直線に対して約10度である。サイドウオール4の
シャドウ効果により、ドレイン側のヒ素イオン注入層は
サイドウオール端部から約0.1μm程度離間して形成
される。この離間長はサイドウオールの高さに注入傾斜
角(tan)を乗じた値にほぼ等しくなる。ヒ素イオン注
入後、シリコン基板1に1000℃、20分間の熱処理
を施して、注入されたヒ素原子を活性化及び拡散させ
て、n+拡散層6−aと6−bを形成することによって
第1図に示すように、n−拡散層5−aはドレイン側だ
けに形成された、域DD−MOSFETが完成する。Next, as shown in FIG. 2D, the acceleration energy 40 of arsenic is accelerated by ion implantation using the sidewall 4 as a mask.
Silicon substrate 1 under the conditions of Kev and dose of 5 × 10 15 cm -2
Inject. At this time, the arsenic ion implantation method is the reverse of the phosphorus ion implantation method. That is, as shown in FIG. 2B, the entire region on the source side is not blocked by the gate electrode 3, that is, the direction in which the gate electrode 3 is behind the source region is selected, and the inclination of ion implantation is the semiconductor substrate. Is about 10 degrees with respect to the vertical line. Due to the shadow effect of the side wall 4, the arsenic ion-implanted layer on the drain side is formed at a distance of about 0.1 μm from the end of the side wall. This separation length is approximately equal to the sidewall height multiplied by the injection tilt angle (tan). After the arsenic ion implantation, the silicon substrate 1 is heat-treated at 1000 ° C. for 20 minutes to activate and diffuse the implanted arsenic atoms to form the n + diffusion layers 6-a and 6-b. As shown in FIG. 1, the n − diffusion layer 5-a is formed only on the drain side, and a region DD-MOSFET is completed.
本発明はソース側にはn−拡散層を形成させないもので
あるが、そのためにはサイドウオールの幅、サイドウオ
ールの高さ、リン及びヒ素のイオン注入角度、ゲート電
極の厚さ、熱処理条件等々を適当な値に設定することで
実現できる。また、これらの条件を組み合わせること
で、リンまたはヒ素のどちらか一方のみを傾けてイオン
注入してもよい。In the present invention, the n - diffusion layer is not formed on the source side. For this purpose, the width of the sidewall, the height of the sidewall, the ion implantation angle of phosphorus and arsenic, the thickness of the gate electrode, the heat treatment conditions, etc. It can be realized by setting to an appropriate value. Further, by combining these conditions, ion implantation may be performed by tilting either phosphorus or arsenic.
発明の効果 本発明によると、電界の強いドレイン側にのみn−拡散
層が形成されているので、ホットキャリア効果の抑制及
びチャンネル抵抗増大の抑制が同時に実現できる効果を
有する。EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, since the n − diffusion layer is formed only on the drain side where the electric field is strong, it is possible to simultaneously suppress the hot carrier effect and the channel resistance increase.
第1図は本発明の一実施例によって作られた半導体装置
の要部の断面図、第2図a〜dは本発明一実施例を示す
工程図、第3図aは従来のLDD−MOSFETを示す
断面図、第3図bはその等価回路である。 1……p型シリコン基板、2……ゲート酸化膜、3……
ゲート電極、4……サイドウオール、5−a,5−b…
…ドレイン側とソース側のn−拡散層、6−a,6−b
……ドレイン側とソース側のn+拡散層。FIG. 1 is a sectional view of a main part of a semiconductor device manufactured according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2A to 2D are process drawings showing an embodiment of the present invention, and FIG. 3A is a conventional LDD-MOSFET. FIG. 3B is a cross-sectional view showing an equivalent circuit thereof. 1 ... p-type silicon substrate, 2 ... gate oxide film, 3 ...
Gate electrode, 4 ... Sidewall, 5-a, 5-b ...
... N - diffusion layers on drain side and source side, 6-a, 6-b
... n + diffusion layers on the drain side and the source side.
Claims (2)
造を有した半導体装置を作り込むにあたり、前記半導体
基板上にゲート酸化膜を形成する工程、前記ゲート酸化
膜にポリシリコン膜を形成しフォトレジストをマスクに
して前記ポリシリコン膜をエッチングしゲート電極を形
成する工程、前記ゲート電極をマスクにして、前記ドレ
イン領域が前記ゲート電極の背にならない斜め方向から
第1の不純物をイオン注入する工程、CVD法によって
前記半導体基板上に酸化膜を形成する工程、前記酸化膜
を異方性エッチングし前記ゲート電極にサイドウオール
を形成する工程、前記半導体基板に第2の不純物イオン
を注入する工程とを含み、第1の不純物イオン注入は第
2の不純物イオン注入に対して、ドーズ量が低くかつ、
注入エネルギが高く選ばれていることを特徴とする半導
体装置の製造方法。1. A step of forming a gate oxide film on the semiconductor substrate in forming a semiconductor device having an LDD structure on the drain region side in the semiconductor substrate, a polysilicon film being formed on the gate oxide film, and a photoresist. A step of etching the polysilicon film to form a gate electrode by using the mask as a mask, and a step of ion-implanting the first impurity from a diagonal direction in which the drain region does not lie behind the gate electrode using the gate electrode as a mask, A step of forming an oxide film on the semiconductor substrate by a CVD method, a step of anisotropically etching the oxide film to form a sidewall on the gate electrode, and a step of implanting second impurity ions into the semiconductor substrate. And the first impurity ion implantation has a lower dose amount than the second impurity ion implantation, and
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the implantation energy is selected to be high.
ト電極の背にならない方向で第1の不純物イオン注入と
は逆方向の斜め注入であることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。2. The second impurity ions are obliquely implanted in a direction opposite to the first impurity ion implantation in the direction in which the source region does not lie behind the gate electrode. A method for manufacturing a semiconductor device as described above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13643385A JPH0638428B2 (en) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | Method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13643385A JPH0638428B2 (en) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | Method for manufacturing semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61294868A JPS61294868A (en) | 1986-12-25 |
| JPH0638428B2 true JPH0638428B2 (en) | 1994-05-18 |
Family
ID=15175022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13643385A Expired - Lifetime JPH0638428B2 (en) | 1985-06-21 | 1985-06-21 | Method for manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0638428B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63215075A (en) * | 1987-03-04 | 1988-09-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of semiconductor device |
| JPH0770720B2 (en) * | 1988-06-30 | 1995-07-31 | 三菱電機株式会社 | Method for manufacturing semiconductor device |
-
1985
- 1985-06-21 JP JP13643385A patent/JPH0638428B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61294868A (en) | 1986-12-25 |
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