JP2897555B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2897555B2
JP2897555B2 JP4289739A JP28973992A JP2897555B2 JP 2897555 B2 JP2897555 B2 JP 2897555B2 JP 4289739 A JP4289739 A JP 4289739A JP 28973992 A JP28973992 A JP 28973992A JP 2897555 B2 JP2897555 B2 JP 2897555B2
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
係わり、特に短チャネルCMOSトランジスタのソース
・ドレイン形成をもっと簡単にして、製造価格を下げる
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a short-channel CMOS transistor, in which the formation of the source / drain is simplified and the manufacturing cost is reduced.

【0002】[0002]

【従来の技術】CMOSのソース・ドレイン形成はnチ
ャネルトランジスタには一枚のホトマスクを使い、pチ
ャネルトランジスタにも一枚のホトマスクを使う。且
つ、デバイスの短チャネル化に伴って、ソース・ドレイ
ン構造は低いドーピング濃度を使い、ゲード電極にサイ
ドウォールを付けてから、高い濃度でソース・ドレイン
電極を形成する必要性がある。それ故、もう二枚のホト
マスクが用いられている。いいかえれば、CMOSのソ
ース・ドレイン形成には一般に四枚のホトマスクが用い
られている。
2. Description of the Related Art In forming a source / drain of a CMOS, one photomask is used for an n-channel transistor, and one photomask is used for a p-channel transistor. Further, as the device has a shorter channel, it is necessary to use a low doping concentration for the source / drain structure, attach a sidewall to the gate electrode, and then form the source / drain electrode at a high concentration. Therefore, two more photomasks are used. In other words, four photomasks are generally used to form the source and drain of the CMOS.

【0003】ここで、従来のCMOSの製造方法につい
て図5、図6の断面図および図9の工程フローを参照し
て説明する。
Here, a conventional CMOS manufacturing method will be described with reference to the sectional views of FIGS. 5 and 6 and the process flow of FIG.

【0004】p型シリコン101にnウェル102,p
ウェル103を形成し、更に図5(A)の素子断面図に
示すようにフィールド酸化膜104を例えば選択酸化法
により形成する。次に、ゲート酸化膜105を膜厚10
nm(ナノメータ)ほど形成し、ノンドープポリシリコ
ン106を膜厚300nmほど堆積し、図5(B)の素
子断面図に示すようにホトリソグラフィ技術を用いてポ
リシリコンのゲート電極106を形成する。ゲート電極
を形成したあと、ホトリソグラフィ技術を用い、ホトレ
ジスト119を形成し、これをイオン注入のマスクに使
って、pウェルにリンを40keVで2×1013/cm
2 ほどイオン注入し、nMOSFETのソース・ドレイ
ンのn- 領域113を図5(c)の素子断面図に示すよ
うに形成する。次に、ホトリソグラフィ技術を用い、ホ
トレジスト120を形成し、これをイオン注入マスクに
つかって、nウェルにボロンを15keVで2×1013
/cm2 ほどインオ注入し、図5(D)の素子断面図に
示すようにpMOSFETのソース・ドレインのp-
域109を形成する。次に、図5(E)の素子断面図に
示すようにシリコン酸化膜121を膜厚150nmほど
堆積し、図6(A)の素子断面図に示すように異方性の
エッチングによりシリコン酸化膜121によるサイドウ
ォール122を形成し、ホトリソグラフィ技術を用い、
ホトレジスト123を形成し、これをイオン注入マスク
に使って、pウェルとその上のポリシリコンに砒素を7
0keVで5×1015/cm2 ほどイオン注入し、nM
OSFETのソース・ドレインのn+ 領域116を形成
する。次に、もう一回ホトリソグラフィ技術を用い、図
6(B)の素子断面図に示すようにホトレジスト124
を形成し、これをイオン注入マスクに使って、nウェル
とその上のポリシリコンにBF2 を50keVで5×1
15/cm2 ほどイオン注入し、pMOSFETのソー
ス・ドレインのp+ 領域112を形成する。次に、例え
ば摂氏850度で30分間ほどN2 アニールし、トラン
ジスタのソース・ドレインとポリシリコン電極の領域を
活性化してから、図6(C)の素子断面図に示すように
例えばチタン117を膜厚40nmほど堆積する。次
に、摂氏700度ほどの温度で熱処理すると、ゲートポ
リシリコン及び拡散層のみに自己整合的にチタンシリサ
イド118が形成され、次に、図6(D)の素子断面図
に示すようにシリサイド化されずに残っているチタンと
その反応生成物のみを絶縁膜から選択的に除去する。
An n-well 102 and a p-type silicon
A well 103 is formed, and a field oxide film 104 is further formed by, for example, a selective oxidation method as shown in the element sectional view of FIG. Next, a gate oxide film 105 having a film thickness of 10
A non-doped polysilicon 106 is deposited to a thickness of about 300 nm, and a polysilicon gate electrode 106 is formed by photolithography as shown in the element sectional view of FIG. After the gate electrode is formed, a photoresist 119 is formed by using a photolithography technique, and using this as a mask for ion implantation, phosphorus is added to the p-well at 40 keV at 2 × 10 13 / cm 2.
About two ions are implanted to form an n-source / drain n - region 113 of the nMOSFET as shown in the element cross-sectional view of FIG. Next, a photoresist 120 is formed using a photolithography technique, and using this as an ion implantation mask, boron is applied to the n-well at 15 keV at 2 × 10 13.
/ Cm 2 as to In'o injection, p of source-drain of the pMOSFET, as shown in element cross-sectional view of FIG. 5 (D) - to form a region 109. Next, as shown in the device sectional view of FIG. 5E, a silicon oxide film 121 is deposited to a thickness of about 150 nm, and as shown in the device sectional view of FIG. A side wall 122 is formed by using a photolithography technique.
A photoresist 123 is formed, and the photoresist 123 is used as an ion implantation mask.
Ion implantation at about 5 × 10 15 / cm 2 at 0 keV and nM
The source / drain n + region 116 of the OSFET is formed. Next, another photolithography technique is used to form a photoresist 124 as shown in the element sectional view of FIG.
Is formed, and BF 2 is applied to the n-well and the polysilicon on the n-well at 50 keV at 5 × 1 using this as an ion implantation mask.
About 15 / cm 2 ions are implanted to form p + regions 112 of the source and drain of the pMOSFET. Next, for example, N 2 annealing is performed at 850 ° C. for about 30 minutes to activate the source / drain of the transistor and the region of the polysilicon electrode. Deposit about 40 nm in thickness. Next, when a heat treatment is performed at a temperature of about 700 degrees Celsius, titanium silicide 118 is formed in a self-aligned manner only in the gate polysilicon and the diffusion layer. Only the remaining titanium and its reaction products are selectively removed from the insulating film.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来のCM
OSトランジスタのソース・ドレイン形成には、図9の
ゲート電極形成後の工程フローからも明らかのように、
四枚のホトマスクが用いられる。ホトリソグラフィ技術
に関し、用いている工程はバッチ処理ではなくて主に単
ウェハー処理であり、使っている目合わせ露光装置は高
いし、比較的に高価な工程である。それに、ホトリソグ
ラフィ工程は歩留まり劣化に関して、比較的に大きい影
響がある。それ等の製造価格に関する問題点があるので
ホトリソグラィの工程を減らすことが出来たら有利であ
る。
The above-mentioned conventional CMs
As is clear from the process flow after the gate electrode is formed in FIG.
Four photomasks are used. Regarding the photolithography technology, the process used is not a batch process but a single wafer process, and the alignment exposure apparatus used is expensive and relatively expensive. In addition, the photolithography process has a relatively large effect on yield degradation. It is advantageous if the number of photolithographic steps can be reduced because of these production cost problems.

【0006】又、この従来の技術のnチャネルMOSF
ETのポリシリコン電極は短チャネル効果を抑える為に
砒素のイオン注入でドーピングされている。0.4μm
以下のCMOSの技術には砒素の代わりにリンを使うと
短チャネル効果に関する問題がある。一方砒素を使っ
て、短チャネル効果を抑える為に低い温度や短い時間で
活性化をしたら、全体のポリシリコン層を十分にドーピ
ング濃度を得るのは困難であり、低い濃度の場合、nチ
ャネルMOSFETの特性の劣化を引き起こす問題点が
あった。
Also, the conventional n-channel MOSF
The polysilicon electrode of ET is doped by arsenic ion implantation to suppress the short channel effect. 0.4 μm
The following CMOS technology has a short channel effect problem when using phosphorus instead of arsenic. On the other hand, if activation is performed at a low temperature or for a short time to suppress the short channel effect using arsenic, it is difficult to obtain a sufficient doping concentration for the entire polysilicon layer. There is a problem that causes the deterioration of the characteristics.

【0007】又、シリサイドプロセスを使った場合、ソ
ース・ドレインのシリサイドがゲート電極のシリサイド
と短絡しないように、nチャネルのトランジスタ特性に
関する最適なサイドウォール厚さに比べて、もっと厚い
サイドウォールが必要である。即ち、シリサイドプロセ
スの高い歩留まりを得るようなサイドウォール厚さは、
少なくともnチャネルMOSFETのデバイス特性にと
って、厚すぎるという問題点があった。又、シリサイド
反応はたくさんケイ素を消費するので、短チャネル効果
を抑えるための浅いソース・ドレイン拡散層のケイ素を
大部分が反応され、その結果、接合リーク電流が増大し
ており、ソース・ドレイン寄生抵抗が上がっている。つ
まり、ソース・ドレイン接合深さに関して、短チャネル
効果とサリサイドプロセスのそれぞれの必要条件は違っ
ているという困難があった。
Further, when the silicide process is used, a thicker sidewall is required as compared with the optimum sidewall thickness for the n-channel transistor characteristics so that the silicide of the source / drain does not short-circuit with the silicide of the gate electrode. It is. That is, the thickness of the sidewall to obtain a high yield of the silicide process is:
There is a problem that it is too thick at least for the device characteristics of the n-channel MOSFET. In addition, since the silicide reaction consumes a lot of silicon, most of the silicon in the shallow source / drain diffusion layer for suppressing the short channel effect is reacted, and as a result, the junction leakage current increases, and the source / drain parasitic Resistance is rising. That is, there is a difficulty that the requirements for the short channel effect and the salicide process are different with respect to the source / drain junction depth.

【0008】その上、nチャネルMOSFETとpチャ
ネルMOSFETのソース・ドレイン接合深さが違うの
で、デバイス特性に関して、nチャネルMOSFETの
最適なサイドウォール厚さはpチャネルのと違う。従っ
て、nチャネルMOSFETとpチャネルMOSFET
の各々の独立の最適化が出来ないという問題点があっ
た。
In addition, since the source / drain junction depths of the n-channel MOSFET and the p-channel MOSFET are different, the optimum sidewall thickness of the n-channel MOSFET is different from that of the p-channel MOSFET in terms of device characteristics. Therefore, n-channel MOSFET and p-channel MOSFET
There is a problem that independent optimization cannot be performed for each.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
基板上の一主面にCMOS集積回路のnチャネルMOS
FETとpチャネルMOSFETを形成する方法におい
て、両MOSFETのゲート電極を形成する工程と、全
表面上に下層がシリコン窒化膜と上層がシリコン酸化膜
からなる二重層を堆積する工程と、前記nチャネルMO
SFETの形成領域から、選択的に前記二重層のシリコ
ン酸化膜を除去し、前記nチャネルMOSFETのゲー
ト電極の側部に前記シリコン窒化膜の側壁を形成する工
程と、前記nチャネルMOSFETのソース・ドレイン
の第1のn+ 領域を形成する工程と、前記nチャネルM
OSFETの前記シリコン窒化膜の側壁を除去し、前記
nチャネルMOSFETのソース・ドレインのn- 領域
を形成する工程と、前記nチャネルMOSFETのゲー
ト電極の側部に第1の絶縁膜の側壁を形成し、前記pチ
ャネルMOSFETの形成領域に残った前記二重層のシ
リコン酸化膜を除去する工程と、前記nチャネルMOS
FETのソース・ドレインの第2のn+ 領域を形成する
工程と、前記pチャネルMOSFETの領域に残った前
記二重層のシリコン窒化膜を除去する工程と、前記pチ
ャネルMOSFETのソース・ドレインのp- 領域を形
成する工程と、前記pチャネルMOSFETのゲート電
極の側部に第2の絶縁膜の側壁を形成し、前記pチャネ
ルMOSFETのソース・ドレインのp+ 領域を形成す
る工程とを含む半導体装置の製造方法にある。
A feature of the present invention is that an n-channel MOS of a CMOS integrated circuit is formed on one main surface of a semiconductor substrate.
A method of forming a FET and a p-channel MOSFET, a step of forming gate electrodes of both MOSFETs, a step of depositing a double layer comprising a silicon nitride film as a lower layer and a silicon oxide film as an upper layer on the entire surface; MO
Selectively removing the double-layered silicon oxide film from the SFET formation region and forming a side wall of the silicon nitride film on a side of a gate electrode of the n-channel MOSFET; Forming a first n + region of the drain;
Removing the side wall of the silicon nitride film of the OSFET to form a source / drain n region of the n-channel MOSFET; and forming a side wall of a first insulating film on a side of a gate electrode of the n-channel MOSFET. Removing the double-layered silicon oxide film remaining in the formation region of the p-channel MOSFET;
Forming a source / drain second n + region of the FET; removing the double-layer silicon nitride film remaining in the region of the p-channel MOSFET; - semiconductor including the steps of forming a region, and the step of the side walls of the second insulating film is formed on the side of the gate electrode of the p-channel MOSFET, to form a p + region of the source and drain of the p-channel MOSFET An apparatus manufacturing method.

【0010】本発明の別の特徴は、半導体基板上の一主
面にCMOS集積回路のnチャネルMOSFETとpチ
ャネルMOSFETを形成する方法において、両MOS
FETのゲート電極を形成する工程と、全表面上に下層
がシリコン窒化膜と上層がシリコン酸化膜からなる二重
層を堆積する工程と、前記pチャネルMOSFETの形
成領域から、選択的に前記二重層を除去し、前記pチャ
ネルMOSFETのソース・ドレインのp- 領域を形成
し、前記pチャネルMOSFETのゲート電極の側部に
第1の絶縁膜の側壁を形成し、前記pチャネルMOSF
ETのソースドレインのp+ 領域を形成する工程と、前
記nチャネルMOSFETの形成領域に残った前記二重
層のシリコン窒化膜を除去する工程と、前記nチャネル
MOSFETのソース・ドレインのn- 領域を形成し、
前記nチャネルMOSFETのゲート電極の側部に第2
の絶縁膜の側壁を形成し、前記nチャネルMOSFET
のソース・ドレインのn+ 領域を形成する工程とを含む
半導体装置の製造方法にある。
Another feature of the present invention is a method of forming an n-channel MOSFET and a p-channel MOSFET of a CMOS integrated circuit on one principal surface on a semiconductor substrate.
A step of forming a gate electrode of an FET; a step of depositing a double layer comprising a silicon nitride film as a lower layer and a silicon oxide film as an upper layer on the entire surface; and selectively forming the double layer from the formation region of the p-channel MOSFET. To form p - regions of source / drain of the p-channel MOSFET, to form a side wall of a first insulating film on a side of a gate electrode of the p-channel MOSFET,
Forming a source / drain p + region of the ET, removing the double-layer silicon nitride film remaining in the formation region of the n-channel MOSFET, and removing a source / drain n region of the n-channel MOSFET. Forming
A second portion is provided on the side of the gate electrode of the n-channel MOSFET.
Forming an insulating film side wall, and forming the n-channel MOSFET
Forming a source / drain n + region.

【0011】[0011]

【実施例】次に本発明の第1の実施例について、工程順
に断面図を示した図1,図2およびゲート電極形成後の
工程フローを示した図7を参照して説明する。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 showing sectional views in the order of steps and FIG. 7 showing a step flow after forming a gate electrode.

【0012】p型基板101にnウェル102、pウェ
ル103を形成し、更に図1(A)の素子断面図に示す
ようにフィルド酸化膜104を例えば選択酸化法により
形成する。次に、ゲート酸化膜105を膜厚10nmほ
ど形成し、ノンドープポリシリコン106を膜厚300
nmほど堆積し、図1(B)の素子断面図に示すように
ホトリソグラフィ技術を用いてゲート電極106を形成
する。次に、シリコン窒化膜107を膜厚150nmほ
ど堆積し、シリコン酸化膜108を膜厚50nmほど堆
積し、図1(C)の素子断面図に示すようにホトリソグ
ラフィ技術を用いてホトレジスト125を形成し、これ
をエッチングマスクに使って、nMOSFET領域のシ
リコン酸化膜108を等方性エッチングにより取り除
く。次に、異方性エッチングによりサイドウォール12
6を形成し、図1(D)の素子断面図に示すように砒素
を70keVで1×1015/cm2 ほどイオン注入して
nMOSFETのソースドレンインのn+ 砒素領域12
7を形成する。次に、ホット燐酸でサイドウォール12
6を除去し、リンを40keVで2×1013/cm2
どイオン注入してnMOSFETのソース・ドレインの
- 領域113を形成し、図1(E)の素子断面図に示
すように酸化膜128を膜厚300nmほど堆積する。
次に、異方性エッチングによりサイドウォール129を
形成し、図2(A)の素子断面図に示すようにリンを7
0keVで5×1015/cm2 ほどイオン注入してnM
OSFETのソース・ドレインのn+ リン領域130を
形成する。次に、nウェルに残ったシリコン窒化膜10
7を除去し、ボロンを15keVで2×1013/cm2
ほどイオン注入してpMOSFETのソース・ドレイン
のp- 領域109を形成し、図2(B)に示すようにシ
リコン酸化膜131を膜厚150nmほど堆積する。次
に、異方性エッチングによりサイドウォール132を形
成し、図2(C)に示すようにBF2 を50keVで5
×1015/cm2 ほどイオン注入してpMOSFETの
ソース・ドレインのp+ 領域112を形成する。そのB
2 イオン注入はnMOSFETの領域にも入るが、リ
ンの活性化された濃度がBF2 のより随分大きいし、リ
ンの接合深さもBF2 より深くできるので、nMOSF
ETのリンでドーピングされたソース・ドレインとポリ
シリコンの電極が保存されている。次に、シリサイド技
術を使った場合例えば摂氏850度の温度で熱処理して
ソース・ドレインとポリシリコン電極のイオン注入され
た不純物を活性化し、図2(D)の素子断面図に示すよ
うに例えばチタン117を膜厚40nmほど堆積する。
次に、摂氏700度ほどの温度でシリサイド化の反応を
してから、選択的に絶縁膜のみにあるチタンの反応生成
物を除去し、図2(E)の素子断面図に示すようにチタ
ンシリサイド118を拡散とポリシリコン電極の領域の
みに形成される。
An n-well 102 and a p-well 103 are formed on a p-type substrate 101, and a filled oxide film 104 is formed by, for example, a selective oxidation method as shown in the element sectional view of FIG. Next, a gate oxide film 105 is formed to a thickness of about 10 nm, and a non-doped polysilicon 106 is deposited to a thickness of 300 nm.
Then, a gate electrode 106 is formed by photolithography as shown in the element cross-sectional view of FIG. Next, a silicon nitride film 107 is deposited to a thickness of about 150 nm, a silicon oxide film 108 is deposited to a thickness of about 50 nm, and a photoresist 125 is formed using a photolithography technique as shown in the element sectional view of FIG. Then, using this as an etching mask, the silicon oxide film 108 in the nMOSFET region is removed by isotropic etching. Next, the sidewalls 12 are anisotropically etched.
6 is formed, FIG. 1 nMOSFET source drain in the n + arsenic region 12 of arsenic as shown in element cross section by ion implantation about 1 × 10 15 / cm 2 at 70keV in (D)
7 is formed. Next, hot phosphoric acid is applied to the side wall 12.
6 is removed, and phosphorus is ion-implanted at 40 keV to about 2 × 10 13 / cm 2 to form the n region 113 of the source / drain of the nMOSFET. As shown in the element cross-sectional view of FIG. 128 is deposited to a thickness of about 300 nm.
Next, a side wall 129 is formed by anisotropic etching, and phosphorus is reduced to 7 as shown in the element sectional view of FIG.
Ion implantation at about 5 × 10 15 / cm 2 at 0 keV and nM
The source / drain n + phosphorus region 130 of the OSFET is formed. Next, the silicon nitride film 10 remaining in the n-well
7 is removed and boron is added at 15 keV to 2 × 10 13 / cm 2.
As ion implantation to the source and drain of the pMOSFET p - forms a region 109 is deposited a silicon oxide film 131 as the film thickness 150nm, as shown in FIG. 2 (B). Next, a side wall 132 is formed by anisotropic etching, and BF 2 is applied at 50 keV for 5 seconds as shown in FIG.
Ion implantation is performed at about × 10 15 / cm 2 to form p + regions 112 of source and drain of the pMOSFET. That B
Although the F 2 ion implantation enters the region of the nMOSFET, the activated concentration of phosphorus is much larger than that of BF 2 and the junction depth of phosphorus can be made deeper than that of BF 2.
The source / drain doped with ET phosphorus and the polysilicon electrode are preserved. Next, when the silicide technology is used, a heat treatment is performed at a temperature of, for example, 850 degrees Celsius to activate the ion-implanted impurities of the source / drain and the polysilicon electrode. For example, as shown in the element cross-sectional view of FIG. Titanium 117 is deposited to a thickness of about 40 nm.
Next, after a silicidation reaction is performed at a temperature of about 700 degrees Celsius, a titanium reaction product only in the insulating film is selectively removed, and as shown in the element cross-sectional view of FIG. The silicide 118 is formed only in the diffusion and polysilicon electrode regions.

【0013】本実施例は、以上の例からわかるように、
デバイス特性を劣化せずに厚いサイドウォールが用いら
れているので、図11に示すように、ソース・、ドレイ
ンとゲート電極のブリジングに関する歩留まりの向上を
実現するという効果を有する。
The present embodiment, as can be seen from the above example,
Since the thick sidewall is used without deteriorating the device characteristics, as shown in FIG. 11, there is an effect of improving the yield related to bridging of the source / drain and the gate electrode.

【0014】その上、本発明は、従来の技術より深いソ
ース・ドレイン接合が用いられているので、シリサイド
プロセスの場合、浅い接合に伴う接合リーク電流と大き
い寄生抵抗が避けられる。従って、図12に示すように
信頼性の向上を実現したという効果を有する。深い接合
なのに短チャネル効果の劣化が抑えられるので、図13
のしきい値電圧のゲート電極長依存性に示すようにデバ
イス特性を向上できるという効果を有する。
In addition, since the present invention uses a deeper source-drain junction than the prior art, the junction leakage current and large parasitic resistance associated with a shallow junction are avoided in the case of a silicide process. Therefore, there is an effect that the reliability is improved as shown in FIG. Since the deterioration of the short channel effect can be suppressed despite the deep junction, FIG.
As shown in the dependence of the threshold voltage on the gate electrode length, device characteristics can be improved.

【0015】次に本発明の第2の実施例について、工程
順に断面を示した図3、図4およびゲート電極形成後の
工程フローを示す図8を参照して説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4 showing cross sections in the order of steps and FIG. 8 showing a step flow after forming a gate electrode.

【0016】p型基板101にnウェル102、pウェ
ル103を形成し、更に図3(A)の素子断面図に示す
ようにフィールド酸化膜104を例えば選択酸化法によ
り形成する。次に、ゲート酸化膜105を膜厚10nm
ほど形成し、ノンドープポリシリコン106を膜厚30
0nmほど堆積し、その膜をリン拡散でドーピングし、
図3(B)の素子断面図に示すようにホトリソグラフィ
技術を用いてリンドープポリシリコンのゲート電極10
6を形成する。次に、シリコン窒化膜107を膜厚15
0nmほど堆積し、シリコン酸化膜108を膜厚50n
mほど堆積し、図3(C)の素子断面図に示すようにホ
トリソグラフィ技術を用いてホトレジスト125を形成
し、これをマスクに使ってpMOSFETの酸化膜10
8を等方性エッチングで取り除く。次に、残ったシリコ
ン酸化膜108をマスクに使って、pMOSFETのシ
リコン窒化膜107をホット燐酸で除去し、ボロンを1
5keVで2×1013/cm2 ほどイオン注入してpM
OSFETのソース・ドレインのp- 領域109を形成
し、図3(A)の素子断面図に示すようにシリコン酸化
膜110を膜厚200nmほど堆積する。次に、異方性
のエッチングによりシリコン酸化膜110によるサイド
ウォール111を形成し、BF2 を50keVで5×1
15/cm2 ほどイオン注入し、図4(A)の素子断面
図に示すようにpMOSFETのソース・ドレインのP
+ 領域112を形成する。次に、pウェル103の部分
に残ったシリコン窒化膜107をホット燐酸により除去
し、リンを40keVで2×1013/cm2 ほどイオン
注入し、nMOSFETのソース・ドレインのn- 領域
113を形成し、図4(B)の素子断面図に示すように
酸化膜114を膜厚150nmほど堆積する。次に、異
方性のエッチングによりシリコン酸化膜のサイドウォー
ル115を形成し、砒素を70keVで3×1015/c
2 ほどイオ注入し、図4(C)の素子断面図に示すよ
うにnMOSFETのソース・ドレインのn+ 領域11
6を形成する。砒素がpMOSFET領域に入らないよ
うにもう一つのホトマスクがもちいられるが、一方、そ
のホトマスクをつかわないでもオーム接触のトンネルダ
イオードができる。どちらの方法を使っても、従来の技
術に比べて、全体としてリソグラフィの工程数が少なく
なる。この第2の実施例も第1の実施例と同様に図1
1,図12,図13に示すような効果が得られる。
An n-well 102 and a p-well 103 are formed on a p-type substrate 101, and a field oxide film 104 is formed by, for example, a selective oxidation method as shown in the element sectional view of FIG. Next, the gate oxide film 105 is formed to a thickness of 10 nm.
And a non-doped polysilicon 106 having a film thickness of 30
About 0 nm, doping the film by phosphorus diffusion,
As shown in the element sectional view of FIG. 3B, the gate electrode 10 of phosphorus-doped polysilicon is formed by photolithography.
6 is formed. Next, the silicon nitride film 107 is
The silicon oxide film 108 is deposited to a thickness of 50 n
m, and a photoresist 125 is formed using a photolithography technique as shown in the element cross-sectional view of FIG.
8 is removed by isotropic etching. Next, using the remaining silicon oxide film 108 as a mask, the silicon nitride film 107 of the pMOSFET is removed with hot phosphoric acid to remove boron.
Implant 2 × 10 13 / cm 2 at 5 keV to obtain pM
The source and drain of OSFET p - forms a region 109, a silicon oxide film is deposited 110 as thickness 200nm as shown in element cross-sectional view of FIG. 3 (A). Next, a side wall 111 of a silicon oxide film 110 is formed by anisotropic etching, and BF 2 is applied at 50 keV to 5 × 1.
About 0 15 / cm 2, and as shown in the element sectional view of FIG.
+ Region 112 is formed. Next, the silicon nitride film 107 remaining in the p-well 103 is removed by hot phosphoric acid, and phosphorus is ion-implanted at 2 × 10 13 / cm 2 at 40 keV to form n regions 113 of source and drain of the nMOSFET. Then, as shown in the element sectional view of FIG. 4B, an oxide film 114 is deposited to a thickness of about 150 nm. Next, a side wall 115 of a silicon oxide film is formed by anisotropic etching, and arsenic is applied at 70 keV to 3 × 10 15 / c.
as m 2 and Io injection, the source and drain of the nMOSFET as shown in element cross-sectional view of FIG. 4 (C) n + region 11
6 is formed. Another photomask is used to prevent arsenic from entering the pMOSFET region, but an ohmic contact tunnel diode can be formed without using the photomask. Either method reduces the number of lithography steps as a whole as compared with the conventional technique. This second embodiment is similar to the first embodiment in FIG.
1, 12 and 13 are obtained.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、従来技術
の製造方法よりホトマスクを三枚少なく用いられる事が
出来る。図7〜図9に示すようにCVD堆積工程とエッ
チング工程が増えるが、製造コストの比較的に高いリソ
グラフィ工程が少なくなり、全体として製造価格が下が
るという効果がある。その上、本発明はホトリソグラフ
ィ工程を少なく用いられるので、歩留まりの向上が実現
され、その結果で、さらに製造価格が下がるという効果
を有する。
As described above, the present invention can use three less photomasks than the conventional manufacturing method. As shown in FIGS. 7 to 9, the CVD deposition step and the etching step are increased, but the number of the lithography steps having a relatively high manufacturing cost is reduced, and the effect that the manufacturing cost is reduced as a whole is obtained. In addition, since the present invention uses less photolithography steps, the yield is improved, and as a result, the manufacturing cost is further reduced.

【0018】又、本発明はn−pゲートCMOSの場合
でも、短チャネルトランジスタの特性を劣化しないでn
チャネルMOSFETのゲート電極にリンドーピングが
使える。このため従来の技術に比べて、電極のドーピン
グ濃度を上げる事が出来るので、図10に示すようにデ
バイス特性の向上を実現するという効果を有する。又、
本発明はnチャネルMOSFETに一つのサイドウォー
ル厚さを使っていて、pチャネルMOSFETにほかの
を使っているので、pチャネルとnチャネルのソース・
ドレイン構造を別々に最適化ができる。従って、CMO
Sのデバイス特性の向上を実現するという効果を有す
る。
Further, according to the present invention, even in the case of n-p gate CMOS, n
Phosphorus doping can be used for the gate electrode of the channel MOSFET. For this reason, the doping concentration of the electrode can be increased as compared with the conventional technology, so that there is an effect that the device characteristics are improved as shown in FIG. or,
Since the present invention uses one sidewall thickness for the n-channel MOSFET and the other for the p-channel MOSFET, the p-channel and n-channel source
The drain structure can be optimized separately. Therefore, CMO
This has the effect of improving the device characteristics of S.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例のCMOSの製造方法を
工程順に示した断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a method of manufacturing a CMOS according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】図1の続きの工程を順に示した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 1 in order;

【図3】本発明の第2の実施例のCMOSの製造方法を
工程順に示した断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a method of manufacturing a CMOS according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.

【図4】図3の続きの工程を順に示した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 3 in order;

【図5】従来技術のCMOSの製造方法を工程順に示し
た断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a conventional CMOS manufacturing method in the order of steps.

【図6】図5の続きの工程を順に示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 5 in order;

【図7】本発明の第1の実施例の製造工程フローを示し
た図である。
FIG. 7 is a view showing a manufacturing process flow of the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施例の製造工程フローを示し
た図である。
FIG. 8 is a diagram showing a manufacturing process flow according to a second embodiment of the present invention.

【図9】従来技術の製造工程フローを示した図である。FIG. 9 is a diagram showing a manufacturing process flow of a conventional technique.

【図10】本発明と従来技術におけるトランジスタドレ
イン電流を比較して示した図である。
FIG. 10 is a diagram showing a comparison between transistor drain currents according to the present invention and the prior art.

【図11】本発明と従来技術における歩留まりを比較し
て示した図である。
FIG. 11 is a diagram showing a comparison between the yields of the present invention and the prior art.

【図12】本発明と従来技術における接合リーク電流を
比較して示した図である。
FIG. 12 is a diagram showing a comparison between junction leak currents according to the present invention and the prior art.

【図13】本発明と従来技術におけるしきい値電圧のゲ
ート電極長さ依存性を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing the dependence of the threshold voltage on the gate electrode length in the present invention and the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 p型基板 102 nウェル 103 pウェル 104 フィールド酸化膜 105 ゲート酸化膜 106 ポリシリコンのゲート電極 107 イオン注入マスクの為のシリコン窒化膜 108 ホット燐酸エッチングマスクの為のシリコン
酸化膜 109 pMOSFETのソース・ドレインのp-
域 110 pMOSFETのサイドウォールの為のシリ
コン酸化膜 111 pMOSFETのサイドウォール 112 pMOSFETのソース・ドレインのp+
域 113 nMOSFETのソース・ドレインのn-
域 114 nMOSFETのサイドウォールの為のシリ
コン酸化膜 115 nMOSFETのサイドウォール 116 nMOSFETのソース・ドレインのn+
域 117 チタン 118 チタンシリサイド 119 ソース・ドレインのn- 領域のリンイオン注
入のホトレジストマスク 120 ソース・ドレインのp- 領域のボロンイオン
注入のホトレジストマスク 121 サイドウォールの為のシリコン酸化膜 122 サイドウォール 123 ソース・ドレインのn+ 領域の砒素イオン注
入のホトレジストマスク 124 ソース・ドレインのp+ 領域のBF2 イオン
注入のホトレジストマスク 125 CMOSのソース・ドレイン形成のホトレジ
スト 126 サイドウォール 127 nMOSFETのソース・ドレインのn+
素領域 128 シリコン酸化膜 129 サイドウォール 130 nMOSFETのソース・ドレインのn+
ン領域 131 シリコン酸化膜 132 サイドウォール
Reference Signs List 101 p-type substrate 102 n-well 103 p-well 104 field oxide film 105 gate oxide film 106 gate electrode of polysilicon 107 silicon nitride film for ion implantation mask 108 silicon oxide film for hot phosphoric acid etching mask 109 source of pMOSFET P - region of drain 110 silicon oxide film for pMOSFET sidewall 111 pMOSFET sidewall 112 pMOSFET source / drain p + region 113 nMOSFET source / drain n - region 114 silicon for nMOSFET sidewall n of the source and drain of the n + region 117 titanium 118 titanium silicide 119 source and drain sidewalls 116 nMOSFET oxide film 115 nMOSFET - Photoresist mask 120 source and drain of the phosphorus ions implanted frequency p - region boron ion implantation photoresist mask 121 photoresist mask arsenic ion implantation of the silicon oxide film 122 sidewall 123 of the source-drain n + region for the sidewall 124 Photoresist mask for BF 2 ion implantation in p + region of source / drain 125 Photoresist for CMOS source / drain formation 126 Side wall 127 n + arsenic region for source / drain of nMOSFET 128 Silicon oxide film 129 Side wall 130 Source for nMOSFET N + phosphorus region of drain 131 silicon oxide film 132 sidewall

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上の一主面にCMOS集積回
路の第1導電型チャネルMOSFETと第2導電型チャ
ネルMOSFETを形成する方法において、前記両チャ
ネルMOSFETのゲート電極を形成する工程と、全表
面上に下層がシリコン窒化膜と上層がシリコン酸化膜か
らなる二重層を堆積する工程と、前記第1導電型チャネ
ルMOSFETの形成領域から、選択的に前記二重層の
シリコン酸化膜を除去し、前記第1導電型チャネルMO
SFETのゲート電極の側部に前記シリコン窒化膜の側
壁を形成する工程と、前記第1導電型チャネルMOSF
ETのソース・ドレインの第1の比較的に不純物濃度が
高い第1導電型の領域を形成する工程と、前記第1導電
型チャネルMOSFETの前記シリコン窒化膜の側壁を
除去し、前記第1導電型チャネルMOSFETのソース
・ドレインの比較的に不純物濃度が低い第1導電型の領
域を形成する工程と、前記第1導電型チャネルMOSF
ETのゲート電極の側部に第1の絶縁膜の側壁を形成
し、前記第2導電型チャネルMOSFETの形成領域に
残った前記二重層のシリコン酸化膜を除去する工程と、
前記第1導電型チャネルMOSFETのソース・ドレイ
ンの第2の比較的に不純物濃度が高い第1導電型の領域
を形成する工程と、前記第2導電型チャネルMOSFE
Tの領域に残った前記二重層のシリコン窒化膜を除去す
る工程と、前記第2導電型チャネルMOSFETのソー
ス・ドレインの比較的に不純物濃度が低い第2導電型の
領域を形成する工程と、前記第2導電型チャネルMOS
FETのゲート電極の側部に第2の絶縁膜の側壁を形成
し、前記第2導電型チャネルMOSFETのソース・ド
レインの比較的に不純物濃度が高い第2導電型の領域を
形成する工程とを含む事を特徴とする半導体装置の製造
方法。
In a method of forming a first conductivity type channel MOSFET and a second conductivity type channel MOSFET of a CMOS integrated circuit on one principal surface on a semiconductor substrate, a step of forming gate electrodes of both channel MOSFETs; Depositing a double layer comprising a silicon nitride film as a lower layer and a silicon oxide film as an upper layer on a surface, and selectively removing the silicon oxide film of the double layer from a region where the first conductivity type channel MOSFET is formed; The first conductivity type channel MO
Forming a side wall of the silicon nitride film on a side of a gate electrode of the SFET;
Forming a first relatively high impurity concentration first conductivity type region of the source / drain of the ET; removing a side wall of the silicon nitride film of the first conductivity type channel MOSFET; Forming a first conductivity type region having a relatively low impurity concentration in the source and drain of the first conductivity type channel MOSFET;
Forming a side wall of a first insulating film on a side of a gate electrode of the ET, and removing the double-layered silicon oxide film remaining in a region where the second conductivity type channel MOSFET is formed;
Forming a second relatively high impurity concentration first conductivity type region of the source and drain of the first conductivity type channel MOSFET; and forming the second conductivity type channel MOSFET.
Removing the double-layered silicon nitride film remaining in the T region; and forming a second conductivity type region having a relatively low impurity concentration in the source and drain of the second conductivity type channel MOSFET; The second conductivity type channel MOS
Forming a side wall of a second insulating film on a side portion of the gate electrode of the FET, and forming a second conductivity type region having a relatively high impurity concentration of a source / drain of the second conductivity type channel MOSFET. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】 半導体基板上の一主面にCMOS集積回
路の第1導電型チャネルMOSFETと第2導電型チャ
ネルMOSFETを形成する方法において、前記両チャ
ネルMOSFETのゲート電極を形成する工程と、全表
面上に下層がシリコン窒化膜と上層がシリコン酸化膜か
らなる二重層を堆積する工程と、前記第2導電型チャネ
ルMOSFETの形成領域から、選択的に前記二重層を
除去し、前記第2導電型チャネルMOSFETのソース
・ドレインの比較的に不純物濃度が低い第2導電型の領
域を形成し、前記第2導電型チャネルMOSFETのゲ
ート電極の側部に第1の絶縁膜の側壁を形成し、前記第
1導電型チャネル領域に残った前記二重層のシリコン酸
化膜を除去する工程と、前記第2導電型チャネルMOS
FETのソース・ドレインの比較的に不純物濃度が高い
第2導電型の領域を形成する工程と、前記第1導電型チ
ャネルMOSFET領域に残った前記二重層のシリコン
窒化膜を除去する工程と、前記第1導電型チャネルMO
SFETのソース・ドレインの比較的に不純物濃度が低
い第1導電型の領域を形成し、前記第1導電型チャネル
MOSFETのゲート電極の側部に第2の絶縁膜の側壁
を形成し、前記第1導電型チャネルMOSFETのソー
ス・ドレインの比較的に不純物濃度が高い第1導電型の
領域を形成する工程とを含む事を特徴とする半導体装置
の製造方法。
2. A method of forming a first conductivity type channel MOSFET and a second conductivity type channel MOSFET of a CMOS integrated circuit on one principal surface on a semiconductor substrate, wherein a step of forming gate electrodes of both channel MOSFETs is performed. Depositing a double layer comprising a silicon nitride film as a lower layer and a silicon oxide film as an upper layer on the surface; and selectively removing the double layer from a region where the second conductivity type channel MOSFET is formed; Forming a second conductivity type region having a relatively low impurity concentration at the source / drain of the type channel MOSFET, forming a side wall of a first insulating film on a side of a gate electrode of the second conductivity type channel MOSFET, Removing the double layer silicon oxide film remaining in the first conductivity type channel region; and removing the second conductivity type channel MOS.
Forming a second conductivity type region having a relatively high impurity concentration in the source / drain of the FET; removing the double-layer silicon nitride film remaining in the first conductivity type channel MOSFET region; First conductivity type channel MO
Forming a first conductivity type region having a relatively low impurity concentration in the source / drain of the SFET; forming a side wall of a second insulating film on a side portion of a gate electrode of the first conductivity type channel MOSFET; Forming a first conductivity type region having a relatively high impurity concentration in the source / drain of the one conductivity type channel MOSFET.
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