JPH0992822A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、MOS
(Metal Oxide Semiconductor )トランジスタ等の半導
体装置の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
(Metal Oxide Semiconductor) The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device such as a transistor.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、半導体装置、たとえば、MOS
トランジスタにおいては、ゲート長が短くなると、ある
ところから急にしきい値電圧が降下する。これは短チャ
ネル効果と呼ばれ、古くからよく知られた現象である。2. Description of the Related Art Generally, a semiconductor device such as a MOS is used.
In the transistor, when the gate length becomes short, the threshold voltage suddenly drops from a certain point. This is called the short channel effect and is a well-known phenomenon since ancient times.
【0003】さらに、近年、LSIの微細化に伴い、ま
すますMOSトランジスタのゲート長が短くなり、かつ
プロセスが複雑になると、MOSトランジスタのゲート
長が短くなるにつれて、トランジスタのしきい値電圧が
徐々に上昇し、それから急にしきい値電圧が降下すると
いう現象が見られ、多くの報告がなされている。このし
きい値電圧の上昇現象は逆短チャネル効果と呼ばれてい
る。Further, in recent years, with the miniaturization of LSIs, the gate length of MOS transistors has become shorter and more complicated, and as the gate length of MOS transistors becomes shorter, the threshold voltage of the transistors gradually increases. It has been reported that there is a phenomenon in which the threshold voltage rises rapidly and then the threshold voltage suddenly drops, and many reports have been made. This phenomenon of increasing the threshold voltage is called the reverse short channel effect.
【0004】LSIの微細化にはMOSトランジスタの
ゲート長を短くすることが要求される。一方、MOSト
ランジスタのゲート長が短くなるとしきい値電圧などの
電気特性を制御することが困難になる。その困難性の1
つの原因は逆短チャネル効果であり、近年、それに関し
て多くの研究発表がなされている("A Model for Anoma
lous Short-Channel Behavior in Submicron MOSFET'
s", IEEE Electron Device Letters, Vol.14, No.12, D
ecember 1993, "Reverse Short-Channel EffectDue to
Lateral Diffusion of Point-Defect Induced by Sourc
e/Drain Ion Implantation", IEEE Trans. on CAD of I
C and Systems, Vol.13, No.4, April 1994)。For miniaturization of LSIs, it is required to shorten the gate length of MOS transistors. On the other hand, when the gate length of the MOS transistor becomes short, it becomes difficult to control the electrical characteristics such as the threshold voltage. One of the difficulties
One cause is the inverse short channel effect, and many studies have been published in recent years ("A Model for Anoma
lous Short-Channel Behavior in Submicron MOSFET '
s ", IEEE Electron Device Letters, Vol.14, No.12, D
ecember 1993, "Reverse Short-Channel Effect Due to
Lateral Diffusion of Point-Defect Induced by Sourc
e / Drain Ion Implantation ", IEEE Trans. on CAD of I
C and Systems, Vol.13, No.4, April 1994).
【0005】図8は上述した逆短チャネル効果、短チャ
ネル効果を示す模式図である。図8において、横軸はM
OSトランジスタのゲート長、縦軸はMOSトランジス
タのしきい値電圧をそれぞれ示している。ゲート長が短
くなるにつれ、MOSトランジスタのしきい値電圧が上
昇する部分は、逆短チャネル効果によるものであり、そ
して、あるところからしきい値電圧が急に降下する部分
は短チャネル効果によるものである。FIG. 8 is a schematic diagram showing the above-mentioned inverse short channel effect and short channel effect. In FIG. 8, the horizontal axis is M
The gate length of the OS transistor and the vertical axis represent the threshold voltage of the MOS transistor, respectively. The part where the threshold voltage of the MOS transistor rises as the gate length becomes shorter is due to the reverse short channel effect, and the part where the threshold voltage suddenly drops from somewhere is due to the short channel effect. Is.
【0006】さらに、図8においては、逆短チャネル効
果がない場合のしきい値電圧の変化を破線で示してい
る。図8の破線に示すように、逆短チャネル効果がない
場合に、ゲート長が短くなると、あるところからしきい
値電圧が急に降下する現象が見られ、これは一般に知ら
れている短チャネル効果である。Further, in FIG. 8, the broken line shows the change in the threshold voltage when there is no reverse short channel effect. As shown by the broken line in FIG. 8, when there is no reverse short channel effect, when the gate length becomes short, a phenomenon in which the threshold voltage suddenly drops from a certain point is observed. This is a generally known short channel. It is an effect.
【0007】短チャネル効果は通常のMOSトランジス
タでは、常に見られる現象であるが、逆短チャンネル効
果は場合によって異なる。どのような場合に顕著である
かは、現在のところ定かではない。しかし、主として、
半導体基板表面近傍に電流経路を有するMOSトランジ
スタで観測される、という結果が多く報告されている。
以下では、このような半導体基板表面近傍に電流経路を
有するMOSトランジスタ(いわゆる表面チャネル型M
OSトランジスタ)を代表として、逆短チャネル効果の
原因について詳述する。The short channel effect is a phenomenon that is always seen in a normal MOS transistor, but the reverse short channel effect differs depending on the case. It is currently unclear when it will be significant. But mainly
Many results have been reported to be observed in MOS transistors having a current path near the surface of a semiconductor substrate.
In the following, such a MOS transistor having a current path near the surface of the semiconductor substrate (so-called surface channel type M
The cause of the reverse short channel effect will be described in detail with the OS transistor as a representative.
【0008】図9は、たとえば、n型MOS(以下nM
OSという)トランジスタの断面を示す概略断面図であ
る。図9(a)は通常のMOSトランジスタの簡略断面
図であり、図9(b)はLDD(Lightly Do
ped Drain)層を有するMOSトランジスタの
簡略断面図である。図9において、1はnMOSトラン
ジスタのゲート電極、2はnMOSトランジスタのソー
ス、3はnMOSトランジスタのドレイン、2a,3a
はLDD層、4はゲート絶縁膜、8はサイドウォールス
ペーサー、10はシリコン基板をそれぞれ示している。
また、Gはゲート電極1の端子、Sはソース2の端子、
Dはドレイン3の端子をそれぞれ示している。図示のよ
うに、ゲート電極1は、たとえば、ポリシリコンなどに
よって形成され、ソース2およびドレイン3はn型シリ
コンによって形成され、ゲート絶縁膜4は、たとえば酸
化シリコン(SiO2 )によって形成されている。FIG. 9 shows, for example, an n-type MOS (hereinafter referred to as nM
It is a schematic sectional drawing which shows the cross section of a transistor called OS. FIG. 9A is a simplified cross-sectional view of a normal MOS transistor, and FIG. 9B is an LDD (Lightly Do).
FIG. 3 is a simplified cross-sectional view of a MOS transistor having a ped drain layer. In FIG. 9, 1 is the gate electrode of the nMOS transistor, 2 is the source of the nMOS transistor, 3 is the drain of the nMOS transistor, 2a and 3a.
Is an LDD layer, 4 is a gate insulating film, 8 is a sidewall spacer, and 10 is a silicon substrate.
Further, G is a terminal of the gate electrode 1, S is a terminal of the source 2,
D indicates the terminals of the drain 3, respectively. As shown, the gate electrode 1 is formed of, for example, polysilicon, the source 2 and the drain 3 are formed of n-type silicon, and the gate insulating film 4 is formed of, for example, silicon oxide (SiO 2 ). .
【0009】図10は図9に示すMOSトランジスタの
製造工程を示す流れ図である。図11はMOSトランジ
スタの製造工程の一部を示す簡略断面図である。図11
に示すnMOSトランジスタの断面図において、図9の
断面図と同じ部分を同じ符号を用いて表記する。なお、
図11において、1aはゲート電極1を構成する導電層
を示す。以下、図10および図11を参照しながら、図
10の流れ図に示す製造工程順に従来のMOSトランジ
スタの製造工程を簡単に説明する。FIG. 10 is a flow chart showing a manufacturing process of the MOS transistor shown in FIG. FIG. 11 is a simplified cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the MOS transistor. FIG.
In the sectional view of the nMOS transistor shown in, the same portions as those in the sectional view of FIG. 9 are denoted by the same reference numerals. In addition,
In FIG. 11, reference numeral 1a indicates a conductive layer forming the gate electrode 1. The manufacturing process of the conventional MOS transistor will be briefly described below in the order of manufacturing processes shown in the flowchart of FIG. 10 with reference to FIGS.
【0010】まず、ステップS1のようにシリコン基板
10の表面に、たとえば、熱酸化処理により、酸化シリ
コン(SiO2 )からなる酸化膜を形成する。この酸化
膜は、次のイオン注入の工程において、バッファとして
用いられる。First, as in step S1, an oxide film made of silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the surface of the silicon substrate 10 by, for example, thermal oxidation treatment. This oxide film is used as a buffer in the next ion implantation step.
【0011】次いで、イオン注入によりシリコン基板1
0にp型不純物、たとえば、ホウ素(B)を注入するス
テップS2の処理を行う。この工程により、シリコン基
板10にpウェルが形成される。また、このイオン注入
の工程により、パンチスルーが抑制され、MOSトラン
ジスタのしきい値電圧の調整も行われる。Then, the silicon substrate 1 is formed by ion implantation.
The process of step S2 of implanting a p-type impurity such as boron (B) into 0 is performed. By this step, the p well is formed in the silicon substrate 10. In addition, punch-through is suppressed and the threshold voltage of the MOS transistor is adjusted by this ion implantation process.
【0012】そして、ステップS3に示す工程を行い、
上記のステップS1において形成された酸化膜を除去す
る。その後、ステップS4に示すように、シリコン基板
10の表面に、たとえば、熱酸化処理により酸化シリコ
ンからなるゲート絶縁膜4を形成する。Then, the process shown in step S3 is performed,
The oxide film formed in the above step S1 is removed. Then, as shown in step S4, the gate insulating film 4 made of silicon oxide is formed on the surface of the silicon substrate 10 by, for example, a thermal oxidation process.
【0013】ゲート絶縁膜4を形成した後、ステップS
5に示すように、ゲート絶縁膜4の表面に、たとえば、
ポリシリコン層あるいはポリシリコン層とタングステン
シリサイド層等の高融点金属シリサイド層からなる2層
構造の導電層1aを成膜する。図11の(a)はシリコ
ン基板10の上にゲート絶縁膜4が形成され、さらにゲ
ート絶縁膜4の上に導電層1aが形成された状態を示し
ている。After forming the gate insulating film 4, step S
As shown in FIG. 5, on the surface of the gate insulating film 4, for example,
A conductive layer 1a having a two-layer structure composed of a polysilicon layer or a polysilicon layer and a refractory metal silicide layer such as a tungsten silicide layer is formed. FIG. 11A shows a state in which the gate insulating film 4 is formed on the silicon substrate 10 and the conductive layer 1 a is further formed on the gate insulating film 4.
【0014】そして、この導電層1aに対して、選択的
に削除を行い、MOSトランジスタのゲート電極1を形
成する。図11の(b)はゲート電極1を形成された後
の状態を示している。Then, the conductive layer 1a is selectively removed to form the gate electrode 1 of the MOS transistor. FIG. 11B shows a state after the gate electrode 1 is formed.
【0015】次いで、ステップS6に示すように、たと
えば、イオン注入によりシリコン基板10にn型不純
物、たとえば、リン(P)を注入し、MOSトランジス
タのソース2およびドレイン3のそれぞれのn+ 領域を
形成する。図11(c)はイオン注入によりソース2お
よびドレイン3が形成された後の状態を示している。Then, as shown in step S6, an n-type impurity such as phosphorus (P) is implanted into the silicon substrate 10 by, for example, ion implantation to form respective n + regions of the source 2 and the drain 3 of the MOS transistor. Form. FIG. 11C shows a state after the source 2 and the drain 3 are formed by ion implantation.
【0016】そして、不純物活性化のための熱処理を行
い、最後に配線を形成し、MOSトランジスタの製造工
程が完了する。Then, heat treatment for activating impurities is performed, and finally wiring is formed to complete the manufacturing process of the MOS transistor.
【0017】以上、図9(a)に示す通常のn型MOS
(nMOS)トランジスタの製造工程を示した。なお、
図9(b)に示すLDD層2a,3aを有するMOSト
ランジスタの製造工程においては、上記の製造工程以外
に、ステップS6を行う前に、n型不純物、例えばリン
(P)を用いてイオン注入を行い、n型のLDD層2
a,3aを形成した後、図9(b)に示すように、サイ
ドウォールスペーサー9を形成する。その後、上記のス
テップS6のように、LDD層2a,3aを形成すると
きと同様なn型不純物を用いて、イオン注入によりソー
ス2およびドレイン3を形成する。As described above, the normal n-type MOS shown in FIG.
The manufacturing process of the (nMOS) transistor is shown. In addition,
In the manufacturing process of the MOS transistor having the LDD layers 2a and 3a shown in FIG. 9B, in addition to the above manufacturing process, before the step S6 is performed, an n-type impurity such as phosphorus (P) is used for ion implantation. The n-type LDD layer 2
After forming a and 3a, sidewall spacers 9 are formed as shown in FIG. After that, as in step S6 described above, the source 2 and the drain 3 are formed by ion implantation using the same n-type impurities as those used to form the LDD layers 2a and 3a.
【0018】以上、nMOSトランジスタを例として、
通常のnMOSトランジスタおよびLDD層2a,3a
を有するnMOSトランジスタの製造工程を説明した。
なお、p型MOS(pMOS)トランジスタの場合は、
上述した製造工程の中に、p型不純物をn型に、n型不
純物をp型に変えることによって、ほぼ同様な製造工程
により、pMOSトランジスタを構成することができる
ため、重複を避けるため、ここで、nMOSトランジス
タのみについて説明を行った。As described above, taking the nMOS transistor as an example,
Normal nMOS transistor and LDD layers 2a and 3a
The manufacturing process of the nMOS transistor having the above has been described.
In the case of a p-type MOS (pMOS) transistor,
By changing the p-type impurity to the n-type and the n-type impurity to the p-type in the manufacturing process described above, the pMOS transistor can be configured by almost the same manufacturing process. Then, only the nMOS transistor has been described.
【0019】上述した製造工程においては、pウェルを
形成するステップS2において、シリコン基板10の全
面にゲート電極1の下層と同型同量のp型不純物、たと
えば、ホウ素(B)を用いてイオン注入を行う。LDD
領域、ソース/ドレイン領域にその不純物を覆う形でゲ
ート電極1の下層と逆の型の不純物、すなわちn型不純
物、たとえば、リン(P)を注入している。In the above-described manufacturing process, in step S2 of forming a p-well, ion implantation is performed on the entire surface of the silicon substrate 10 by using the same amount and the same amount of p-type impurities as the lower layer of the gate electrode 1, eg, boron (B). I do. LDD
Impurities of the opposite type to the lower layer of the gate electrode 1, that is, n-type impurities, for example, phosphorus (P) are implanted in the regions and the source / drain regions so as to cover the impurities.
【0020】図12は上述した製造工程によって構成さ
れたnMOSトランジスタの不純物濃度分布を示してい
る。図12(a)は図9(a)に示した通常のnMOS
トランジスタのA−A線に沿った不純物濃度分布の模式
図であり、図12(b)は図9(b)に示したLDD層
2a,3aを有するnMOSトランジスタのB−B線に
沿った不純物濃度分布の模式図である。FIG. 12 shows the impurity concentration distribution of the nMOS transistor formed by the above manufacturing process. FIG. 12A shows the normal nMOS shown in FIG. 9A.
FIG. 12B is a schematic diagram of the impurity concentration distribution along the line AA of the transistor, and FIG. 12B shows the impurity along the line BB of the nMOS transistor having the LDD layers 2a and 3a shown in FIG. 9B. It is a schematic diagram of concentration distribution.
【0021】図12(a)に示すように、ステップS2
により注入されたp型不純物が基板内において、ほぼ一
様に分布している。実際には、PN結合近傍で変化が見
られることが広く知られているが、図13に示す濃度分
布の変化に比べて小さいので、ここでは省略する。そし
て、ステップS6により形成されたn型不純物領域、た
とえばソース2領域においては、イオン注入工程におい
て注入されたn型不純物の濃度はソース領域において一
定の値を保ち、ゲート電極1の下層において、n型不純
物の濃度が下がっていく。また、図12(b)に示すよ
うに、LDD層2a,3aを有するnMOSトランジス
タにおいては、n型不純物の濃度が2段階に別けて分布
している様子がわかる。これは、ソース2およびドレイ
ン3を形成するためのイオン注入の前に、LDD層2
a,3aを形成するため、一度イオン注入を行ったから
である。As shown in FIG. 12A, step S2
The p-type impurity implanted by is distributed almost uniformly in the substrate. Actually, it is widely known that a change is observed near the PN coupling, but since it is smaller than the change in the concentration distribution shown in FIG. 13, it is omitted here. Then, in the n-type impurity region formed in step S6, for example, the source 2 region, the concentration of the n-type impurity implanted in the ion implantation process maintains a constant value in the source region, and in the lower layer of the gate electrode 1, n The concentration of mold impurities decreases. Further, as shown in FIG. 12B, it can be seen that in the nMOS transistor having the LDD layers 2a and 3a, the concentration of the n-type impurity is distributed in two stages. This is done before the ion implantation to form the source 2 and drain 3
This is because ion implantation was performed once to form a and 3a.
【0022】しかし、図12に示す不純物の分布の模式
図は点欠陥による拡散や不純物同士の相互拡散などの要
素を考慮していない古典的な不純物の分布を示してい
る。点欠陥は、LDD領域を形成するためのイオン注
入、またはソース/ドレイン領域を形成するためのイオ
ン注入、さらに同領域の酸化工程などによって生じるこ
とが知られている。However, the schematic diagram of the distribution of impurities shown in FIG. 12 shows a classical distribution of impurities that does not take into consideration factors such as diffusion due to point defects and mutual diffusion between impurities. It is known that point defects are caused by ion implantation for forming an LDD region, ion implantation for forming a source / drain region, an oxidation process of the region, or the like.
【0023】実際のMOSトランジスタにおいては、L
DD領域、ソース/ドレイン領域などに注入された不純
物の点欠陥の拡散によって、ゲート電極1の下層の不純
物と同型の不純物がゲート電極1の下層の深い領域、ソ
ース/ドレイン領域、LDD領域からゲート電極1の下
層へ拡散していき、またその逆に拡散していくという現
象を起こし、ゲート電極1の下層の不純物が再分布す
る。In an actual MOS transistor, L
Due to the diffusion of the point defects of the impurities injected into the DD region, the source / drain region, etc., impurities of the same type as the impurities in the lower layer of the gate electrode 1 are transferred from the deep region under the gate electrode 1, the source / drain region, and the LDD region The phenomenon of diffusion to the lower layer of the electrode 1 and vice versa occurs, and the impurities in the lower layer of the gate electrode 1 are redistributed.
【0024】上述の不純物の再分布が生じると、ゲート
長によってゲート電極の下層の不純物の分布が変化する
ので、ゲート電極の下層を流れるキャリアの様子も変化
する。したがって、MOSトランジスタのしきい値電圧
もゲート長によって変化し、逆短チャネル効果が生じ
る。When the above-mentioned redistribution of the impurities occurs, the distribution of the impurities in the lower layer of the gate electrode changes depending on the gate length, so that the state of carriers flowing in the lower layer of the gate electrode also changes. Therefore, the threshold voltage of the MOS transistor also changes depending on the gate length, and the reverse short channel effect occurs.
【0025】図13は上述した点欠陥を考慮した場合の
nMOSトランジスタの不純物濃度分布の模式図であ
る。図13(a)は図9(a)に示した通常のnMOS
トランジスタのA−A線に沿った不純物濃度分布の模式
図であり、図13(b)は図9(b)に示したLDD層
2a,3aを有するnMOSトランジスタのB−B線に
沿った不純物濃度分布の模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram of the impurity concentration distribution of the nMOS transistor in consideration of the above point defect. FIG. 13A shows the normal nMOS shown in FIG. 9A.
FIG. 13B is a schematic diagram of the impurity concentration distribution along the line AA of the transistor, and FIG. 13B is an impurity along the line BB of the nMOS transistor having the LDD layers 2a and 3a shown in FIG. 9B. It is a schematic diagram of concentration distribution.
【0026】図13に示すように、点欠陥を考慮した場
合は、MOSトランジスタのゲート電極1の下層の不純
物濃度が点欠陥によって再分布し、ゲートの長さ方向に
よってゲート電極1の下層の不純物の濃度分布が変化し
ていく。この点欠陥によるゲート電極1の下層不純物濃
度の再分布が逆短チャネル効果の原因である。As shown in FIG. 13, when the point defect is taken into consideration, the impurity concentration in the lower layer of the gate electrode 1 of the MOS transistor is redistributed due to the point defect, and the impurity in the lower layer of the gate electrode 1 depends on the length direction of the gate. The concentration distribution of changes. The redistribution of the lower layer impurity concentration of the gate electrode 1 due to this point defect is the cause of the reverse short channel effect.
【0027】[0027]
【発明が解決しようとする課題】一般のLSIの場合、
ゲート長が異なる複数のMOSトランジスタが一つの半
導体基板内に形成されている。これらの種々のMOSト
ランジスタの電気特性は制御可能であることが望まれて
いる。ところが、LSIの大規模化、微細化に伴って顕
著になってきた逆短チャネル効果は、上述の電気特性の
制御を困難にしている。それは、逆短チャネル効果が半
導体の不純物の再分布に起因すると考えられ、この不純
物の再分布の制御は困難であるという問題があるため
で、その結果、逆短チャネル効果によって、MOSトラ
ンジスタの電気特性、たとえば、しきい値電圧の制御が
困難となっており、近年、LSIの大規模化、微細化に
伴い、ますますMOSトランジスタの電気特性の制御が
難しくなってきている。In the case of a general LSI,
A plurality of MOS transistors having different gate lengths are formed in one semiconductor substrate. It is desired that the electrical characteristics of these various MOS transistors be controllable. However, the reverse short channel effect, which has become remarkable along with the scale-up and miniaturization of LSIs, makes it difficult to control the above electrical characteristics. This is because the reverse short channel effect is considered to be caused by the redistribution of impurities in the semiconductor, and it is difficult to control the redistribution of the impurities. As a result, the reverse short channel effect causes electrical conductivity of the MOS transistor. It is difficult to control the characteristics, for example, the threshold voltage, and in recent years, it has become more difficult to control the electrical characteristics of the MOS transistor with the increase in the scale and miniaturization of the LSI.
【0028】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、逆短チャネル効果を抑制でき、
電気特性を容易に制御できる半導体装置の製造方法を提
供することにある。The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to suppress an inverse short channel effect,
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can easily control electrical characteristics.
【0029】[0029]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、半導体基板に二つの拡散層が形成され、
これら二つの拡散層間に、電流経路が形成される半導体
装置の製造方法であって、上記半導体基板の電流経路と
なる領域に第1導電型不純物を選択的に注入する工程
と、上記二つの拡散層となる領域に第2導電型不純物を
選択的に注入する工程とを有する。In order to achieve the above object, the present invention provides two diffusion layers on a semiconductor substrate,
A method of manufacturing a semiconductor device in which a current path is formed between these two diffusion layers, the step of selectively implanting a first conductivity type impurity into a region of the semiconductor substrate, which becomes the current path, and the two diffusion layers. And a step of selectively implanting a second conductivity type impurity into a region to be a layer.
【0030】また、本発明では、上記半導体基板の電流
経路となる領域に第1導電型不純物を選択的に注入し、
不純物が注入された電流経路領域上にマスクを形成した
後、上記半導体基板に対し、上記拡散層用の第2導電型
不純物を注入する。Further, in the present invention, the first conductivity type impurity is selectively implanted into a region which becomes a current path of the semiconductor substrate,
After forming a mask on the current path region in which the impurity is injected, the second conductivity type impurity for the diffusion layer is injected into the semiconductor substrate.
【0031】また、本発明では、上記半導体基板の電流
経路となる領域に第1導電型不純物を選択的に注入し、
不純物が注入された電流経路領域上にゲート電極を形成
した後、上記半導体基板に対し、上記拡散層用の第2導
電型不純物を注入する。Further, in the present invention, the first conductivity type impurity is selectively implanted into a region which becomes a current path of the semiconductor substrate,
After forming the gate electrode on the current path region in which the impurity is injected, the second conductivity type impurity for the diffusion layer is injected into the semiconductor substrate.
【0032】上記第1導電型不純物の選択的な注入は、
上記半導体基板上にマスクを形成した後、上記電流経路
となる領域上のマスクを選択的に除去して溝を形成し、
当該溝部分から第1導電型不純物を注入することにより
行い、また、上記溝内のマスクの側壁にオフセット領域
を設け、不純物注入を行う。The selective implantation of the first conductivity type impurity is performed as follows.
After forming a mask on the semiconductor substrate, the mask on the region to be the current path is selectively removed to form a groove,
Impurity implantation is performed by implanting the first conductivity type impurity from the trench portion, and also by providing an offset region on the sidewall of the mask in the trench.
【0033】上記ゲート電極は上記溝内に導電材料を封
入した後、マスクを除去することにより形成され、さら
に、上記半導体基板上に形成されるマスクは、窒化膜を
含む絶縁膜により形成される。The gate electrode is formed by encapsulating a conductive material in the groove and then removing the mask. Further, the mask formed on the semiconductor substrate is formed of an insulating film including a nitride film. .
【0034】さらに、上記の製造工程とは逆順に、本発
明では、上記半導体基板に対し、二つの拡散層となる領
域に第1導電型不純物を選択的に注入した後、不純物が
注入された上記拡散層領域の上にマスクを形成し、上記
半導体基板に対し、第2導電型不純物を選択的に注入す
る。Further, in the reverse order of the above manufacturing steps, in the present invention, the first conductivity type impurities are selectively implanted into the regions to be the two diffusion layers in the semiconductor substrate, and then the impurities are implanted. A mask is formed on the diffusion layer region, and second conductivity type impurities are selectively implanted into the semiconductor substrate.
【0035】本発明では、上記第1導電型不純物の選択
的な注入は、上記半導体基板上の電流経路となる領域上
にマスクを形成して、上記半導体基板に第1導電型不純
物を注入することにより行う。According to the present invention, the first conductivity type impurity is selectively implanted by implanting a first conductivity type impurity into the semiconductor substrate by forming a mask on a region serving as a current path on the semiconductor substrate. By doing.
【0036】また、本発明では、上記マスクの側壁にオ
フセット領域を設け、上記電流経路となる領域に選択的
に不純物注入を行う。さらに、上記拡散層上に形成され
るマスクは、窒化膜を含む絶縁膜により形成される。Further, in the present invention, an offset region is provided on the side wall of the mask, and impurities are selectively implanted into the region serving as the current path. Further, the mask formed on the diffusion layer is formed of an insulating film including a nitride film.
【0037】本発明によれば、第1導電型不純物が半導
体基板の電流経路となる領域に対して選択的に注入され
る。この選択的な不純物の注入は、たとえば、基板上に
形成されたマスクに溝を形成して、不純物の注入はこの
溝部分を通して行われる。According to the present invention, the first-conductivity-type impurity is selectively implanted into the region of the semiconductor substrate which becomes the current path. This selective implantation of impurities is performed, for example, by forming a groove in a mask formed on the substrate, and the implantation of impurities is performed through this groove portion.
【0038】次いで、第1導電型不純物が注入された電
流経路領域上にマスクが形成され、あるいはゲート電極
が形成された後に、拡散層用の第2導電型不純物が注入
される。Then, after forming a mask or forming a gate electrode on the current path region into which the first conductivity type impurity has been implanted, the second conductivity type impurity for the diffusion layer is implanted.
【0039】また、本発明によれば、半導体基板上に電
流経路となる部分の上にマスクを形成し、半導体基板に
対して、第1導電型不純物を用いて拡散層用のイオン注
入を行う。Further, according to the present invention, a mask is formed on a portion serving as a current path on the semiconductor substrate, and ion implantation for the diffusion layer is performed on the semiconductor substrate using the first conductivity type impurity. .
【0040】そして、イオン注入された拡散層領域上に
マスクを形成し、電流経路領域上のマスクを選択的に除
去した後、第2導電型不純物を用いて電流経路を形成す
るためのイオン注入を行い、その後ゲート電極を形成す
る。Then, a mask is formed on the ion-implanted diffusion layer region and the mask on the current path region is selectively removed, and then ion implantation is performed to form a current path using the second conductivity type impurity. Then, the gate electrode is formed.
【0041】[0041]
【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る半導体装置
の製造方法の第一の実施形態を示す流れ図である。図2
は図1の流れ図で示す半導体装置の製造方法を用いて、
たとえば、nMOSトランジスタを製造する工程の一部
分を示すnMOSトランジスタの簡略断面図である。1 is a flow chart showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. FIG.
Using the method for manufacturing a semiconductor device shown in the flowchart of FIG.
For example, it is a simplified cross-sectional view of an nMOS transistor showing a part of the process of manufacturing the nMOS transistor.
【0042】以下、図1の流れ図および図2の簡略断面
図を参照しながら本第一の実施形態におけるnMOSト
ランジスタの製造方法について説明する。なお、本第一
の実施形態によって形成されたnMOSトランジスタの
断面図は従来のnMOSトランジスタの断面を示す図9
(a)および図9(b)と同じであるため、図2におい
て、nMOSトランジスタの同じ部分を図9と同じ符号
を用いて表記する。すなわち、1はnMOSトランジス
タのゲート電極、2はnMOSトランジスタのソース、
3はnMOSトランジスタのドレイン、4はゲート絶縁
膜、10はシリコン基板をそれぞれ示している。また、
図2においては、5、6はシリコン酸化膜を示してい
る。The method of manufacturing the nMOS transistor according to the first embodiment will be described below with reference to the flowchart of FIG. 1 and the simplified sectional view of FIG. The cross-sectional view of the nMOS transistor formed according to the first embodiment is the cross-sectional view of the conventional nMOS transistor shown in FIG.
Since it is the same as FIG. 9A and FIG. 9B, the same parts of the nMOS transistor in FIG. That is, 1 is the gate electrode of the nMOS transistor, 2 is the source of the nMOS transistor,
Reference numeral 3 denotes the drain of the nMOS transistor, 4 denotes the gate insulating film, and 10 denotes the silicon substrate. Also,
In FIG. 2, reference numerals 5 and 6 denote silicon oxide films.
【0043】本発明の半導体装置の製造方法によって、
nMOSトランジスタを構成する場合は、まず、図1に
示すステップS1の処理を行い、シリコン基板10の表
面に、たとえば熱酸化処理により酸化膜5を成膜する。
この酸化膜5は、次のイオン注入の工程において、バッ
ファとして用いられる。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
When forming an nMOS transistor, first, the process of step S1 shown in FIG. 1 is performed, and the oxide film 5 is formed on the surface of the silicon substrate 10 by, for example, a thermal oxidation process.
This oxide film 5 is used as a buffer in the next ion implantation step.
【0044】次いで、イオン注入によりシリコン基板1
0にp型不純物、たとえば、ホウ素(B)あるいはイン
ジウム(In)をイオン注入するステップS2aの処理
を行う。この工程により、シリコン基板10にpウェル
が形成される。Then, the silicon substrate 1 is formed by ion implantation.
The p-type impurity, for example, boron (B) or indium (In) is ion-implanted into 0 at step S2a. By this step, the p well is formed in the silicon substrate 10.
【0045】そして、ステップSI1に示すように、上
記のイオン注入のバッファとして形成された酸化膜5の
表面に二層目の酸化膜6を成膜し、次いで、ステップS
I2の処理を行い、この二層目の酸化膜6に対して選択
的に削除を行い、ゲート電極1を形成するための溝6a
を形成する。図2(a)は二層目の酸化膜6が形成され
た後の状態を示し、そして、図2(b)は2層目の酸化
膜6に対して選択的に削除を行った後の状態を示してい
る。Then, as shown in step SI1, a second-layer oxide film 6 is formed on the surface of the oxide film 5 formed as a buffer for the above ion implantation, and then step S
The trench 6a for forming the gate electrode 1 is formed by performing the process of I2 and selectively removing the oxide film 6 of the second layer.
To form FIG. 2A shows a state after the second layer oxide film 6 is formed, and FIG. 2B shows a state after the second layer oxide film 6 is selectively removed. It shows the state.
【0046】次いで、図2に示すS2bの処理を行い、
イオン注入によりシリコン基板10に対してもう一度p
型不純物の注入を行う。このイオン注入の工程におい
て、注入される不純物の量があらかじめ設定されてお
り、この定量化したイオン注入により、パンチスルーが
抑制され、さらにMOSトランジスタのしきい値電圧の
調整が行われる。Then, the processing of S2b shown in FIG. 2 is performed,
P is again applied to the silicon substrate 10 by ion implantation.
Type impurities are implanted. In this ion implantation process, the amount of impurities to be implanted is set in advance, and punch-through is suppressed and the threshold voltage of the MOS transistor is adjusted by this quantified ion implantation.
【0047】そして、ステップS3の処理を行い、溝6
a底部の酸化膜を除去する。その後、ステップS4に示
すように、溝6aの底部におけるシリコン基板10の表
面に、たとえば、熱酸化処理により酸化シリコン(Si
O2 )からなるゲート絶縁膜4を形成する。Then, the process of step S3 is performed to form the groove 6
a The oxide film on the bottom is removed. After that, as shown in step S4, the surface of the silicon substrate 10 at the bottom of the groove 6a is subjected to, for example, thermal oxidation treatment to form silicon oxide (Si
A gate insulating film 4 made of O 2 ) is formed.
【0048】ゲート絶縁膜4を形成後、ステップS5に
示すように、ゲート絶縁膜4の表面に、たとえば、ポリ
シリコン層あるいはポリシリコン層とタングステンシリ
サイド層等の高融点金属シリサイド層からなる2層構造
の導電層1aを成膜し、この導電層1aに対して、平坦
化処理を行い、ゲート電極1を形成する。図2の(c)
は導電層1aが成膜された後の状態を示し、図2(d)
はゲート電極1を構成する導電層1aが平坦化された状
態を示している。After the gate insulating film 4 is formed, as shown in step S5, on the surface of the gate insulating film 4, for example, a polysilicon layer or a two-layer composed of a polysilicon layer and a refractory metal silicide layer such as a tungsten silicide layer is formed. A conductive layer 1a having a structure is formed, and the conductive layer 1a is planarized to form a gate electrode 1. FIG. 2 (c)
Shows a state after the conductive layer 1a is formed, and FIG.
Shows a state in which the conductive layer 1a forming the gate electrode 1 is flattened.
【0049】そして、ステップSI3のように、酸化膜
6を削除し、MOSトランジスタのゲート電極1を形成
する。図2の(e)はゲート電極1を形成された後の状
態を示している。Then, as in step SI3, the oxide film 6 is removed and the gate electrode 1 of the MOS transistor is formed. FIG. 2E shows a state after the gate electrode 1 is formed.
【0050】次いで、ステップS6に示すように、たと
えば、イオン注入によりシリコン基板10にn型不純
物、たとえば、リン(P)あるいは砒素(As)を注入
し、MOSトランジスタのソース2およびドレイン3の
それぞれのn+ 領域を形成する。図2(f)はイオン注
入によりソース2およびドレイン3が形成された後の状
態を示している。Then, as shown in step S6, an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is implanted into the silicon substrate 10 by, for example, ion implantation, and each of the source 2 and the drain 3 of the MOS transistor is implanted. To form the n + region. FIG. 2F shows a state after the source 2 and the drain 3 are formed by ion implantation.
【0051】そして、ステップS7のように、不純物活
性化のための熱処理を行い、最後に、ステップS8の処
理を行い、配線を形成し、MOSトランジスタの製造工
程が完了する。Then, as in step S7, the heat treatment for activating the impurities is performed, and finally, the process of step S8 is performed to form the wiring, and the manufacturing process of the MOS transistor is completed.
【0052】以上、通常のnMOSトランジスタの製造
工程を示したが、LDD層2a,3aを有するMOSト
ランジスタの製造工程においては、上記の製造工程以外
に、ステップS6を行う前に、n型不純物、例えばリン
(P)を用いてイオン注入を行い、LDD層2a,3a
を形成し、そして、サイドウォールスペーサー8を形成
する。その後、上記のステップS6のように、LDD層
2a,3aを形成するときと同様なn型不純物を用い
て、イオン注入によりソース2およびドレイン3を形成
する。Although the normal nMOS transistor manufacturing process has been described above, in the manufacturing process of the MOS transistor having the LDD layers 2a and 3a, in addition to the above manufacturing process, an n-type impurity, For example, phosphorus (P) is used to perform ion implantation, and LDD layers 2a and 3a
And then the sidewall spacers 8 are formed. After that, as in step S6 described above, the source 2 and the drain 3 are formed by ion implantation using the same n-type impurities as those used to form the LDD layers 2a and 3a.
【0053】さらに、上記の製造工程において、ステッ
プSI2により、酸化膜6に対して選択的に削除を行
い、ゲート電極1を形成するための溝6aを形成する場
合に、たとえば、テーパ状のオフセット領域9を形成し
て、ステップS2bの処理を行い、イオン注入によりシ
リコン基板10に対してもう一度p型不純物の注入を行
う。Further, in the above manufacturing process, in step SI2, when the oxide film 6 is selectively removed to form the groove 6a for forming the gate electrode 1, for example, a taper-shaped offset is used. The region 9 is formed, the process of step S2b is performed, and the p-type impurity is implanted again into the silicon substrate 10 by ion implantation.
【0054】このように、溝6aの側壁にオフセット領
域9を形成して、イオン注入を行うことにより、不純物
の再分布を抑制でき、それに基づく逆短チャネル効果を
抑制できる。As described above, by forming the offset region 9 on the side wall of the groove 6a and performing ion implantation, redistribution of impurities can be suppressed, and the reverse short channel effect based thereon can be suppressed.
【0055】以上、nMOSトランジスタを例として、
通常のnMOSトランジスタおよびLDD層2a,3a
を有するnMOSトランジスタの製造工程を説明した。
なお、pMOSトランジスタの場合は、上述した製造工
程の中に、p型不純物をn型に、n型不純物をp型に変
えることによって、ほぼ同様な製造工程により、pMO
Sトランジスタを構成することができるため、重複を避
けるため、ここで、nMOSトランジスタのみについて
説明を行った。As described above, taking the nMOS transistor as an example,
Normal nMOS transistor and LDD layers 2a and 3a
The manufacturing process of the nMOS transistor having the above has been described.
In the case of a pMOS transistor, by changing the p-type impurity to the n-type and the n-type impurity to the p-type in the above-described manufacturing process, the pMO
Since the S transistor can be configured, only the nMOS transistor has been described here to avoid duplication.
【0056】図3は本第一の実施形態により製造された
nMOSトランジスタの不純物濃度の分布を示す図であ
る。図3(a)は本発明のnMOSトランジスタにおけ
る図9(a)のA−A線に対応した不純物濃度の分布を
示し、図3(b)はLDD層2a,3aを有するnMO
Sトランジスタの図9(b)のB−B線に対応した不純
物濃度の分布を示している。FIG. 3 is a diagram showing the distribution of the impurity concentration of the nMOS transistor manufactured according to the first embodiment. FIG. 3A shows the distribution of the impurity concentration corresponding to the line AA of FIG. 9A in the nMOS transistor of the present invention, and FIG. 3B shows the nMO having the LDD layers 2a and 3a.
The distribution of the impurity concentration corresponding to the BB line of FIG. 9B of the S transistor is shown.
【0057】図3に示すように、選択的に不純物を注入
した結果、p型不純物はゲート電極1の下層にのみ分布
しており、ソース2およびドレイン3に分布していな
い。その結果、点欠陥による不純物の再分布が抑制さ
れ、これに起因する逆短チャネル効果も抑制される。As shown in FIG. 3, as a result of selectively implanting the impurities, the p-type impurities are distributed only in the lower layer of the gate electrode 1 and not in the source 2 and the drain 3. As a result, the redistribution of impurities due to point defects is suppressed, and the reverse short channel effect due to this is also suppressed.
【0058】以上説明したように、本第一の実施形態に
よれば、二層目の酸化膜6に対して選択的に削除し、ゲ
ート電極1を形成するための溝6aを形成した後、シリ
コン基板10にp型不純物、たとえば、ホウ素(B)あ
るいはインジウム(In)を注入し、そしてゲート絶縁
膜4およびゲート電極1を形成した後、ソース2および
ドレイン3の領域にn型不純物を注入するので、p型不
純物はゲート電極1の下層にのみ分布しており、n型不
純物はソース2およびドレイン3の領域にのみ分布して
いる。これにより、逆短チャネル効果を抑制でき、MO
Sトランジスタの電気特性、たとえば、しきい値電圧を
容易に制御できる。As described above, according to the first embodiment, the oxide film 6 of the second layer is selectively removed, and after the groove 6a for forming the gate electrode 1 is formed, After implanting a p-type impurity such as boron (B) or indium (In) into the silicon substrate 10 and forming the gate insulating film 4 and the gate electrode 1, implanting an n-type impurity into the regions of the source 2 and the drain 3. Therefore, the p-type impurities are distributed only in the lower layer of the gate electrode 1, and the n-type impurities are distributed only in the regions of the source 2 and the drain 3. Thereby, the reverse short channel effect can be suppressed, and MO
The electrical characteristics of the S transistor, for example, the threshold voltage can be easily controlled.
【0059】図4は、本発明に係る半導体装置の製造方
法の第二の実施形態を示す流れ図である。なお、本第二
の実施形態における半導体装置、たとえば、nMOSト
ランジスタの製造方法は図1に示す第一の実施形態と比
べると、ステップSN1、ステップSN2およびステッ
プSN3を追加した点で異なる。FIG. 4 is a flow chart showing a second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. The semiconductor device according to the second embodiment, for example, an nMOS transistor manufacturing method is different from that according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that step SN1, step SN2, and step SN3 are added.
【0060】前述した第一の実施形態においては、ステ
ップS2bにおいて、パンチスルー抑制およびしきい値
電圧制御のためにイオン注入を行うときに、酸化膜5を
突き抜けてしまうおそれがある。これを解決するため
に、ステップSI1の酸化膜6を成膜する前に、窒化膜
7の成膜工程などを追加したのが本第二の実施形態であ
る。In the above-described first embodiment, the oxide film 5 may be penetrated when performing ion implantation for punch-through suppression and threshold voltage control in step S2b. In order to solve this, in the second embodiment, the step of forming the nitride film 7 is added before forming the oxide film 6 in step SI1.
【0061】以下、図4および図5を参照しながら、本
第二の実施形態について説明を行う。なお、以下の説明
においては、第一の実施形態と略同の部分について省略
する。本第二の実施形態においては、ステップS2aま
では、前述の第一の実施形態と同様であり、ここで、そ
の説明を省略する。ステップS2aにより、シリコン基
板10にp型不純物を注入することにより、pウェルが
形成され、そして、ステップSN1のように、イオン注
入のバッファとして成膜された酸化膜5の表面に窒化膜
7を成膜する。The second embodiment will be described below with reference to FIGS. 4 and 5. In the following description, the same parts as those in the first embodiment will be omitted. In the second embodiment, the steps up to step S2a are the same as those in the above-described first embodiment, and the description thereof will be omitted here. In step S2a, a p-well is formed by implanting a p-type impurity into the silicon substrate 10, and the nitride film 7 is formed on the surface of the oxide film 5 formed as a buffer for ion implantation, as in step SN1. Form a film.
【0062】そして、窒化膜7の表面に、第一の実施形
態におけるステップSI1およびステップSI2と同様
に、酸化膜6を成膜し、さらに形成された酸化膜6に対
して、選択的に削除を行う。図5(a)は酸化膜5、窒
化膜7および酸化膜6が成膜された後の状態を示してい
る。Then, the oxide film 6 is formed on the surface of the nitride film 7 as in steps SI1 and SI2 in the first embodiment, and the formed oxide film 6 is selectively removed. I do. FIG. 5A shows a state after the oxide film 5, the nitride film 7 and the oxide film 6 are formed.
【0063】次いで、ステップSN2の処理を行い、窒
化膜7に対して選択的に削除を行い、このステップSN
2の処理は、ステップSI2の処理と共に、ゲート電極
1を構成するための溝6aを形成する。図5(b)は酸
化膜6、窒化膜7に対して、選択的に削除を行い、ゲー
ト電極1を構成するための溝6aを形成した後の状態を
示している。Then, the process of step SN2 is performed to selectively delete the nitride film 7,
In the process of 2, the groove 6a for forming the gate electrode 1 is formed together with the process of step SI2. FIG. 5B shows a state after the oxide film 6 and the nitride film 7 are selectively removed to form the trench 6 a for forming the gate electrode 1.
【0064】以下、第一の実施形態と略同の処理を行
い、図5(c),(d)に示すように、ゲート電極1を
構成するための導電層1aの平坦化処理までは同様な処
理を行う。そして、ゲート電極1を成す導電層1aを平
坦化した後、ステップSI3の処理を行い、酸化膜6を
除去し、さらにステップSN3の処理を行い、窒化膜7
を除去する。図5(e)は酸化膜6および窒化膜7が除
去され、ゲート電極1が形成された後の状態を示してい
る。そして、図5(f)はステップS6に示すように、
イオン注入により、シリコン基板10にn型不純物を注
入し、MOSトランジスタのソース2およびドレイン3
を構成するn+ 領域が形成された後の状態を示してい
る。Hereinafter, substantially the same processing as that of the first embodiment is performed, and as shown in FIGS. 5C and 5D, the same processing is performed until the planarization processing of the conductive layer 1a for forming the gate electrode 1. Performs various processing. Then, after the conductive layer 1a forming the gate electrode 1 is flattened, the process of step SI3 is performed to remove the oxide film 6, and the process of step SN3 is further performed to make the nitride film 7
Is removed. FIG. 5E shows a state after the oxide film 6 and the nitride film 7 are removed and the gate electrode 1 is formed. Then, as shown in step S6 of FIG.
By implanting n-type impurities into the silicon substrate 10 by ion implantation, the source 2 and drain 3 of the MOS transistor are
4 shows the state after the n + region forming the is formed.
【0065】ここからnMOSトランジスタを形成する
までの処理は第一の実施形態の処理とすべて同様のた
め、以下の処理については、説明を省略する。Since the processing from here to the formation of the nMOS transistor is the same as that of the first embodiment, the description of the following processing will be omitted.
【0066】本第二の実施形態により、酸化膜5の表面
にあらかじめ窒化膜7を形成し、その上に二層目の酸化
膜6を成膜し、そして、選択的な削除により、酸化膜6
と窒化膜7にゲート電極1を形成するための溝6aを形
成する。これにより、その後のイオン注入によるp型不
純物の注入において、酸化膜5を突き抜けてしまい、p
型不純物が拡散層に注入されてしまうおそれがなくな
る。したがって、第一の実施形態の場合に比べて、より
効果的にp型不純物をゲート電極1の下層部にのみ分布
させ、n型不純物をソース2およびドレイン3の領域に
のみ分布させることができ、逆短チャネル効果を抑制で
き、MOSトランジスタの電気特性、たとえば、しきい
値電圧を容易に制御できる。According to the second embodiment, the nitride film 7 is formed on the surface of the oxide film 5 in advance, the second-layer oxide film 6 is formed thereon, and the oxide film 6 is selectively removed. 6
Then, a groove 6a for forming the gate electrode 1 is formed in the nitride film 7. As a result, in the subsequent implantation of p-type impurities by ion implantation, they penetrate through the oxide film 5 and p
There is no possibility that the type impurities are injected into the diffusion layer. Therefore, it is possible to more effectively distribute the p-type impurities only in the lower layer portion of the gate electrode 1 and the n-type impurities only in the regions of the source 2 and the drain 3 as compared with the case of the first embodiment. The reverse short channel effect can be suppressed, and the electrical characteristics of the MOS transistor, for example, the threshold voltage can be easily controlled.
【0067】さらに、本第二の実施形態において、ステ
ップSI2およびSN2により、酸化膜6および窒化膜
7に対して選択的に削除を行い、ゲート電極1を形成す
るための溝6aを形成する場合に、図5(b)の点線に
示すように、溝6aの側壁にオフセット領域9を形成し
て、ステップS2bの処理を行い、イオン注入によりシ
リコン基板10に対してもう一度p型不純物の注入を行
う。Further, in the second embodiment, when the trenches 6a for forming the gate electrode 1 are formed by selectively removing the oxide film 6 and the nitride film 7 by steps SI2 and SN2. 5B, an offset region 9 is formed on the side wall of the groove 6a, the process of step S2b is performed, and a p-type impurity is implanted again into the silicon substrate 10 by ion implantation. To do.
【0068】このように、溝6aの側壁にオフセット領
域9を形成してから、イオン注入を行うことにより、不
純物の再分布を効果的に抑制でき、それに基づく逆短チ
ャネル効果を抑制できる。Thus, by performing the ion implantation after forming the offset region 9 on the side wall of the groove 6a, the redistribution of the impurities can be effectively suppressed, and the reverse short channel effect based thereon can be suppressed.
【0069】図6は、本発明に係る半導体装置の製造方
法の第三の実施形態を示す流れ図である。なお、本第三
の実施形態における半導体装置、たとえば、nMOSト
ランジスタの製造方法は前記第一および第二の実施形態
と比べると、しきい値電圧制御およびパンチスルー抑制
のためのイオン注入をソース・ドレイン領域形成後に行
う点で異なる。これによって、イオン注入後の熱処理時
間を少なくでき、このため、点欠陥の異常拡散が抑制で
き、不純物の再分布を効果的に抑制することができる。FIG. 6 is a flow chart showing a third embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. The semiconductor device according to the third embodiment, for example, a method for manufacturing an nMOS transistor, is different from the first and second embodiments in that ion implantation for threshold voltage control and punch-through suppression is performed. The difference is that it is performed after the drain region is formed. As a result, the heat treatment time after the ion implantation can be shortened, so that the abnormal diffusion of point defects can be suppressed and the redistribution of impurities can be effectively suppressed.
【0070】図7は本第三の実施形態において、たとえ
ば、nMOSトランジスタの製造工程の一部を示す簡略
断面図である。図7において、1はゲート電極、1aは
導電層、2はソース、3はドレイン、4はゲート絶縁
膜、5、6は酸化膜、7は窒化膜、10はシリコン基板
をそれぞれ示している。以下、図6および図7を参照し
ながら、本第三の実施形態のMOSトランジスタの製造
工程について説明する。FIG. 7 is a schematic sectional view showing a part of the manufacturing process of the nMOS transistor in the third embodiment, for example. In FIG. 7, 1 is a gate electrode, 1a is a conductive layer, 2 is a source, 3 is a drain, 4 is a gate insulating film, 5 and 6 are oxide films, 7 is a nitride film, and 10 is a silicon substrate. Hereinafter, the manufacturing process of the MOS transistor of the third embodiment will be described with reference to FIGS.
【0071】まずシリコン基板10の表面に、たとえ
ば、熱酸化処理により酸化膜5を形成するステップS1
の処理を行い、形成された酸化膜5をバッファとしてp
型不純物、たとえば、ホウ素(B)をイオン注入し、p
ウェルを形成するステップS2aの処理を行う。そし
て、ステップSI1,SI2に示す処理を行い、酸化膜
5の上に、さらに酸化膜6を成膜し、酸化膜6に対し選
択削除を行い、ソース2およびドレイン3を形成するた
めのマスクを形成する。なお、この選択削除はゲート電
極1と同じ長さになるように、酸化膜6に対してパター
ンニングを行う。First, step S1 of forming the oxide film 5 on the surface of the silicon substrate 10 by, for example, thermal oxidation treatment.
Is performed, and the formed oxide film 5 is used as a buffer for p
Type impurities such as boron (B) are ion-implanted and p
The process of step S2a for forming a well is performed. Then, the processes shown in Steps SI1 and SI2 are performed, an oxide film 6 is further formed on the oxide film 5, and the oxide film 6 is selectively removed to form a mask for forming the source 2 and the drain 3. Form. The oxide film 6 is patterned so that the selective deletion has the same length as the gate electrode 1.
【0072】次いで、ステップS6a,S7aに示す処
理を行い、選択削除された後の酸化膜6をマスクとし
て、半導体基板10に対してn型不純物、たとえば、リ
ン(P)をイオン注入し、ソース2およびドレイン3の
領域を形成し、さらに不純物活性化のための熱処理を行
う。図7(a)はソース2およびドレイン3が形成され
た後の状態を示している。Next, the processes shown in steps S6a and S7a are performed, and the semiconductor substrate 10 is ion-implanted with an n-type impurity, for example, phosphorus (P), using the oxide film 6 after the selective removal as a mask, and the source is removed. Regions of 2 and drain 3 are formed, and heat treatment for activating impurities is further performed. FIG. 7A shows a state after the source 2 and the drain 3 are formed.
【0073】次いで、ステップSN4,SN5に示す処
理を行い、酸化膜6の表面に窒化膜7を成膜し、窒化膜
7に対して平坦化処理を行う。図7(b)は窒化膜7が
平坦化された後の状態を示している。Next, the processing shown in steps SN4 and SN5 is performed, a nitride film 7 is formed on the surface of the oxide film 6, and the nitride film 7 is flattened. FIG. 7B shows a state after the nitride film 7 is flattened.
【0074】そして、ステップSI3の処理を行い、ゲ
ート電極1を形成すべき部分の酸化膜6と酸化膜5を選
択削除し、ゲート電極1を形成するための溝6aを開
け、ステップS2bのように、溝6aを通してp型不純
物を注入し、MOSトランジスタのしきい値電圧の調整
およびパンチスルーの抑制を行う。図7(c)はp型不
純物をイオン注入の様子を示している。Then, the process of step SI3 is performed to selectively remove the oxide film 6 and the oxide film 5 in the portion where the gate electrode 1 is to be formed, and the groove 6a for forming the gate electrode 1 is opened, as shown in step S2b. Then, a p-type impurity is implanted through the groove 6a to adjust the threshold voltage of the MOS transistor and suppress punch through. FIG. 7C shows a state in which p-type impurities are ion-implanted.
【0075】そして、ステップS3の処理を行い、上記
の製造工程において、溝6aの部分に自然酸化によって
発生されたシリコンの自然酸化膜を除去し、酸化シリコ
ンからなるゲート絶縁膜4を成膜する。次いで、ステッ
プS5の処理を行い、ゲート絶縁膜4の上に、たとえ
ば、ポリシリコン層あるいはポリシリコン層とタングス
テンシリサイド層やチタンシリサイド層等の高融点金属
シリサイド層からなる2層構造の導電層1aを形成す
る。図7(d)は導電層1aが形成された後の状態を示
している。Then, the process of step S3 is performed, and the natural oxide film of silicon generated by natural oxidation in the groove 6a in the above manufacturing process is removed to form the gate insulating film 4 made of silicon oxide. . Then, the process of step S5 is performed, and the conductive layer 1a having a two-layer structure including, for example, a polysilicon layer or a polysilicon layer and a refractory metal silicide layer such as a tungsten silicide layer or a titanium silicide layer is formed on the gate insulating film 4. To form. FIG. 7D shows a state after the conductive layer 1a is formed.
【0076】そして、図7(e)に示すように、導電層
1aを平坦化し、次いで、ステップSN6の処理を行
い、図7(f)に示すように、窒化膜7を削除し、ゲー
ト電極1を形成する。その後、配線を形成するステップ
S8の処理を行い、nMOSトランジスタを形成する。Then, as shown in FIG. 7E, the conductive layer 1a is flattened, and then the process of step SN6 is performed. As shown in FIG. 7F, the nitride film 7 is removed and the gate electrode is removed. 1 is formed. After that, the process of step S8 for forming wiring is performed to form an nMOS transistor.
【0077】以上、本発明によるnMOSトランジスタ
の製造工程を示したが、LDD層2a,3aを有するM
OSトランジスタの製造工程においては、上記の製造工
程以外に、ステップS6aを行う前に、n型不純物、例
えばリン(P)を用いてイオン注入を行い、LDD層2
a,3aを形成する。その後、上記のステップS6aの
ように、LDD層2a,3aを形成するときと同様なn
型不純物を用いて、イオン注入によりソース2およびド
レイン3を形成する。さらに、ゲート電極1を形成した
後、ゲート電極1の両側にサイドウォールスペーサー8
を形成する。上記のような製造工程を追加することによ
り、LDD層を有するMOSトランジスタが形成され
る。Although the manufacturing process of the nMOS transistor according to the present invention has been described above, the M having the LDD layers 2a and 3a has been described.
In the manufacturing process of the OS transistor, in addition to the manufacturing process described above, before performing step S6a, ion implantation is performed using an n-type impurity, for example, phosphorus (P), and the LDD layer 2 is formed.
a and 3a are formed. Then, as in step S6a, the same n as when forming the LDD layers 2a and 3a is used.
The source 2 and the drain 3 are formed by ion implantation using the type impurities. After forming the gate electrode 1, sidewall spacers 8 are formed on both sides of the gate electrode 1.
To form By adding the manufacturing process as described above, a MOS transistor having an LDD layer is formed.
【0078】また、第一および第二の実施形態と同様
に、溝6aを通して、p型不純物をイオン注入する前
に、図7(C)の点線に示すように、溝6aの側壁にオ
フセット領域9を形成してから、イオン注入を行うこと
により、不純物の再分布を効果的に抑制でき、それに基
づく逆短チャネル効果を抑制できる。As in the first and second embodiments, before ion-implanting the p-type impurity through the groove 6a, an offset region is formed on the side wall of the groove 6a as shown by the dotted line in FIG. 7C. By performing ion implantation after forming 9, the redistribution of impurities can be effectively suppressed, and the reverse short channel effect based thereon can be suppressed.
【0079】以上説明したように、本第三の実施形態に
よれば、n型不純物のイオン注入によって、ソース2お
よびドレイン3の領域を形成した後、p型不純物のイオ
ン注入によってしきい値電圧の調整およびパンチスルー
抑制のためのp型不純物イオン注入を行う。すなわち、
ゲート電極1の下層に対するイオン注入を最後に行う。
ゲート電極1の下層に対するイオン注入を行うとき、ソ
ース2およびドレイン3の領域上に、窒化膜7により形
成されたマスクを用いる。これにより、n型不純物とp
型不純物が別々に分布させることができる。すなわち、
p型不純物はゲート電極1の下層にのみ分布させ、n型
不純物はソース2およびドレイン3の領域にのみ分布さ
せることができる。As described above, according to the third embodiment, after the regions of the source 2 and the drain 3 are formed by the ion implantation of the n-type impurity, the threshold voltage is changed by the ion implantation of the p-type impurity. And p-type impurity ion implantation for suppressing punch-through. That is,
Ion implantation is finally performed on the lower layer of the gate electrode 1.
When performing ion implantation into the lower layer of the gate electrode 1, a mask formed of the nitride film 7 is used on the regions of the source 2 and the drain 3. As a result, n-type impurities and p
The type impurities can be distributed separately. That is,
The p-type impurities can be distributed only in the lower layer of the gate electrode 1, and the n-type impurities can be distributed only in the regions of the source 2 and the drain 3.
【0080】さらに、通常の製造工程と逆に、ソース2
およびドレイン3を形成した後、しきい値電圧の調整お
よびパンチスルー抑制のためのイオン注入を行う。これ
により、しきい値電圧の調整およびパンチスルー抑制の
ためのイオン注入後、熱処理の時間が少なくなり、これ
により、点欠陥の異常拡散が抑制でき、不純物の再分布
が抑制される。総じて、本第三の実施形態によれば、点
欠陥の異常拡散が抑制でき、不純物の再分布が抑制で
き、ひいては逆短チャネル効果を抑制できる。Further, contrary to the usual manufacturing process, the source 2
After the formation of the drain 3 and the drain 3, ion implantation for adjusting the threshold voltage and suppressing punch-through is performed. As a result, after the ion implantation for adjusting the threshold voltage and suppressing punch-through, the time for heat treatment is shortened, whereby abnormal diffusion of point defects can be suppressed and redistribution of impurities can be suppressed. In general, according to the third embodiment, the abnormal diffusion of point defects can be suppressed, the redistribution of impurities can be suppressed, and the reverse short channel effect can be suppressed.
【0081】なお、上記第一、第二および第三の実施形
態に関する説明においては、イオン注入のマスクとし
て、酸化膜6および窒化膜7を形成するとしているが、
これに限定するものではなく、ゲート電極1を形成する
材質と容易に選択除去できる他の材質を用いてイオン注
入のマスクを形成することもできる。また、ゲート電極
1を構成する材質はポリシリコンあるいはポリシリコン
とタングステンシリサイド等の高融点金属シリサイドの
2層構造としているが、ゲート電極となりうる他の材質
を用いることもできることがいうまでもない。In the above description of the first, second and third embodiments, the oxide film 6 and the nitride film 7 are formed as a mask for ion implantation.
The present invention is not limited to this, and the ion implantation mask can be formed using a material that forms the gate electrode 1 and another material that can be easily selectively removed. Further, although the material forming the gate electrode 1 has a two-layer structure of polysilicon or polysilicon and a refractory metal silicide such as tungsten silicide, it goes without saying that other materials that can form the gate electrode can be used.
【0082】[0082]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置の製造方法によれば、半導体基板に点欠陥の異常拡散
を抑制でき、不純物の再分布を抑制できる。このため、
不純物の再分布に起因する逆短チャネル効果を抑制で
き、半導体装置の電気特性、たとえば、しきい値電圧な
どを容易に制御できる利点がある。As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the abnormal diffusion of point defects can be suppressed in the semiconductor substrate, and the redistribution of impurities can be suppressed. For this reason,
The reverse short channel effect due to the redistribution of impurities can be suppressed, and the electrical characteristics of the semiconductor device, such as the threshold voltage, can be easily controlled.
【図1】本発明に係る半導体装置の製造方法の第一の実
施形態を示す流れ図である。FIG. 1 is a flowchart showing a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図2】第一の実施形態における半導体装置の製造工程
を示す簡略断面図である。FIG. 2 is a simplified cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment.
【図3】MOSトランジスタの不純物濃度の分布図であ
る。FIG. 3 is a distribution diagram of impurity concentration of a MOS transistor.
【図4】本発明に係る半導体装置の製造方法の第二の実
施形態を示す流れ図である。FIG. 4 is a flowchart showing a second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図5】第二の実施形態における半導体装置の製造工程
を示す簡略断面図である。FIG. 5 is a simplified cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment.
【図6】本発明に係る半導体装置の製造方法の第三の実
施形態を示す流れ図である。FIG. 6 is a flowchart showing a third embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図7】第三の実施形態における半導体装置の製造工程
を示す簡略断面図である。FIG. 7 is a simplified cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment.
【図8】逆短チャネル効果を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing an inverse short channel effect.
【図9】MOSトランジスタの断面を示す簡略断面図で
ある。FIG. 9 is a simplified cross-sectional view showing a cross section of a MOS transistor.
【図10】従来の半導体装置の製造方法を示す流れ図で
ある。FIG. 10 is a flow chart showing a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
【図11】従来の製造工程を示す簡略断面図である。FIG. 11 is a simplified cross-sectional view showing a conventional manufacturing process.
【図12】点欠陥を考慮していないMOSトランジスタ
の不純物の分布図である。FIG. 12 is a distribution diagram of impurities in a MOS transistor without considering point defects.
【図13】点欠陥を考慮したMOSトランジスタの不純
物の分布図である。FIG. 13 is a distribution diagram of impurities of a MOS transistor considering a point defect.
1…ゲート電極 1a…導電層 2…ソース 3…ドレイン 2a,3a…LDD層 4…ゲート絶縁膜 5,6…酸化膜 6a…溝 7…窒化膜 8…サイドウォールスペーサー 9…オフセット領域 10…シリコン基板 G…ゲート電極の端子 S…ソースの端子 D…ドレインの端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gate electrode 1a ... Conductive layer 2 ... Source 3 ... Drain 2a, 3a ... LDD layer 4 ... Gate insulating film 5, 6 ... Oxide film 6a ... Trench 7 ... Nitride film 8 ... Sidewall spacer 9 ... Offset region 10 ... Silicon Substrate G ... Gate electrode terminal S ... Source terminal D ... Drain terminal
Claims (11)
これら二つの拡散層間に、電流経路が形成される半導体
装置の製造方法であって、 上記半導体基板の電流経路となる領域に第1導電型不純
物を選択的に注入する工程と、 上記拡散層となる領域に第2導電型不純物を選択的に注
入する工程とを有する半導体装置の製造方法。1. A semiconductor substrate having two diffusion layers formed thereon,
A method of manufacturing a semiconductor device in which a current path is formed between these two diffusion layers, the step of selectively implanting a first conductivity type impurity into a region of the semiconductor substrate, which becomes the current path, and the diffusion layer And a step of selectively implanting a second-conductivity-type impurity into the region to be formed.
これら二つの拡散層間に、電流経路が形成される半導体
装置の製造方法であって、 上記半導体基板の電流経路となる領域に第1導電型不純
物を選択的に注入し、 不純物が注入された電流経路領域上にマスクを形成した
後、 上記半導体基板に対し、上記拡散層用の第2導電型不純
物を注入する半導体装置の製造方法。2. A semiconductor substrate having two diffusion layers formed thereon,
A method of manufacturing a semiconductor device in which a current path is formed between these two diffusion layers, wherein a first conductivity type impurity is selectively injected into a region that becomes a current path of the semiconductor substrate, and the current injected with the impurity is A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a mask on a path region and then implanting the second conductivity type impurity for the diffusion layer into the semiconductor substrate.
これら二つの拡散層間に、電流経路が形成される半導体
装置の製造方法であって、 上記半導体基板の電流経路となる領域に第1導電型不純
物を選択的に注入し、 不純物が注入された電流経路領域上にゲート電極を形成
した後、 上記半導体基板に対し、上記拡散層用の第2導電型不純
物を注入する半導体装置の製造方法。3. A semiconductor substrate having two diffusion layers formed thereon,
A method of manufacturing a semiconductor device in which a current path is formed between these two diffusion layers, wherein a first conductivity type impurity is selectively injected into a region of the semiconductor substrate which becomes a current path, and the current injected with the impurity A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a gate electrode on a path region and then implanting the second conductivity type impurity for the diffusion layer into the semiconductor substrate.
は、上記半導体基板上にマスクを形成した後、上記電流
経路となる領域上のマスクを選択的に除去して溝を形成
し、当該溝部分から第1導電型不純物を注入することに
より行う請求項2に記載の半導体装置の製造方法。4. The selective implantation of the first conductivity type impurity is performed by forming a mask on the semiconductor substrate and then selectively removing the mask on a region to be the current path to form a groove. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the first conductivity type impurity is implanted from the groove portion.
域を設け、第1導電型不純物の注入を行う請求項4記載
の半導体装置の製造方法。5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein an offset region is provided on the side wall of the mask in the groove, and the first conductivity type impurity is implanted.
封入した後、マスクを除去することにより形成される請
求項4記載の半導体装置の製造方法。6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the gate electrode is formed by encapsulating a conductive material in the groove and then removing the mask.
は、窒化膜を含む絶縁膜により形成される請求項4記載
の半導体装置の製造方法。7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the mask formed on the semiconductor substrate is formed of an insulating film including a nitride film.
これら二つの拡散層間に、電流経路が形成される半導体
装置の製造方法であって、 上記半導体基板に対し、上記拡散層となる領域に第1導
電型不純物を選択的に注入した後、 上記不純物が注入された拡散層領域上にマスクを形成
し、 上記電流経路となる領域に第2導電型不純物を選択的に
注入する半導体装置の製造方法。8. A semiconductor substrate having two diffusion layers formed thereon,
A method of manufacturing a semiconductor device in which a current path is formed between these two diffusion layers, wherein a first conductivity type impurity is selectively implanted into a region which becomes the diffusion layer in the semiconductor substrate, A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a mask is formed on a diffusion layer region in which is implanted, and a second conductivity type impurity is selectively implanted into a region serving as the current path.
は、上記半導体基板上の電流経路となる領域上にマスク
を形成して、上記半導体基板に第1導電型不純物を注入
することにより行う請求項8記載の半導体装置の製造方
法。9. The selective implantation of the first conductivity type impurity is performed by forming a mask on a region serving as a current path on the semiconductor substrate and implanting the first conductivity type impurity into the semiconductor substrate. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, which is performed.
フセット領域を設け、第1導電型不純物の注入を行う請
求項8記載の半導体装置の製造方法。10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein an offset region is provided on the side wall of the mask on the diffusion layer region, and the first conductivity type impurity is implanted.
は、窒化膜を含む絶縁膜により形成される請求項8記載
の半導体装置の製造方法。11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the mask formed on the diffusion layer region is formed of an insulating film including a nitride film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24643095A JPH0992822A (en) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP24643095A JPH0992822A (en) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0992822A true JPH0992822A (en) | 1997-04-04 |
Family
ID=17148371
Family Applications (1)
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JP24643095A Pending JPH0992822A (en) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
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JP (1) | JPH0992822A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002033477A (en) * | 2000-07-13 | 2002-01-31 | Nec Corp | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
-
1995
- 1995-09-25 JP JP24643095A patent/JPH0992822A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2002033477A (en) * | 2000-07-13 | 2002-01-31 | Nec Corp | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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