JP2993784B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置における
特にLDD構造のNチャネルMOSトランジスタの構成
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of an N-channel MOS transistor having an LDD structure in a semiconductor device.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体集積回路素子において、素子集積
度を高めるため、素子の微細化が進められ、その素子の
うちMOSトランジスタにおいては、ドレイン部での高
電界が生じホットキャリアが発生し、ゲート酸化膜へ注
入されるため、その素子寿命を低下させていた。この素
子寿命の低下を抑制するため、Nチャネルトランジスタ
に対してはドレイン部に低濃度拡散層(n- 層)を設け
たLightly Doped Drain(LDD)
構造のトランジスタを用いているようになってきた。図
2にその概略断面図を示す。従来このLDDトランジス
タを用いた場合、周知のように回路素子全てのトランジ
スタのドレイン構造が同一となっていた。つまり図3に
示すN−N型の出力バッファー回路のトランジスタも同
一のドレイン構造(LDD構造)となっていた。2. Description of the Related Art In a semiconductor integrated circuit device, miniaturization of the device has been promoted in order to increase the degree of device integration. In the MOS transistor of the device, a high electric field is generated at a drain portion, hot carriers are generated, and a gate is formed. Since the element is injected into the oxide film, the life of the element is shortened. In order to suppress the reduction in the device life, a lightly doped drain (LDD) having a low-concentration diffusion layer (n − layer) provided in a drain portion for an N-channel transistor.
Transistors having a structure have been used. FIG. 2 shows a schematic sectional view thereof. Conventionally, when this LDD transistor is used, the drain structure of all the transistors in the circuit element is the same, as is well known. That is, the transistors of the NN type output buffer circuit shown in FIG. 3 also have the same drain structure (LDD structure).
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記構
造のトランジスタでは、ホットキャリア発生が抑制され
素子寿命が長くなるが、同時にソース−ドレイン間の耐
圧BVsdが上昇するため、出力バッファー部にLDD
トランジスタを用いた場合、出力ピン(端子)からの静
電気注入に対する静電耐圧が低下するという問題点があ
った。特にLDDトランジスタの素子寿命は、低濃度部
(n- 層)の濃度に依存しており、素子寿命に対し最適
濃度とした場合、静電耐圧が最も低くなるという欠点が
あった。However, in the transistor having the above-described structure, generation of hot carriers is suppressed and the life of the element is prolonged.
When a transistor is used, there is a problem that the electrostatic breakdown voltage against the injection of static electricity from the output pin (terminal) is reduced. In particular, the device life of an LDD transistor depends on the concentration of a low concentration portion (n − layer), and there is a drawback that the electrostatic breakdown voltage becomes lowest when the concentration is optimized with respect to the device life.
【0004】本発明は、以上述べた静電耐圧の低下を抑
制し、かつ集積回路素子としてのホットキャリアに対す
る耐性を維持する半導体装置及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。An object of the present invention is to provide a semiconductor device which suppresses the above-described decrease in electrostatic withstand voltage and maintains resistance to hot carriers as an integrated circuit element, and a method of manufacturing the same.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】この発明は前述の目的の
ため、半導体装置において、出力バッファー部のNチャ
ネルトランジスタのn- 層部のみにヒ素をイオン注入す
ることで、出力バッファー部トランジスタのBVsdを
低下させ静電耐圧の向上を図ったものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above objects, the present invention provides a semiconductor device in which arsenic is ion-implanted only into the n - layer portion of an N-channel transistor of an output buffer section, thereby achieving a BVsd of an output buffer section transistor. In order to improve the electrostatic withstand voltage.
【0006】[0006]
【作用】本発明は前述のように、出力バッファー部のみ
のNチャネルトランジスタのLDD構造のn- 層部にヒ
素を導入したので、静電耐圧の向上が得られる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention as described above, n in the LDD structure of the N-channel transistors of only the output buffer unit - since the introduction of arsenic in the layer portion to improve the electrostatic withstand voltage can be obtained.
【0007】[0007]
【実施例】図1は本発明の実施例の製造方法を説明する
断面構造である。ここで、図1の左側の図は出力バッフ
ァー部以外のNチャネルトランジスタに対応し、図1の
右側の図は出力バッファー部のNチャネルトランジスタ
に対応している。FIG. 1 is a sectional view for explaining a manufacturing method according to an embodiment of the present invention. Here, the diagram on the left side of FIG. 1 corresponds to an N-channel transistor other than the output buffer unit, and the diagram on the right side of FIG. 1 corresponds to the N-channel transistor of the output buffer unit.
【0008】図1(a)に示す様に、シリコン半導体基
板1を通常の素子分離法、例えばLOCOS法により素
子分離のための比較的厚い(4000〜6000Å)酸
化膜であるフィールド酸化膜2を形成し、シリコン基板
1を800℃〜900℃で乾燥もしくは水蒸気酸化によ
りゲート酸化膜3を150〜250Å形成する。その後
ゲート電極となる導電性の膜、例えばリンが4〜6×1
020cm-3ドープされた2000〜4000Åのポリシ
リコン膜を形成し、通常のホトリソグラフィー技術及び
レジストをマスクとしたエッチングを用いてゲート電極
4を得る。次にLDDトランジスタのn- 層の形成のた
め、フィールド酸化膜2及びゲート電極4をマスクとし
て、リン(31p+ )をイオン注入法により1〜3×10
13cm-2のドーズ量、40〜60keVのエネルギーで
注入してn- 層5を得る。このときのドーズ量、エネル
ギーはトランジスタを動作させたときのホットキャリア
発生量が極小となる条件である。次に出力バッファーの
Nチャネルトランジスタ部n- 層のみにヒ素を導入す
る。ここではホトリソグラフィー技術を用いた方法で示
す。As shown in FIG. 1A, a silicon oxide film 1 is formed on a silicon semiconductor substrate 1 by a normal element isolation method, for example, a LOCOS method. Then, the silicon substrate 1 is dried at 800 ° C. to 900 ° C. or a gate oxide film 3 is formed at 150 to 250 ° by steam oxidation. Thereafter, a conductive film serving as a gate electrode, for example, phosphorus is 4 to 6 × 1
A 2000-4000 ° polysilicon film doped with 0 20 cm −3 is formed, and a gate electrode 4 is obtained by using a usual photolithography technique and etching using a resist as a mask. Next, in order to form an n − layer of the LDD transistor, phosphorus ( 31 p + ) is ion-implanted into 1 to 3 × 10 3 using the field oxide film 2 and the gate electrode 4 as a mask.
The n − layer 5 is obtained by implanting with a dose of 13 cm −2 and an energy of 40 to 60 keV. The dose and energy at this time are conditions under which the amount of generated hot carriers when the transistor is operated is minimized. The next output buffer N-channel transistor portion the n - introducing arsenic only to the layer. Here, a method using photolithography is shown.
【0009】図1(b)の左側、右側は、前述したよう
にそれぞれ出力バッファー以外のトランジスタ部と出力
バッファー部のみのトランジスタ部である。The left side and the right side of FIG. 1B show a transistor portion other than the output buffer and a transistor portion having only the output buffer portion, respectively, as described above.
【0010】まず、ウエハ(基板)全面に例えばポジレ
ジストを塗付し、その後マスクを用いて出力バッファー
部のNチャネルトランジスタ部のみ露出させ、このレジ
スト6を現像することで、出力バッファー部Nチャネル
トランジスタ部以外レジスト6でおおわれている構造と
する。次にこのレジスト膜6及びフィールド酸化膜2と
ゲート電極4をマスクにヒ素(75As+ )を1〜5×1
014cm-2のドーズ量,40〜100keVのエネルギ
ーでイオン注入する。ここでヒ素を用いたのはヒ素はシ
リコン中の拡散が遅いため、後の熱処理によりn- 部横
方向拡散が出力バッファー以外のトランジスタよりも長
くなるのを抑制するためである。また、このドーズ量/
エネルギーの範囲で、静電耐圧試験を行なった結果、2
000V以上の耐圧が得られている。First, a positive resist, for example, is applied to the entire surface of the wafer (substrate), and thereafter, only the N-channel transistor portion of the output buffer portion is exposed using a mask. A structure other than the transistor portion is covered with a resist 6. Then arsenic the resist film 6 and the field oxide film 2 and the gate electrode 4 as a mask (75 As +) to 1 to 5 × 1
Ions are implanted at a dose of 0 14 cm -2 and an energy of 40 to 100 keV. The reason why arsenic is used here is that, since arsenic diffuses slowly in silicon, the subsequent heat treatment suppresses the n - part lateral diffusion from becoming longer than that of transistors other than the output buffer. Also, this dose /
As a result of the electrostatic withstand voltage test within the energy range, 2
A withstand voltage of 000 V or more has been obtained.
【0011】次に図1(c)のように、このレジスト膜
6を除去し、CVD酸化膜を全面に約2000〜400
0Å形成し、リアクティブイオンエッチングを用いてサ
イドウォール8を得る。その後n+層9を形成するため
フィールド酸化膜2,ゲート電極4,サイドウォール8
をマスクとしてヒ素を4〜8×1015cmー 2、40〜8
0keVでイオン注入し、活性化のための800〜90
0℃、30〜60分の熱処理を行なう。この段階で出力
バッファー部以外のNチャネルトランジスタはLDD構
造としてリン単独のnー層5を持っており、その濃度は
トランジスタ動作時のホットキャリアの発生が極小とな
る様にリンのイオン注入条件により設定されている。こ
れに対し、出力バッファー部のNチャネルトランジスタ
はLDD構造として、リンとヒ素の二重のnー層7を持
っており、その表面濃度は静電試験により2000V以
上の耐圧を持つ様にヒ素のイオン注入条件により設定さ
れている。Next, as shown in FIG. 1C, the resist film 6 is removed, and a CVD oxide film
0 ° is formed, and a sidewall 8 is obtained by using reactive ion etching. Thereafter, field oxide film 2, gate electrode 4, and side wall 8 are formed to form n + layer 9.
4-8 × 10 15 cm - 2 , 40-8 using arsenic as a mask
Ion implantation at 0 keV, 800-90 for activation
Heat treatment is performed at 0 ° C. for 30 to 60 minutes. At this stage, the N-channel transistors other than the output buffer section have the n - layer 5 of phosphorus alone as an LDD structure, and the concentration thereof depends on the phosphorus ion implantation conditions so that the generation of hot carriers during the operation of the transistor is minimized. Is set. On the other hand, the N-channel transistor of the output buffer section has a double n - layer 7 of phosphorus and arsenic as an LDD structure, and the surface concentration of arsenic is set to have a withstand voltage of 2000 V or more by an electrostatic test. It is set according to the ion implantation conditions.
【0012】次に図には示されていないが、中間絶縁膜
の形成及びその平坦化コンタクトホールの開孔、メタル
配線の形成、最終保護膜の形成を経て、半導体集積回路
素子を得る。Next, although not shown in the figure, a semiconductor integrated circuit device is obtained through formation of an intermediate insulating film, opening of a planarized contact hole, formation of a metal wiring, and formation of a final protective film.
【0013】[0013]
【発明の効果】以上詳細に説明した様に本発明によれ
ば、出力バッファー部のNチャネルトランジスタのLD
D構造のnー層部にヒ素を導入したので、静電耐圧の向
上が得られる。また一般に出力バッファー部のNチャネ
ルトランジスタのゲート長はクリティカル寸法を用いて
いないため、半導体集積回路素子としての耐ホットキャ
リア性は、出力バッファー以外のNチャネルトランジス
タで決定しているため、半導体集積回路素子としての耐
ホットキャリア性はそこなわれない。As described in detail above, according to the present invention, the LD of the N-channel transistor in the output buffer section is used.
Since arsenic is introduced into the n - layer portion of the D structure, an improvement in electrostatic withstand voltage can be obtained. In general, since the gate length of the N-channel transistor of the output buffer does not use a critical dimension, the hot carrier resistance as a semiconductor integrated circuit element is determined by the N-channel transistor other than the output buffer. Hot carrier resistance as an element is not impaired.
【図1】本発明の実施例。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
【図2】LDDトランジスタ説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of an LDD transistor.
【図3】出力バッファー回路。FIG. 3 is an output buffer circuit.
1 Si基板 2 フィールド酸化膜 3 ゲート酸化膜 4 ゲート電極 5 n- 層 6 レジスト 7 n- 層(As含) 8 サイドウォール 9 n+ 層REFERENCE SIGNS LIST 1 Si substrate 2 field oxide film 3 gate oxide film 4 gate electrode 5 n − layer 6 resist 7 n − layer (including As) 8 sidewall 9 n + layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/8234 H01L 27/088 H01L 29/78 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/8234 H01L 27/088 H01L 29/78
Claims (5)
電極と、第1の不純物拡散層と、該第1の不純物拡散層
に隣接し、該第1の不純物拡散層より高濃度の不純物か
らなる第2の不純物拡散層とを有するNチャネル型MO
Sトランジスタを複数有する半導体装置において、 前記Nチャネル型MOSトランジスタのうち、信号を出
力するバッファー部を構成するNチャネル型MOSトラ
ンジスタにおける前記第1の不純物拡散層はリンとヒ素
とを含み、該バッファー部を構成するNチャネル型MO
Sトランジスタにおける前記第1の不純物拡散層は、該
バッファー部を構成するNチャネル型MOSトランジス
タ以外のNチャネル型MOSトランジスタにおける前記
第1の不純物拡散層よりヒ素の濃度が高いことを特徴と
する半導体装置。1. A gate electrode having a sidewall film on a side wall, a first impurity diffusion layer, and a first impurity diffusion layer adjacent to the first impurity diffusion layer, the impurity being higher in concentration than the first impurity diffusion layer. -Channel type MO having two impurity diffusion layers
In the semiconductor device having a plurality of S transistors, among the N-channel MOS transistors, the first impurity diffusion layer in an N-channel MOS transistor forming a buffer unit for outputting a signal includes phosphorus and arsenic; N-channel type MO that constitutes the part
The semiconductor, wherein the first impurity diffusion layer in the S transistor has a higher arsenic concentration than the first impurity diffusion layer in an N-channel MOS transistor other than the N-channel MOS transistor forming the buffer section. apparatus.
ネル型MOSトランジスタにおける前記第2の不純物拡
散層には不純物として前記第1の不純物拡散層に含まれ
るヒ素より高濃度のヒ素が含まれることを特徴とする請
求項1記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 2, wherein said second impurity diffusion layer in said N-channel MOS transistor forming said buffer section contains arsenic at a higher concentration than arsenic contained in said first impurity diffusion layer as an impurity. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
OSトランジスタのためのゲート電極を複数設ける工程
と、 複数の前記ゲート電極をマスクとして、各Nチャネル型
MOSトランジスタの低濃度不純物拡散層形成のための
リンを導入する工程と、 複数の前記ゲート電極のうち、信号を出力するバッファ
ー部のためのNチャネル型MOSトランジスタに用いら
れるゲート電極をマスクとして、前記バッファー部のた
めのNチャネル型MOSトランジスタ形成予定領域にヒ
素を導入する工程と、 前記ヒ素導入後、複数の前記ゲート電極各々にサイドウ
ォールを設ける工程と、 複数の前記ゲート電極及び前記サイドウォールをマスク
として、各Nチャネル型MOSトランジスタの高濃度不
純物拡散層形成のためのヒ素を導入する工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。3. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an N-channel type semiconductor device on a semiconductor substrate via a gate insulating film;
Providing a plurality of gate electrodes for the OS transistor; introducing phosphorus for forming a low-concentration impurity diffusion layer of each N-channel MOS transistor using the plurality of gate electrodes as a mask; Introducing arsenic into a region where an N-channel MOS transistor for the buffer unit is to be formed, using a gate electrode used for an N-channel MOS transistor for a buffer unit for outputting a signal as a mask, After the introduction, providing a sidewall on each of the plurality of gate electrodes, and introducing arsenic for forming a high-concentration impurity diffusion layer of each N-channel MOS transistor using the plurality of gate electrodes and the sidewalls as a mask. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
MOSトランジスタ形成予定領域にヒ素を導入する工程
において、該バッファー部のためのNチャネル型MOS
トランジスタ形成予定領域以外のNチャネル型MOSト
ランジスタ形成予定領域上にはレジストが設けられてい
ることを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方
法。4. The step of introducing arsenic into a region where an N-channel MOS transistor for a buffer section is to be formed, wherein the N-channel MOS transistor for the buffer section is provided.
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein a resist is provided on a region where the N-channel MOS transistor is to be formed other than the region where the transistor is to be formed.
ンの導入は、1〜5×1014cmー 2のドーズ量、40〜
100keVのエネルギーで行われることを特徴とする
請求項3または請求項4記載の半導体装置の製造方法。5. The introduction of phosphorus for the low concentration impurity diffusion layer formed, a dose of 1 to 5 × 10 14 cm -2, 40
The method according to claim 3, wherein the method is performed at an energy of 100 keV.
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