JP2018133475A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2018133475A
JP2018133475A JP2017026830A JP2017026830A JP2018133475A JP 2018133475 A JP2018133475 A JP 2018133475A JP 2017026830 A JP2017026830 A JP 2017026830A JP 2017026830 A JP2017026830 A JP 2017026830A JP 2018133475 A JP2018133475 A JP 2018133475A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
impurity diffusion
impurity
sidewall
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017026830A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6757678B2 (en
Inventor
立志 八木
Tateshi Yagi
立志 八木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Original Assignee
Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Kasei Electronics Co Ltd filed Critical Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority to JP2017026830A priority Critical patent/JP6757678B2/en
Publication of JP2018133475A publication Critical patent/JP2018133475A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6757678B2 publication Critical patent/JP6757678B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of gaining a sufficient Low-High doping impurity distribution even near an end of an element isolation body.SOLUTION: A Low-High doping MOSFET 1 comprises: element isolation bodies 14 formed in a silicon substrate 11; a high impurity concentration layer 15 provided in contact with the element isolation bodies 14; an impurity diffusion prevention layer 16 laminated on the high impurity concentration layer 15; an epi silicon layer 17 which is laminated on the impurity diffusion prevention layer 16 so as to be included within the impurity diffusion prevention layer 16 in top view and in which an impurity is diffused with lower concentration than the high impurity concentration layer 15; insulator side walls 13a which are formed on the high impurity concentration layer 15 and between the element isolation bodies 14 and the impurity diffusion prevention layer 16 and in contact with the element isolation bodies 14 and the impurity diffusion prevention layer 16; a gate insulation film 18 laminated on a surface of the epi silicon layer 17; and a gate electrode 19 provided so as to cover the element isolation bodies 14, the insulator side walls 13a and the gate insulation film 18.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.

一般的なプレーナ型のMOSFET(電界効果トランジスタ)100は、例えば図4の模式図に示す構成を有している。すなわち、図4に示すように、例えばシリコン基板101にソース電極102及びドレイン電極103が形成される。また、ソース電極102及びドレイン電極103間のチャネル領域上にゲート絶縁膜104が形成され、ゲート絶縁膜104の上にゲート電極105が積層される。さらに、ゲート電極105及びゲート絶縁膜104の側面にはサイドウォール106が形成されている。
このような構成のMOSFET100において、ゲート電極105に印加された電圧によりシリコン基板101のゲート絶縁膜104の近傍に反転層が生成されることで、ソース電極102とドレイン電極103とをつなぐチャネルが生成されて電流が流れる。反転層を生成させるために必要なゲート電極電圧すなわち閾値電圧Vthを制御するために、シリコン基板101にはp型或いはn型の不純物がドープされる。この不純物は、一般的には図5に実線L1で示すようなシリコン基板101の深さ方向に均一となるように深さ均一ドーピングで注入される。なお、図5において、横軸は基板深さ、縦軸は不純物濃度を表す。
A general planar type MOSFET (field effect transistor) 100 has a configuration shown in the schematic diagram of FIG. 4, for example. That is, as shown in FIG. 4, for example, the source electrode 102 and the drain electrode 103 are formed on the silicon substrate 101. In addition, a gate insulating film 104 is formed over the channel region between the source electrode 102 and the drain electrode 103, and the gate electrode 105 is stacked over the gate insulating film 104. Further, sidewalls 106 are formed on the side surfaces of the gate electrode 105 and the gate insulating film 104.
In the MOSFET 100 having such a configuration, an inversion layer is generated in the vicinity of the gate insulating film 104 of the silicon substrate 101 by the voltage applied to the gate electrode 105, thereby generating a channel connecting the source electrode 102 and the drain electrode 103. Current flows. In order to control a gate electrode voltage necessary for generating the inversion layer, that is, a threshold voltage Vth, the silicon substrate 101 is doped with a p-type or n-type impurity. This impurity is generally implanted by uniform depth doping so as to be uniform in the depth direction of the silicon substrate 101 as indicated by the solid line L1 in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis represents the substrate depth, and the vertical axis represents the impurity concentration.

しかしながら、不純物が深さ方向に均一となるようにドーピングを行った場合、チャネル付近の不純物はキャリア散乱の原因やポテンシャルのばらつきの原因となり、移動度の低下や1/fノイズの増加、閾値電圧Vthのミスマッチの増加等といった電気特性の劣化を引き起こす。そのため、これを改善するために、図5に破線L2で示すように、チャネル近傍の不純物濃度を低減させ、チャネルから離れた位置では十分な不純物濃度となるようにドーピングを行った、Low−Highドーピング型のMOSFETが提唱されている。   However, when doping is performed so that the impurities are uniform in the depth direction, the impurities in the vicinity of the channel cause carrier scattering and potential variation, resulting in a decrease in mobility, an increase in 1 / f noise, and a threshold voltage. It causes deterioration of electrical characteristics such as an increase in mismatch of Vth. Therefore, in order to improve this, as indicated by a broken line L2 in FIG. 5, the impurity concentration in the vicinity of the channel is reduced, and doping is performed so that the impurity concentration is sufficient at a position away from the channel. Doping MOSFETs have been proposed.

このLow−Highドーピング型のMOSFETを実現する技術として、例えば、非特許文献1に記載されたプレーナ型のMOSFETが提案されている。
図6は、非特許文献1で提案されたLow−Highドーピング型のMOSFETの模式図を示したものであり、図6(a)は、Low−Highドーピング型のMOSFET200の一例を示す上面図、図6(b)は図6(a)のX−X′断面図、図6(c)は図6(a)のY−Y′断面図である。なお、図6(a)において、201はアクティブ領域、202はゲート電極である。
As a technique for realizing this Low-High doping type MOSFET, for example, a planar type MOSFET described in Non-Patent Document 1 has been proposed.
6 is a schematic diagram of a Low-High doping type MOSFET proposed in Non-Patent Document 1, and FIG. 6A is a top view showing an example of a Low-High doping type MOSFET 200. 6B is a sectional view taken along line XX ′ in FIG. 6A, and FIG. 6C is a sectional view taken along line YY ′ in FIG. In FIG. 6A, 201 is an active region, and 202 is a gate electrode.

図6に示すMOSFET200は、図4に示す一般的なプレーナ型のMOSFET100において、MOSFET100の、素子分離体203で分離された素子形成領域に不純物拡散防止層204を設け、この不純物拡散防止層204の上にSi層をエピタキシャル成長させたエピシリコン層205が設けられている。このような構成とすることによって、チャネル部の不純物濃度を低減している。なお、図6において、図4に示すMOSFET100と同一部には同一符号を付与している。
非特許文献1では、図6に示すLow−Highドーピング型のMOSFET200として、ゲート寸法が25nmと微細なプレーナタイプのMOSFETを取り上げているが、先に述べたような移動度、1/fノイズ、Vthミスマッチ等はゲート寸法180nm程度のアナログ回路用途のMOSFETにおいても重要なパラメータであり、ゲート寸法180nm程度のアナログ回路用途のMOSFETにおいてもLow−Highドーピング型のMOSFETが望まれている。
The MOSFET 200 shown in FIG. 6 is provided with an impurity diffusion prevention layer 204 in the element formation region separated by the element separator 203 of the general planar MOSFET 100 shown in FIG. An episilicon layer 205 obtained by epitaxially growing a Si layer is provided thereon. With such a configuration, the impurity concentration of the channel portion is reduced. In FIG. 6, the same parts as those of the MOSFET 100 shown in FIG.
In Non-Patent Document 1, a planar type MOSFET having a gate size as small as 25 nm is taken up as the Low-High doping type MOSFET 200 shown in FIG. 6, but the mobility, 1 / f noise, Vth mismatch or the like is an important parameter even in a MOSFET for an analog circuit having a gate size of about 180 nm, and a low-high doping type MOSFET is desired for a MOSFET for an analog circuit having a gate size of about 180 nm.

ここで、図6に示すように、不純物拡散防止層204上のみにエピシリコン層205が積層された選択エピ型のMOSFET200は、例えば、図7に示す手順で作製される。
まず、図7(a)に示すようにシリコン基板101に素子分離体203を形成した後、図7(b)に示すように、高濃度イオン注入を行い、素子分離体203で分離された素子形成領域にMOSFET200の閾値電圧Vthを調整するための高濃度不純物領域301を形成する(図7(c))。
その後、例えば不純物拡散防止層204としてのSi−C(シリコンカーバイド)層を、シリコン基板101の素子分離体203で分離された素子形成領域上、つまり、高濃度不純物領域301上のみに選択的にエピタキシャル成長させる。さらに不純物拡散防止層204上のみに図7(d)に示すように低不純物濃度チャネル部となるエピシリコン層205を選択的にエピタキシャル成長させる。その後、図7(e)に示すように、エピシリコン層205を覆うようにゲート絶縁膜104を形成し、図7(f)に示すように、ゲート絶縁膜104の上にゲート電極105を形成する。
Here, as shown in FIG. 6, the selective epi type MOSFET 200 in which the epi silicon layer 205 is laminated only on the impurity diffusion preventing layer 204 is manufactured, for example, by the procedure shown in FIG.
First, as shown in FIG. 7A, an element separator 203 is formed on the silicon substrate 101, and then, as shown in FIG. 7B, high-concentration ion implantation is performed to separate the elements separated by the element separator 203. A high concentration impurity region 301 for adjusting the threshold voltage Vth of the MOSFET 200 is formed in the formation region (FIG. 7C).
Thereafter, for example, a Si—C (silicon carbide) layer as the impurity diffusion preventing layer 204 is selectively formed only on the element formation region separated by the element separator 203 of the silicon substrate 101, that is, only on the high concentration impurity region 301. Epitaxially grow. Further, as shown in FIG. 7D, an epitaxial silicon layer 205 that becomes a low impurity concentration channel portion is selectively epitaxially grown only on the impurity diffusion preventing layer 204. Thereafter, as shown in FIG. 7E, a gate insulating film 104 is formed so as to cover the epitaxial silicon layer 205, and as shown in FIG. 7F, a gate electrode 105 is formed on the gate insulating film 104. To do.

この後、エクステンション領域へのイオン注入、ソース電極及びドレイン電極となるソース領域およびドレイン領域へのイオン注入を経て、図6に示すようなLow−Highドーピング型のMOSFETが完成する。
このような方法を用いて作製したデバイスでは、CMOSプロセス中で与える熱による不純物拡散が不純物拡散防止層204により阻害されることによって、Low−Highドーピング型の不純物分布を得ることが出来る。
Thereafter, ion implantation into the extension region and ion implantation into the source region and the drain region to be the source electrode and the drain electrode are performed to complete a Low-High doping type MOSFET as shown in FIG.
In a device manufactured using such a method, impurity diffusion due to heat applied in the CMOS process is inhibited by the impurity diffusion preventing layer 204, whereby a low-high doping type impurity distribution can be obtained.

IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES,VOL.58,No.5,MAY 2011“25-nm Gate Length nMOSFET With Steep Channel Profiles Utilizing Carbon-Doped Silicon Layers (A P-Type Dopant Confinement Layer)”IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL.58, No.5, MAY 2011 “25-nm Gate Length nMOSFET With Steep Channel Profiles Utilizing Carbon-Doped Silicon Layers (A P-Type Dopant Confinement Layer)”

キャリアの不純物散乱を低減させることを目的に、選択エピ成長による低不純物濃度領域形成技術を用いたLow−Highドーピング型のMOSFETにあっては、図7(f)に示すように素子分離体203とシリコン基板101との界面X近傍で不純物拡散防止層204の厚みが薄くなる。このため、シリコン基板101の、不純物拡散防止層204の厚みが薄くなる領域近傍では十分な不純物拡散防止を行うことが出来ず、結果として局所的にLow−Highドーピング型の不純物分布が実現できないという課題がある。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、素子分離体端部付近でも十分なLow−Highドーピング型の不純物分布を得ることの可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
In the case of a low-high doping type MOSFET using a low impurity concentration region formation technique by selective epi growth for the purpose of reducing carrier impurity scattering, as shown in FIG. In the vicinity of the interface X between the silicon substrate 101 and the silicon substrate 101, the impurity diffusion prevention layer 204 becomes thinner. For this reason, sufficient impurity diffusion prevention cannot be performed in the vicinity of the region where the thickness of the impurity diffusion prevention layer 204 of the silicon substrate 101 becomes thin, and as a result, a low-high doping type impurity distribution cannot be realized locally. There are challenges.
Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and a semiconductor device capable of obtaining a sufficient low-high doping type impurity distribution near the edge of an element isolation body and a method for manufacturing the same. It is intended to provide.

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体装置は、半導体基板の素子分離領域に形成された素子分離体と、前記半導体基板の素子形成領域に前記素子分離体と接して設けられ不純物が拡散された第一不純物拡散層と、当該第一不純物拡散層の表面に積層された不純物拡散防止層と、前記不純物拡散防止層の表面に上面視で前記不純物拡散防止層内に含まれるように積層され、前記第一不純物拡散層と同じ導電型の不純物が、より低い濃度で拡散された第二不純物拡散層と、前記第一不純物拡散層の表面に形成され前記素子分離体と前記不純物拡散防止層との間にこれらに接して設けられた絶縁性のサイドウォールと、前記第二不純物拡散層の表面に積層されたゲート絶縁膜と、前記素子分離体、前記サイドウォール及び前記ゲート絶縁膜を覆うように設けられたゲート電極と、を備えることを特徴としている。   In order to achieve the above object, a semiconductor device according to one embodiment of the present invention is provided with an element separator formed in an element isolation region of a semiconductor substrate and in contact with the element separator in the element formation region of the semiconductor substrate. A first impurity diffusion layer in which impurities are diffused, an impurity diffusion prevention layer stacked on a surface of the first impurity diffusion layer, and a surface of the impurity diffusion prevention layer included in the impurity diffusion prevention layer in a top view And a second impurity diffusion layer in which impurities of the same conductivity type as the first impurity diffusion layer are diffused at a lower concentration, and the element separator is formed on the surface of the first impurity diffusion layer. Insulating sidewalls provided between and in contact with the impurity diffusion preventing layer, a gate insulating film laminated on the surface of the second impurity diffusion layer, the element separator, the sidewalls, and the Get It is characterized by comprising a gate electrode provided so as to cover the gate insulating film.

また、本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の素子形成領域の内側にマスク層を形成するマスク層形成工程と、前記マスク層の側面に当該側面から前記素子形成領域の端部までを覆うサイドウォールを形成するサイドウォール形成工程と、前記半導体基板の素子分離領域にトレンチを形成するトレンチ形成工程と、前記トレンチの内面及び前記サイドウォールの側面と接する素子分離体を形成する素子分離体形成工程と、前記素子分離体を形成した後に前記サイドウォールは残るように前記マスク層を除去し、当該マスク層を除去することで露出した前記素子形成領域に、第一導電型の不純物をイオン注入して第一不純物拡散層を形成する第一不純物拡散層形成工程と、前記第一不純物拡散層の表面に、側面が前記サイドウォールと接する不純物拡散防止層をエピタキシャル成長により形成する不純物拡散防止層形成工程と、前記不純物拡散防止層の表面に、前記第一不純物拡散層よりも低い濃度で前記第一導電型の不純物が拡散された第二不純物拡散層をエピタキシャル成長により形成する低不純物濃度層形成工程と、前記第二不純物拡散層の表面にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、前記素子分離体、前記サイドウォール及び前記ゲート絶縁膜の表面を覆うようにゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を備えることを特徴としている。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device comprising: a mask layer forming step of forming a mask layer inside an element formation region of a semiconductor substrate; and the element formation region from the side surface to the side surface of the mask layer. A sidewall forming step for forming a sidewall covering up to the end of the semiconductor substrate; a trench forming step for forming a trench in an element isolation region of the semiconductor substrate; and an element isolation body in contact with the inner surface of the trench and the side surface of the sidewall. A first conductive layer is formed on the element formation region exposed by removing the mask layer and removing the mask layer so that the sidewall remains after the element separator is formed; A first impurity diffusion layer forming step of forming a first impurity diffusion layer by ion-implanting a type impurity, and a side surface on the surface of the first impurity diffusion layer. Impurity diffusion prevention layer forming step of forming an impurity diffusion prevention layer in contact with the wall by epitaxial growth, and the impurity of the first conductivity type is diffused on the surface of the impurity diffusion prevention layer at a concentration lower than that of the first impurity diffusion layer. A low impurity concentration layer forming step of forming the second impurity diffusion layer by epitaxial growth, a gate insulating film forming step of forming a gate insulating film on the surface of the second impurity diffusion layer, the element separator, the sidewall, and And a gate electrode forming step of forming a gate electrode so as to cover the surface of the gate insulating film.

本発明の一態様によれば、素子分離体端部付近でも十分なLow−Highドーピング型の不純物分布を得ることの可能な半導体装置を得ることができる。   According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device capable of obtaining a sufficient Low-High doping type impurity distribution even in the vicinity of an end portion of an element separator can be obtained.

本発明の一実施形態に係るLow−Highドーピング型のMOSFETの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of Low-High doping type MOSFET which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明のLow−Highドーピング型のMOSFETの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of Low-High doping type MOSFET of this invention. 図2の続きである。It is a continuation of FIG. 従来のLow−Highドーピング型のMOSFETの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the conventional Low-High doping type MOSFET. シリコン基板の深さ方向の不純物濃度を表す特性図である。It is a characteristic view showing the impurity concentration of the depth direction of a silicon substrate. 従来のLow−Highドーピング型のMOSFETの一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the conventional Low-High doping type MOSFET. 従来のLow−Highドーピング型のMOSFETの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the conventional Low-High doping type MOSFET.

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
In the following detailed description, numerous specific specific configurations are described to provide a thorough understanding of embodiments of the invention. However, it is apparent that other embodiments can be implemented without being limited to such specific specific configurations. Further, the following embodiments do not limit the invention according to the claims, but include all combinations of characteristic configurations described in the embodiments.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones.

図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置としての、Low−Highドーピング型のMOSFET1の一例を示す断面図である。MOSFET1の上面図は、図6(a)に示す従来のLow−Highドーピング型のMOSFET200と同等であり、図1は、図6におけるY−Y′断面図に相当する。MOSFET1のX−X′断面図は、図6(b)に示す従来のMOSFET200のX−X′断面図と同等である。
図1に示すように、MOSFET1は、半導体基板としてのシリコン基板11と、素子分離領域a1に形成された素子分離体14と、シリコン基板11の素子分離体14により分離された素子形成領域a2に素子分離体14と接して形成され第一導電型の不純物が拡散された第一不純物拡散層としての高不純物濃度層15と、高不純物濃度層15上の高不純物濃度層15の端部よりも内側にエピタキシャル成長により形成された不純物拡散防止層16と、不純物拡散防止層16の上のみにエピタキシャル成長により形成された第一導電型の不純物が拡散され、高不純物濃度層15よりも濃度の低い低不純物濃度のシリコン層により形成された第二不純物拡散層としてのエピシリコン層17と、不純物拡散防止層16及びエピシリコン層17と素子分離体14との間の高不純物濃度層15上に、不純物拡散防止層16及びエピシリコン層17と素子分離体14とに接して形成された絶縁体サイドウォール7と、エピシリコン層17のみの上に形成されたゲート絶縁膜18と、ゲート絶縁膜18及び素子分離体14を含む領域に形成されたゲート電極19と、を備える。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a Low-High doping type MOSFET 1 as a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. A top view of the MOSFET 1 is equivalent to the conventional Low-High doping type MOSFET 200 shown in FIG. 6A, and FIG. 1 corresponds to a cross-sectional view taken along line YY ′ in FIG. The XX ′ sectional view of the MOSFET 1 is equivalent to the XX ′ sectional view of the conventional MOSFET 200 shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the MOSFET 1 includes a silicon substrate 11 as a semiconductor substrate, an element separator 14 formed in the element isolation region a <b> 1, and an element formation region a <b> 2 separated by the element separator 14 of the silicon substrate 11. A high impurity concentration layer 15 as a first impurity diffusion layer formed in contact with the element separator 14 and diffused with impurities of the first conductivity type, and more than the end of the high impurity concentration layer 15 on the high impurity concentration layer 15 The impurity diffusion prevention layer 16 formed by epitaxial growth on the inside and the first conductivity type impurity formed by epitaxial growth are diffused only on the impurity diffusion prevention layer 16, so that the low impurity concentration is lower than that of the high impurity concentration layer 15. An episilicon layer 17 as a second impurity diffusion layer formed of a silicon layer having a concentration, an impurity diffusion prevention layer 16 and an episilicon layer 17; Insulating side wall 7 formed on the high impurity concentration layer 15 between the child isolator 14 and the impurity diffusion preventing layer 16, the episilicon layer 17, and the element isolator 14, and only the episilicon layer 17. A gate insulating film 18 formed thereon, and a gate electrode 19 formed in a region including the gate insulating film 18 and the element separator 14.

図1に示すように、不純物拡散防止層16とエピシリコン層17との積層体は、高不純物濃度層15のみの上に形成され、不純物拡散防止層16とエピシリコン層17との積層体と素子分離体14との間にこれらに接して絶縁体サイドウォール13aが形成されている。つまり、素子分離体14の側面とシリコン基板11との界面近傍にはある程度の厚みを持ち、素子分離体14とシリコン基板11との界面からある程度の幅を有する高不純物濃度層15上の領域を覆う絶縁体サイドウォール13aが配置されている。素子分離体14とシリコン基板11との界面近傍に形成された絶縁体サイドウォール13aは不純物拡散防止層として作用することになるため、このMOSFET1を用いたCMOSプロセス等の後工程の中で与えられる熱による不純物拡散は、不純物拡散防止層16と絶縁体サイドウォール13aとにより阻害されることになる。そのため、素子分離体14とシリコン基板11との界面近傍において、不純物拡散防止層16と絶縁体サイドウォール13aとによって、十分に不純物拡散を防止することができる。   As shown in FIG. 1, the stacked body of the impurity diffusion preventing layer 16 and the episilicon layer 17 is formed only on the high impurity concentration layer 15, and the stacked body of the impurity diffusion preventing layer 16 and the episilicon layer 17 An insulating sidewall 13a is formed between and in contact with the element separator 14. That is, a region on the high impurity concentration layer 15 having a certain thickness near the interface between the side surface of the element isolation 14 and the silicon substrate 11 and having a certain width from the interface between the element isolation 14 and the silicon substrate 11 is formed. A covering insulator side wall 13a is disposed. The insulator side wall 13a formed in the vicinity of the interface between the element separator 14 and the silicon substrate 11 acts as an impurity diffusion prevention layer, and is given in a subsequent process such as a CMOS process using the MOSFET 1. Impurity diffusion due to heat is inhibited by the impurity diffusion preventing layer 16 and the insulator sidewall 13a. Therefore, impurity diffusion can be sufficiently prevented by the impurity diffusion preventing layer 16 and the insulator sidewall 13a in the vicinity of the interface between the element separator 14 and the silicon substrate 11.

次に、MOSFET1の製造方法を説明する。
図2及び図3は、MOSFET1の製造工程の一例を示す断面図である。
まず、図2(a)に示すように、シリコン基板11の素子形成領域a2に、素子分離体形成用のマスク層12を例えば窒化シリコン等で形成する。このとき、素子形成領域a2の端部よりも内側となるようにマスク層12を形成する。次いで、図2(b)に示すように、マスク層12を覆うように、シリコン基板11上にサイドウォール形成用の絶縁膜13を形成する。この絶縁膜13としては、後の素子分離領域をエッチングする工程においてシリコン基板11との選択比が十分に取れること、及び素子分離体形成後のマスク層除去工程においてマスク層12との選択比が十分に取れることを満たすような膜、例えば酸化シリコンを用いる。
Next, a method for manufacturing MOSFET 1 will be described.
2 and 3 are cross-sectional views showing an example of the manufacturing process of the MOSFET 1.
First, as shown in FIG. 2A, a mask layer 12 for forming an element isolator is formed of, for example, silicon nitride in the element formation region a2 of the silicon substrate 11. At this time, the mask layer 12 is formed so as to be inside the end portion of the element formation region a2. Next, as shown in FIG. 2B, an insulating film 13 for forming a sidewall is formed on the silicon substrate 11 so as to cover the mask layer 12. The insulating film 13 has a sufficient selectivity with respect to the silicon substrate 11 in the subsequent process of etching the element isolation region, and the selectivity with the mask layer 12 in the mask layer removal process after the element isolation body is formed. A film that can be sufficiently removed, for example, silicon oxide is used.

次に、図2(c)に示すように、異方性のエッチング等で素子分離領域上の絶縁膜13を除去する。これにより、マスク層12の側面のみに絶縁膜13が残る。つまりマスク層12の側面に絶縁体サイドウォール13aが形成される。
次に、図2(d)に示すように、マスク層12及び絶縁体サイドウォール13aをマスクにしてシリコン基板11をエッチングしトレンチ11aを形成する。次に、図2(e)に示すように、トレンチ11aに酸化シリコン等の絶縁体を埋め込んだ後、CMP(化学機械研磨:chemical mechanical polishing)による平坦化を行い、素子分離体14を形成する。
さらに図2(f)に示すように素子分離体形成用のマスク層12を除去する。
Next, as shown in FIG. 2C, the insulating film 13 on the element isolation region is removed by anisotropic etching or the like. As a result, the insulating film 13 remains only on the side surface of the mask layer 12. That is, the insulator sidewall 13 a is formed on the side surface of the mask layer 12.
Next, as shown in FIG. 2D, the silicon substrate 11 is etched using the mask layer 12 and the insulator sidewalls 13a as masks to form trenches 11a. Next, as shown in FIG. 2E, an insulator such as silicon oxide is buried in the trench 11a, and then planarized by CMP (chemical mechanical polishing) to form an element isolation body 14. .
Further, as shown in FIG. 2F, the mask layer 12 for forming an element isolation body is removed.

次に、図3(a)に示すように、マスク層12を除去した後のシリコン基板11の素子形成領域a2にイオン注入を行い、閾値電圧Vth調整用の高不純物濃度層15を形成する。この後、図3(b)に示すようにシリコン基板11上の素子形成領域のみに選択的に例えばSi−C層をエピタキシャル成長させて、不純物拡散防止層16を形成する。さらにこの不純物拡散防止層16の上に、Si層をエピタキシャル成長させて、低不純物濃度チャネル部となるエピシリコン層17を形成する。この時、絶縁体サイドウォール13aが形成されていることから、エピタキシャル成長させた不純物拡散防止層16及びエピシリコン層17の、絶縁体サイドウォール13aと接する側面は略垂直になる。   Next, as shown in FIG. 3A, ion implantation is performed on the element formation region a2 of the silicon substrate 11 after the mask layer 12 is removed to form a high impurity concentration layer 15 for adjusting the threshold voltage Vth. Thereafter, as shown in FIG. 3B, for example, an Si—C layer is selectively grown only in the element formation region on the silicon substrate 11 to form the impurity diffusion preventing layer 16. Further, an Si layer is epitaxially grown on the impurity diffusion preventing layer 16 to form an epitaxial silicon layer 17 serving as a low impurity concentration channel portion. At this time, since the insulator sidewall 13a is formed, the side surfaces of the impurity diffusion prevention layer 16 and the epitaxial silicon layer 17 that are epitaxially grown are in contact with the insulator sidewall 13a.

また、酸化シリコンで形成される絶縁体サイドウォール13aとシリコン基板11とに囲まれた領域に、Si−C層がエピタキシャル成長されて不純物拡散防止層16が形成されるため、不純物拡散防止層16は厚さ方向に均等に成長しやすく、また絶縁体サイドウォール13aと密接して均一に成長しやすい。同様に、エピシリコン層17も厚さ方向に均等に成長しやすく、また、絶縁体サイドウォール13aと密接して均一に成長しやすい。つまり、絶縁体サイドウォール13aと半導体基板(シリコン基板11)と不純物拡散防止層16と低濃度の不純物拡散層(エピシリコン層17)として、エピタキシャル成長により形成される不純物拡散防止層16及び低濃度の不純物拡散層が厚さ方向に均等に成長しやすく、且つ絶縁体サイドウォール13aと密接して成長しやすくなるような材料を用いることにより、均一な膜厚であり絶縁体サイドウォール13aに密接した不純物拡散防止層16及び低濃度の不純物拡散層を得る上で有利である。   In addition, since the Si—C layer is epitaxially grown in the region surrounded by the insulator sidewall 13a formed of silicon oxide and the silicon substrate 11, the impurity diffusion prevention layer 16 is formed. It is easy to grow evenly in the thickness direction, and it is easy to grow uniformly in close contact with the insulator side wall 13a. Similarly, the epitaxial silicon layer 17 is also likely to grow uniformly in the thickness direction, and is also likely to grow uniformly in close contact with the insulator sidewall 13a. That is, as the insulator sidewall 13a, the semiconductor substrate (silicon substrate 11), the impurity diffusion prevention layer 16, and the low concentration impurity diffusion layer (episilicon layer 17), the impurity diffusion prevention layer 16 formed by epitaxial growth and the low concentration impurity diffusion layer 16 are formed. By using a material that allows the impurity diffusion layer to easily grow uniformly in the thickness direction and to grow in close contact with the insulator sidewall 13a, the impurity diffusion layer has a uniform thickness and is in close contact with the insulator sidewall 13a. This is advantageous in obtaining the impurity diffusion preventing layer 16 and the low-concentration impurity diffusion layer.

ここでは、酸化シリコンで形成される絶縁体サイドウォール13aと、シリコン基板11と、Si−C層により形成された不純物拡散防止層16と、Si層により形成された低濃度不純物拡散層を適用した場合について説明しているが、これに限るものではない。絶縁体サイドウォール13aは、図3(a)に示すようにマスク層12を選択除去でき、且つ半導体基板(シリコン基板11)や不純物拡散防止層16、低濃度不純物拡散層(エピシリコン層17)と絶縁の取れる材料で形成されていればよい。不純物拡散防止層16は、半導体基板(シリコン基板11)からの不純物拡散を防止できる材料により形成されていればよい。低濃度不純物拡散層(エピシリコン層17)は、FETのチャネル形成に必要な移動度が得られる材料により形成されていればよい。   Here, an insulator sidewall 13a formed of silicon oxide, a silicon substrate 11, an impurity diffusion prevention layer 16 formed of a Si-C layer, and a low concentration impurity diffusion layer formed of a Si layer are applied. Although the case is described, the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 3A, the insulator sidewall 13a can selectively remove the mask layer 12, and the semiconductor substrate (silicon substrate 11), the impurity diffusion prevention layer 16, and the low concentration impurity diffusion layer (episilicon layer 17). As long as it is formed of a material that can be insulated. The impurity diffusion preventing layer 16 may be formed of a material that can prevent impurity diffusion from the semiconductor substrate (silicon substrate 11). The low-concentration impurity diffusion layer (episilicon layer 17) only needs to be formed of a material that can provide the mobility necessary for FET channel formation.

このような手順でエピシリコン層17及び不純物拡散防止層16を形成する結果、エピシリコン層17および不純物拡散防止層16が素子分離体14近傍で薄膜化することを防ぐことができる。このため、不純物拡散防止層16は、端部においてもエピシリコン層17への不純物の拡散を十分に防止することができ、不純物拡散防止層としての機能を十分に発揮することができる。さらに、素子分離体14と不純物拡散防止層16との間には絶縁体サイドウォール13aが設けられているため、素子分離体端部近傍であっても不純物拡散を確実に防止することができ、十分なLow−Highドーピング型の不純物分布を実現することができる。   As a result of forming the epi silicon layer 17 and the impurity diffusion prevention layer 16 by such a procedure, it is possible to prevent the epi silicon layer 17 and the impurity diffusion prevention layer 16 from being thinned in the vicinity of the element separator 14. For this reason, the impurity diffusion preventing layer 16 can sufficiently prevent the diffusion of impurities into the episilicon layer 17 even at the end portion, and can sufficiently exhibit the function as the impurity diffusion preventing layer. Furthermore, since the insulator side wall 13a is provided between the element separator 14 and the impurity diffusion preventing layer 16, impurity diffusion can be reliably prevented even in the vicinity of the end of the element separator. A sufficient low-high doping type impurity distribution can be realized.

次いで、図3(c)に示すように、エピシリコン層17の上に、ゲート絶縁膜18を形成した後、図3(d)に示すようにゲート絶縁膜18及び素子分離体14を覆うようにゲート電極19を形成する。
そして、エクステンション領域へのイオン注入、ソース電極及びドレイン電極となるソース領域およびドレイン領域へのイオン注入を経て、Low−Highドーピング型のMOSFET1が完成する。
なお、不純物拡散防止層16、エピシリコン層17をエピタキシャル成長させるとき、或いは、イオン注入等を行う際には、目的とする領域を除く領域にマスク層などを形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, a gate insulating film 18 is formed on the epitaxial silicon layer 17, and then the gate insulating film 18 and the element separator 14 are covered as shown in FIG. Then, the gate electrode 19 is formed.
The low-high doping type MOSFET 1 is completed through ion implantation into the extension region and ion implantation into the source region and the drain region to be the source electrode and the drain electrode.
When the impurity diffusion preventing layer 16 and the episilicon layer 17 are epitaxially grown or when ion implantation or the like is performed, a mask layer or the like is formed in a region other than the target region.

このように形成したMOSFET1は、素子分離体14の端部付近でも十分にLow−Highドーピング型の不純物分布を得ることができる。
なお、上記実施形態では、エピシリコン層17及び不純物拡散防止層16を共に、絶縁体サイドウォール13aに密接するようにエピタキシャル成長させる場合について説明したが、少なくとも不純物拡散防止層16が絶縁体サイドウォール13a及びシリコン基板11に密接するように形成した場合でも、不純物拡散の抑制を図ることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
The MOSFET 1 formed in this manner can sufficiently obtain a low-high doping type impurity distribution even in the vicinity of the end portion of the element separator 14.
In the above-described embodiment, the case where both the epitaxial silicon layer 17 and the impurity diffusion prevention layer 16 are epitaxially grown so as to be in close contact with the insulator sidewall 13a has been described. Even when formed so as to be in close contact with the silicon substrate 11, impurity diffusion can be suppressed.
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the said embodiment has illustrated the apparatus and method for materializing the technical idea of this invention, and the technical idea of this invention is a component. It does not specify the material, shape, structure, arrangement, etc. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims.

1 Low−Highドーピング型のMOSFET
11 シリコン基板
12 マスク層
13 絶縁膜
13a 絶縁体サイドウォール
14 素子分離体
15 高不純物濃度層
16 不純物拡散防止層
17 エピシリコン層
18 ゲート絶縁膜
19 ゲート電極
1 Low-High doping type MOSFET
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Silicon substrate 12 Mask layer 13 Insulating film 13a Insulator side wall 14 Element isolator 15 High impurity concentration layer 16 Impurity diffusion prevention layer 17 Epi silicon layer 18 Gate insulating film 19 Gate electrode

Claims (6)

半導体基板の素子分離領域に形成された素子分離体と、
前記半導体基板の素子形成領域に前記素子分離体と接して設けられ不純物が拡散された第一不純物拡散層と、
当該第一不純物拡散層の表面に積層された不純物拡散防止層と、
前記不純物拡散防止層の表面に上面視で前記不純物拡散防止層内に含まれるように積層され、前記第一不純物拡散層と同じ導電型の不純物が、より低い濃度で拡散された第二不純物拡散層と、
前記第一不純物拡散層の表面に形成され前記素子分離体と前記不純物拡散防止層との間にこれらに接して設けられた絶縁性のサイドウォールと、
前記第二不純物拡散層の表面に積層されたゲート絶縁膜と、
前記素子分離体、前記サイドウォール及び前記ゲート絶縁膜を覆うように設けられたゲート電極と、
を備える半導体装置。
An element isolation body formed in an element isolation region of a semiconductor substrate;
A first impurity diffusion layer provided in contact with the element separator in the element formation region of the semiconductor substrate and having impurities diffused;
An impurity diffusion preventing layer laminated on the surface of the first impurity diffusion layer;
A second impurity diffusion layered on the surface of the impurity diffusion prevention layer so as to be included in the impurity diffusion prevention layer in a top view, and having the same conductivity type as the first impurity diffusion layer diffused at a lower concentration Layers,
An insulating sidewall formed on the surface of the first impurity diffusion layer and provided between and in contact with the element isolation body and the impurity diffusion prevention layer;
A gate insulating film laminated on the surface of the second impurity diffusion layer;
A gate electrode provided to cover the element separator, the sidewall and the gate insulating film;
A semiconductor device comprising:
前記不純物拡散防止層は、均一な厚さを有する請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity diffusion preventing layer has a uniform thickness. 前記第二不純物拡散層は、均一な厚さを有する請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second impurity diffusion layer has a uniform thickness. 半導体基板の素子形成領域の内側にマスク層を形成するマスク層形成工程と、
前記マスク層の側面に当該側面から前記素子形成領域の端部までを覆うサイドウォールを形成するサイドウォール形成工程と、
前記半導体基板の素子分離領域にトレンチを形成するトレンチ形成工程と、
前記トレンチの内面及び前記サイドウォールの側面と接する素子分離体を形成する素子分離体形成工程と、
前記素子分離体を形成した後に前記サイドウォールは残るように前記マスク層を除去し、当該マスク層を除去することで露出した前記素子形成領域に、第一導電型の不純物をイオン注入して第一不純物拡散層を形成する第一不純物拡散層形成工程と、
前記第一不純物拡散層の表面に、側面が前記サイドウォールと接する不純物拡散防止層をエピタキシャル成長により形成する不純物拡散防止層形成工程と、
前記不純物拡散防止層の表面に、前記第一不純物拡散層よりも低い濃度で前記第一導電型の不純物が拡散された第二不純物拡散層をエピタキシャル成長により形成する低不純物濃度層形成工程と、
前記第二不純物拡散層の表面にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記素子分離体、前記サイドウォール及び前記ゲート絶縁膜の表面を覆うようにゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
A mask layer forming step of forming a mask layer inside the element forming region of the semiconductor substrate;
A sidewall forming step of forming a sidewall covering the side surface of the mask layer from the side surface to the end of the element formation region;
Forming a trench in the element isolation region of the semiconductor substrate; and
An element isolation formation step for forming an element isolation in contact with the inner surface of the trench and the side surface of the sidewall;
The mask layer is removed so that the sidewall remains after the element separator is formed, and a first conductivity type impurity is ion-implanted into the element formation region exposed by removing the mask layer. A first impurity diffusion layer forming step of forming one impurity diffusion layer;
An impurity diffusion prevention layer forming step of forming, on the surface of the first impurity diffusion layer, an impurity diffusion prevention layer whose side surface is in contact with the sidewall by epitaxial growth;
A low impurity concentration layer forming step of forming, on the surface of the impurity diffusion preventing layer, a second impurity diffusion layer in which the impurity of the first conductivity type is diffused at a lower concentration than the first impurity diffusion layer by epitaxial growth;
Forming a gate insulating film on the surface of the second impurity diffusion layer; and
Forming a gate electrode so as to cover a surface of the element separator, the sidewall and the gate insulating film; and
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記サイドウォール形成工程において、前記サイドウォールを、前記半導体基板の材料及び前記マスク層の材料に対する選択比が高い材料を用いて形成する請求項4に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, in the sidewall forming step, the sidewall is formed using a material having a high selectivity with respect to a material of the semiconductor substrate and a material of the mask layer. 前記素子分離体形成工程において、前記サイドウォールの側面に接するように前記トレンチ内に絶縁体を埋め込む請求項4又は請求項5に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein in the element isolation formation step, an insulator is embedded in the trench so as to be in contact with a side surface of the sidewall.
JP2017026830A 2017-02-16 2017-02-16 Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices Active JP6757678B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017026830A JP6757678B2 (en) 2017-02-16 2017-02-16 Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017026830A JP6757678B2 (en) 2017-02-16 2017-02-16 Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018133475A true JP2018133475A (en) 2018-08-23
JP6757678B2 JP6757678B2 (en) 2020-09-23

Family

ID=63248637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017026830A Active JP6757678B2 (en) 2017-02-16 2017-02-16 Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6757678B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP6757678B2 (en) 2020-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10998425B2 (en) FinFET structure and method for fabricating the same
US7585711B2 (en) Semiconductor-on-insulator (SOI) strained active area transistor
KR101589765B1 (en) Soi transistors having an embedded extension region to improve extension resistance and channel strain characteristics
WO2014196164A1 (en) Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same
US20150097236A1 (en) Semiconductor Device And Method Of Fabricating Same
US20230299202A1 (en) High dose implantation for ultrathin semiconductor-on-insulator substrates
JP5728444B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3575331B2 (en) Field effect transistor
JP5298565B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US9660020B2 (en) Integrated circuits with laterally diffused metal oxide semiconductor structures and methods for fabricating the same
JP2006310458A (en) Method of manufacturing semiconductor device
JPWO2004097943A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6175411B2 (en) Semiconductor device
WO2017145595A1 (en) Compound semiconductor device and production method for same
JP5767869B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2015056619A (en) Semiconductor device
WO2017145548A1 (en) Compound semiconductor device and production method for same
JP2015159180A (en) semiconductor device
US20120080749A1 (en) Umos semiconductor devices formed by low temperature processing
JP4851718B2 (en) Semiconductor device
JP2016058626A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009111046A (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
TWI453834B (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
US20150187872A1 (en) Super junction with an angled trench, transistor having the super junction and method of making the same
JP2015095568A (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191031

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200813

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200825

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200831

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6757678

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150