JP2000269496A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2000269496A
JP2000269496A JP11074051A JP7405199A JP2000269496A JP 2000269496 A JP2000269496 A JP 2000269496A JP 11074051 A JP11074051 A JP 11074051A JP 7405199 A JP7405199 A JP 7405199A JP 2000269496 A JP2000269496 A JP 2000269496A
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JP
Japan
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forming
gate electrode
oxide film
silicon
film
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JP11074051A
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Japanese (ja)
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Hisao Yoshimura
尚郎 吉村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the manufacture of a semiconductor device, which can cope with micronization by enabling a thin oxide film to be formed on the surface of a silicon substrate by the same thermal oxidation process before ion implantation process for formation of source and drain diffused layers, and enabling an oxide film of sufficient thickness to secure reliability to be formed at the sidewall of a gate electrode, and the end of a gate. SOLUTION: A silicon oxide film 20 as a gate insulating film is made on a silicon semiconductor substrate 2, and a gate electrode 22 is made on the gate insulating film. Furthermore, element to delay the oxidation of silicon is introduced into the semiconductor substrate 2 on both sides of the gate electrode 22, and after this introduction, the thermal oxidation is performed to form a silicon oxide film 26a on the semiconductor substrate 2, and to form a silicon oxide film 26b which is thicker than the silicon oxide film 26a on the sidewall of the electrode 22, at the same time. Furthermore, an n- layer 28 and a p- layer 30 for serving as a source and a drain, respectively, are made within the semiconductor substrate 2 on both sides of the gate electrode 22.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の製
造方法に係わり、特にMOSFETにおけるソース、ド
レイン拡散層の形成方法に関するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a source / drain diffusion layer in a MOSFET.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置における0.1μm世代以降
のCMOS LSIでは、MOSFETのゲート長の微
細化の進展と共に、ソース、ドレイン部分の拡散層深さ
をより浅くすることが要求されている。例えば、200
5年頃に量産が想定されるCMOS LSIに用いられ
るMOSFETのゲート長は、0.05μm程度まで微
細化されることが予想されている。このように微細化さ
れるMOSFETを寄生抵抗の増大を生じさせずに正常
に動作させるには、拡散層の深さが250Å程度で、シ
ート抵抗が500Ω/□程度の拡散層を形成する必要が
ある。
2. Description of the Related Art In a CMOS LSI of a 0.1 μm generation or later in a semiconductor device, the depth of a diffusion layer in a source / drain portion is required to be smaller with the progress of miniaturization of a gate length of a MOSFET. For example, 200
It is expected that the gate length of a MOSFET used for a CMOS LSI that is expected to be mass-produced around five years will be reduced to about 0.05 μm. In order to normally operate such a miniaturized MOSFET without increasing the parasitic resistance, it is necessary to form a diffusion layer having a depth of about 250 ° and a sheet resistance of about 500Ω / □. is there.

【0003】通常、CMOS LSIのMOSFETの
拡散層は、イオン注入により不純物を導入した後に、活
性化の熱処理を行い形成する。浅い拡散層(浅い接合)
を形成するにはイオン注入の加速電圧を低加速化するこ
とと、熱処理の時間を短縮化する必要があり、前者に関
してはイオン注入エネルギーの低エネルギー化、後者に
関しては活性化時間の短時間化が必須である。
Usually, a diffusion layer of a MOSFET of a CMOS LSI is formed by performing an activation heat treatment after introducing impurities by ion implantation. Shallow diffusion layer (shallow junction)
It is necessary to lower the acceleration voltage of ion implantation and shorten the time of heat treatment in order to form the ion implantation. For the former, the ion implantation energy is reduced, and for the latter, the activation time is shortened. Is required.

【0004】特に、イオン注入の加速電圧については、
例えば、浅い拡散層の深さを、従来の500Å程度から
250Å程度に浅くするためには、次のような条件にて
イオン注入を行う必要が生じる。nチャネルMOSFE
Tの拡散層形成に用いられているヒ素(As)では、加
速電圧が10[keV]程度であったものを3[ke
V]程度まで低加速化しなければならなくなる。また、
pチャネルMOSFETの拡散層形成に用いられている
ボロン(B)でも、加速電圧を300[eV]程度まで
低加速化する必要がある。
In particular, regarding the acceleration voltage for ion implantation,
For example, in order to reduce the depth of the shallow diffusion layer from about 500 ° to about 250 ° in the related art, it is necessary to perform ion implantation under the following conditions. n-channel MOSFE
As for arsenic (As) used for forming a T diffusion layer, an acceleration voltage of about 10 [keV] is changed to 3 [ke].
V]. Also,
Even for boron (B) used for forming a diffusion layer of a p-channel MOSFET, it is necessary to lower the acceleration voltage to about 300 [eV].

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】MOSFETの製造工
程においては、浅い拡散層形成のためのイオン注入工程
前に、ゲート電極を形成した後、後酸化工程を行う必要
があるため、不純物が注入されるシリコン基板の表面に
熱酸化膜が形成される。ここでは、後酸化工程により絶
縁膜として必要な膜厚40Åの熱酸化膜が形成されるも
のとする。この場合、イオン注入時の加速電圧がAsで
3[keV]程度にまで低減され、Bで300[eV]
程度にまで低減されると、図34(a)、(b)に示す
加速電圧と平均飛程の関係からわかるように、シリコン
基板上には膜厚40Åの熱酸化膜が存在しているため、
実質的にシリコン基板中に導入される不純物が減少し、
ドーピング濃度が低下してしまうという問題を生じる。
In the process of manufacturing a MOSFET, it is necessary to perform a post-oxidation process after forming a gate electrode before an ion implantation process for forming a shallow diffusion layer. A thermal oxide film is formed on the surface of the silicon substrate. Here, it is assumed that a post-oxidation step forms a thermal oxide film having a thickness of 40 ° required as an insulating film. In this case, the acceleration voltage at the time of ion implantation is reduced to about 3 [keV] for As, and 300 [eV] for B.
When it is reduced to a degree, as can be seen from the relationship between the acceleration voltage and the average range shown in FIGS. 34A and 34B, the thermal oxide film having a thickness of 40 ° exists on the silicon substrate. ,
Impurities introduced into the silicon substrate are substantially reduced,
There is a problem that the doping concentration is reduced.

【0006】一方、前記熱酸化膜を薄くするために、後
酸化工程における酸化量を低減すると、ゲートエッジ端
に形成される酸化膜、いわゆるゲートバーズピークが薄
くなる。このため、オーバラップ容量が増加してゲート
負荷容量の増大につながってしまったり、絶縁耐圧が低
下し信頼性が確保できないという問題を生じる。図35
は、MOSFETの製造工程における後酸化後の構造を
示す断面図である。ポリシリコンからなるゲート電極1
00を形成し、後酸化を施した場合は、シリコン基板と
共にこのポリシリコンも酸化され、ゲートエッジ端での
酸化膜厚は増大する。このゲートエッジ端の酸化膜をゲ
ートバーズピーク102と呼ぶ。前述したように、後酸
化量が低減されると、このゲートバーズピーク102は
シリコン基板上の酸化膜(後酸化膜)104の膜厚と同
様に薄くなる。したがって、ゲートバーズピークの酸化
膜厚を確保でき、シリコン基板表面上に形成される酸化
膜を薄膜化できるプロセスを構築することが強く求めら
れる。
On the other hand, if the amount of oxidation in the post-oxidation step is reduced to reduce the thickness of the thermal oxide film, the oxide film formed at the gate edge, that is, the so-called gate bird's peak, becomes thin. For this reason, there arises a problem that the overlap capacitance increases and leads to an increase in the gate load capacitance, and that the insulation withstand voltage decreases and reliability cannot be ensured. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure after post-oxidation in a MOSFET manufacturing process. Gate electrode 1 made of polysilicon
In the case where 00 is formed and post-oxidation is performed, this polysilicon is oxidized together with the silicon substrate, and the oxide film thickness at the edge of the gate increases. This oxide film at the edge of the gate is referred to as a gate bird's peak 102. As described above, when the amount of post-oxidation is reduced, the gate bird's peak 102 becomes as thin as the thickness of the oxide film (post-oxide film) 104 on the silicon substrate. Therefore, there is a strong demand for a process capable of securing an oxide film thickness at the gate bird's peak and reducing the thickness of an oxide film formed on the silicon substrate surface.

【0007】また、微細化の進展と共に、ゲート酸化膜
が15Å以下にまで薄膜化されていくため、ダイレクト
トンネル電流が増大する。このダイレクトトンネル電流
の増加を抑制するために、酸化膜に代わって窒化膜をゲ
ート絶縁膜として用いることが予想される。窒化膜をゲ
ート絶縁膜として用いる場合は、ゲート加工終了後に、
シリコン基板上に形成されたシリコン窒化膜を除去し、
その後、後酸化工程を施す必要がある。この場合、シリ
コン窒化膜の剥離後に後酸化を施すため、信頼性確保の
観点から、ゲートバーズピークの酸化膜を厚くする必要
がある。
Further, as the gate oxide film becomes thinner to 15 ° or less with the progress of miniaturization, the direct tunnel current increases. In order to suppress the increase in the direct tunnel current, it is expected that a nitride film is used as a gate insulating film instead of the oxide film. When a nitride film is used as a gate insulating film, after the gate processing,
Removing the silicon nitride film formed on the silicon substrate,
Thereafter, a post-oxidation step needs to be performed. In this case, since the post-oxidation is performed after the silicon nitride film is stripped, it is necessary to increase the thickness of the gate bird's peak oxide film from the viewpoint of ensuring reliability.

【0008】一方で、浅い拡散層を実現するためには、
前述したようにイオン注入を行う際のスクリーン酸化膜
は薄膜化する必要がある。したがって、このような場合
にも、ゲートエッジ端に形成される酸化膜(ゲートバー
ズピーク)は厚くするものの、シリコン基板表面の酸化
レートをできるだけ抑制し、形成される酸化膜を薄膜化
することが重要となる。
On the other hand, in order to realize a shallow diffusion layer,
As described above, it is necessary to reduce the thickness of the screen oxide film when performing ion implantation. Therefore, even in such a case, although the oxide film (gate bird's peak) formed at the edge of the gate is made thicker, the oxidation rate on the surface of the silicon substrate is suppressed as much as possible, and the formed oxide film is made thinner. It becomes important.

【0009】そこでこの発明は、前記課題に鑑みてなさ
れたものであり、ソース、ドレイン拡散層形成のための
イオン注入工程前に、同一の熱酸化工程によりシリコン
基板表面に薄膜の酸化膜を形成できると共に、ゲート電
極側壁及びゲートエッジ端に信頼性を確保するのに十分
な膜厚の酸化膜を形成できることより、微細化に対応可
能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problem, and a thin oxide film is formed on the surface of a silicon substrate by the same thermal oxidation process before an ion implantation process for forming a source / drain diffusion layer. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device which can cope with miniaturization because an oxide film having a thickness sufficient to secure reliability can be formed on the side wall of the gate electrode and the edge of the gate electrode.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明に係る半導体装置の製造方法は、シリコン
の半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記
ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲ
ート電極の両側の前記半導体基板内にシリコンの酸化を
遅らせる元素を導入する工程と、前記元素を導入する工
程の後、熱酸化を行い、前記半導体基板上に第1のシリ
コン酸化膜を形成し、同時に前記ゲート電極の側壁上に
前記第1のシリコン酸化膜より膜厚が厚い第2のシリコ
ン酸化膜を形成する工程と、前記ゲート電極の両側の前
記半導体基板内にソースあるいはドレインとなる拡散層
を形成する工程とを具備する。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a gate insulating film on a silicon semiconductor substrate, and a step of forming a gate on the gate insulating film. A step of forming an electrode, a step of introducing an element that delays oxidation of silicon into the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode, and a step of introducing the element. Forming a first silicon oxide film and simultaneously forming a second silicon oxide film on the side wall of the gate electrode, the second silicon oxide film being thicker than the first silicon oxide film; Forming a diffusion layer serving as a source or a drain therein.

【0011】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、シリコンの半導体基板上にシリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜の順で積層されたゲート絶縁膜を形成する工
程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程
と、前記ゲート電極の両側の前記半導体基板上に形成さ
れた前記シリコン窒化膜を除去する工程と、前記ゲート
電極の両側の前記半導体基板内にシリコンの酸化を遅ら
せる元素を導入する工程と、前記元素を導入する工程の
後、熱酸化を行い、前記半導体基板上に第1のシリコン
酸化膜を形成し、同時に前記ゲート電極の側壁上に前記
第1のシリコン酸化膜より膜厚が厚い第2のシリコン酸
化膜を形成する工程と、前記ゲート電極の両側の前記半
導体基板内にソースあるいはドレインとなる拡散層を形
成する工程とを具備する。
Further, according to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, there is provided a step of forming a gate insulating film in which a silicon oxide film and a silicon nitride film are laminated in this order on a silicon semiconductor substrate; A step of forming a gate electrode; a step of removing the silicon nitride film formed on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode; and an element for delaying oxidation of silicon in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. After the step of introducing and the step of introducing the element, thermal oxidation is performed to form a first silicon oxide film on the semiconductor substrate, and at the same time, a first silicon oxide film is formed on a side wall of the gate electrode from the first silicon oxide film. Forming a thick second silicon oxide film; and forming a diffusion layer serving as a source or a drain in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. To.

【0012】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、シリコンの半導体基板上にゲート絶縁膜を形成す
る工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する
工程と、前記ゲート電極の両側の前記半導体基板内にシ
リコンの酸化を遅らせる元素を導入する工程と、前記元
素を導入する工程の後、熱酸化を行い、前記半導体基板
上に第1のシリコン酸化膜を形成し、同時に前記ゲート
電極の側壁上に前記第1のシリコン酸化膜より膜厚が厚
い第2のシリコン酸化膜を形成する工程と、前記半導体
基板上の前記第1のシリコン酸化膜は除去し、同時に前
記ゲート電極の側壁上には前記第2のシリコン酸化膜を
残存させる工程と、前記ゲート電極の両側の前記半導体
基板内にソースあるいはドレインとなる拡散層を形成す
る工程とを具備する。
Further, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a gate insulating film on a silicon semiconductor substrate; forming a gate electrode on the gate insulating film; After the step of introducing an element that delays the oxidation of silicon into the semiconductor substrate and the step of introducing the element, thermal oxidation is performed to form a first silicon oxide film on the semiconductor substrate, and at the same time, forming the gate. Forming a second silicon oxide film having a thickness greater than that of the first silicon oxide film on the side wall of the electrode; removing the first silicon oxide film on the semiconductor substrate; A step of leaving the second silicon oxide film on a side wall; and a step of forming a diffusion layer serving as a source or a drain in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. .

【0013】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、シリコンの半導体基板上にゲート絶縁膜を形成す
る工程と、前記ゲート絶縁膜上にシリコンからなるゲー
ト電極を形成する工程と、前記ゲート電極の両側の前記
半導体基板内、及び前記ゲート電極上部にシリコンの酸
化を遅らせる元素を導入する工程と、前記元素を導入す
る工程の後、熱酸化を行い、前記半導体基板上、及び前
記ゲート電極上部に第1のシリコン酸化膜を形成し、同
時に前記ゲート電極の側壁上に前記第1のシリコン酸化
膜より膜厚が厚い第2のシリコン酸化膜を形成する工程
と、前記ゲート電極の両側の前記半導体基板内にソース
あるいはドレインとなる第1の拡散層を形成する工程
と、前記第1の拡散層を形成する工程の後、絶縁膜を堆
積し前記ゲート電極の側壁上のみに前記絶縁膜を残存さ
せてゲート側壁膜を形成する工程と、前記ゲート側壁膜
の両側の前記半導体基板内にソースあるいはドレインと
なる前記第1の拡散層より深い第2の拡散層を形成する
工程と、前記第2の拡散層上及びゲート電極上の前記第
1のシリコン酸化膜を除去する工程と、前記第2の拡散
層上及びゲート電極上に高融点金属膜を形成する工程
と、前記高融点金属をシリサイド化して前記第2の拡散
層上及びゲート電極上に金属シリサイド膜を形成する工
程とを具備する。
Further, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a gate insulating film on a silicon semiconductor substrate; a step of forming a gate electrode made of silicon on the gate insulating film; A step of introducing an element that delays the oxidation of silicon in the semiconductor substrate on both sides of the electrode, and the upper part of the gate electrode, and after the step of introducing the element, thermal oxidation is performed, on the semiconductor substrate, and on the gate electrode. Forming a first silicon oxide film on the upper portion, and simultaneously forming a second silicon oxide film thicker than the first silicon oxide film on a side wall of the gate electrode; After a step of forming a first diffusion layer serving as a source or a drain in the semiconductor substrate and a step of forming the first diffusion layer, an insulating film is deposited and the gate electrode is formed. Forming a gate sidewall film by leaving the insulating film only on the sidewall, and a second diffusion layer deeper than the first diffusion layer serving as a source or a drain in the semiconductor substrate on both sides of the gate sidewall film Forming the first diffusion layer, removing the first silicon oxide film on the second diffusion layer and the gate electrode, and forming a high melting point metal film on the second diffusion layer and the gate electrode. And forming a metal silicide film on the second diffusion layer and the gate electrode by silicidizing the refractory metal.

【0014】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、シリコンの半導体基板に素子領域を区画するため
の素子分離領域を形成する工程と、前記半導体基板の前
記素子領域にpウェル領域、nウェル領域を形成する工
程と、前記素子領域上にゲート絶縁膜を形成する工程
と、前記ゲート絶縁膜上にシリコンからなるゲート電極
を形成する工程と、前記ゲート電極の両側の前記pウェ
ル領域内及びnウェル領域内、前記ゲート電極上部にシ
リコンの酸化を遅らせる元素を導入する工程と、前記元
素を導入する工程の後、熱酸化を行い、前記pウェル領
域上、前記nウェル領域上、及び前記ゲート電極上部に
第1のシリコン酸化膜を形成し、同時に前記ゲート電極
の側壁上に前記第1のシリコン酸化膜より厚い第2のシ
リコン酸化膜を形成する工程と、前記ゲート電極の両側
の前記pウェル領域内及びnウェル領域内にソースある
いはドレインとなる浅い拡散層を形成する工程と、前記
浅い拡散層を形成する工程の後、絶縁膜を堆積し前記ゲ
ート電極の側壁上のみに前記絶縁膜を残存させてゲート
側壁膜を形成する工程と、前記ゲート側壁膜の両側の前
記pウェル領域内及びnウェル領域内にソースあるいは
ドレインとなる深い拡散層を形成する工程と、前記深い
拡散層上及びゲート電極上の前記第1のシリコン酸化膜
を除去する工程と、前記深い拡散層上及びゲート電極上
に高融点金属膜を形成する工程と、前記高融点金属をシ
リサイド化して前記深い拡散層上及びゲート電極上に金
属シリサイド膜を形成する工程とを具備する。
Further, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming an element isolation region for dividing an element region in a silicon semiconductor substrate; A step of forming a well region, a step of forming a gate insulating film on the element region, a step of forming a gate electrode made of silicon on the gate insulating film, and a step of forming a gate electrode in the p-well region on both sides of the gate electrode. And a step of introducing an element that delays the oxidation of silicon into the upper part of the gate electrode in the n-well area, and after the step of introducing the element, thermal oxidation is performed, so that the p-well area, the n-well area, and Forming a first silicon oxide film on the gate electrode, and simultaneously forming a second silicon oxide film thicker than the first silicon oxide film on a side wall of the gate electrode; Forming a shallow diffusion layer serving as a source or a drain in the p-well region and the n-well region on both sides of the gate electrode; and forming an insulating film after the step of forming the shallow diffusion layer. Forming a gate sidewall film by leaving the insulating film only on the sidewall of the gate electrode; and deep diffusion serving as a source or a drain in the p-well region and the n-well region on both sides of the gate sidewall film. Forming a layer, removing the first silicon oxide film on the deep diffusion layer and the gate electrode, and forming a high melting point metal film on the deep diffusion layer and the gate electrode; Forming the metal silicide film on the deep diffusion layer and the gate electrode by silicidizing the high melting point metal.

【0015】また、この発明に係る半導体装置の製造方
法は、シリコンの半導体基板上にゲート絶縁膜を形成す
る工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する
工程と、前記ゲート電極の両側の前記半導体基板内に炭
素を導入する工程と、前記炭素を導入する工程の後、熱
処理を行い、前記半導体基板の上部にシリコンカーバイ
ド層を形成する工程と、前記シリコンカーバイド層を形
成する工程の後、熱酸化を行い、前記半導体基板の上部
に第1のシリコン酸化膜を形成し、同時に前記ゲート電
極の側壁上に前記第1のシリコン酸化膜より膜厚が厚い
第2のシリコン酸化膜を形成する工程と、前記ゲート電
極の両側の前記半導体基板内にソースあるいはドレイン
となる拡散層を形成する工程とを具備する。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a gate insulating film on a silicon semiconductor substrate; a step of forming a gate electrode on the gate insulating film; A step of introducing carbon into the semiconductor substrate, and a step of performing a heat treatment after the step of introducing carbon to form a silicon carbide layer on the semiconductor substrate, and a step of forming the silicon carbide layer. Thereafter, thermal oxidation is performed to form a first silicon oxide film on the semiconductor substrate, and at the same time, a second silicon oxide film thicker than the first silicon oxide film on a side wall of the gate electrode. Forming a diffusion layer as a source or a drain in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
をCMOS回路の製造方法に適用した場合をについて説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A case where the present invention is applied to a method for manufacturing a CMOS circuit will be described below with reference to the drawings.

【0017】まず、この発明の第1の実施の形態の半導
体装置の製造方法について説明する。図1〜図12は、
この発明の第1の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す各工程における半導体装置の断面図である。
First, a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described. 1 to 12
FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device in each step showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【0018】まず、半導体基板上に、通常用いられてい
る方法を用いて素子分離領域を形成する。例えば、この
素子分離領域の形成には、予め素子領域をシリコン窒化
膜でカバーした状態で酸化を行い、素子分離領域のみに
シリコン酸化膜を形成するという選択後酸化法を用いて
もよい。あるいは、反応性イオンエッチング(RIE)
法を用いて素子分離領域のみにシリコン溝を形成した
後、このシリコン溝に絶縁膜を埋め込むことで素子分離
領域を形成するというシャロートレンチ分離法を用いて
もよい。ここでは、シャロートレンチ分離法を用いるこ
とにする。なお、半導体基板は、p形あるいはn形のい
ずれの導電形であってもよい。
First, an element isolation region is formed on a semiconductor substrate by using a commonly used method. For example, the element isolation region may be formed by a post-selection oxidation method in which oxidation is performed in a state where the element region is covered with a silicon nitride film in advance, and a silicon oxide film is formed only in the element isolation region. Alternatively, reactive ion etching (RIE)
Alternatively, a shallow trench isolation method may be used in which a silicon groove is formed only in an element isolation region by using a method, and an insulating film is buried in the silicon groove to form an element isolation region. Here, a shallow trench isolation method is used. Note that the semiconductor substrate may be of either p-type or n-type conductivity.

【0019】図1に示すように、CZ法により形成した
抵抗率1〜5[Ω・cm]のp形シリコン半導体基板2
上に、熱酸化法により膜厚約20〜200Åのシリコン
酸化膜(熱酸化膜)4を形成する。このシリコン酸化膜
4上に、LPCVD法によりシリコン窒化膜6を膜厚約
1000Å形成する。
As shown in FIG. 1, a p-type silicon semiconductor substrate 2 having a resistivity of 1 to 5 [Ωcm] formed by the CZ method.
A silicon oxide film (thermal oxide film) 4 having a thickness of about 20 to 200 ° is formed thereon by a thermal oxidation method. On this silicon oxide film 4, a silicon nitride film 6 is formed to a thickness of about 1000 ° by LPCVD.

【0020】続いて、フォトリソグラフィ法により、シ
リコン窒化膜6上にレジスト膜を塗布し、図2に示すよ
うに、素子分離領域上のレジスト膜を除去したレジスト
パターン8を形成する。このレジストパターン8をマス
クとして、反応性イオンエッチング法によりシリコン窒
化膜6、シリコン酸化膜4をエッチングした後、レジス
トパターン8を除去する。
Subsequently, a resist film is applied on the silicon nitride film 6 by photolithography to form a resist pattern 8 from which the resist film on the element isolation region is removed as shown in FIG. Using the resist pattern 8 as a mask, the silicon nitride film 6 and the silicon oxide film 4 are etched by a reactive ion etching method, and then the resist pattern 8 is removed.

【0021】そして、図3に示すように、素子領域上の
みに残ったシリコン窒化膜6をマスクとして、反応性イ
オンエッチング法により約3000Åの深さのシリコン
溝10を形成する。このシリコン溝10の深さは、デザ
インルールの1倍から2倍程度に設定する。例えば、
0.15μmルールのLSIでは、シリコン溝10の深
さは1500〜3000Å程度とする。
Then, as shown in FIG. 3, using the silicon nitride film 6 remaining only on the element region as a mask, a silicon groove 10 having a depth of about 3000 ° is formed by reactive ion etching. The depth of the silicon groove 10 is set to be about 1 to 2 times the design rule. For example,
In the LSI of the 0.15 μm rule, the depth of the silicon groove 10 is about 1500 to 3000 °.

【0022】このようにシリコン溝10を形成した後、
シリコン溝10の内部を絶縁膜で埋め込むために、LP
CVD法を用いてシリコン酸化膜を堆積する。ここで堆
積するシリコン酸化膜の膜厚は、シリコン溝10の深さ
とマスク材(シリコン窒化膜6)の厚さとを合わせた程
度の厚さとする。このシリコン酸化膜の堆積法には、H
DP法(高密度プラズマを用いる絶縁膜の堆積方法)を
用いてもよい。なお、シリコン溝10の内部をシリコン
酸化膜で埋め込む前に、1000℃程度の酸素雰囲気中
で熱酸化を行い、シリコン溝10の内壁にシリコン酸化
膜を膜厚約50〜150Å形成してもよい。さらに、こ
のシリコン酸化膜は熱酸化法以外の方法を用いて形成し
てもよい。続いて、化学的機械研磨法(CMP法)によ
り、堆積されたシリコン酸化膜を研磨して平坦化し、素
子分離領域12を形成する。ここまでの工程を経た半導
体基板の構造を図4に示す。
After forming the silicon groove 10 in this manner,
To fill the inside of the silicon groove 10 with an insulating film, LP
A silicon oxide film is deposited using a CVD method. The thickness of the silicon oxide film deposited here is set to a thickness that is approximately equal to the depth of the silicon groove 10 and the thickness of the mask material (silicon nitride film 6). This silicon oxide film deposition method includes H
A DP method (a method of depositing an insulating film using high-density plasma) may be used. Before burying the inside of the silicon groove 10 with a silicon oxide film, thermal oxidation may be performed in an oxygen atmosphere at about 1000 ° C. to form a silicon oxide film on the inner wall of the silicon groove 10 with a thickness of about 50 to 150 °. . Further, this silicon oxide film may be formed using a method other than the thermal oxidation method. Subsequently, the deposited silicon oxide film is polished and flattened by a chemical mechanical polishing method (CMP method) to form an element isolation region 12. FIG. 4 shows the structure of the semiconductor substrate after the steps up to here.

【0023】その後、素子分離領域12(フィールド酸
化膜)と半導体基板2のシリコン表面(活性領域)との
高さを調整するためのNHF処理を行った後に、素子領
域を覆っているシリコン窒化膜6を、例えばホット燐酸
を用いて除去する。さらに図5に示すように、素子領域
を覆っているシリコン酸化膜4をNHF溶液によって除
去する。ここまでの工程を経た半導体基板の構造を図5
に示す。
Then, after performing an NHF process for adjusting the height between the element isolation region 12 (field oxide film) and the silicon surface (active region) of the semiconductor substrate 2, the silicon nitride film covering the element region is formed. 6 is removed using, for example, hot phosphoric acid. Further, as shown in FIG. 5, the silicon oxide film 4 covering the element region is removed with an NHF solution. FIG. 5 shows the structure of the semiconductor substrate after the steps described above.
Shown in

【0024】続いて、図6に示すように、半導体基板2
のシリコン表面を熱酸化法により酸化し、膜厚約50〜
100Åのシリコン酸化膜14を形成する。さらに、イ
オン注入法により、nMOSFET領域にpウェル領域
16を、pMOSFET領域にnウェル領域18を形成
する。pウェル領域16の形成では、ボロン(B)を2
50〜350[keV]の加速電圧を用い、5×1012
〜2×1013[cm-2]程度のドーズ量でイオン注入す
る。nウェル領域18の形成では、リン(P)を300
〜500[keV]の加速電圧を用い、5×1012〜2
×1013[cm -2]程度のドーズ量でイオン注入する。
さらに、形成するトランジスタのしきい値電圧を制御す
るために、pウェル領域16及びnウェル領域18のチ
ャネルとなる領域にも必要なイオン注入を行う。例え
ば、pウェル領域16には、ボロン(B)を20[ke
V]の加速電圧を用い、1×1012〜1×1013[cm
-2]程度のドーズ量でイオン注入する。nウェル領域1
8には、ヒ素(As)を100[keV]の加速電圧を
用い、1×1012〜1×1013[cm-2]程度のドーズ
量でイオン注入する。
Subsequently, as shown in FIG.
The silicon surface is oxidized by a thermal oxidation method to a thickness of about 50 to
A 100 ° silicon oxide film 14 is formed. In addition,
P-well region in nMOSFET region by on-injection method
16 and an n-well region 18 in the pMOSFET region
I do. In the formation of the p-well region 16, boron (B) is
Using an acceleration voltage of 50 to 350 [keV], 5 × 1012
~ 2 × 1013[Cm-2] At a dose of about
You. In forming the n-well region 18, phosphorous (P) is
Using an acceleration voltage of ~ 500 [keV], 5 x 1012~ 2
× 1013[Cm -2] At a dose of about].
Further, the threshold voltage of a transistor to be formed is controlled.
Therefore, the p-well region 16 and the n-well region
Necessary ion implantation is also performed on a region to be a channel. example
In this case, boron (B) is added to the p-well region 16 by 20 [ke].
V] and an acceleration voltage of 1 × 1012~ 1 × 1013[Cm
-2] At a dose of about]. n-well region 1
8, an accelerating voltage of 100 [keV] is applied to arsenic (As).
Used, 1 × 1012~ 1 × 1013[Cm-2] About dose
Ion implantation with volume.

【0025】その後、ダミーゲート絶縁膜であるシリコ
ン酸化膜14を希HF溶液を用いて剥離した後、図7に
示すように、素子領域上に、熱酸化法によりゲート絶縁
膜となるシリコン酸化膜20を膜厚約10〜40Å形成
する。このシリコン酸化膜20の形成では、通常の縦型
の拡散炉を用いて750℃程度の酸素雰囲気中でアニー
ルすることにより、50Å以下のシリコン酸化膜を素子
領域に形成することが可能である。あるいは、高速昇高
温炉(RTO装置)を用い、1000℃程度の高温にて
酸素雰囲気中で形成してもよい。また、ゲート絶縁膜と
しては、前記シリコン酸化膜20の熱酸化膜以外に、窒
化膜や、高誘電体膜を用いることも可能である。
Then, after the silicon oxide film 14 serving as the dummy gate insulating film is peeled off using a dilute HF solution, as shown in FIG. 7, a silicon oxide film serving as a gate insulating film is formed on the element region by a thermal oxidation method. 20 is formed to a thickness of about 10 to 40 °. In forming the silicon oxide film 20, it is possible to form a silicon oxide film of 50 ° or less in the element region by performing annealing in an oxygen atmosphere at about 750 ° C. using a normal vertical diffusion furnace. Alternatively, it may be formed in a high-temperature furnace (RTO apparatus) at a high temperature of about 1000 ° C. in an oxygen atmosphere. As the gate insulating film, a nitride film or a high dielectric film can be used in addition to the thermal oxide film of the silicon oxide film 20.

【0026】シリコン酸化膜20の形成後、このシリコ
ン酸化膜20上に、例えばLPCVD法により膜厚約3
00〜2000Åのポリシリコン膜(もしくはアモルフ
ァスシリコン膜)22aを堆積する。そして、フォトリ
ソグラフィ法や電子ビーム露光法によりゲートパターン
を加工するためのレジストパターン24を形成する。図
7に、フォトリソグラフィ法により形成したレジストパ
ターン24を示す。
After the formation of the silicon oxide film 20, a film thickness of about 3 is formed on the silicon oxide film 20 by, for example, LPCVD.
A polysilicon film (or amorphous silicon film) 22a of 00 to 2000 ° is deposited. Then, a resist pattern 24 for processing the gate pattern is formed by photolithography or electron beam exposure. FIG. 7 shows a resist pattern 24 formed by a photolithography method.

【0027】続いて、レジストパターン24をマスクと
して、ハロゲン化物をエッチングガスとして用いる反応
性イオンエッチング法により、図8に示すように、ゲー
トパターン22を形成する。このとき、形成されるゲー
トパターンの寸法は約0.05〜0.25μmである。
さらに、pウェル領域16上及びnウェル領域18上の
シリコン酸化膜20を除去する。この後、レジストパタ
ーン24を剥離する。
Subsequently, using the resist pattern 24 as a mask, a gate pattern 22 is formed by a reactive ion etching method using a halide as an etching gas, as shown in FIG. At this time, the size of the formed gate pattern is about 0.05 to 0.25 μm.
Further, the silicon oxide film 20 on the p-well region 16 and the n-well region 18 is removed. After that, the resist pattern 24 is peeled off.

【0028】次に、図8に示すように、イオン注入法に
より窒素原子(質量数14)もしくは窒素分子(質量数
28)をイオン源として選択し、10[keV]程度の
加速電圧を用い、1×1014〜1×1015[cm-2]程
度のドーズ量でイオン注入する。このように、窒素をイ
オン注入法により基板2内に導入した後、所定の条件、
ここでは窒素を導入していないシリコン基板上に40Å
程度のシリコン酸化膜が形成される条件にて酸化を行
う。例えば、拡散炉を用いて900℃程度の酸素雰囲気
中で酸化を行うと、図9に示すように、半導体基板2表
面(pウェル領域16及びnウェル領域18の表面)、
及びゲートパターン22(ポリシリコン膜22a)の上
面部分に20Å程度のシリコン酸化膜26aが形成さ
れ、同時にゲートパターン22の側壁部分に50Å程度
のシリコン酸化膜26bが形成される。
Next, as shown in FIG. 8, a nitrogen atom (mass number 14) or a nitrogen molecule (mass number 28) is selected as an ion source by ion implantation, and an acceleration voltage of about 10 keV is used. Ion implantation is performed at a dose of about 1 × 10 14 to 1 × 10 15 [cm −2 ]. As described above, after nitrogen is introduced into the substrate 2 by the ion implantation method, under predetermined conditions,
In this case, 40 ° on a silicon substrate into which nitrogen has not been introduced.
Oxidation is performed under the condition that a silicon oxide film of a degree is formed. For example, when oxidation is performed in an oxygen atmosphere at about 900 ° C. using a diffusion furnace, as shown in FIG. 9, the surface of the semiconductor substrate 2 (the surfaces of the p-well region 16 and the n-well region 18),
A silicon oxide film 26a of about 20 ° is formed on the upper surface of the gate pattern 22 (polysilicon film 22a), and a silicon oxide film 26b of about 50 ° is formed on the side wall of the gate pattern 22 at the same time.

【0029】このとき、ゲートパターン22のエッジ端
に形成されるゲートバーズピークにおいては、窒素が導
入されないゲートパターン22の側壁部分と同様に50
Å程度のシリコン酸化膜が形成される。図13(a)に
この第1の実施の形態におけるゲートパターン22のエ
ッジ端の断面図、図13(b)に窒素を導入しない場合
のゲートパターンのエッジ端の断面図を示す。これらの
図からもわかるように、半導体基板2のシリコン表面上
では窒素を導入した場合は導入しない場合に比べて、そ
の酸化形状は大きく異なり、シリコン表面上の酸化量は
大きく低減される。以上のように、シリコン層に窒素を
イオン注入した後、熱酸化法を行うと、窒素が注入され
たシリコン層の酸化が遅れるため、注入された部分と注
入されていない部分とで異なる膜厚のシリコン酸化膜が
形成可能である。なお、前記シリコン酸化膜26bの膜
厚が40Åでなく50Å程度になるのは、単結晶シリコ
ンに比べてポリシリコンのほうが酸化レートが大きいか
らである。
At this time, the gate bird's peak formed at the edge end of the gate pattern 22 has the same width as the side wall portion of the gate pattern 22 where nitrogen is not introduced.
A silicon oxide film of about Å is formed. FIG. 13A is a cross-sectional view of the edge end of the gate pattern 22 according to the first embodiment, and FIG. 13B is a cross-sectional view of the edge end of the gate pattern when nitrogen is not introduced. As can be seen from these figures, when nitrogen is introduced on the silicon surface of the semiconductor substrate 2, the oxidized shape is significantly different from that when nitrogen is not introduced, and the amount of oxidation on the silicon surface is greatly reduced. As described above, when thermal oxidation is performed after nitrogen is ion-implanted into the silicon layer, the oxidation of the silicon layer into which nitrogen has been implanted is delayed, so that the thickness of the implanted portion differs from that of the non-implanted portion. Of silicon oxide film can be formed. The reason why the thickness of the silicon oxide film 26b becomes about 50 ° instead of 40 ° is that polysilicon has a higher oxidation rate than single crystal silicon.

【0030】その後、nMOSFET領域にはヒ素(A
s)を、pMOSFET領域にはボロン(B)をイオン
注入法により導入する。そして、図10に示すように、
ゲートパターン22の側壁部分前方直下の半導体基板2
中に、すなわちゲートパターン22の両側の半導体基板
2中に、ソースあるいはドレインとなるn層28及び
層30(浅い拡散層)を形成する。n層28の形
成では、Asを1〜15[keV]程度の加速電圧を用
い、1×1014〜1×1015[cm-2]程度のドーズ量
でイオン注入する。p層30の形成では、BF2もし
くはBを、50〜500[eV]程度の加速電圧を用
い、1×1014〜1×1015[cm-2]程度のドーズ量
でイオン注入する。さらに、高速昇高温法(RTA法)
を用いて、900℃程度の窒素雰囲気中で半導体基板を
5秒間熱処理する。
Thereafter, arsenic (A) is added to the nMOSFET region.
s), boron (B) is introduced into the pMOSFET region by an ion implantation method. Then, as shown in FIG.
Semiconductor substrate 2 immediately below the sidewall of gate pattern 22
An n layer 28 and ap layer 30 (shallow diffusion layer) serving as a source or a drain are formed therein, that is, in the semiconductor substrate 2 on both sides of the gate pattern 22. In the formation of the n layer 28, As is ion-implanted with an acceleration voltage of about 1 to 15 [keV] and a dose of about 1 × 10 14 to 1 × 10 15 [cm −2 ]. In the formation of the p layer 30, BF 2 or B is ion-implanted with an acceleration voltage of about 50 to 500 [eV] and a dose of about 1 × 10 14 to 1 × 10 15 [cm −2 ]. Furthermore, high-speed heating / heating method (RTA method)
The semiconductor substrate is subjected to a heat treatment in a nitrogen atmosphere at about 900 ° C. for 5 seconds.

【0031】続いて、LPCVD法やプラズマCVD法
により、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜を膜厚
約600〜1000Å堆積する。そして、図11に示す
ように、反応性イオンエッチング法によりゲートパター
ン22の側壁部分のみにシリコン酸化膜もしくはシリコ
ン窒化膜を残存させ、ゲート側壁膜32を形成する。
Subsequently, a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited by LPCVD or plasma CVD to a thickness of about 600 to 1000. Then, as shown in FIG. 11, the silicon oxide film or the silicon nitride film is left only on the side wall portion of the gate pattern 22 by the reactive ion etching method, and the gate side wall film 32 is formed.

【0032】さらに、nMOSFET領域にはAsを、
pMOSFET領域にはBをイオン注入法により導入
し、図11に示すように、前記ゲート側壁膜32の両側
の半導体基板中にソースあるいはドレインとなるn
34及びp層36(深い拡散層)を形成する。n
34の形成では、Asを、通常用いられる条件、例えば
10〜50[keV]程度の加速電圧を用い、1×10
15〜7×1015[cm-2]程度のドーズ量でイオン注入
する。このとき、ゲートパターン(ゲート電極)22を
低抵抗化するために、ゲートパターン22にもAsをイ
オン注入する。p 層36の形成では、Bを3〜10
[keV]程度の加速電圧を用い、1×10 15〜7×1
15[cm-2]程度のドーズ量でイオン注入する。その
後、導入した前記不純物の活性化を行うために、例えば
高速昇高温法(RTA法)を用いて、1000℃で5秒
程度の熱処理を行う。この熱処理により、ゲートパター
ン22に導入された不純物の活性化も同時に行い、ゲー
ト電極の空乏化を抑制する。ここまでの工程を経た半導
体基板の構造を図11に示す。
Further, As is applied to the nMOSFET region,
B is introduced into the pMOSFET region by ion implantation.
Then, as shown in FIG. 11, both sides of the gate side wall film 32 are formed.
N as a source or a drain in a semiconductor substrate of+layer
34 and p+A layer 36 (deep diffusion layer) is formed. n+layer
In forming 34, As is treated under commonly used conditions, for example,
Using an acceleration voltage of about 10 to 50 [keV], 1 × 10
15~ 7 × 1015[Cm-2] Ion implantation with a dose of about
I do. At this time, the gate pattern (gate electrode) 22 is
In order to lower the resistance, As is also applied to the gate pattern 22.
Inject ON. p +In the formation of the layer 36, B is 3 to 10
Using an acceleration voltage of about [keV], 1 × 10 15~ 7 × 1
015[Cm-2] At a dose of about]. That
Later, in order to activate the introduced impurities, for example,
5 seconds at 1000 ° C using high-speed heating and high-temperature method (RTA method)
A degree of heat treatment is performed. This heat treatment allows the gate putter
At the same time, activation of the impurities introduced into the
Depletion of the electrode. Semiconductor that has gone through the steps up to this point
FIG. 11 shows the structure of the body substrate.

【0033】次に、希HF処理を行って、n層34
上、p層36上、及びゲートパターン22上のシリコ
ン酸化膜26aを除去する。その後、次のようなサリサ
イド工程を行う。まず、スパッタリング法によりn
34上、p層36上、及びゲートパターン22上にコ
バルト(Co)を膜厚約70Å形成する。続いて、50
0℃の窒素雰囲気中にて約60秒間熱処理を行うことに
より、シリサイデーション反応を起こさせ、図12に示
すように、n層34上、p層36上、及びゲートパ
ターン22上にコバルトモノシリサイド膜38を形成す
る。その後、過酸化水素水と硫酸の混合液により、未反
応のコバルトを除去する。さらに、700℃の窒素雰囲
気中において、60秒間熱処理を行うことにより、前記
コバルトモノシリサイド膜38を相転移させて低抵抗化
する。ここまでの工程を経た半導体基板の構造を図12
に示す。
Next, a dilute HF process is performed to form an n + layer 34.
The silicon oxide film 26a on the top, the p + layer 36, and the gate pattern 22 is removed. Then, the following salicide process is performed. First, cobalt (Co) is formed to a thickness of about 70 ° on the n + layer 34, the p + layer 36, and the gate pattern 22 by a sputtering method. Then, 50
By performing a heat treatment in a nitrogen atmosphere at 0 ° C. for about 60 seconds, a silicidation reaction is caused, and as shown in FIG. 12, the n + layer 34, the p + layer 36, and the gate pattern 22 are formed. A cobalt monosilicide film 38 is formed. Thereafter, unreacted cobalt is removed by a mixed solution of a hydrogen peroxide solution and sulfuric acid. Further, by performing a heat treatment in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. for 60 seconds, the cobalt monosilicide film 38 undergoes a phase transition to reduce the resistance. FIG. 12 shows the structure of the semiconductor substrate having undergone the above steps.
Shown in

【0034】ここで、n層28上、p層30上及び
ゲートパターン22上のシリコンとコバルトシリサイド
膜38とのラフネスを、窒素を導入した場合と窒素を導
入しない場合とで比較した結果、次のことがわかった。
評価方法は、コバルトシリサイド膜を選択的に除去した
後、シリコン表面を原子間力顕微鏡を用いて測定するも
のである。すると、図14(a)に示すように、平均ラ
フネスサイズについて窒素を導入したものが導入しない
ものに比べて減少していた。さらに、図14(b)に示
すように、前記シリコン表面の山と谷の最大差について
も、窒素を導入したものが導入しないものに比べて減少
していた。つまり、窒素イオンを注入した場合には、シ
リコン基板2内に残留する窒素のためにコバルトシリサ
イド層とシリコン層との界面が極めてフラットになるこ
とが判明した。シリサイド工程にまで残留する窒素は、
シリサイデーション反応を遅延させる効果があり、界面
を平坦化することがわかった。残留する前記窒素は、シ
リコン基板界面に編析したものと考えられる。
Here, the results of comparison of the roughness between silicon and the cobalt silicide film 38 on the n layer 28, the p layer 30, and the gate pattern 22 are compared between when nitrogen is introduced and when nitrogen is not introduced. I found out the following.
In the evaluation method, after the cobalt silicide film is selectively removed, the silicon surface is measured using an atomic force microscope. Then, as shown in FIG. 14A, the average roughness size was smaller when nitrogen was introduced than when nitrogen was not introduced. Further, as shown in FIG. 14 (b), the maximum difference between the peaks and valleys on the silicon surface was smaller than that without nitrogen. That is, it has been found that when nitrogen ions are implanted, the interface between the cobalt silicide layer and the silicon layer becomes extremely flat due to nitrogen remaining in the silicon substrate 2. The nitrogen remaining up to the silicide process is
It was found that the silicidation reaction was delayed and the interface was flattened. It is considered that the remaining nitrogen was deposited at the silicon substrate interface.

【0035】この後は、層間絶縁膜であるシリコン酸化
膜を通常用いられる方法で堆積する。さらに、前記層間
絶縁膜へのコンタクトホールの開口、このコンタクトホ
ールへのメタル埋め込みなどの通常、用いられている方
法を用いて、MOSFETに配線を形成し、CMOS
LSIを形成する。
Thereafter, a silicon oxide film serving as an interlayer insulating film is deposited by a commonly used method. Further, a wiring is formed in the MOSFET by using a commonly used method such as opening a contact hole in the interlayer insulating film and embedding a metal in the contact hole, thereby forming a CMOS.
An LSI is formed.

【0036】このような半導体装置の製造方法では、ポ
リシリコンのゲート電極を形成後、ゲート絶縁膜の信頼
性を確保するために必要な工程である後酸化を施す前
に、半導体基板中に窒素をイオン注入することにより、
後酸化工程におけるシリコン基板表面の酸化レートを低
下させる。一方、ゲート電極の側壁には前記イオン注入
により窒素が導入されないため、その側壁の酸化レート
は低下せず、通常の酸化レートで酸化される。これによ
り、異方性を有する酸化プロセスを実現することができ
る。したがって、同一の酸化プロセスによって、シリコ
ン基板表面に形成される酸化膜の膜厚は薄く、ゲート電
極の側壁に形成される酸化膜の膜厚はシリコン基板表面
の酸化膜より厚く形成することができる。これにより、
ソース、ドレイン拡散層を形成する際に必要なイオン注
入工程において好ましい構造、すなわち半導体基板表面
上の酸化膜の膜厚は薄く、一方でゲート電極側壁の酸化
膜の膜厚は厚く形成することが可能となる。この製造方
法を用いれば、微細化CMOSFETを実現するために
必須である浅い拡散層(浅い接合)に対して対応でき、
かつゲート絶縁膜の絶縁耐圧などの信頼性も確保できる
半導体装置が形成できる。
In such a method of manufacturing a semiconductor device, after forming the gate electrode of polysilicon, before performing post-oxidation, which is a step necessary to ensure the reliability of the gate insulating film, nitrogen is added to the semiconductor substrate. By ion implantation
The oxidation rate on the silicon substrate surface in the post-oxidation step is reduced. On the other hand, since nitrogen is not introduced into the side wall of the gate electrode by the ion implantation, the oxidation rate of the side wall does not decrease but is oxidized at a normal oxidation rate. Thereby, an oxidation process having anisotropy can be realized. Therefore, by the same oxidation process, the thickness of the oxide film formed on the surface of the silicon substrate can be reduced, and the thickness of the oxide film formed on the side wall of the gate electrode can be formed thicker than the oxide film on the surface of the silicon substrate. . This allows
A preferable structure in the ion implantation step required for forming the source and drain diffusion layers, that is, the oxide film on the surface of the semiconductor substrate has a small thickness, while the oxide film on the side wall of the gate electrode has a large thickness. It becomes possible. By using this manufacturing method, it is possible to cope with a shallow diffusion layer (shallow junction) which is essential for realizing a miniaturized CMOSFET.
In addition, a semiconductor device which can ensure reliability such as a withstand voltage of a gate insulating film can be formed.

【0037】以上説明したようにこの第1の実施の形態
によれば、ソース、ドレイン拡散層形成のためのイオン
注入工程前に、同一の熱酸化工程によりシリコン基板表
面に薄膜の酸化膜を形成できると共に、ゲート電極側壁
及びゲートエッジ端に信頼性を確保するのに十分な膜厚
の酸化膜を形成できることより、微細化に対応可能な半
導体装置の製造方法を提供できる。
As described above, according to the first embodiment, a thin oxide film is formed on the silicon substrate surface by the same thermal oxidation process before the ion implantation process for forming the source and drain diffusion layers. In addition, a method for manufacturing a semiconductor device which can cope with miniaturization can be provided because an oxide film having a thickness sufficient to secure reliability can be formed on the side wall of the gate electrode and the edge of the gate edge.

【0038】次に、この発明の第2の実施の形態の半導
体装置の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described.

【0039】図1〜図6、図15〜図21は、第2の実
施の形態の半導体装置の製造方法を示す各工程における
半導体装置の断面図である。
FIGS. 1 to 6 and FIGS. 15 to 21 are sectional views of a semiconductor device in respective steps showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment.

【0040】前記第1の実施の形態と同様に図1〜図6
に示すプロセスを用いて、半導体基板上に素子分離領域
を形成した後、pウェル、nウェルの形成、及びチャネ
ルへのイオン注入を行う。
1 to 6 as in the first embodiment.
After forming an element isolation region on a semiconductor substrate by using the process shown in (1), a p-well and an n-well are formed, and ions are implanted into a channel.

【0041】その後、ダミーゲート絶縁膜であるシリコ
ン酸化膜14を希HF溶液を用いて剥離した後、図15
に示すように、素子領域上に、熱酸化法によりゲート絶
縁膜の一部となるシリコン酸化膜40aを膜厚約5Å形
成する。このシリコン酸化膜40aの形成は、RTA法
を用いて800℃程度の酸素雰囲気中で行われる。さら
に、シリコン酸化膜40a上に、LPCVD法もしくは
JVD(Jet Vapor Deposition)法によりゲート絶縁膜
の一部となるシリコン窒化膜40bを膜厚約20Å形成
する。通常、シリコン窒化膜40bを形成した後に、シ
リコン窒化膜40b、もしくはシリコン窒化膜40bと
シリコン酸化膜40a間に存在する電子トラップ、界面
準位を低減するために、窒素(NO)ガス中で700〜
900℃の温度で熱処理を行う。
Thereafter, the silicon oxide film 14 as the dummy gate insulating film is peeled off using a dilute HF solution.
As shown in FIG. 5, a silicon oxide film 40a to be a part of the gate insulating film is formed to a thickness of about 5 ° on the element region by a thermal oxidation method. The formation of the silicon oxide film 40a is performed in an oxygen atmosphere at about 800 ° C. by using the RTA method. Further, a silicon nitride film 40b to be a part of the gate insulating film is formed on the silicon oxide film 40a by LPCVD or JVD (Jet Vapor Deposition) to a thickness of about 20 °. Normally, after the silicon nitride film 40b is formed, electron traps existing between the silicon nitride film 40b, or between the silicon nitride film 40b and the silicon oxide film 40a, and an interface state are reduced to 700 nm in a nitrogen (NO) gas. ~
Heat treatment is performed at a temperature of 900 ° C.

【0042】前記ゲート絶縁膜の形成後、LPCVD法
により膜厚約500〜1000Åのポリシリコン膜(も
しくはアモルファスシリコン膜)を堆積する。さらに、
フォトリソグラフィ法や電子ビーム露光法によりゲート
パターンを加工するためのレジストパターンを形成す
る。そして、レジストパターンをマスクとして、図16
に示すように、ハロゲン化物をエッチングガスとして用
いる反応性イオンエッチング法によりゲートパターン4
2を形成する。このとき、形成するゲートパターン42
の寸法は約0.05〜0.25μmである。この際のゲ
ートパターン42のエッチング条件は、シリコン窒化膜
40bに対しても選択比を有する条件を用いるため、シ
リコン窒化膜40bが半導体基板2上に残存する。この
ため、後酸化を実施する前にシリコン窒化膜40bを除
去するために、図17に示すように、加熱した燐酸(ホ
ット燐酸)を用いて半導体基板2上のシリコン窒化膜4
0bを選択的に除去する。さらに、pウェル領域16上
及びnウェル領域18上のシリコン酸化膜40aを除去
する。この後、前記レジストパターンを剥離する。
After the formation of the gate insulating film, a polysilicon film (or an amorphous silicon film) having a thickness of about 500 to 1000 ° is deposited by LPCVD. further,
A resist pattern for processing a gate pattern is formed by a photolithography method or an electron beam exposure method. Then, using the resist pattern as a mask, FIG.
As shown in FIG. 3, the gate pattern 4 is formed by a reactive ion etching method using a halide as an etching gas.
Form 2 At this time, the gate pattern 42 to be formed
Is about 0.05 to 0.25 μm. At this time, the etching condition of the gate pattern 42 is a condition having a selectivity with respect to the silicon nitride film 40 b, so that the silicon nitride film 40 b remains on the semiconductor substrate 2. Therefore, in order to remove the silicon nitride film 40b before performing the post-oxidation, as shown in FIG. 17, the silicon nitride film 4b on the semiconductor substrate 2 is heated using phosphoric acid (hot phosphoric acid).
0b is selectively removed. Further, the silicon oxide film 40a on the p-well region 16 and the n-well region 18 is removed. Thereafter, the resist pattern is stripped.

【0043】次に、図17に示すように、イオン注入法
により窒素原子(質量数14)もしくは窒素分子(質量
数28)をイオン源として選択し、10[keV]程度
の加速電圧を用い、1×1014〜1×1015[cm-2
程度のドーズ量でイオン注入する。このように、窒素を
イオン注入法により基板2内に導入した後、所定の条
件、ここでは窒素を導入していないシリコン基板上に4
0Å程度のシリコン酸化膜が形成される条件にて酸化を
行う。例えば、拡散炉を用いて900℃程度の酸素雰囲
気中で酸化を行うと、図18に示すように、半導体基板
2表面(pウェル領域16及びnウェル領域18の表
面)、及びゲートパターン42の上面部分に20Å程度
のシリコン酸化膜44aが形成され、同時にゲートパタ
ーン42の側壁部分に50Å程度のシリコン酸化膜44
bが形成される。
Next, as shown in FIG. 17, a nitrogen atom (mass number 14) or a nitrogen molecule (mass number 28) is selected as an ion source by an ion implantation method, and an acceleration voltage of about 10 keV is used. 1 × 10 14 -1 × 10 15 [cm -2 ]
Ion implantation is performed at a dose of about the same. As described above, after nitrogen is introduced into the substrate 2 by ion implantation, a predetermined condition, in this case, 4
Oxidation is performed under the condition that a silicon oxide film of about 0 ° is formed. For example, when oxidation is performed in an oxygen atmosphere at about 900 ° C. using a diffusion furnace, as shown in FIG. 18, the surface of the semiconductor substrate 2 (the surfaces of the p-well region 16 and the n-well region 18) and the gate pattern 42 A silicon oxide film 44a of about 20 ° is formed on the upper surface, and at the same time, a silicon oxide film 44 of about 50 ° is formed on the side wall of the gate pattern 42.
b is formed.

【0044】このとき、ゲートパターン42のエッジ端
に形成されるゲートバーズピークにおいては、窒素が導
入されないゲートパターン22の側壁部分と同様に50
Å程度のシリコン酸化膜が形成される。図22(a)に
この第2の実施の形態におけるゲートパターン42のエ
ッジ端の断面図、図22(b)に窒素を導入しない場合
のゲートパターンのエッジ端の断面図を示す。これらの
図からもわかるように、半導体基板2のシリコン表面上
では窒素を導入した場合は導入しない場合に比べて、そ
の酸化形状は大きく異なり、シリコン表面上の酸化量は
大きく低減される。以上のように、シリコン層に窒素を
イオン注入した後、熱酸化法を行うと、窒素が注入され
たシリコン層の酸化が遅れるため、注入された部分と注
入されていない部分とで異なる膜厚のシリコン酸化膜が
形成可能である。なお、前記シリコン酸化膜44bの膜
厚が40Åでなく50Å程度になるのは、単結晶シリコ
ンに比べてポリシリコンのほうが酸化レートが大きいか
らである。
At this time, at the gate bird's peak formed at the edge end of the gate pattern 42, as in the case of the side wall portion of the gate pattern 22 into which nitrogen is not introduced, 50%.
A silicon oxide film of about Å is formed. FIG. 22A is a cross-sectional view of the edge end of the gate pattern 42 according to the second embodiment, and FIG. 22B is a cross-sectional view of the edge end of the gate pattern when nitrogen is not introduced. As can be seen from these figures, when nitrogen is introduced on the silicon surface of the semiconductor substrate 2, the oxidized shape is significantly different from that when nitrogen is not introduced, and the amount of oxidation on the silicon surface is greatly reduced. As described above, when thermal oxidation is performed after nitrogen is ion-implanted into the silicon layer, the oxidation of the silicon layer into which nitrogen has been implanted is delayed, so that the thickness of the implanted portion differs from that of the non-implanted portion. Of silicon oxide film can be formed. The reason why the thickness of the silicon oxide film 44b becomes about 50 ° instead of 40 ° is that polysilicon has a higher oxidation rate than single crystal silicon.

【0045】その後、nMOSFET領域にはヒ素(A
s)を、pMOSFET領域にはボロン(B)をイオン
注入法により導入する。そして、図19に示すように、
ゲートパターン42の両側の半導体基板2中にソースあ
るいはドレインとなるn層46及びp層48(浅い
拡散層)を形成する。n層46の形成では、Asを、
1〜15[keV]程度の加速電圧を用い、1×1014
〜1×1015[cm-2]程度のドーズ量でイオン注入す
る。p層48の形成では、BF2もしくはBを、50
〜500[eV]程度の加速電圧を用い、1×1014
1×1015[cm-2]程度のドーズ量でイオン注入す
る。さらに、高速昇高温法(RTA法)を用いて、半導
体基板を900℃で5秒間熱処理する。
Thereafter, arsenic (A) is added to the nMOSFET region.
s), boron (B) is introduced into the pMOSFET region by an ion implantation method. And, as shown in FIG.
An n layer 46 and ap layer 48 (shallow diffusion layer) to be a source or a drain are formed in the semiconductor substrate 2 on both sides of the gate pattern 42. In forming the n layer 46, As is
An acceleration voltage of about 1 to 15 [keV] is used and 1 × 10 14
Ion implantation is performed at a dose of about 1 × 10 15 [cm −2 ]. In forming the p layer 48, BF 2 or B is
Using an acceleration voltage of about 500 [eV], 1 × 10 14 to
Ion implantation is performed at a dose of about 1 × 10 15 [cm −2 ]. Further, the semiconductor substrate is subjected to a heat treatment at 900 ° C. for 5 seconds by using a high-speed elevated temperature method (RTA method).

【0046】続いて、LPCVD法やプラズマCVD法
により、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜を膜厚
約600〜1000Å堆積する。そして、図20に示す
ように、反応性イオンエッチング法によりゲートパター
ン42の側壁部分のみにシリコン酸化膜もしくはシリコ
ン窒化膜を残存させ、ゲート側壁膜50を形成する。
Then, a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited by LPCVD or plasma CVD to a thickness of about 600 to 1000. Then, as shown in FIG. 20, a silicon oxide film or a silicon nitride film is left only on the side wall portion of the gate pattern 42 by a reactive ion etching method, and a gate side wall film 50 is formed.

【0047】さらに、nMOSFET領域にはAsを、
pMOSFET領域にはBをイオン注入法により導入
し、図20に示すように、前記ゲート側壁膜50の両側
の半導体基板中にソースあるいはドレインとなるn
52及びp層54(深い拡散層)を形成する。n
52の形成では、Asを、通常用いられる条件、例えば
10〜50[keV]程度の加速電圧を用い、1×10
15〜7×1015[cm-2]程度のドーズ量でイオン注入
する。このとき、ゲートパターン(ゲート電極)42を
低抵抗化するために、ゲートパターン42にもAsをイ
オン注入する。p 層54の形成では、Bを、3〜10
[keV]程度の加速電圧を用い、1×1015〜7×1
15[cm-2]程度のドーズ量でイオン注入する。その
後、導入した前記不純物の活性化を行うために、例えば
高速昇高温法(RTA法)を用いて、1000℃で5秒
程度の熱処理を行う。この熱処理により、ゲートパター
ン42に導入された不純物の活性化も同時に行い、ゲー
ト電極の空乏化を抑制する。ここまでの工程を経た半導
体基板の構造を図20に示す。
Further, As is applied to the nMOSFET region,
B is introduced into the pMOSFET region by ion implantation.
Then, as shown in FIG. 20, both sides of the gate side wall film 50 are formed.
N as a source or a drain in a semiconductor substrate of+layer
52 and p+A layer 54 (deep diffusion layer) is formed. n+layer
In the formation of 52, As is converted to a condition usually used, for example,
Using an acceleration voltage of about 10 to 50 [keV], 1 × 10
15~ 7 × 1015[Cm-2] Ion implantation with a dose of about
I do. At this time, the gate pattern (gate electrode) 42 is
In order to lower the resistance, As is also applied to the gate pattern 42.
Inject ON. p +In the formation of the layer 54, B is 3 to 10
Using an acceleration voltage of about [keV], 1 × 1015~ 7 × 1
015[Cm-2] At a dose of about]. That
Later, in order to activate the introduced impurities, for example,
5 seconds at 1000 ° C using high-speed heating and high-temperature method (RTA method)
A degree of heat treatment is performed. This heat treatment allows the gate putter
At the same time, the impurities introduced into the
Depletion of the electrode. Semiconductor that has gone through the steps up to this point
FIG. 20 shows the structure of the body substrate.

【0048】次に、希HF処理を行って、n層52
上、p層54上、及びゲートパターン42上のシリコ
ン酸化膜44aを除去する。その後、次のようなサリサ
イド工程を行う。まず、スパッタリング法によりn
52上、p層54上、及びゲートパターン42上にコ
バルト(Co)を膜厚約70Å形成する。続いて、50
0℃の窒素雰囲気中にて約60秒間熱処理を行うことに
より、シリサイデーション反応を起こさせ、図21に示
すように、n層52上、p層54上、及びゲートパ
ターン42上にコバルトモノシリサイド膜56を形成す
る。その後、過酸化水素水と硫酸の混合液により、未反
応のコバルトを除去する。さらに、700℃の窒素雰囲
気中において、60秒間熱処理を行うことにより、前記
コバルトモノシリサイド膜56を相転移させて低抵抗化
する。ここまでの工程を経た半導体基板の構造を図21
に示す。
Next, a dilute HF treatment is performed to obtain an n + layer 52.
The silicon oxide film 44a on the top, the p + layer 54, and the gate pattern 42 is removed. Then, the following salicide process is performed. First, cobalt (Co) is formed to a thickness of about 70 ° on the n + layer 52, the p + layer 54, and the gate pattern 42 by a sputtering method. Then, 50
By performing a heat treatment for about 60 seconds in a nitrogen atmosphere at 0 ° C., a silicidation reaction is caused. As shown in FIG. 21, on the n + layer 52, the p + layer 54, and the gate pattern 42, A cobalt monosilicide film 56 is formed. Thereafter, unreacted cobalt is removed by a mixed solution of a hydrogen peroxide solution and sulfuric acid. Further, by performing a heat treatment in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. for 60 seconds, the cobalt monosilicide film 56 undergoes a phase transition to reduce the resistance. FIG. 21 shows the structure of the semiconductor substrate that has undergone the above steps.
Shown in

【0049】ここで、n層52上、p層54上、及
びゲートパターン42上のシリコンとコバルトシリサイ
ド膜56とのラフネスを、窒素を導入した場合と窒素を
導入しない場合とで比較した結果は、前記第1の実施の
形態と同様であった。すなわち、窒素イオンを注入した
場合には、シリコン基板内に残留する窒素のためにコバ
ルトシリサイド層とシリコン層との界面が極めてフラッ
トになることが判明した。シリサイド工程にまで残留す
る窒素は、シリサイデーション反応を遅延させる効果が
あり、界面を平坦化することがわかった。残留する前記
窒素は、シリコン基板界面に編析したものと考えられ
る。
Here, the roughness between the silicon and the cobalt silicide film 56 on the n + layer 52, the p + layer 54, and the gate pattern 42 was compared between the case where nitrogen was introduced and the case where nitrogen was not introduced. The result was the same as in the first embodiment. That is, it has been found that when nitrogen ions are implanted, the interface between the cobalt silicide layer and the silicon layer becomes extremely flat due to nitrogen remaining in the silicon substrate. It has been found that nitrogen remaining up to the silicide step has an effect of delaying the silicidation reaction and flattens the interface. It is considered that the remaining nitrogen was deposited at the silicon substrate interface.

【0050】この後は、層間絶縁膜であるシリコン酸化
膜を通常用いられる方法で堆積する。さらに、前記層間
絶縁膜へのコンタクトホールの開口、このコンタクトホ
ールへのメタル埋め込みなどの通常、用いられている方
法を用いて、MOSFETに配線を形成し、CMOS
LSIを形成する。
Thereafter, a silicon oxide film serving as an interlayer insulating film is deposited by a commonly used method. Further, a wiring is formed in the MOSFET by using a commonly used method such as opening a contact hole in the interlayer insulating film and embedding a metal in the contact hole, thereby forming a CMOS.
An LSI is formed.

【0051】このような半導体装置の製造方法では、ポ
リシリコンのゲート電極を形成後、ゲート絶縁膜の信頼
性を確保するために必要な工程である後酸化を施す前
に、半導体基板中に窒素をイオン注入することにより、
後酸化工程におけるシリコン基板表面の酸化レートを低
下させる。一方、ゲート電極の側壁には前記イオン注入
により窒素が導入されないため、その側壁の酸化レート
は低下せず、通常の酸化レートで酸化される。これによ
り、異方性を有する酸化プロセスを実現することができ
る。したがって、同一の酸化プロセスによって、シリコ
ン基板表面に形成される酸化膜の膜厚は薄く、ゲート電
極の側壁に形成される酸化膜の膜厚はシリコン基板表面
の酸化膜より厚く形成することができる。これにより、
ソース、ドレイン拡散層を形成する際に必要なイオン注
入工程において好ましい構造、すなわち半導体基板表面
上の酸化膜の膜厚は薄く、一方でゲート電極側壁の酸化
膜の膜厚は厚く形成することが可能となる。この製造方
法を用いれば、微細化CMOSFETを実現するために
必須である浅い拡散層(浅い接合)に対して対応でき、
かつゲート絶縁膜の絶縁耐圧などの信頼性も確保できる
半導体装置が形成できる。
In such a method of manufacturing a semiconductor device, after the polysilicon gate electrode is formed, nitrogen is added to the semiconductor substrate before the post-oxidation, which is a step necessary to ensure the reliability of the gate insulating film, is performed. By ion implantation
The oxidation rate on the silicon substrate surface in the post-oxidation step is reduced. On the other hand, since nitrogen is not introduced into the side wall of the gate electrode by the ion implantation, the oxidation rate of the side wall does not decrease but is oxidized at a normal oxidation rate. Thereby, an oxidation process having anisotropy can be realized. Therefore, by the same oxidation process, the thickness of the oxide film formed on the surface of the silicon substrate can be reduced, and the thickness of the oxide film formed on the side wall of the gate electrode can be formed thicker than the oxide film on the surface of the silicon substrate. . This allows
A preferable structure in the ion implantation step required for forming the source and drain diffusion layers, that is, the oxide film on the surface of the semiconductor substrate has a small thickness, while the oxide film on the side wall of the gate electrode has a large thickness. It becomes possible. By using this manufacturing method, it is possible to cope with a shallow diffusion layer (shallow junction) which is essential for realizing a miniaturized CMOSFET.
In addition, a semiconductor device which can ensure reliability such as a withstand voltage of a gate insulating film can be formed.

【0052】以上説明したようにこの第2の実施の形態
によれば、ソース、ドレイン拡散層形成のためのイオン
注入工程前に、同一の熱酸化工程によりシリコン基板表
面に薄膜の酸化膜を形成できると共に、ゲート電極側壁
及びゲートエッジ端に信頼性を確保するのに十分な膜厚
の酸化膜を形成できることより、微細化に対応可能な半
導体装置の製造方法を提供できる。
As described above, according to the second embodiment, a thin oxide film is formed on the silicon substrate surface by the same thermal oxidation process before the ion implantation process for forming the source and drain diffusion layers. In addition, a method for manufacturing a semiconductor device which can cope with miniaturization can be provided because an oxide film having a thickness sufficient to secure reliability can be formed on the side wall of the gate electrode and the edge of the gate edge.

【0053】次に、この発明の第3の実施の形態の半導
体装置の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described.

【0054】図1〜図9、図23〜図26は、第3の実
施の形態の半導体装置の製造方法を示す各工程における
半導体装置の断面図である。
FIGS. 1 to 9 and FIGS. 23 to 26 are sectional views of a semiconductor device in respective steps showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment.

【0055】前記第1の実施の形態と同様に図1〜図8
に示すプロセスを用いて、素子分離領域を形成し、ゲー
ト絶縁膜を形成した後、図8に示すように、ゲートパタ
ーン22を形成する。このとき、形成されるゲートパタ
ーン22の寸法は約0.05〜0.25μmである。さ
らに、pウェル領域16上及びnウェル領域18上のシ
リコン酸化膜20を除去する。この後、レジストパター
ン24を剥離する。
As in the first embodiment, FIGS.
After forming an element isolation region and forming a gate insulating film by using the process shown in FIG. 8, a gate pattern 22 is formed as shown in FIG. At this time, the size of the formed gate pattern 22 is about 0.05 to 0.25 μm. Further, the silicon oxide film 20 on the p-well region 16 and the n-well region 18 is removed. After that, the resist pattern 24 is peeled off.

【0056】次に、図8に示すように、イオン注入法に
より窒素原子(質量数14)もしくは窒素分子(質量数
28)をイオン源として選択し、10[keV]程度の
加速電圧を用い、1×1014〜1×1015[cm-2]程
度のドーズ量でイオン注入する。このように、窒素をイ
オン注入法により基板2内に導入した後、所定の条件、
ここでは窒素を導入していないシリコン基板上に40Å
程度のシリコン酸化膜が形成される条件にて酸化を行
う。例えば、拡散炉を用いて900℃程度の酸素雰囲気
中で酸化を行うと、図9に示すように、半導体基板2表
面(pウェル領域16及びnウェル領域18の表面)、
及びゲートパターン22(ポリシリコン膜22a)の上
面部分に20Å程度のシリコン酸化膜26aが形成さ
れ、同時にゲートパターン22の側壁部分に50Å程度
のシリコン酸化膜26bが形成される。
Next, as shown in FIG. 8, a nitrogen atom (mass number 14) or a nitrogen molecule (mass number 28) is selected as an ion source by an ion implantation method, and an acceleration voltage of about 10 [keV] is used. Ion implantation is performed at a dose of about 1 × 10 14 to 1 × 10 15 [cm −2 ]. As described above, after nitrogen is introduced into the substrate 2 by the ion implantation method, under predetermined conditions,
In this case, 40 ° on a silicon substrate into which nitrogen has not been introduced.
Oxidation is performed under the condition that a silicon oxide film of a degree is formed. For example, when oxidation is performed in an oxygen atmosphere at about 900 ° C. using a diffusion furnace, as shown in FIG. 9, the surface of the semiconductor substrate 2 (the surfaces of the p-well region 16 and the n-well region 18),
A silicon oxide film 26a of about 20 ° is formed on the upper surface of the gate pattern 22 (polysilicon film 22a), and a silicon oxide film 26b of about 50 ° is formed on the side wall of the gate pattern 22 at the same time.

【0057】このとき、ゲートパターン22のエッジ端
に形成されるゲートバーズピークにおいては、前記第1
の実施の形態と同様であり、窒素が導入されないゲート
パターン22の側壁部分と同様に50Å程度のシリコン
酸化膜が形成される。すなわち、半導体基板2のシリコ
ン表面上では窒素を導入した場合は導入しない場合に比
べて、その酸化形状は大きく異なり、シリコン表面上の
酸化量は大きく低減される。以上のように、シリコン層
に窒素をイオン注入した後、熱酸化法を行うと、窒素が
注入されたシリコン層の酸化が遅れるため、注入された
部分と注入されていない部分とで異なる膜厚のシリコン
酸化膜が形成可能である。なお、前記シリコン酸化膜2
6bの膜厚が40Åでなく50Å程度になるのは、単結
晶シリコンに比べてポリシリコンのほうが酸化レートが
大きいからである。
At this time, at the gate bird's peak formed at the edge end of the gate pattern 22, the first
In this embodiment, a silicon oxide film of about 50 ° is formed in the same manner as the side wall portion of the gate pattern 22 into which nitrogen is not introduced. That is, when nitrogen is introduced on the silicon surface of the semiconductor substrate 2, the oxidized shape is greatly different from that when nitrogen is not introduced, and the amount of oxidation on the silicon surface is greatly reduced. As described above, when thermal oxidation is performed after nitrogen is ion-implanted into the silicon layer, the oxidation of the silicon layer into which nitrogen has been implanted is delayed, so that the thickness of the implanted portion differs from that of the non-implanted portion. Of silicon oxide film can be formed. The silicon oxide film 2
The reason why the film thickness of 6b becomes about 50 ° instead of 40 ° is that polysilicon has a higher oxidation rate than single crystal silicon.

【0058】その後、図23に示すように、希HF溶液
を用いて半導体基板2表面、及びゲートパターン22の
上面部分に形成されたシリコン酸化膜26aを除去す
る。この際、希HF処理により半導体基板2表面のシリ
コン酸化膜26aを除去したとしても、ゲートパターン
22の側面にはなおシリコン酸化膜26bが残存するた
め、ゲート耐圧の劣化は生じない。
Thereafter, as shown in FIG. 23, the silicon oxide film 26a formed on the surface of the semiconductor substrate 2 and the upper surface of the gate pattern 22 is removed using a dilute HF solution. At this time, even if the silicon oxide film 26a on the surface of the semiconductor substrate 2 is removed by the dilute HF treatment, the silicon oxide film 26b still remains on the side surface of the gate pattern 22, so that the gate breakdown voltage does not deteriorate.

【0059】さらに、nMOSFET領域にはヒ素(A
s)を、pMOSFET領域にはボロン(B)をイオン
注入法により導入する。そして、図24に示すように、
ゲートパターン22の両側の半導体基板2中にソースあ
るいはドレインとなるn層58及びp層60(浅い
拡散層)を形成する。この際、希HF処理を行った場合
は、半導体基板2表面にシリコン酸化膜は存在せず、あ
るいは存在しているとしてもその膜厚は5Å以下(自然
酸化膜の膜厚)にまで低減されているため、その後の浅
い拡散層(浅い接合)を形成するためのイオン注入は次
のような条件により行うことが可能である。n層58
の形成では、Asを、0.5[keV]程度の加速電圧
を用い、1×1015[cm-2]程度のドーズ量でイオン
注入する。p層60の形成では、Bを、0.1[ke
V]程度の加速電圧を用い、1×1015[cm-2]程度
のドーズ量でイオン注入する。その後、高速昇高温法
(RTA法)を用いて、900℃程度の窒素雰囲気中で
半導体基板を5秒間熱処理する。
Further, arsenic (A)
s), boron (B) is introduced into the pMOSFET region by an ion implantation method. Then, as shown in FIG.
An n layer 58 and a p layer 60 (shallow diffusion layer) to be a source or a drain are formed in the semiconductor substrate 2 on both sides of the gate pattern 22. At this time, when the dilute HF treatment is performed, the silicon oxide film does not exist on the surface of the semiconductor substrate 2, or even if it exists, its thickness is reduced to 5 ° or less (the thickness of the natural oxide film). Therefore, subsequent ion implantation for forming a shallow diffusion layer (shallow junction) can be performed under the following conditions. n - layer 58
Is formed by ion-implanting As with an acceleration voltage of about 0.5 [keV] and a dose of about 1 × 10 15 [cm −2 ]. In the formation of the p layer 60, B is set to 0.1 [ke].
V] with an acceleration voltage of about 1 × 10 15 [cm −2 ]. Thereafter, the semiconductor substrate is heat-treated for 5 seconds in a nitrogen atmosphere at about 900 ° C. by using a high-speed high-temperature method (RTA method).

【0060】続いて、LPCVD法やプラズマCVD法
により、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜を膜厚
約600〜1000Å堆積する。そして、図25に示す
ように、反応性イオンエッチング法によりゲートパター
ン22の側壁部分のみにシリコン酸化膜もしくはシリコ
ン窒化膜を残存させ、ゲート側壁膜62を形成する。
Subsequently, a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited by LPCVD or plasma CVD to a thickness of about 600 to 1000 膜厚. Then, as shown in FIG. 25, a silicon oxide film or a silicon nitride film is left only on the side wall portion of the gate pattern 22 by a reactive ion etching method to form a gate side wall film 62.

【0061】さらに、nMOSFET領域にはAsを、
pMOSFET領域にはBをイオン注入法により導入
し、図25に示すように、前記ゲート側壁膜62の両側
の半導体基板中にソースあるいはドレインとなるn
64及びp層66(深い拡散層)を形成する。n
64の形成では、Asを、通常用いられる条件、例えば
10〜50[keV]程度の加速電圧を用い、1×10
15〜7×1015[cm-2]程度のドーズ量でイオン注入
する。このとき、ゲートパターン(ゲート電極)42を
低抵抗化するために、ゲートパターン42にもAsをイ
オン注入する。p 層66の形成では、Bを3〜10
[keV]程度の加速電圧を用い、1×10 15〜7×1
15[cm-2]程度のドーズ量でイオン注入する。その
後、導入した前記不純物の活性化を行うために、例えば
高速昇高温法(RTA法)を用いて、1000℃で5秒
程度の熱処理を行う。この熱処理により、ゲートパター
ン22に導入された不純物の活性化も同時に行い、ゲー
ト電極の空乏化を抑制する。ここまでの工程を経た半導
体基板の構造を図25に示す。
Further, As is applied to the nMOSFET region,
B is introduced into the pMOSFET region by ion implantation.
Then, as shown in FIG. 25, both sides of the gate side wall film 62 are formed.
N as a source or a drain in a semiconductor substrate of+layer
64 and p+A layer 66 (deep diffusion layer) is formed. n+layer
In forming 64, As is treated under commonly used conditions, for example,
Using an acceleration voltage of about 10 to 50 [keV], 1 × 10
15~ 7 × 1015[Cm-2] Ion implantation with a dose of about
I do. At this time, the gate pattern (gate electrode) 42 is
In order to lower the resistance, As is also applied to the gate pattern 42.
Inject ON. p +In the formation of the layer 66, B is 3 to 10
Using an acceleration voltage of about [keV], 1 × 10 15~ 7 × 1
015[Cm-2] At a dose of about]. That
Later, in order to activate the introduced impurities, for example,
5 seconds at 1000 ° C using high-speed heating and high-temperature method (RTA method)
A degree of heat treatment is performed. This heat treatment allows the gate putter
At the same time, activation of the impurities introduced into the
Depletion of the electrode. Semiconductor that has gone through the steps up to this point
FIG. 25 shows the structure of the body substrate.

【0062】その後、次のようなサリサイド工程を行
う。まず、スパッタリング法によりn 層64、p
66上、及びゲートパターン22上にコバルト(Co)
を膜厚約70Å形成する。続いて、500℃の窒素雰囲
気中にて約60秒間熱処理を行うことにより、シリサイ
デーション反応を起こさせ、図26に示すように、n
層64上、p層66上、及びゲートパターン22上に
コバルトモノシリサイド膜68を形成する。その後、過
酸化水素水と硫酸の混合液により、未反応のコバルトを
除去する。さらに、700℃の窒素雰囲気中において、
60秒間熱処理を行うことにより、前記コバルトモノシ
リサイド膜68を相転移させて低抵抗化する。ここまで
の工程を経た半導体基板の構造を図26に示す。
Thereafter, the following salicide process is performed.
U. First, n +Layer 64, p+layer
66 and on the gate pattern 22
Is formed to a thickness of about 70 °. Subsequently, a nitrogen atmosphere of 500 ° C.
By performing heat treatment for about 60 seconds in the air,
A dating reaction was caused to occur, as shown in FIG.+
On layer 64, p+On the layer 66 and on the gate pattern 22
A cobalt monosilicide film 68 is formed. Then
Unreacted cobalt is removed by a mixed solution of hydrogen oxide water and sulfuric acid.
Remove. Further, in a nitrogen atmosphere at 700 ° C.,
By performing a heat treatment for 60 seconds, the cobalt monolith
The resistance of the reside film 68 is reduced by phase transition. So far
FIG. 26 shows the structure of the semiconductor substrate having undergone the step of FIG.

【0063】ここで、n層64上、p層66上、及
びゲートパターン22上のシリコンとコバルトシリサイ
ド膜68とのラフネスを、窒素を導入した場合と窒素を
導入しない場合とで比較した結果は、前記第1の実施の
形態と同様であった。すなわち、窒素イオンを注入した
場合には、シリコン基板内に残留する窒素のためにコバ
ルトシリサイド層とシリコン層との界面が極めてフラッ
トになることが判明した。シリサイド工程にまで残留す
る窒素は、シリサイデーション反応を遅延させる効果が
あり、界面を平坦化することがわかった。残留する前記
窒素は、シリコン基板界面に編析したものと考えられ
る。
Here, the roughness of silicon and the cobalt silicide film 68 on the n + layer 64, the p + layer 66, and the gate pattern 22 was compared between the case where nitrogen was introduced and the case where nitrogen was not introduced. The result was the same as in the first embodiment. That is, it has been found that when nitrogen ions are implanted, the interface between the cobalt silicide layer and the silicon layer becomes extremely flat due to nitrogen remaining in the silicon substrate. It has been found that nitrogen remaining up to the silicide step has an effect of delaying the silicidation reaction and flattens the interface. It is considered that the remaining nitrogen was deposited at the silicon substrate interface.

【0064】この後は、層間絶縁膜であるシリコン酸化
膜を通常用いられる方法で堆積する。さらに、前記層間
絶縁膜へのコンタクトホールの開口、このコンタクトホ
ールへのメタル埋め込みなどの通常、用いられている方
法を用いて、MOSFETに配線を形成し、CMOS
LSIを形成する。
Thereafter, a silicon oxide film as an interlayer insulating film is deposited by a commonly used method. Further, a wiring is formed in the MOSFET by using a commonly used method such as opening a contact hole in the interlayer insulating film and embedding a metal in the contact hole, thereby forming a CMOS.
An LSI is formed.

【0065】このような半導体装置の製造方法では、ポ
リシリコンのゲート電極を形成後、ゲート絶縁膜の信頼
性を確保するために必要な工程である後酸化を施す前
に、半導体基板中に窒素をイオン注入することにより、
後酸化工程におけるシリコン基板表面の酸化レートを低
下させる。一方、ゲート電極の側壁には前記イオン注入
により窒素が導入されないため、その側壁の酸化レート
は低下せず、通常の酸化レートで酸化される。これによ
り、異方性を有する酸化プロセスを実現することができ
る。したがって、同一の酸化プロセスによって、シリコ
ン基板表面に形成される酸化膜の膜厚は薄く、ゲート電
極の側壁に形成される酸化膜の膜厚はシリコン基板表面
の酸化膜より厚く形成することができる。
In such a method of manufacturing a semiconductor device, after forming the gate electrode of polysilicon, before performing post-oxidation, which is a step necessary to secure the reliability of the gate insulating film, nitrogen is added to the semiconductor substrate. By ion implantation
The oxidation rate on the silicon substrate surface in the post-oxidation step is reduced. On the other hand, since nitrogen is not introduced into the side wall of the gate electrode by the ion implantation, the oxidation rate of the side wall does not decrease but is oxidized at a normal oxidation rate. Thereby, an oxidation process having anisotropy can be realized. Therefore, by the same oxidation process, the thickness of the oxide film formed on the surface of the silicon substrate can be reduced, and the thickness of the oxide film formed on the side wall of the gate electrode can be formed thicker than the oxide film on the surface of the silicon substrate. .

【0066】その後、希HF処理を用いてシリコン基板
表面の酸化膜を除去し、シリコン基板表面に存在する酸
化膜の膜厚を自然酸化膜の膜厚(5Å以下)にまで低減
する。これにより、ソース、ドレイン拡散層を形成する
際に必要なイオン注入工程において好ましい構造、すな
わち半導体基板表面上の酸化膜の膜厚は極めて薄く、一
方でゲート電極側壁の酸化膜の膜厚は厚く形成すること
が可能となる。よって、前記第1の実施の形態より低加
速電圧で、浅い拡散層を形成するためのイオン注入を行
うことが可能となる。なお、希HF処理を用いてシリコ
ン基板表面の酸化膜を除去しても、ゲート電極の側面に
は、シリコン酸化膜が残存するためゲート耐圧の劣化は
生じない。このような製造方法を用いれば、微細化CM
OSFETを実現するために必須である浅い拡散層(浅
い接合)に対して対応でき、かつゲート絶縁膜の絶縁耐
圧などの信頼性も確保できる半導体装置が形成できる。
Thereafter, the oxide film on the surface of the silicon substrate is removed by using a dilute HF treatment, and the thickness of the oxide film existing on the surface of the silicon substrate is reduced to the thickness of a natural oxide film (5 ° or less). Thereby, a preferable structure in the ion implantation step required for forming the source and drain diffusion layers, that is, the thickness of the oxide film on the surface of the semiconductor substrate is extremely small, while the thickness of the oxide film on the side wall of the gate electrode is large. It can be formed. Therefore, it is possible to perform ion implantation for forming a shallow diffusion layer at a lower acceleration voltage than in the first embodiment. Note that even if the oxide film on the surface of the silicon substrate is removed using the dilute HF treatment, the silicon oxide film remains on the side surface of the gate electrode, so that the gate breakdown voltage does not deteriorate. If such a manufacturing method is used, finer CM
A semiconductor device can be formed which can cope with a shallow diffusion layer (shallow junction) which is indispensable for realizing an OSFET, and which can secure reliability such as a dielectric strength of a gate insulating film.

【0067】以上説明したようにこの第3の実施の形態
によれば、ソース、ドレイン拡散層形成のためのイオン
注入工程前に、シリコン基板表面の酸化膜を除去あるい
は極めて薄くでき、かつゲート電極側壁及びゲートエッ
ジ端に信頼性を確保するのに十分な膜厚の酸化膜を形成
できることより、微細化に対応可能な半導体装置の製造
方法を提供できる。
As described above, according to the third embodiment, before the ion implantation step for forming the source and drain diffusion layers, the oxide film on the surface of the silicon substrate can be removed or extremely thinned, and the gate electrode can be removed. Since an oxide film having a thickness sufficient to ensure reliability can be formed on the side wall and the edge of the gate edge, a method for manufacturing a semiconductor device which can cope with miniaturization can be provided.

【0068】次に、この発明の第4の実施の形態の半導
体装置の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention will be described.

【0069】図1〜図7、図27〜図32は、第4の実
施の形態の半導体装置の製造方法を示す各工程における
半導体装置の断面図である。
FIGS. 1 to 7 and FIGS. 27 to 32 are sectional views of a semiconductor device in respective steps showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment.

【0070】前記第1の実施の形態と同様に図1〜図7
に示すプロセスを用いて、素子分離領域を形成し、ゲー
ト絶縁膜を形成した後、図27に示すように、ゲートパ
ターン22を形成する。このとき、形成されるゲートパ
ターン22の寸法は約0.05〜0.25μmである。
さらに、pウェル領域16上及びnウェル領域18上の
シリコン酸化膜20を除去する。この後、レジストパタ
ーン24を剥離する。
FIGS. 1 to 7 similarly to the first embodiment.
After forming an element isolation region and forming a gate insulating film using the process shown in FIG. 27, a gate pattern 22 is formed as shown in FIG. At this time, the size of the formed gate pattern 22 is about 0.05 to 0.25 μm.
Further, the silicon oxide film 20 on the p-well region 16 and the n-well region 18 is removed. After that, the resist pattern 24 is peeled off.

【0071】次に、図27に示すように、イオン注入法
により炭素原子(C)をイオン源として選択し、1[k
eV]程度の加速電圧を用い、5×1014[cm-2]程
度のドーズ量でイオン注入する。このように、炭素をイ
オン注入法により基板2内に導入した後、800℃程度
の窒素雰囲気中で10秒間熱処理を行う。そして、図2
8に示すように、炭素がイオン注入されたシリコン基板
2表面の領域にシリコンカーバイド(SiC)層70を
形成する。ここで、光電子分光解析を行うと、シリコン
基板表面にはシリコン原子と炭素原子の結合が観測され
た。
Next, as shown in FIG. 27, a carbon atom (C) was selected as an ion source by an ion implantation method, and 1 [k
Using an acceleration voltage of about eV], ions are implanted at a dose of about 5 × 10 14 [cm −2 ]. After the carbon is introduced into the substrate 2 by the ion implantation method, a heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at about 800 ° C. for 10 seconds. And FIG.
As shown in FIG. 8, a silicon carbide (SiC) layer 70 is formed in a region on the surface of the silicon substrate 2 into which carbon has been ion-implanted. Here, when photoelectron spectroscopy analysis was performed, a bond between silicon atoms and carbon atoms was observed on the silicon substrate surface.

【0072】続いて、拡散炉を用いて800℃程度の希
釈酸素雰囲気中で10分間の熱酸化を行う。すると、図
29に示すように、半導体基板2表面(pウェル領域1
6及びnウェル領域18の表面)、及びゲートパターン
22(ポリシリコン膜22a)の上面部分に15Å程度
のシリコン酸化膜72aが形成され、同時にゲートパタ
ーン22の側壁部分に50Å程度のシリコン酸化膜72
bが形成される。
Subsequently, thermal oxidation is performed for 10 minutes in a diluted oxygen atmosphere at about 800 ° C. using a diffusion furnace. Then, as shown in FIG. 29, the surface of the semiconductor substrate 2 (p well region 1)
A silicon oxide film 72a of about 15 ° is formed on the upper surface of the gate pattern 22 (polysilicon film 22a) and the upper surface of the gate pattern 22. At the same time, a silicon oxide film 72 of about 50 ° is formed on the side wall of the gate pattern 22.
b is formed.

【0073】このとき、ゲートパターン22のエッジ端
に形成されるゲートバーズピークにおいては、炭素が導
入されないゲートパターン22の側壁部分と同様に50
Å程度のシリコン酸化膜が形成される。図33(a)に
この第4の実施の形態におけるゲートパターン22のエ
ッジ端の断面図、図33(b)に炭素を導入しない場合
のゲートパターンのエッジ端の断面図を示す。これらの
図からもわかるように、半導体基板2のシリコン表面上
では炭素を導入した場合は導入しない場合に比べて、そ
の酸化形状は大きく異なり、シリコン表面上の酸化量は
大きく低減される。以上のように、シリコン層に炭素を
イオン注入した後、熱酸化法を行うと、炭素が注入され
たシリコン層の酸化が遅れるため、注入された部分と注
入されていない部分とで異なる膜厚のシリコン酸化膜が
形成可能である。
At this time, at the gate bird's peak formed at the edge end of the gate pattern 22, as in the case of the side wall portion of the gate pattern 22 into which carbon is not introduced, 50%.
A silicon oxide film of about Å is formed. FIG. 33A is a sectional view of the edge end of the gate pattern 22 according to the fourth embodiment, and FIG. 33B is a sectional view of the edge end of the gate pattern when carbon is not introduced. As can be seen from these figures, when carbon is introduced on the silicon surface of the semiconductor substrate 2, the oxidized shape is significantly different from that when carbon is not introduced, and the amount of oxidation on the silicon surface is greatly reduced. As described above, if thermal oxidation is performed after carbon is ion-implanted into the silicon layer, the oxidation of the silicon layer into which carbon has been implanted is delayed, so that the thickness of the implanted portion and that of the non-implanted portion are different. Of silicon oxide film can be formed.

【0074】なおここでは、イオン注入法により炭素を
導入したが、炭素を含む有機物をソースガスとしたプラ
ズマプロセスによっても炭素をシリコン基板中に導入す
ることが可能である。また、前述した工程での炭素のイ
オン注入と800℃程度の希釈酸素雰囲気中で10分間
の熱酸化により、シリコン基板表面の酸化膜厚は炭素を
導入しない場合の40Åから15Åに低減された。前記
シリコン酸化膜72bの膜厚が40Åでなく50Å程度
になるのは、単結晶シリコンに比べてポリシリコンのほ
うが酸化レートが大きいからである。
Here, carbon is introduced by the ion implantation method, but carbon can be introduced into the silicon substrate also by a plasma process using an organic substance containing carbon as a source gas. Further, the oxide film thickness on the silicon substrate surface was reduced from 40 ° when carbon was not introduced to 15 ° by the carbon ion implantation in the above-described process and the thermal oxidation for 10 minutes in a diluted oxygen atmosphere at about 800 ° C. The reason why the thickness of the silicon oxide film 72b becomes about 50 ° instead of 40 ° is that polysilicon has a higher oxidation rate than single crystal silicon.

【0075】その後、nMOSFET領域にはヒ素(A
s)を、pMOSFET領域にはボロン(B)をイオン
注入法により導入する。そして、図30に示すように、
ゲートパターン22の両側の半導体基板2中にソースあ
るいはドレインとなるn層74及びp層76(浅い
拡散層)を形成する。n層74の形成では、Asを3
[keV]程度の加速電圧を用い、5×1014[c
-2]程度のドーズ量でイオン注入する。p層76の
形成では、Bを300[eV]程度の加速電圧を用い、
5×1014[cm-2]程度のドーズ量でイオン注入す
る。さらに、高速昇高温法(RTA法)を用いて、90
0℃程度の窒素雰囲気中で半導体基板を5秒間熱処理す
る。
Thereafter, arsenic (A) is added to the nMOSFET region.
s), boron (B) is introduced into the pMOSFET region by an ion implantation method. Then, as shown in FIG.
An n layer 74 and ap layer 76 (shallow diffusion layer) serving as a source or a drain are formed in the semiconductor substrate 2 on both sides of the gate pattern 22. In forming the n layer 74, As is set to 3
Using an acceleration voltage of about [keV], 5 × 10 14 [c
[m −2 ]. In the formation of the p layer 76, B is accelerated using an acceleration voltage of about 300 [eV].
Ion implantation is performed at a dose of about 5 × 10 14 [cm −2 ]. Further, using a high-speed heating and high-temperature method (RTA method),
The semiconductor substrate is heat-treated in a nitrogen atmosphere at about 0 ° C. for 5 seconds.

【0076】続いて、LPCVD法やプラズマCVD法
により、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜を膜厚
約500Å堆積する。そして、図31に示すように、反
応性イオンエッチング法によりゲートパターン22の側
壁部分のみにシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜を
残存させ、ゲート側壁膜78を形成する。
Subsequently, a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited to a thickness of about 500.degree. By LPCVD or plasma CVD. Then, as shown in FIG. 31, a silicon oxide film or a silicon nitride film is left only on the side wall portion of the gate pattern 22 by a reactive ion etching method to form a gate side wall film 78.

【0077】さらに、nMOSFET領域にはAsを、
pMOSFET領域にはBをイオン注入法により導入
し、図31に示すように、前記ゲート側壁膜78の両側
の半導体基板中にソースあるいはドレインとなるn
80及びp層82(深い拡散層)を形成する。n
80の形成では、Asを、通常用いられる条件、例えば
10〜50[keV]程度の加速電圧を用い、1×10
15〜7×1015[cm-2]程度のドーズ量でイオン注入
する。このとき、ゲートパターン(ゲート電極)22を
低抵抗化するために、ゲートパターン22にもAsをイ
オン注入する。p 層82の形成では、Bを3〜10
[keV]程度の加速電圧を用い、1×10 15〜7×1
15[cm-2]程度のドーズ量でイオン注入する。その
後、導入した前記不純物の活性化を行うために、例えば
高速昇高温法(RTA法)を用いて、1000℃で5秒
程度の熱処理を行う。この熱処理により、ゲートパター
ン22に導入された不純物の活性化も同時に行い、ゲー
ト電極の空乏化を抑制する。ここまでの工程を経た半導
体基板の構造を図31に示す。
Further, As is applied to the nMOSFET region,
B is introduced into the pMOSFET region by ion implantation.
Then, as shown in FIG. 31, both sides of the gate side wall film 78 are formed.
N as a source or a drain in a semiconductor substrate of+layer
80 and p+A layer 82 (deep diffusion layer) is formed. n+layer
In forming 80, As is treated under commonly used conditions, for example,
Using an acceleration voltage of about 10 to 50 [keV], 1 × 10
15~ 7 × 1015[Cm-2] Ion implantation with a dose of about
I do. At this time, the gate pattern (gate electrode) 22 is
In order to lower the resistance, As is also applied to the gate pattern 22.
Inject ON. p +In the formation of the layer 82, B is 3 to 10
Using an acceleration voltage of about [keV], 1 × 10 15~ 7 × 1
015[Cm-2] At a dose of about]. That
Later, in order to activate the introduced impurities, for example,
5 seconds at 1000 ° C using high-speed heating and high-temperature method (RTA method)
A degree of heat treatment is performed. This heat treatment allows the gate putter
At the same time, activation of the impurities introduced into the
Depletion of the electrode. Semiconductor that has gone through the steps up to this point
FIG. 31 shows the structure of the body substrate.

【0078】次に、希HF処理を行って、n層80
上、p層82上、及びゲートパターン22上のシリコ
ン酸化膜72aを除去する。その後、酸素雰囲気中での
プラズマ処理により、シリコン基板2表面に形成された
SiC層70を酸化して炭素を除去する。このように希
HF溶液に不溶のSiC層70をシリコン酸化膜に変容
させることにより、後述のコバルトシリサイドを形成す
るためのスパッタの前処理である希HF処理によって、
シリコン表面の酸化膜を除去することが可能となる。
Next, a dilute HF process is performed to form the n + layer 80.
The silicon oxide film 72a on the top, the p + layer 82, and the gate pattern 22 is removed. After that, by performing a plasma treatment in an oxygen atmosphere, the SiC layer 70 formed on the surface of the silicon substrate 2 is oxidized to remove carbon. By thus transforming the SiC layer 70 insoluble in the diluted HF solution into a silicon oxide film, a dilute HF process, which is a pretreatment of sputtering for forming cobalt silicide described later,
It becomes possible to remove the oxide film on the silicon surface.

【0079】半導体基板2表面の酸化膜を除去した後、
次のようなサリサイド工程を行う。まず、スパッタリン
グ法によりn層80上、p層82上、及びゲートパ
ターン22上にコバルト(Co)を膜厚約70Å形成す
る。続いて、500℃の窒素雰囲気中にて約60秒間熱
処理を行うことにより、シリサイデーション反応を起こ
させ、図32に示すように、n層80上、p層82
上、及びゲートパターン22上にコバルトモノシリサイ
ド膜84を形成する。その後、過酸化水素水と硫酸の混
合液により、未反応のコバルトを除去する。さらに、7
00℃の窒素雰囲気中において、60秒間熱処理を行う
ことにより、前記コバルトモノシリサイド膜84を相転
移させて低抵抗化する。ここまでの工程を経た半導体基
板の構造を図32に示す。
After removing the oxide film on the surface of the semiconductor substrate 2,
The following salicide process is performed. First, cobalt (Co) is formed to a thickness of about 70 ° on the n + layer 80, the p + layer 82, and the gate pattern 22 by a sputtering method. Subsequently, a heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 500 ° C. for about 60 seconds to cause a silicidation reaction, and as shown in FIG. 32, on the n + layer 80 and the p + layer 82
A cobalt monosilicide film 84 is formed on the upper surface and the gate pattern 22. Thereafter, unreacted cobalt is removed by a mixed solution of a hydrogen peroxide solution and sulfuric acid. In addition, 7
By performing a heat treatment in a nitrogen atmosphere at 00 ° C. for 60 seconds, the cobalt monosilicide film 84 undergoes a phase transition to reduce the resistance. FIG. 32 shows the structure of the semiconductor substrate having undergone the above steps.

【0080】この後は、層間絶縁膜であるシリコン酸化
膜を通常用いられる方法で堆積する。さらに、前記層間
絶縁膜へのコンタクトホールの開口、このコンタクトホ
ールへのメタル埋め込みなどの通常、用いられている方
法を用いて、MOSFETに配線を形成し、CMOS
LSIを形成する。
Thereafter, a silicon oxide film serving as an interlayer insulating film is deposited by a commonly used method. Further, a wiring is formed in the MOSFET by using a commonly used method such as opening a contact hole in the interlayer insulating film and embedding a metal in the contact hole, thereby forming a CMOS.
An LSI is formed.

【0081】このような半導体装置の製造方法では、ポ
リシリコンのゲート電極を形成後、ゲート絶縁膜の信頼
性を確保するために必要な工程である後酸化を施す前
に、半導体基板中に炭素をイオン注入することによりS
iC層を形成して、後酸化工程におけるシリコン基板表
面の酸化レートを低下させる。一方、ゲート電極の側壁
には炭素が導入されないため、その側壁は通常の酸化レ
ートで酸化される。これにより、異方性を有する酸化プ
ロセスを実現することができる。したがって、同一の酸
化プロセスによって、シリコン基板表面に形成される酸
化膜の膜厚は薄く、ゲート電極の側壁に形成される酸化
膜の膜厚はシリコン基板表面の酸化膜より厚く形成する
ことができる。これにより、ソース、ドレイン拡散層を
形成する際に必要なイオン注入工程において好ましい構
造、すなわち半導体基板表面上の酸化膜の膜厚は薄く、
一方でゲート電極側壁の酸化膜の膜厚は厚く形成するこ
とが可能となる。この製造方法を用いれば、微細化CM
OSFETを実現するために必須である浅い接合に対し
て対応でき、かつゲート絶縁膜の絶縁耐圧などの信頼性
も確保できる半導体装置が形成できる。
In such a method of manufacturing a semiconductor device, after forming a gate electrode of polysilicon, before performing post-oxidation, which is a step necessary to secure the reliability of the gate insulating film, carbon dioxide is added to the semiconductor substrate. By ion implantation of
An iC layer is formed to lower the oxidation rate of the silicon substrate surface in the post-oxidation step. On the other hand, since no carbon is introduced into the side wall of the gate electrode, the side wall is oxidized at a normal oxidation rate. Thereby, an oxidation process having anisotropy can be realized. Therefore, by the same oxidation process, the thickness of the oxide film formed on the surface of the silicon substrate can be reduced, and the thickness of the oxide film formed on the side wall of the gate electrode can be formed thicker than the oxide film on the surface of the silicon substrate. . Thereby, the preferred structure in the ion implantation step required when forming the source and drain diffusion layers, that is, the thickness of the oxide film on the surface of the semiconductor substrate is small,
On the other hand, the thickness of the oxide film on the side wall of the gate electrode can be increased. If this manufacturing method is used, finer CM
A semiconductor device which can cope with a shallow junction which is indispensable for realizing an OSFET and which can secure reliability such as a withstand voltage of a gate insulating film can be formed.

【0082】以上説明したようにこの第4の実施の形態
によれば、ソース、ドレイン拡散層形成のためのイオン
注入工程前に、同一の熱酸化工程によりシリコン基板表
面に薄膜の酸化膜を形成できると共に、ゲート電極側壁
及びゲートエッジ端に信頼性を確保するのに十分な膜厚
の酸化膜を形成できることより、微細化に対応可能な半
導体装置の製造方法を提供できる。
As described above, according to the fourth embodiment, a thin oxide film is formed on the silicon substrate surface by the same thermal oxidation process before the ion implantation process for forming the source and drain diffusion layers. In addition, a method for manufacturing a semiconductor device which can cope with miniaturization can be provided because an oxide film having a thickness sufficient to secure reliability can be formed on the side wall of the gate electrode and the edge of the gate edge.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、ソ
ース、ドレイン拡散層形成のためのイオン注入工程前
に、同一の熱酸化工程によりシリコン基板表面に薄膜の
酸化膜を形成できると共に、ゲート電極側壁及びゲート
エッジ端に信頼性を確保するのに十分な膜厚の酸化膜を
形成できることより、微細化に対応可能な半導体装置の
製造方法を提供することができる。
As described above, according to the present invention, a thin oxide film can be formed on the silicon substrate surface by the same thermal oxidation process before the ion implantation process for forming the source and drain diffusion layers. Since an oxide film having a thickness sufficient to ensure reliability can be formed on the gate electrode side wall and the gate edge end, a method for manufacturing a semiconductor device which can cope with miniaturization can be provided.

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

【図1】第1〜第4の実施の形態の半導体装置の製造方
法を示す第1工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device in a first step showing a method of manufacturing a semiconductor device according to first to fourth embodiments.

【図2】第1〜第4の実施の形態の半導体装置の製造方
法を示す第2工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device in a second step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first to fourth embodiments;

【図3】第1〜第4の実施の形態の半導体装置の製造方
法を示す第3工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device in a third step showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first to fourth embodiments;

【図4】第1〜第4の実施の形態の半導体装置の製造方
法を示す第4工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor device in a fourth step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first to fourth embodiments;

【図5】第1〜第4の実施の形態の半導体装置の製造方
法を示す第5工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device in a fifth step showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first to fourth embodiments;

【図6】第1〜第4の実施の形態の半導体装置の製造方
法を示す第6工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of the semiconductor device in a sixth step showing the method for manufacturing the semiconductor device of the first to fourth embodiments;

【図7】第1、第3、第4の実施の形態の半導体装置の
製造方法を示す第7工程における半導体装置の断面図で
ある。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor device in a seventh step showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first, third, and fourth embodiments.

【図8】第1、第3の実施の形態の半導体装置の製造方
法を示す第8工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the semiconductor device in an eighth step illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first and third embodiments.

【図9】第1、第3の実施の形態の半導体装置の製造方
法を示す第9工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the semiconductor device in a ninth step showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first and third embodiments.

【図10】第1の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第10工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of the semiconductor device in a tenth step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment;

【図11】第1の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第11工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 11 is a sectional view of the semiconductor device in an eleventh step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment;

【図12】第1の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第12工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the semiconductor device in a twelfth step showing the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図13】(a)は前記第1の実施の形態におけるゲー
トパターンのエッジ端の断面図、(b)は窒素を導入し
ない場合のゲートパターンのエッジ端の断面図である。
FIG. 13A is a sectional view of an edge end of the gate pattern in the first embodiment, and FIG. 13B is a sectional view of an edge end of the gate pattern when nitrogen is not introduced.

【図14】(a)は半導体装置におけるシリコン層とコ
バルトシリサイド膜との境界面の平均ラフネスを示す図
であり、(b)は前記シリコン層表面の山と谷の最大差
を示す図である。
14A is a diagram showing an average roughness of a boundary surface between a silicon layer and a cobalt silicide film in a semiconductor device, and FIG. 14B is a diagram showing a maximum difference between a peak and a valley on the surface of the silicon layer. .

【図15】第2の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第7工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 15 is a sectional view of the semiconductor device in a seventh step showing the method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment;

【図16】第2の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第8工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 16 is a sectional view of the semiconductor device in an eighth step showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment;

【図17】第2の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第9工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view of the semiconductor device in a ninth step showing the method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment.

【図18】第2の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第10工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 18 is a sectional view of the semiconductor device in a tenth step showing the method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment.

【図19】第3の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第11工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 19 is a sectional view of the semiconductor device in an eleventh step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment;

【図20】第4の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第12工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 20 is a sectional view of the semiconductor device in a twelfth step showing the method for manufacturing the semiconductor device of the fourth embodiment;

【図21】第5の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第13工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 21 is a sectional view of the semiconductor device in a thirteenth step showing the method for manufacturing the semiconductor device of the fifth embodiment.

【図22】(a)は前記第2の実施の形態におけるゲー
トパターンのエッジ端の断面図、(b)は窒素を導入し
ない場合のゲートパターンのエッジ端の断面図である。
FIG. 22A is a sectional view of an edge end of a gate pattern in the second embodiment, and FIG. 22B is a sectional view of an edge end of the gate pattern when nitrogen is not introduced.

【図23】第3の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第10工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 23 is a cross-sectional view of the semiconductor device in a tenth step showing the method for manufacturing the semiconductor device of the third embodiment.

【図24】第3の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第11工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 24 is a sectional view of the semiconductor device in an eleventh step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment;

【図25】第3の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第12工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 25 is a cross-sectional view of the semiconductor device in a twelfth step showing the method for manufacturing the semiconductor device of the third embodiment.

【図26】第3の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第13工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 26 is a sectional view of the semiconductor device in a thirteenth step showing the method for manufacturing the semiconductor device of the third embodiment.

【図27】第4の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第8工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 27 is a sectional view of the semiconductor device in an eighth step showing the method of manufacturing the semiconductor device of the fourth embodiment;

【図28】第4の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第9工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 28 is a sectional view of the semiconductor device in a ninth step of the method for manufacturing the semiconductor device of the fourth embodiment.

【図29】第4の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第10工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 29 is a sectional view of the semiconductor device in a tenth step showing the method for manufacturing the semiconductor device of the fourth embodiment;

【図30】第4の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第11工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 30 is a cross-sectional view of the semiconductor device in an eleventh step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment.

【図31】第4の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第12工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 31 is a sectional view of the semiconductor device in a twelfth step showing the method for manufacturing the semiconductor device of the fourth embodiment;

【図32】第4の実施の形態の半導体装置の製造方法を
示す第13工程における半導体装置の断面図である。
FIG. 32 is a sectional view of the semiconductor device in a thirteenth step showing the method for manufacturing the semiconductor device of the fourth embodiment;

【図33】(a)は前記第4の実施の形態におけるゲー
トパターンのエッジ端の断面図、(b)は窒素を導入し
ない場合のゲートパターンのエッジ端の断面図である。
FIG. 33A is a sectional view of an edge end of a gate pattern in the fourth embodiment, and FIG. 33B is a sectional view of an edge end of the gate pattern when nitrogen is not introduced.

【図34】(a)はイオン注入によりシリコン中にヒ素
(As)を導入する際の加速電圧と平均飛程との関係を
示す図であり、(b)はシリコン中にボロン(B)を導
入する際の加速電圧と平均飛程との関係を示す図であ
る。
34A is a diagram showing a relationship between an acceleration voltage and an average range when arsenic (As) is introduced into silicon by ion implantation, and FIG. 34B is a diagram showing boron (B) in silicon. It is a figure which shows the relationship between the acceleration voltage at the time of introduction, and an average range.

【図35】従来のMOSFETの製造工程における後酸
化後の構造を示す断面図である。
FIG. 35 is a cross-sectional view showing a structure after post-oxidation in a conventional MOSFET manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…p形シリコン半導体基板 4…シリコン酸化膜 6…シリコン窒化膜 8…レジストパターン 10…シリコン溝 12…素子分離領域 14…シリコン酸化膜 16…pウェル領域 18…nウェル領域 20…シリコン酸化膜 22…ゲートパターン(ゲート電極) 22a…ポリシリコン膜 24…レジストパターン 26a…シリコン酸化膜 26b…シリコン酸化膜 28…n層 30…p層 32…ゲート側壁膜 34…n層 36…p層 38…コバルトモノシリサイド膜 40a…シリコン酸化膜 40b…シリコン窒化膜 42…ゲートパターン 44a…シリコン酸化膜 44b…シリコン酸化膜 46…n層 48…p層 50…ゲート側壁膜 52…n層 54…p層 56…コバルトモノシリサイド膜 58…n層 60…p層 62…ゲート側壁膜 64…n層 66…p層 68…コバルトモノシリサイド膜 70…SiC層 72a…シリコン酸化膜 72b…シリコン酸化膜 74…n層 76…p層 78…ゲート側壁膜 80…n層 82…p層 84…コバルトモノシリサイド膜2 ... p-type silicon semiconductor substrate 4 ... silicon oxide film 6 ... silicon nitride film 8 ... resist pattern 10 ... silicon groove 12 ... element isolation region 14 ... silicon oxide film 16 ... p-well region 18 ... n-well region 20 ... silicon oxide film 22 gate pattern (gate electrode) 22a polysilicon film 24 resist pattern 26a silicon oxide film 26b silicon oxide film 28 n - layer 30 p - layer 32 gate sidewall film 34 n + layer 36 p + Layer 38 ... cobalt monosilicide film 40a ... silicon oxide film 40b ... silicon nitride film 42 ... gate pattern 44a ... silicon oxide film 44b ... silicon oxide film 46 ... n - layer 48 ... p - layer 50 ... gate sidewall film 52 ... n + Layer 54 ... p + layer 56 ... cobalt monosilicide film 58 ... n - layer 60 ... p - layer 62 ... gate sidewall film 64 ... n + layer 66 ... p + layer 68 ... cobalt monosilicide film 70 ... SiC layer 72a ... silicon oxide film 72b ... silicon oxide film 74 ... n - layer 76 ... p - layer 78 ... gate sidewall film 80 ... n + layer 82 ... p + layer 84 ... cobalt monosilicide film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/336 H01L 29/78 301P 301S Fターム(参考) 4M104 AA01 BB01 BB20 CC01 CC05 DD03 DD04 DD37 DD65 DD80 DD84 DD88 DD89 EE03 EE12 EE17 FF14 GG10 HH14 5F040 DA19 DB03 DC01 EC01 EC04 EC07 EC13 ED01 ED05 EF02 EF11 EH02 EK05 FA03 FA05 FA07 FA16 FA19 FB02 FB04 FC00 FC04 FC10 FC15 FC19 5F048 AA07 AC03 BA01 BB05 BB08 BB11 BB12 BC06 BE03 BF02 BG14 DA18 DA25 DA27 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 21/336 H01L 29/78 301P 301S F term (Reference) 4M104 AA01 BB01 BB20 CC01 CC05 DD03 DD04 DD37 DD65 DD80 DD84 DD88 DD89 EE03 EE12 EE17 FF14 GG10 HH14 5F040 DA19 DB03 DC01 EC01 EC04 EC07 EC13 ED01 ED05 EF02 EF11 EH02 EK05 FA03 FA05 FA07 FA16 FA19 FB02 FB04 FC00 FC04 FC10 FC15 FC19 5F048 AA07 AC03 BA01 BB05 BB05 DA02

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコンの半導体基板上にゲート絶縁膜
を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側の前記半導体基板内にシリコンの
酸化を遅らせる元素を導入する工程と、 前記元素を導入する工程の後、熱酸化を行い、前記半導
体基板上に第1のシリコン酸化膜を形成し、同時に前記
ゲート電極の側壁上に前記第1のシリコン酸化膜より膜
厚が厚い第2のシリコン酸化膜を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側の前記半導体基板内にソースある
いはドレインとなる拡散層を形成する工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming a gate insulating film on a silicon semiconductor substrate; a step of forming a gate electrode on the gate insulating film; and delaying oxidation of silicon in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. After the step of introducing an element and the step of introducing the element, thermal oxidation is performed to form a first silicon oxide film on the semiconductor substrate, and at the same time, the first silicon oxide film is formed on a sidewall of the gate electrode. Forming a second silicon oxide film thicker than a film; and forming a diffusion layer serving as a source or a drain in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】 シリコンの半導体基板上にシリコン酸化
膜、シリコン窒化膜の順で積層されたゲート絶縁膜を形
成する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側の前記半導体基板上に形成された
前記シリコン窒化膜を除去する工程と、 前記ゲート電極の両側の前記半導体基板内にシリコンの
酸化を遅らせる元素を導入する工程と、 前記元素を導入する工程の後、熱酸化を行い、前記半導
体基板上に第1のシリコン酸化膜を形成し、同時に前記
ゲート電極の側壁上に前記第1のシリコン酸化膜より膜
厚が厚い第2のシリコン酸化膜を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側の前記半導体基板内にソースある
いはドレインとなる拡散層を形成する工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A step of forming a gate insulating film in which a silicon oxide film and a silicon nitride film are stacked in this order on a silicon semiconductor substrate; a step of forming a gate electrode on the gate insulating film; Removing the silicon nitride film formed on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode; introducing an element that delays oxidation of silicon into the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode; and introducing the element Thereafter, thermal oxidation is performed to form a first silicon oxide film on the semiconductor substrate, and at the same time, a second silicon oxide film having a thickness larger than the first silicon oxide film on the side wall of the gate electrode. Forming a diffusion layer serving as a source or a drain in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. Method.
【請求項3】 シリコンの半導体基板上にゲート絶縁膜
を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側の前記半導体基板内にシリコンの
酸化を遅らせる元素を導入する工程と、 前記元素を導入する工程の後、熱酸化を行い、前記半導
体基板上に第1のシリコン酸化膜を形成し、同時に前記
ゲート電極の側壁上に前記第1のシリコン酸化膜より膜
厚が厚い第2のシリコン酸化膜を形成する工程と、 前記半導体基板上の前記第1のシリコン酸化膜は除去
し、同時に前記ゲート電極の側壁上には前記第2のシリ
コン酸化膜を残存させる工程と、 前記ゲート電極の両側の前記半導体基板内にソースある
いはドレインとなる拡散層を形成する工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A step of forming a gate insulating film on a silicon semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and delaying oxidation of silicon in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. After the step of introducing an element and the step of introducing the element, thermal oxidation is performed to form a first silicon oxide film on the semiconductor substrate, and at the same time, the first silicon oxide film is formed on a sidewall of the gate electrode. Forming a second silicon oxide film having a thickness greater than that of the film; removing the first silicon oxide film on the semiconductor substrate; and simultaneously forming the second silicon oxide film on a side wall of the gate electrode. And a step of forming a diffusion layer serving as a source or a drain in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. .
【請求項4】 シリコンの半導体基板上にゲート絶縁膜
を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にシリコンからなるゲート電極を形
成する工程と、 前記ゲート電極の両側の前記半導体基板内、及び前記ゲ
ート電極上部にシリコンの酸化を遅らせる元素を導入す
る工程と、 前記元素を導入する工程の後、熱酸化を行い、前記半導
体基板上、及び前記ゲート電極上部に第1のシリコン酸
化膜を形成し、同時に前記ゲート電極の側壁上に前記第
1のシリコン酸化膜より膜厚が厚い第2のシリコン酸化
膜を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側の前記半導体基板内にソースある
いはドレインとなる第1の拡散層を形成する工程と、 前記第1の拡散層を形成する工程の後、絶縁膜を堆積し
前記ゲート電極の側壁上のみに前記絶縁膜を残存させて
ゲート側壁膜を形成する工程と、 前記ゲート側壁膜の両側の前記半導体基板内にソースあ
るいはドレインとなる前記第1の拡散層より深い第2の
拡散層を形成する工程と、 前記第2の拡散層上及びゲート電極上の前記第1のシリ
コン酸化膜を除去する工程と、 前記第2の拡散層上及びゲート電極上に高融点金属膜を
形成する工程と、 前記高融点金属をシリサイド化して前記第2の拡散層上
及びゲート電極上に金属シリサイド膜を形成する工程
と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. A step of forming a gate insulating film on a silicon semiconductor substrate; a step of forming a gate electrode made of silicon on the gate insulating film; A step of introducing an element that delays the oxidation of silicon over the gate electrode; and a step of introducing the element, and then performing thermal oxidation to form a first silicon oxide film over the semiconductor substrate and over the gate electrode. Simultaneously forming a second silicon oxide film having a thickness greater than that of the first silicon oxide film on the side wall of the gate electrode; and forming a second source or drain in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. After the step of forming the first diffusion layer and the step of forming the first diffusion layer, an insulating film is deposited, and the insulating film is left only on the side wall of the gate electrode. Forming a side wall film; forming a second diffusion layer deeper than the first diffusion layer serving as a source or a drain in the semiconductor substrate on both sides of the gate side wall film; Removing the first silicon oxide film on the upper and gate electrodes; forming a refractory metal film on the second diffusion layer and the gate electrode; silicidizing the refractory metal to form the refractory metal; Forming a metal silicide film on the second diffusion layer and the gate electrode.
【請求項5】 シリコンの半導体基板に素子領域を区画
するための素子分離領域を形成する工程と、 前記半導体基板の前記素子領域にpウェル領域、nウェ
ル領域を形成する工程と、 前記素子領域上にゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にシリコンからなるゲート電極を形
成する工程と、 前記ゲート電極の両側の前記pウェル領域内及びnウェ
ル領域内、前記ゲート電極上部にシリコンの酸化を遅ら
せる元素を導入する工程と、 前記元素を導入する工程の後、熱酸化を行い、前記pウ
ェル領域上、前記nウェル領域上、及び前記ゲート電極
上部に第1のシリコン酸化膜を形成し、同時に前記ゲー
ト電極の側壁上に前記第1のシリコン酸化膜より厚い第
2のシリコン酸化膜を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側の前記pウェル領域内及びnウェ
ル領域内にソースあるいはドレインとなる浅い拡散層を
形成する工程と、 前記浅い拡散層を形成する工程の後、絶縁膜を堆積し前
記ゲート電極の側壁上のみに前記絶縁膜を残存させてゲ
ート側壁膜を形成する工程と、 前記ゲート側壁膜の両側の前記pウェル領域内及びnウ
ェル領域内にソースあるいはドレインとなる深い拡散層
を形成する工程と、 前記深い拡散層上及びゲート電極上の前記第1のシリコ
ン酸化膜を除去する工程と、 前記深い拡散層上及びゲート電極上に高融点金属膜を形
成する工程と、 前記高融点金属をシリサイド化して前記深い拡散層上及
びゲート電極上に金属シリサイド膜を形成する工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. A step of forming an element isolation region for partitioning an element region on a silicon semiconductor substrate; a step of forming a p-well region and an n-well region in the element region of the semiconductor substrate; Forming a gate insulating film thereon; forming a gate electrode made of silicon on the gate insulating film; in the p-well region and the n-well region on both sides of the gate electrode; A step of introducing an element that delays oxidation of silicon; and a step of performing a thermal oxidation after the step of introducing the element to form a first silicon oxide film on the p-well region, the n-well region, and the gate electrode. Forming a second silicon oxide film thicker than the first silicon oxide film on the side wall of the gate electrode at the same time; and forming the p on both sides of the gate electrode. A step of forming a shallow diffusion layer serving as a source or a drain in a well region and an n-well region; and a step of forming the shallow diffusion layer. After that, an insulating film is deposited, and the insulating film is formed only on sidewalls of the gate electrode. Forming a gate side wall film while leaving a deep diffusion layer serving as a source or a drain in the p well region and the n well region on both sides of the gate side wall film; Removing the first silicon oxide film on the gate electrode; forming a refractory metal film on the deep diffusion layer and the gate electrode; siliciding the refractory metal to form the deep diffusion layer Forming a metal silicide film on the gate electrode and on the gate electrode.
【請求項6】 前記ゲート電極は、ポリシリコン膜から
なることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに
記載の半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the gate electrode is made of a polysilicon film.
【請求項7】 前記ゲート電極は、アモルファスシリコ
ン膜からなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれ
か1つに記載の半導体装置の製造方法。
7. The method according to claim 1, wherein the gate electrode is made of an amorphous silicon film.
【請求項8】 前記元素を導入する工程おける元素は窒
素であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1
つに記載の半導体装置の製造方法。
8. The method according to claim 1, wherein the element in the step of introducing the element is nitrogen.
5. A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above.
【請求項9】 前記窒素は、イオン注入法により導入さ
れることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製
造方法。
9. The method according to claim 8, wherein the nitrogen is introduced by an ion implantation method.
【請求項10】 前記イオン注入法における注入条件
は、加速電圧が10[keV]程度、ドーズ量が1×1
14〜1×1015[cm-2]程度であることを特徴とす
る請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
10. The implantation conditions in the ion implantation method include an acceleration voltage of about 10 keV and a dose of 1 × 1.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the value is about 0 14 to 1 × 10 15 [cm −2 ].
【請求項11】 前記元素を導入する工程の後に行われ
る熱酸化は、900℃程度の酸素雰囲気中で行われるこ
とを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方
法。
11. The method according to claim 9, wherein the thermal oxidation performed after the step of introducing the element is performed in an oxygen atmosphere at about 900 ° C.
【請求項12】 前記元素を導入する工程おける元素は
炭素であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか
1つに記載の半導体装置の製造方法。
12. The method according to claim 1, wherein the element in the step of introducing the element is carbon.
【請求項13】 前記炭素は、イオン注入法により導入
されることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置
の製造方法。
13. The method according to claim 12, wherein the carbon is introduced by an ion implantation method.
【請求項14】 前記イオン注入法における注入条件
は、加速電圧が1[keV]程度、ドーズ量が5×10
14[cm-2]程度であることを特徴とする請求項13に
記載の半導体装置の製造方法。
14. An ion implantation method according to claim 1, wherein an acceleration voltage is about 1 keV and a dose is 5 × 10 5.
14. The method according to claim 13, wherein the pressure is about 14 [cm -2 ].
【請求項15】 シリコンの半導体基板上にゲート絶縁
膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側の前記半導体基板内に炭素を導入
する工程と、 前記炭素を導入する工程の後、熱処理を行い、前記半導
体基板の上部にシリコンカーバイド層を形成する工程
と、 前記シリコンカーバイド層を形成する工程の後、熱酸化
を行い、前記半導体基板の上部に第1のシリコン酸化膜
を形成し、同時に前記ゲート電極の側壁上に前記第1の
シリコン酸化膜より膜厚が厚い第2のシリコン酸化膜を
形成する工程と、 前記ゲート電極の両側の前記半導体基板内にソースある
いはドレインとなる拡散層を形成する工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
15. A step of forming a gate insulating film on a silicon semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a step of introducing carbon into the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. After the step of introducing carbon, a heat treatment is performed to form a silicon carbide layer on the semiconductor substrate; and, after the step of forming the silicon carbide layer, thermal oxidation is performed. Forming a first silicon oxide film on the upper portion, and simultaneously forming a second silicon oxide film thicker than the first silicon oxide film on a side wall of the gate electrode; Forming a diffusion layer serving as a source or a drain in the semiconductor substrate.
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