JP2002009280A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

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JP2002009280A
JP2002009280A JP2000187678A JP2000187678A JP2002009280A JP 2002009280 A JP2002009280 A JP 2002009280A JP 2000187678 A JP2000187678 A JP 2000187678A JP 2000187678 A JP2000187678 A JP 2000187678A JP 2002009280 A JP2002009280 A JP 2002009280A
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gate
insulating film
gate insulating
semiconductor device
transistor
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JP2000187678A
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Japanese (ja)
Inventor
Narihiro Morosawa
成浩 諸沢
Hiroshi Iwata
浩 岩田
Seizo Kakimoto
誠三 柿本
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Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a highly reliable insulated gate transistor with small dispersion, excellent in transistor characteristic even in a short-gate PMOS transistor. SOLUTION: This semiconductor device includes nitrogen in a gate insulation film 205 of an insulated gate field effect transistor formed in a region of width less than 1.5 μm in the length direction of the gate, and in the interface between a semiconductor substrate 201 and the gate insulation film 205. The concentration of nitrogen included in the interface of the gate insulation film 205 is more than 1×1020 (/cm3), and it also includes a halogen element. Nitrogen in the interface between the semiconductor substrate 201 and the gate insulation film 205 prevents diffusion of boron from source and drain part 208 to suppress abnormal diffusion of boron, and simultaneously, the halogen element in the gate insulation film 205 serves to prevent the degradation of the characteristic of the interface of a channel and gate insulation film.

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、絶縁ゲート型ト
ランジスタにおけるゲート絶縁膜を備えた半導体装置と
その製造方法に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor device having a gate insulating film in an insulated gate transistor and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、トランジスタのサイズは、従来の
トレンドに従い、ますます微細化が進展している。この
ため、トランジスタにおけるしきい値電圧のバラツキ抑
制および短チャネル効果の抑制の必要性が有る。
2. Description of the Related Art In recent years, transistors have been increasingly miniaturized in accordance with the conventional trend. For this reason, there is a need to suppress variations in threshold voltage of the transistor and the short channel effect.

【0003】このため、NMOSでは、N型不純物を含
んだゲートを用いた表面チャネル型のトランジスタを用
いたデュアルゲート構造を有するCMOSの開発が行わ
れている。また、PMOSでは、P型不純物を含んだゲ
ートを用いた表面チャネル型のトランジスタを用いたデ
ュアルゲート構造を有するCMOSの開発が行われてい
る。このことは、たとえば、インターナショナル エレ
クトロン デバイスイズミーティング(International
Electron Devices Meeting)1996 p555〜558に報告さ
れている。
For this reason, in the case of NMOS, a CMOS having a dual gate structure using a surface channel type transistor using a gate containing an N-type impurity has been developed. In the case of PMOS, a CMOS having a dual gate structure using a surface channel type transistor using a gate containing a P-type impurity has been developed. This is the case, for example, with the International Electron Devices Meeting.
Electron Devices Meeting, 1996, p555-558.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らは、上記表面チャネル型のトランジスタでデュアル
ゲート構造のCMOSを形成した場合、トランジスタの
微細化にともなって、以下の問題点が存在することを、
実験の結果から見い出した。
However, the present inventors have found that when a CMOS having a dual gate structure is formed using the above surface channel type transistors, the following problems exist as the transistors are miniaturized. To
It was found from the results of the experiment.

【0005】すなわち、素子形成領域が小さくなるにつ
れて、素子形成領域の基板面方位の変化や素子分離領域
の応力の影響が大きくなることに起因し、素子形成領域
幅が1.5μm以下では、PMOSトランジスタのチャ
ネル長が0.3μmよりも小さくなると、ソース・ドレ
イン部からボロンが拡散するという問題が生じるという
ことを見い出した。
That is, as the element formation region becomes smaller, the effect of the change in the substrate plane orientation of the element formation region and the stress of the element isolation region becomes greater. It has been found that if the channel length of the transistor is smaller than 0.3 μm, there arises a problem that boron diffuses from the source / drain portions.

【0006】なお、この現象は、従来報告されているP
MOSトランジスタにおけるゲート電極からのボロンの
突き抜け現象ではない。
[0006] This phenomenon is caused by the previously reported P
This is not a phenomenon of penetration of boron from a gate electrode in a MOS transistor.

【0007】この現象は、素子分離領域とゲート電極と
が近接した場合に、ソース・ドレイン部に含まれるボロ
ンが、チャネル方向に対して局所的に異常拡散し、局所
的に実効チャネル長が短くなる領域が発生することに起
因する。そのため、局所的なトランジスタの短チャネル
化と共に、PMOSトランジスタ特性におけるS係数が
大きくばらつく現象が生じる。この結果として、トラン
ジスタのオフリーク電流の増大につながり、トランジス
タゲート長の縮小化を阻害する大きな要因となる。
[0007] This phenomenon is that when the element isolation region and the gate electrode are close to each other, boron contained in the source / drain portion locally diffuses abnormally in the channel direction, and the effective channel length becomes short locally. Due to the occurrence of an area. As a result, a phenomenon occurs in which the S-coefficient in the PMOS transistor characteristics greatly varies with the local shortening of the transistor channel. As a result, the off-leak current of the transistor increases, which is a major factor that hinders the reduction of the transistor gate length.

【0008】特に、MOSFETを用いたLSIの業界
動向として、今後、ますます、微細化が進む方向にあ
る。微細化ルールの最小加工寸法をFと定義した場合、
ロジックゲートのゲート長Lは、一般的に、最小加工寸
法Fで加工される。このとき、ゲート電極長手方向(ト
ランジスタのW方向)に対する垂直方向(ゲート長方向)
における、ゲート−素子分離間マージン(一般的にソー
ス,ドレイン領域それぞれの幅)は、2.5F〜3Fの幅
で形成されていた。これは、上記ソース,ドレイン領域
に、上部配線と接続するためのコンタクト孔を設ける領
域を確保する必要があるためである。
In particular, as the trend of LSIs using MOSFETs, miniaturization will be more and more advanced in the future. When the minimum processing dimension of the miniaturization rule is defined as F,
The gate length L of the logic gate is generally processed with a minimum processing dimension F. At this time, a direction perpendicular to the longitudinal direction of the gate electrode (W direction of the transistor) (gate length direction)
In (2), the margin between the gate and the element isolation (generally, the width of each of the source and drain regions) was formed to have a width of 2.5F to 3F. This is because it is necessary to secure a region for providing a contact hole for connecting to the upper wiring in the source and drain regions.

【0009】つまり、図11(A)に示す活性領域10
1,ゲート102とコンタクト103との間の関係にお
いて、ゲート−素子分離間マージンは、コンタクト−ゲ
ートマージンZaと、コンタクト径Zbと、コンタクト
−素子分離間マージンZcとの和(Za+Zb+Zc)で
決められた。
That is, the active region 10 shown in FIG.
1. In the relationship between the gate 102 and the contact 103, the gate-to-element separation margin is determined by the sum (Za + Zb + Zc) of the contact-to-gate margin Za, the contact diameter Zb, and the contact-to-element separation margin Zc. Was.

【0010】しかしながら、近年、コンタクトエッチン
グ技術の発展により、セルフアラインコンタクト技術が
用いられるようになり、図11(B)に示すように、活性
領域101におけるソース,ドレイン領域の幅を、2.5
F〜3Fに対して、大幅に縮少することが可能となって
きた。上記ソース,ドレイン領域の幅を縮小することに
より、ソース,ドレイン領域の接合寄生容量が減少し、
高速,低消費電力化につながる。このため、今後ますま
す、ソース,ドレイン領域の幅は縮小する方向にある。
However, in recent years, with the development of the contact etching technique, a self-aligned contact technique has been used. As shown in FIG. 11B, the width of the source / drain region in the active region 101 is reduced to 2.5.
It has become possible to greatly reduce the size of F to 3F. By reducing the width of the source and drain regions, the junction parasitic capacitance of the source and drain regions decreases,
It leads to high speed and low power consumption. For this reason, the width of the source and drain regions will be reduced in the future.

【0011】しかしながら、素子形成領域長が1.5μ
m以下になると、PMOSトランジスタの場合、ソー
ス,ドレイン領域からボロンが局所的に異常拡散すると
いう現象が生じることを我々は見い出した。この現象
は、素子分離領域の応力とゲート電極の応力に起因する
ものと伺える。
However, the element formation region length is 1.5 μm.
We have found that, when it is less than m, in the case of a PMOS transistor, a phenomenon occurs in which boron locally diffuses abnormally from the source and drain regions. This phenomenon seems to be caused by the stress of the element isolation region and the stress of the gate electrode.

【0012】このような素子形成領域のPMOSトラン
ジスタを形成した場合には、ゲート長Lが0.3μmよ
り小さくなると、部分的にチャネル長が短くなる領域が
発生し、局所的な短チャネル効果の発生によりS係数が
増大する。その結果、PMOSトランジスタのオフリー
ク電流が増大し、微細ゲート長トランジスタを形成する
ことができず、トランジスタの微細化を阻む大きな阻害
要因となる。
When a PMOS transistor in such an element formation region is formed, when the gate length L is smaller than 0.3 μm, a region where the channel length is partially reduced occurs, and the local short channel effect is reduced. The occurrence increases the S coefficient. As a result, the off-leak current of the PMOS transistor increases, so that a transistor with a small gate length cannot be formed, which is a major obstacle to miniaturization of the transistor.

【0013】また、上記現象(ボロンの拡散)は、ゲート
端直下におけるソース,ドレイン領域の不純物濃度が高
い程、起こり易いことが分かった。すなわち、近年、低
エネルギーイオン注入技術が進展し、ゲート端の下部に
おける不純物濃度が増大する傾向にあるが、この部分の
濃度が増大することで、ますます、チャネル領域への不
純物の拡散が顕著になり、微細トランジスタの形成がま
すます困難になって、大きな問題となる。
Further, it has been found that the above phenomenon (boron diffusion) is more likely to occur as the impurity concentration in the source and drain regions immediately below the gate end is higher. In other words, in recent years, the low-energy ion implantation technology has progressed, and the impurity concentration in the lower part of the gate end tends to increase. However, as the concentration in this part increases, the diffusion of the impurity into the channel region becomes more remarkable. And it becomes more difficult to form a fine transistor, which is a major problem.

【0014】そこで、この発明の目的は、このようなソ
ース・ドレイン部からのボロンの拡散によるトランジス
タ特性の悪化および特性バラツキの増大を低減すること
にあり、発明者らが鋭意研究を重ねた結果なされた。
An object of the present invention is to reduce the deterioration of transistor characteristics and the increase in characteristic variations due to the diffusion of boron from the source / drain portions. It was done.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の半導体装置は、絶縁ゲート型電界効果型
トランジスタを含み、素子分離領域と素子形成領域を持
つ半導体基板上に形成された半導体装置であって、ゲー
ト長手方向の幅が1.5μm以下の領域に形成された上
記絶縁ゲート型電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜
中および、上記半導体基板とゲート絶縁膜界面に窒素を
含むことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes an insulated gate field effect transistor and is formed on a semiconductor substrate having an element isolation region and an element formation region. An apparatus, comprising: a gate insulating film of the insulated gate field effect transistor formed in a region having a width in a gate longitudinal direction of 1.5 μm or less, and including nitrogen at an interface between the semiconductor substrate and the gate insulating film. Features.

【0016】この発明では、半導体基板とゲート絶縁膜
界面の窒素が、ボロンの異常拡散を抑制するから、上述
のようなソース・ドレイン部からのボロンの拡散を防い
で、トランジスタ特性の悪化および特性バラツキ増大を
低減できる。
According to the present invention, nitrogen at the interface between the semiconductor substrate and the gate insulating film suppresses abnormal diffusion of boron. Therefore, diffusion of boron from the source / drain portions as described above is prevented, and deterioration of transistor characteristics and characteristics are prevented. Variation increase can be reduced.

【0017】本発明者らは、ゲートと素子分離間の距離
が、通常の2.5F〜3Fより小さなMOSFETにお
いても、半導体基板とゲート絶縁膜界面の窒素が、ボロ
ンの異常拡散を抑制する現象を実験によって確認した。
The present inventors have found that even in a MOSFET in which the distance between the gate and the element isolation is smaller than the normal 2.5F to 3F, nitrogen at the interface between the semiconductor substrate and the gate insulating film suppresses abnormal diffusion of boron. Was confirmed by experiment.

【0018】また、一実施形態の半導体装置は、上記絶
縁ゲート型トランジスタにおけるゲート端下部における
ソース・ドレイン不純物濃度が1×1019/cm3以上
であることを特徴としている。
In one embodiment of the present invention, the source / drain impurity concentration in the lower portion of the gate end of the insulated gate transistor is 1 × 10 19 / cm 3 or more.

【0019】この実施形態では、ゲート端下部における
ソース・ドレイン不純物濃度が1×1019/cm3以上
である絶縁ゲート型トランジスタにおいて、ソース・ド
レインからのボロンの拡散を抑制でき、トランジスタ特
性の悪化および特性バラツキを抑制できる。
In this embodiment, in an insulated gate transistor having a source / drain impurity concentration of 1 × 10 19 / cm 3 or more below the gate end, diffusion of boron from the source / drain can be suppressed, and the transistor characteristics deteriorate. And variation in characteristics can be suppressed.

【0020】また、他の実施形態の半導体装置は、上記
絶縁ゲート型トランジスタにおける半導体とゲート絶縁
膜界面の窒素の濃度が1×1020cm-3以上であること
を特徴としている。
A semiconductor device according to another embodiment is characterized in that the concentration of nitrogen at the interface between the semiconductor and the gate insulating film in the insulated gate transistor is 1 × 10 20 cm −3 or more.

【0021】この実施形態では、上記絶縁ゲート型トラ
ンジスタにおける半導体とゲート絶縁膜界面の窒素濃度
を1×1020cm-3以上にすることでソース・ドレイン
からのボロンの拡散を抑制することを可能とし、トラン
ジスタ特性の悪化および特性バラツキを抑制した。
In this embodiment, diffusion of boron from the source / drain can be suppressed by setting the nitrogen concentration at the interface between the semiconductor and the gate insulating film in the insulated gate transistor to 1 × 10 20 cm −3 or more. As a result, deterioration in transistor characteristics and characteristic variations were suppressed.

【0022】また、一実施形態の半導体装置は、上記絶
縁ゲート型トランジスタにおけるゲート長が0.3μm
以下である。
In one embodiment of the present invention, the gate length of the insulated gate transistor is 0.3 μm.
It is as follows.

【0023】この実施形態では、ゲート絶縁膜界面の窒
素濃度を1×1020cm-3以上にしたことで、ゲート長
が0.3μm以下の絶縁ゲート型トランジスタにおい
て、ソース・ドレインからのボロンの拡散を抑制でき、
トランジスタ特性の悪化および特性バラツキを抑制でき
た。なお、ゲート絶縁膜界面の窒素濃度が1×1020
-3以下である場合には、ゲート長0.3μm以下の絶
縁ゲート型トランジスタは、ソース・ドレインからのボ
ロンの異常拡散が顕著になる。
In this embodiment, by setting the nitrogen concentration at the interface of the gate insulating film to 1 × 10 20 cm −3 or more, in an insulated gate transistor having a gate length of 0.3 μm or less, the amount of boron from the source and drain is reduced. Can control the spread,
Deterioration of transistor characteristics and characteristic variations could be suppressed. The nitrogen concentration at the gate insulating film interface is 1 × 10 20 c
In the case of m −3 or less, in the insulated gate transistor having a gate length of 0.3 μm or less, abnormal diffusion of boron from the source / drain becomes remarkable.

【0024】また、他の実施形態の半導体装置は、上記
絶縁ゲート型トランジスタにおけるゲート絶縁膜がハロ
ゲン元素を含む。
In another embodiment of the present invention, the gate insulating film in the insulated gate transistor contains a halogen element.

【0025】この実施形態では、ゲート絶縁膜がハロゲ
ン元素を含むから、ゲート絶縁膜中のピーク窒素濃度が
高いにも関わらず、トランジスタのチャネル・ゲート絶
縁膜界面特性が劣化せずに良好な特性を得ることがで
き、加えて、信頼性においても優れたトランジスタを得
ることができる。
In this embodiment, since the gate insulating film contains a halogen element, good characteristics can be obtained without deteriorating the channel-gate insulating film interface characteristics of the transistor despite the high peak nitrogen concentration in the gate insulating film. And, in addition, a transistor excellent in reliability can be obtained.

【0026】また、一実施形態の半導体装置は、上記絶
縁ゲート型トランジスタにおいて、上記ゲート絶縁膜に
含まれるハロゲン元素がフッ素である。
In one embodiment of the present invention, in the insulated gate transistor, the halogen element contained in the gate insulating film is fluorine.

【0027】この実施形態では、上記ゲート絶縁膜中の
ハロゲン元素がフッ素であるから、結合エネルギーが大
きく安定なSi−F結合が形成され、良好な界面並びに
高い信頼性を有する絶縁ゲート型トランジスタを形成で
きる。
In this embodiment, since the halogen element in the gate insulating film is fluorine, a stable Si—F bond having a large binding energy is formed, and an insulated gate transistor having a good interface and high reliability is provided. Can be formed.

【0028】また、他の実施形態の半導体装置は、上記
絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソース,ドレイン
領域は、チャネル部よりも上方まで積み上がって素子分
離領域上に被さっている。
In a semiconductor device according to another embodiment, the source and drain regions of the insulated gate field effect transistor are stacked up above the channel portion and cover the element isolation region.

【0029】この実施形態では、上記絶縁ゲート型電界
効果トランジスタのソース,ドレイン領域は、チャネル
部よりも上方まで積み上がって素子分離領域上に被さっ
ている。したがって、この発明によれば、この素子分離
領域上まで積み上がっているソース,ドレイン領域(積み
上げ層)上に、ソース,ドレイン領域と上部配線とを接続
するコンタクト孔を形成すればよく、活性領域上に形成
する必要がない。したがって、上記ソース,ドレイン領
域幅を、加工限界まで縮小できる。
In this embodiment, the source and drain regions of the insulated gate field effect transistor are stacked above the channel portion and cover the element isolation region. Therefore, according to the present invention, a contact hole for connecting the source / drain region and the upper wiring may be formed on the source / drain region (stacked layer) which has been stacked up on the element isolation region, and the active region may be formed. There is no need to form on top. Therefore, the width of the source and drain regions can be reduced to the processing limit.

【0030】例えば、最小加工寸法Fまで許容できる半
導体装置であれば、下地に対する上部パターンのフォト
リソグラフィーの位置合せマージンは、一般的に、1/
3F程度となる。したがって、ゲート−素子分離間マー
ジン幅は、位置合せが最大にズレた場合でも、活性領域
上にソース,ドレイン領域が確保される程度(つまり、2
/3F〜F程度)でよい。したがって、ゲート長をFと
すると、素子分離から素子分離までの距離は、7/3F
〜3F程度となる。
For example, in the case of a semiconductor device which can tolerate a minimum processing dimension F, the alignment margin of photolithography of the upper pattern with respect to the base is generally 1 /.
It is about 3F. Therefore, the margin width between the gate and the element isolation is set to such an extent that the source and drain regions are secured on the active region even when the alignment is shifted to the maximum (that is, 2).
/ 3F to F). Therefore, assuming that the gate length is F, the distance from element isolation to element isolation is 7 / 3F
~ 3F.

【0031】このように、ゲート電極に対して、素子分
離が非常に近くなった場合、ゲート電極と素子分離との
応力によって、上記ボロンがチャネル方向へ異常拡散す
ることの影響がより顕著になる。ところが、この発明に
よれば、ゲート絶縁膜中の界面窒素濃度を1×1020
3以上にすることで、ソース・ドレイン部からのボ
ロンの拡散を抑制できる。
As described above, when the element isolation is very close to the gate electrode, the influence of the abnormal diffusion of boron in the channel direction becomes more remarkable due to the stress between the gate electrode and the element isolation. . However, according to the present invention, the interface nitrogen concentration in the gate insulating film is reduced to 1 × 10 20 c
m - 3 By the above, it is possible to suppress the diffusion of boron from the source and drain portions.

【0032】したがって、本発明の構造のように、素子
分離がゲート電極に対して近接した構造であっても、ボ
ロンの拡散を抑制することで、ゲート−素子分離間マー
ジンが2.5F〜3Fの幅で形成されている通常構造の
素子と比較して、PMOSトランジスタ特性におけるS
係数の悪化を抑えることができ、オフリーク電流の増大
等が発生することを防ぎ、トランジスタ特性が悪化する
ことを防止できる。
Therefore, even if the element isolation is close to the gate electrode as in the structure of the present invention, the margin between the gate and the element isolation is 2.5F to 3F by suppressing the diffusion of boron. Compared with the element of the normal structure formed with the width of
The deterioration of the coefficient can be suppressed, the increase in off-leak current or the like can be prevented, and the deterioration of transistor characteristics can be prevented.

【0033】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記半導体装置の絶縁ゲート型トランジスタにおけ
る半導体とゲート絶縁膜との界面に窒素を含むゲート絶
縁膜を形成する工程において、シリコン酸化膜の形成後
に、アンモニアガスを用いて、窒素を、半導体とゲート
絶縁膜との界面に導入する。
In one embodiment of the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device, a step of forming a gate insulating film containing nitrogen at an interface between a semiconductor and a gate insulating film in the insulated gate transistor of the semiconductor device includes the step of forming a silicon oxide film. After formation, nitrogen is introduced into the interface between the semiconductor and the gate insulating film using ammonia gas.

【0034】この実施形態の製造方法では、ゲート絶縁
膜としてシリコン酸化膜を形成した後に、アンモニアガ
スを用いて半導体とゲート絶縁膜界面に窒素を導入する
から、アンモニアガスを用いた窒化処理によって十分な
量の窒素を界面に供給できる。このため、半導体とゲー
ト絶縁膜界面の窒素量を容易に制御できる。
In the manufacturing method of this embodiment, after a silicon oxide film is formed as a gate insulating film, nitrogen is introduced into the interface between the semiconductor and the gate insulating film using an ammonia gas. An appropriate amount of nitrogen can be supplied to the interface. Therefore, the amount of nitrogen at the interface between the semiconductor and the gate insulating film can be easily controlled.

【0035】また、他の実施形態の半導体装置の製造方
法は、上記半導体装置の絶縁ゲート型トランジスタにお
ける半導体とゲート絶縁膜界面に窒素を含むゲート絶縁
膜を形成する工程において、一酸化二窒素ガスあるいは
一酸化窒素ガスを用いて、窒素を含むシリコン酸化膜を
形成した後に、アンモニアガスを用いて、窒素を、半導
体とゲート絶縁膜との界面に導入する。
In a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment, the step of forming a gate insulating film containing nitrogen at the interface between the semiconductor and the gate insulating film in the insulated gate transistor of the semiconductor device includes the steps of: Alternatively, after forming a silicon oxide film containing nitrogen using a nitrogen monoxide gas, nitrogen is introduced into an interface between the semiconductor and the gate insulating film using an ammonia gas.

【0036】この実施形態の製造方法では、一酸化二窒
素ガスあるいは一酸化窒素ガスを用いて、まずゲート絶
縁膜を形成するから、薄膜領域においてもゲート絶縁膜
の膜厚を容易に制御できる。また、引き続き、ゲートア
ンモニアガスを用いた窒化処理を行うから、界面に十分
な量の窒素を供給でき、半導体とゲート絶縁膜界面の窒
素量を容易に制御できる。
In the manufacturing method of this embodiment, the gate insulating film is first formed using nitrous oxide gas or nitric oxide gas, so that the thickness of the gate insulating film can be easily controlled even in the thin film region. Further, since the nitriding treatment using the gate ammonia gas is subsequently performed, a sufficient amount of nitrogen can be supplied to the interface, and the amount of nitrogen at the interface between the semiconductor and the gate insulating film can be easily controlled.

【0037】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記半導体装置の絶縁ゲート型トランジスタにおけ
る半導体とゲート絶縁膜界面に窒素を含むゲート絶縁膜
を形成する工程において、一酸化窒素ガスを用いて、半
導体とゲート絶縁膜界面に窒素を含むゲート絶縁膜を形
成する。
In one embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, the step of forming a gate insulating film containing nitrogen at the interface between the semiconductor and the gate insulating film in the insulated gate transistor of the semiconductor device uses a nitrogen monoxide gas. Then, a gate insulating film containing nitrogen is formed at the interface between the semiconductor and the gate insulating film.

【0038】この実施形態の製造方法では、一酸化窒素
ガスを用いて、半導体とゲート絶縁膜界面に窒素を含む
ゲート絶縁膜を形成するから、ゲート絶縁膜界面に十分
な量の窒素を導入でき、ゲート絶縁膜を形成する工程を
簡略化できる。
In the manufacturing method of this embodiment, the gate insulating film containing nitrogen is formed at the interface between the semiconductor and the gate insulating film by using nitric oxide gas, so that a sufficient amount of nitrogen can be introduced into the interface of the gate insulating film. In addition, the step of forming the gate insulating film can be simplified.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態に基いて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings.

【0040】〔第1の実施の形態〕図1に、この発明の
第1実施形態の半導体装置を示す。この半導体装置は、
CMOS型絶縁ゲートトランジスタとしてのPMOSト
ランジスタを有する。
[First Embodiment] FIG. 1 shows a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. This semiconductor device
It has a PMOS transistor as a CMOS type insulated gate transistor.

【0041】この半導体装置は、半導体基板201上
に、n−ウェル202,p−ウェル222と素子分離領
域203が形成されている。ここで、素子形成領域長D
204は、204で示す部分の長さである。
In this semiconductor device, an n-well 202, a p-well 222 and an element isolation region 203 are formed on a semiconductor substrate 201. Here, the element formation region length D
204 is the length of the portion indicated by 204.

【0042】一方、上記PMOSトランジスタが形成さ
れる上記n−ウェル202上には、界面窒素濃度1×1
20cm-3の窒化酸化膜からなるゲート絶縁膜205が
形成され、このゲート絶縁膜205上に、p+多結晶ゲ
ート電極206が形成されている。この多結晶ゲート電
極206の両脇に、サイドウォールスペーサー209,
209が形成され、このサイドウォールスペーサー20
9,209に隣接して、シリサイド膜211,211が形
成されている。このシリサイド膜211,211上に
は、注入保護膜207,207が形成され、シリサイド
膜211,211の下には、浅いp型拡散層208と深
いp型拡散層210が形成されている。また、上記注入
保護膜207,207上に、メタル配線213,213が
形成されている。
On the other hand, on the n-well 202 where the PMOS transistor is formed, the interface nitrogen concentration is 1 × 1.
A gate insulating film 205 made of a oxynitride film of 0 20 cm −3 is formed, and ap + polycrystalline gate electrode 206 is formed on the gate insulating film 205. On both sides of the polycrystalline gate electrode 206, sidewall spacers 209,
209 are formed, and the side wall spacers 20 are formed.
9 and 209, silicide films 211 and 211 are formed. On the silicide films 211, 211, injection protection films 207, 207 are formed, and below the silicide films 211, 211, a shallow p-type diffusion layer 208 and a deep p-type diffusion layer 210 are formed. Further, metal wirings 213, 213 are formed on the injection protection films 207, 207.

【0043】ここで、上記素子形成領域長D204および
200を、1.0μmとした。また、この実施形態では、
浅いp型拡散層208と浅いn型拡散層228とにおけ
る不純物濃度を、1×1019cm-3程度の高濃度とし
た。なお、従来のLDD(Lightly Doped Drain)構造
で用いられている浅い不純物拡散層では、その不純物濃
度は、通常1×1018cm-3以下程度である。
Here, the element forming region lengths D 204 and D 200 were set to 1.0 μm. In this embodiment,
The impurity concentration in the shallow p-type diffusion layer 208 and the shallow n-type diffusion layer 228 is set to a high concentration of about 1 × 10 19 cm −3 . In a shallow impurity diffusion layer used in a conventional LDD (Lightly Doped Drain) structure, the impurity concentration is usually about 1 × 10 18 cm −3 or less.

【0044】上述のように、この実施形態の構造のトラ
ンジスタでは、ゲート電極206の端の下部における不
純物濃度が高濃度である。この実施形態では、このゲー
ト電極206の高濃度の不純物に起因して、PMOSト
ランジスタの浅い拡散層208が含むボロンがチャネル
領域に拡散することがないように、チャネル界面の窒素
濃度が高濃度となるようなゲート絶縁膜205を形成し
て、ボロンの拡散を抑制している。
As described above, in the transistor having the structure of this embodiment, the impurity concentration in the lower portion of the end of the gate electrode 206 is high. In this embodiment, the nitrogen concentration at the channel interface is set to a high concentration so that the boron contained in the shallow diffusion layer 208 of the PMOS transistor does not diffuse into the channel region due to the high concentration impurity of the gate electrode 206. By forming such a gate insulating film 205, diffusion of boron is suppressed.

【0045】前述したように、ゲート長が0.3μm以
下の短チャネルのPMOSトランジスタにおいて、ボロ
ンが、局所的にソース,ドレイン領域からチャネルに拡
散する現象が発生すると、トランジスタ特性におけるS
係数の悪化およびオフ電流の増加が発生する。
As described above, in a short-channel PMOS transistor having a gate length of 0.3 μm or less, if the phenomenon occurs in which boron locally diffuses from the source and drain regions to the channel, S
Deterioration of the coefficient and increase in off-current occur.

【0046】ところで、ゲート絶縁膜205に含まれる
高濃度の窒素は、トランジスタ特性の劣化および信頼性
の劣化を誘発するから、この実施形態では、PMOSト
ランジスタのチャネルとゲート絶縁膜205との界面に
ハロゲン元素であるフッ素が導入されている。この結
果、トランジスタ特性と信頼性の劣化を低減することが
可能となった。
Since high-concentration nitrogen contained in the gate insulating film 205 causes deterioration of transistor characteristics and reliability, in this embodiment, the interface between the channel of the PMOS transistor and the gate insulating film 205 is formed. Fluorine which is a halogen element is introduced. As a result, it has become possible to reduce deterioration of transistor characteristics and reliability.

【0047】次に、図2の特性図に、上記構造のPMO
Sトランジスタにおいて、素子形成領域長D204を1μ
mとし、ゲート絶縁膜205の厚さを2.5nmとした
場合での、S係数のゲートチャネル長依存性を示す。な
お、この実施形態では、ソース・ドレイン部に注入した
不純物の活性化熱処理を窒素雰囲気中において、温度9
00℃,時間10分で行っている。図2に示すように、
窒化酸化膜であるゲート絶縁膜205の界面窒素濃度
が、1×1019/cm3である場合には、PMOSトラ
ンジスタのゲート電極206のチャネル長が0.3μm
以下の領域において、S係数が大きく悪化している。こ
のS係数とは、サブスレッショルド領域において、ドレ
イン電流を一桁増加させるのに必要なゲート電圧であ
る。
Next, the PMO of the above structure is shown in the characteristic diagram of FIG.
In the S transistor, the element formation region length D 204 is 1 μm.
m, and the dependence of the S coefficient on the gate channel length when the thickness of the gate insulating film 205 is 2.5 nm. In this embodiment, the heat treatment for activating the impurities implanted into the source / drain portions is performed at a temperature of 9 ° C. in a nitrogen atmosphere.
It is performed at 00 ° C. for 10 minutes. As shown in FIG.
When the interface nitrogen concentration of the gate insulating film 205 which is a nitrided oxide film is 1 × 10 19 / cm 3 , the channel length of the gate electrode 206 of the PMOS transistor is 0.3 μm.
In the following regions, the S coefficient is significantly deteriorated. The S coefficient is a gate voltage required to increase the drain current by one digit in the sub-threshold region.

【0048】一方、ゲート絶縁膜205の界面窒素濃度
を1×1020cm-3とした場合、ゲート長0.3μm以
下の短チャネルトランジスタにおいてもS係数の急激な
悪化がなく良好なS係数が得られている。これは、ゲー
ト絶縁膜205−チャネル界面に含まれる窒素によっ
て、浅いP型拡散層208,深いP型拡散層210が構
成するソース・ドレイン部に含まれるボロンがチャネル
ヘ拡散することを抑制するからである。このため、短チ
ャネルPMOSトランジスタにおいても良好なトランジ
スタ特性を得ることができるものと考えられる。
On the other hand, when the interface nitrogen concentration of the gate insulating film 205 is set to 1 × 10 20 cm -3 , even in a short channel transistor having a gate length of 0.3 μm or less, the S coefficient does not suddenly deteriorate and a good S coefficient is obtained. Have been obtained. This is because boron contained in the source / drain portions formed by the shallow P-type diffusion layer 208 and the deep P-type diffusion layer 210 is prevented from diffusing into the channel by nitrogen contained in the gate insulating film 205-channel interface. is there. For this reason, it is considered that good transistor characteristics can be obtained even in a short channel PMOS transistor.

【0049】次に、図3の特性図に、素子形成領域長D
204,D200が2μmであり、ゲート絶縁膜205の厚さ
が2.5nmであるPMOSトランジスタにおけるS係
数のゲートチャネル長依存性を示す。この場合には、素
子形成領域長D204,D200が、1μmのPMOSトラン
ジスタと異なり、界面窒素濃度が1×1019/cm3
なる窒化酸化膜をゲート絶縁膜205とした場合でも、
ゲート長0.3μm以下の短チャネルトランジスタにお
いてS係数が急激に悪化しなかった。
Next, the characteristic diagram of FIG.
204 and D200 are 2 μm, and the gate channel length dependence of the S coefficient in the PMOS transistor in which the thickness of the gate insulating film 205 is 2.5 nm is shown. In this case, even if the element formation region lengths D 204 and D 200 are different from the 1 μm PMOS transistor, even if the gate oxide film 205 is formed of a nitrided oxide film having an interface nitrogen concentration of 1 × 10 19 / cm 3 ,
In a short channel transistor having a gate length of 0.3 μm or less, the S coefficient did not rapidly deteriorate.

【0050】次に、図4に、素子形成領域長D204,D
200が1μmの場合におけるしきい値電圧のゲート長依
存性を示す。しきい値電圧は、図2に示したS係数特性
と異なり、素子領域長1μmの場合に、ゲート長によっ
て、あまり変化しないことがわかる。このことから、素
子形成領域長が1μmの時のS係数の変化は従来報告さ
れている短チャネル効果によるS係数の悪化ではないこ
とが分かる。
Next, FIG. 4 shows the element forming region lengths D 204 and D 204 .
The gate length dependence of the threshold voltage when 200 is 1 μm is shown. It can be seen that, unlike the S-coefficient characteristic shown in FIG. 2, the threshold voltage does not change much depending on the gate length when the element region length is 1 μm. From this, it is understood that the change in the S coefficient when the element formation region length is 1 μm is not the deterioration of the S coefficient due to the short channel effect reported conventionally.

【0051】次に、図5に、ゲート長が0.18μmで
チャネル幅が10μmのPMOSトランジスタにおける
ドレイン電圧1.8Vでのトランジスタ特性を示す。こ
こでは、素子形成領域長D200を1.0μmとした。図5
に実線で示すように、ゲート絶縁膜205の界面窒素濃
度を1×1019cm-3とすると、S係数が悪化し、か
つ、オフリーク電流が増大する。オフリーク電流とは、
ソース電位とゲート電位が同電位のときのドレイン電流
であり、この実施形態では、ゲート電圧0Vの時のドレ
イン電流である。
FIG. 5 shows the transistor characteristics at a drain voltage of 1.8 V in a PMOS transistor having a gate length of 0.18 μm and a channel width of 10 μm. Here, the element formation region length D 200 was set to 1.0 μm. FIG.
As shown by the solid line, when the interface nitrogen concentration of the gate insulating film 205 is 1 × 10 19 cm −3 , the S coefficient deteriorates and the off-leak current increases. Off-leak current is
This is the drain current when the source potential and the gate potential are the same, and in this embodiment, the drain current when the gate voltage is 0V.

【0052】一方、図5に破線で示すように、ゲート絶
縁膜205をなす窒化酸化膜の界面窒素濃度を1×10
20cm-3とすると、図5の実線のような特性悪化が観測
されず、良好なPMOSトランジスタ特性が得られてい
る。
On the other hand, as shown by the broken line in FIG. 5, the interface nitrogen concentration of the nitrided oxide film forming the gate insulating film 205 is 1 × 10
At 20 cm -3 , deterioration in characteristics as shown by the solid line in FIG. 5 is not observed, and good PMOS transistor characteristics are obtained.

【0053】このように、ゲート絶縁膜205として、
界面窒素濃度が1×1019cm-3となるゲート絶縁膜を
用いると、トランジスタのオフリーク電流が増大する
が、界面窒素濃度が1×1020/cm3となるゲート絶
縁膜を用いた場合にはチャネル長が0.3μm以下の領
域においてもS係数が悪化しない。これは、ゲート絶縁
膜205の界面における窒素濃度が1×1020/cm3
であれば、ソース,ドレイン領域からのボロンの異常増
速拡散を低減できるからである。
As described above, as the gate insulating film 205,
When a gate insulating film with an interface nitrogen concentration of 1 × 10 19 cm −3 is used, the off-leak current of the transistor increases. However, when a gate insulating film with an interface nitrogen concentration of 1 × 10 20 / cm 3 is used, Does not deteriorate the S coefficient even in a region having a channel length of 0.3 μm or less. This is because the nitrogen concentration at the interface of the gate insulating film 205 is 1 × 10 20 / cm 3
This is because abnormally enhanced diffusion of boron from the source and drain regions can be reduced.

【0054】次に、ドーズ量5×1014/cm2で、ゲ
ートポリシリコン中にフッ素を注入した後にアニールす
ることで、フッ素を拡散させてゲート電極206からゲ
ート絶縁膜205に導入したPMOSトランジスタで
の、ゲート長に対するS係数の変化を、図6に示す。図
6に示すように、ゲート絶縁膜205にフッ素添加を行
った場合にも、S係数の悪化を抑制できることが分か
る。
Next, by injecting fluorine into the gate polysilicon at a dose of 5 × 10 14 / cm 2 and then annealing, the PMOS transistor diffuses fluorine and is introduced from the gate electrode 206 to the gate insulating film 205. FIG. 6 shows the change of the S coefficient with respect to the gate length in the above. As shown in FIG. 6, it can be seen that even when fluorine is added to the gate insulating film 205, deterioration of the S coefficient can be suppressed.

【0055】また、ハロゲン元素とシリコンとは結合エ
ネルギーが大きいので、安定な結合を得ることができ
る。したがって、微細なトランジスタで問題となるホッ
トキャリア注入によるトランジスタ特性の劣化を低減す
ることができ、信頼性の優れた絶縁膜を形成できる。
Further, since the halogen element and silicon have a large binding energy, a stable bond can be obtained. Therefore, deterioration of transistor characteristics due to hot carrier injection, which is a problem in a fine transistor, can be reduced, and an insulating film with excellent reliability can be formed.

【0056】次に、図7に、ホットキャリアストレス時
間に対する相互コンダクタンスの劣化率を示す。この図
7では、実線で、界面窒素濃度が1×1019/cm3
場合の劣化率特性を示し、一点鎖線で、界面窒素濃度が
1×1020/cm3の場合の劣化率特性を示す。また、
破線で、界面窒素濃度が1×1020/cm3の場合で、
ハロゲン元素の1種であるフッ素を添加した場合のNM
OSトランジスタの特性を示す。また、図7では、スト
レス電圧として、ドレイン電圧を3Vに設定し、ゲート
電圧を基板電流が最大になる電圧に設定した。
Next, FIG. 7 shows the deterioration rate of the mutual conductance with respect to the hot carrier stress time. In FIG. 7, the solid line indicates the degradation rate characteristics when the interface nitrogen concentration is 1 × 10 19 / cm 3 , and the dashed line indicates the degradation rate characteristics when the interface nitrogen concentration is 1 × 10 20 / cm 3. Show. Also,
The broken line indicates that the interface nitrogen concentration is 1 × 10 20 / cm 3 .
NM when fluorine, one of the halogen elements, is added
5 shows characteristics of an OS transistor. In FIG. 7, the drain voltage is set to 3 V as the stress voltage, and the gate voltage is set to the voltage at which the substrate current becomes maximum.

【0057】図7に一点鎖線で示すように、ゲート絶縁
膜205を、窒素濃度が1×1020/cm3の窒化酸化
膜とすることで、相互コンダクタンスの劣化率曲線の傾
きが大きくなる。これに対比し、窒素濃度が1×1020
/cm3含まれるゲート絶縁膜205にフッ素を添加す
ることで、破線で示すように、相互コンダクタンスの劣
化率曲線の傾きを低減できる。
As shown by the dashed line in FIG. 7, when the gate insulating film 205 is a nitrided oxide film having a nitrogen concentration of 1 × 10 20 / cm 3 , the slope of the mutual conductance deterioration rate curve becomes large. In contrast, the nitrogen concentration was 1 × 10 20
By adding fluorine to the gate insulating film 205 containing / cm 3, the slope of the degradation curve of the mutual conductance can be reduced as shown by the broken line.

【0058】なお、この第1実施形態においては、素子
分離領域203をLOCOS(Local Oxidation of S
ilicon)により形成したが、素子形成領域長D204,D200
を1.5μm以下にした場合には、トレンチ等を用いて
素子分離領域を形成した場合においても、応力等の影響
によって、ソース・ドレイン部からボロンが拡散する。
この場合にも、本発明を適用することで、上述の実施形
態と同様に、トランジスタ特性を改善できる。
In the first embodiment, the element isolation region 203 is formed by LOCOS (Local Oxidation of S).
, the element formation region lengths D 204 , D 200
Is set to 1.5 μm or less, boron diffuses from the source / drain portion due to the influence of stress and the like even when the element isolation region is formed using a trench or the like.
Also in this case, by applying the present invention, the transistor characteristics can be improved as in the above-described embodiment.

【0059】また、この発明が大きく作用するのは、主
に、ゲート長が0.3μm以下のトランジスタにおいて
であるが、窒化酸化膜がトランジスタのゲート絶縁膜と
して用いられるのはゲートリーク電流の値から考えて膜
厚1nm以上の領域である。したがって、主に、ゲート
長が0.05μm以上の領域において、この発明を用い
ると有効である。
Although the present invention largely operates mainly in a transistor having a gate length of 0.3 μm or less, the reason why the nitrided oxide film is used as the gate insulating film of the transistor is that the value of the gate leakage current is small. Considering this, it is a region having a film thickness of 1 nm or more. Therefore, the present invention is effective mainly in a region where the gate length is 0.05 μm or more.

【0060】また、この発明では、ゲート絶縁膜(窒化
酸化膜)の膜厚は、特に制限はないが、ゲート絶縁膜の
膜厚が薄い程、応力の影響を大きく受けるので、ゲート
絶縁膜を構成する窒化酸化膜の膜厚が3nm以下の領域
において、大きな効果を奏する。
In the present invention, the thickness of the gate insulating film (nitride oxide film) is not particularly limited, but the smaller the thickness of the gate insulating film, the greater the influence of stress. A great effect is obtained in a region where the thickness of the oxynitride film to be formed is 3 nm or less.

【0061】〔第2の実施の形態〕次に、図8(A),
(B),(C)および図9(D),(E),(F)に、この発明のデ
ュアルゲートCMOS型半導体装置の製造工程を順に示
す。
[Second Embodiment] Next, FIG.
9 (B) and 9 (C) and FIGS. 9 (D), 9 (E) and 9 (F) show the steps of manufacturing the dual gate CMOS semiconductor device of the present invention in order.

【0062】まず、図8(A)に示すように、シリコン半
導体基板901上に、p−ウェル902,n−ウェル9
03およびフィールド酸化膜(素子分離領域)904を形
成する。この実施形態では、素子分離領域として、フィ
ールド酸化膜904を用いたが、シャロートレンチ等を
用いてもよい。また、この実施形態では、素子形成領域
長を、1.5μm以下とし、微細な素子形成領域として
製造を行った。
First, as shown in FIG. 8A, a p-well 902 and an n-well 9 are formed on a silicon semiconductor substrate 901.
03 and a field oxide film (element isolation region) 904 are formed. In this embodiment, the field oxide film 904 is used as the element isolation region, but a shallow trench or the like may be used. In this embodiment, the element formation region length is set to 1.5 μm or less, and the device is manufactured as a fine element formation region.

【0063】次に、NMOS素子となるp−ウェル90
2に、ボロンを不純物イオン注入し、PMOS素子とな
るn−ウェル903には、リン(P)を不純物イオン注入
して、しきい値電圧制御と短チャネル効果防止を図っ
た。
Next, a p-well 90 serving as an NMOS element
2, impurity ions were implanted into boron and phosphorus (P) was implanted into the n-well 903 as a PMOS element to control the threshold voltage and prevent the short channel effect.

【0064】次に、ゲート酸化膜を形成する前に、約8
0℃の温度のアンモニアと過酸化水素水の混合液での洗
浄工程と約80℃の温度の塩酸と過酸化水素水の混合液
での洗浄工程とを行った後で、約1%の弗化水素水でシ
リコン表面を洗浄した。なお、この洗浄工程は、特に上
記溶液での洗浄に限る必要はない。
Next, before forming a gate oxide film, about 8
After performing a washing step with a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide at a temperature of 0 ° C. and a washing step with a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide at a temperature of about 80 ° C., about 1% of fluorine is added. The silicon surface was washed with a hydrogen hydride solution. Note that this washing step does not need to be particularly limited to washing with the above solution.

【0065】この洗浄工程の後、酸化性雰囲気におい
て、800℃程度の温度でシリコン表面を酸化して、図
8(A)に示すように、膜厚約2.5nmのシリコン酸化
膜905を形成する。
After this cleaning step, the silicon surface is oxidized in an oxidizing atmosphere at a temperature of about 800 ° C. to form a silicon oxide film 905 having a thickness of about 2.5 nm as shown in FIG. I do.

【0066】次に、シリコン酸化膜905を、アンモニ
アガスあるいは一酸化窒素雰囲気において、900℃程
度の温度で窒化し、図8(B)に示すように、界面窒素濃
度が1×1020(/cm3)以上のゲート絶縁膜906を
形成する。
Next, the silicon oxide film 905, in the ammonia gas or nitrogen monoxide atmosphere, nitrided at a temperature of about 900 ° C., as shown in FIG. 8 (B), the interface nitrogen concentration 1 × 10 20 (/ A gate insulating film 906 having a size of at least cm 3 ) is formed.

【0067】なお、一酸化窒素あるいは一酸化二窒素を
用いてシリコン表面を酸化することで微量に窒素を含む
シリコン酸化膜を形成した後、アンモニアガスあるいは
一酸化窒素雰囲気において窒化することで窒素を含むゲ
ート酸化膜906を形成してもよい。
After a silicon oxide film containing a trace amount of nitrogen is formed by oxidizing the silicon surface with nitrogen monoxide or nitrous oxide, nitriding is performed by nitriding in an ammonia gas or nitrogen monoxide atmosphere. A gate oxide film 906 may be formed.

【0068】また、一酸化窒素雰囲気で酸化することに
よって、酸化温度と酸化時間を制御し、一つの工程で窒
素を含むゲート絶縁膜906を形成することも可能であ
り、この様にすることで工程の簡略化が可能である。
By oxidizing in a nitrogen monoxide atmosphere, the oxidizing temperature and the oxidizing time can be controlled, and the gate insulating film 906 containing nitrogen can be formed in one step. The process can be simplified.

【0069】次に、図8(C)に示すように、LPCVD
(減圧化学気相成長)法によって、約620℃程度の温度
で、ポリシリコン膜907を100〜300nm程度
(好ましくは250nm)の厚さに堆積させる。
Next, as shown in FIG.
The polysilicon film 907 is formed to a thickness of about 100 to 300 nm at a temperature of about 620 ° C. by a (low pressure chemical vapor deposition) method.
Deposit to a thickness of (preferably 250 nm).

【0070】次に、符号908で示すように、ハロゲン
元素のフッ素あるいは塩素を、5×1014(/cm2)程
度注入してもよい。このハロゲン元素の注入工程は、フ
ォトリソグラフィーとエッチングを含む周知の工程を経
て、多結晶シリコン膜907を所望のパターンにパター
ニングした後に行うことも可能である。
Next, as shown by reference numeral 908, about 5 × 10 14 (/ cm 2 ) of halogen element fluorine or chlorine may be implanted. This step of implanting the halogen element can be performed after the polycrystalline silicon film 907 is patterned into a desired pattern through well-known steps including photolithography and etching.

【0071】なお、この実施形態においては、ハロゲン
元素をゲート絶縁膜906に導入するのにイオン注入を
用いたが、ゲート酸化膜906の形成時に三弗化窒素や
三塩化窒素等のガスを用いて600〜1000℃程度の
温度で処理することで、フッ素や塩素をゲート絶縁膜に
導入してもよい。
In this embodiment, ion implantation is used to introduce a halogen element into the gate insulating film 906. However, when forming the gate oxide film 906, a gas such as nitrogen trifluoride or nitrogen trichloride is used. By treating at a temperature of about 600 to 1000 ° C., fluorine or chlorine may be introduced into the gate insulating film.

【0072】また、デュアルゲートCMOSにおけるP
MOSトランジスタの形成において、ソース/ドレイン
とゲートヘの不純物導入をイオン注入により同時に行
い、注入イオン種にBF2を用いた場合は、ゲート電極
にフッ素が導入される。しかし、この場合は、本発明に
よるフッ素導入法に比べて注入量および注入エネルギー
に制限がある。これは低抵抗ゲート電極形成のためには
一定以上の注入量と注入エネルギーが必要となり、結晶
欠陥の生成や高濃度のフッ素の混入により特性の劣化が
生じる。
In addition, P in a dual gate CMOS
In the formation of the MOS transistor, impurities are introduced into the source / drain and the gate simultaneously by ion implantation, and when BF 2 is used as an implanted ion species, fluorine is introduced into the gate electrode. However, in this case, the injection amount and the injection energy are limited as compared with the fluorine introduction method according to the present invention. This requires a certain amount or more of implantation energy for forming a low-resistance gate electrode, and the characteristics are degraded due to generation of crystal defects and mixing of high-concentration fluorine.

【0073】次に、図9(D)に示すように、フォトリソ
グラフィーおよびエッチングを含む周知の工程を経て、
ポリシリコン膜(多結晶シリコン膜)907を所望のパタ
ーンにパターニングし、ゲート電極907とした。
Next, as shown in FIG. 9D, through well-known steps including photolithography and etching,
The polysilicon film (polycrystalline silicon film) 907 was patterned into a desired pattern to form a gate electrode 907.

【0074】この多結晶シリコン膜からなるゲート電極
907の表面および活性化領域(ソース・ドレイン)上の
シリコン酸化膜をフッ酸溶液などによって完全に除去し
た後、不純物の注入保護膜940としてシリコン窒化膜
を、3〜30nm程度(好ましくは5nm)に堆積した。
なお、この注入保護膜940としては、シリコン酸化膜
を用いてもよいが、この場合、イオン注入時に上記シリ
コン酸化膜から半導体内に酸素がノックオンされ、後の
工程でシリサイド化を行う場合に、酸素がシリサイド化
反応を阻害する。
After completely removing the silicon oxide film on the surface of the gate electrode 907 made of the polycrystalline silicon film and the active region (source / drain) with a hydrofluoric acid solution or the like, a silicon nitride film is formed as an impurity injection protection film 940. The film was deposited on the order of 3-30 nm (preferably 5 nm).
Note that a silicon oxide film may be used as the implantation protection film 940. In this case, when oxygen is knocked on from the silicon oxide film into the semiconductor during ion implantation and silicidation is performed in a later step, Oxygen inhibits the silicidation reaction.

【0075】このため、この実施形態では、上記注入保
護膜940として、シリコン窒化膜を用いた。また、金
属コンタミ等を十分に抑制できるイオン注入条件を用い
ることが可能な場合には、注入保護膜なしで直接注入し
てもよい。
For this reason, in this embodiment, a silicon nitride film is used as the injection protection film 940. If ion implantation conditions capable of sufficiently suppressing metal contamination can be used, direct implantation may be performed without an implantation protection film.

【0076】次に、図9(D)に示すように、フォトリソ
グラフィー工程によってPMOS素子となる領域をフォ
トレジスト膜917Aで被い、NMOS素子に、シリコ
ン半導体中でドナーとして振る舞う不純物イオンとして
砒素(ヒ素)を2〜30keVのエネルギー,注入量0.
5〜5×1014(/cm2)程度でイオン注入を行った。
これにより、NMOS素子領域のチャネル近傍付近に浅
い接合910を形成した。
Next, as shown in FIG. 9D, a region to be a PMOS device is covered with a photoresist film 917A by a photolithography process, and arsenic (As) is added as an impurity ion acting as a donor in a silicon semiconductor to the NMOS device. Arsenic) with an energy of 2 to 30 keV and an implantation amount of 0.
Ion implantation was performed at about 5 to 5 × 10 14 (/ cm 2 ).
As a result, a shallow junction 910 was formed near the channel in the NMOS element region.

【0077】なお、上記NMOS素子において、不純物
としてアンチモンイオンを用いる場合は、3〜35ke
Vのエネルギー,注入量0.5〜5×1014(/cm2)程
度で注入を行う。
In the case of using antimony ions as impurities in the above-mentioned NMOS device, 3- to 35 ke
The implantation is performed at an energy of V and an implantation amount of about 0.5 to 5 × 10 14 (/ cm 2 ).

【0078】次に、図9(D)に示すフォトレジスト膜9
17Aを除去した後、フォトリソグラフィー工程によっ
てNMOS素子をフォトレジスト膜(図示せず)で被う。
そして、シリコン半導体中でアクセプタとして振る舞う
不純物イオンとしてBF2イオンを、5〜40keVの
エネルギー,注入量0.5〜5×1014(/cm2)程度で
PMOS素子に注入する。このイオン注入では、BF2
イオンの代わりにInイオン等を用いてもよい。この注
入により、PMOS素子領域のチャネル近傍付近に浅い
接合909が形成される。
Next, the photoresist film 9 shown in FIG.
After removing 17A, the NMOS element is covered with a photoresist film (not shown) by a photolithography process.
Then, BF 2 ions are implanted into the PMOS device as impurity ions acting as acceptors in the silicon semiconductor at an energy of 5 to 40 keV and an implantation amount of about 0.5 to 5 × 10 14 (/ cm 2 ). In this ion implantation, BF 2
In ions or the like may be used instead of ions. By this implantation, a shallow junction 909 is formed in the vicinity of the channel in the PMOS element region.

【0079】次に、シリコン窒化膜を、100〜200
nm程度に堆積し、次に、このシリコン窒化膜のシリコ
ン酸化膜に対する選択比が50〜100程度で有る(C4
8+CO)ガス系反応性イオンエッチング(RIE)によ
って、素子分離領域904上のシリコン酸化膜の表面が
露出するまでエッチバックを行う。これにより、ゲート
電極907の側壁に、サイドウォールスペーサー911
を形成した。
Next, a silicon nitride film is formed in a thickness of 100 to 200
Then, the selectivity of the silicon nitride film to the silicon oxide film is about 50 to 100 (C 4
Etchback is performed by F 8 + CO) gas-based reactive ion etching (RIE) until the surface of the silicon oxide film on the element isolation region 904 is exposed. Thus, the side wall spacer 911 is provided on the side wall of the gate electrode 907.
Was formed.

【0080】この実施形態では、後に行う酸化工程によ
るバーズビークを低減するために、サイドウォールスペ
ーサー911をシリコン窒化膜としたが、シリコン酸化
膜とシリコン窒化膜の2層構造膜としてもよい。
In this embodiment, the sidewall spacer 911 is formed of a silicon nitride film in order to reduce a bird's beak caused by an oxidation step performed later. However, the sidewall spacer 911 may be formed of a two-layer structure film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.

【0081】次に、フォトリソグラフィー工程によっ
て、図9(D)に示すように、再びPMOS素子をフォト
レジスト膜917Aによって被い、符号912で示すよ
うに、シリコン半導体中でドナーとして振る舞う不純物
イオンであるリンを、NMOS素子に15〜50keV
のエネルギー,注入量1〜5×1015(/cm2)程度で
イオン注入する。なお、この実施形態では、エネルギー
30keV,注入量3×1015(/cm2)で実験を行っ
た。
Next, as shown in FIG. 9D, the PMOS element is again covered with the photoresist film 917A by the photolithography step, and as shown by reference numeral 912, the impurity element which acts as a donor in the silicon semiconductor is removed. A certain phosphorus is applied to the NMOS element by 15 to 50 keV.
Ion implantation at an energy of about 1 to 5 × 10 15 (/ cm 2 ). In this embodiment, an experiment was performed at an energy of 30 keV and an injection amount of 3 × 10 15 (/ cm 2 ).

【0082】次に、フォトレジスト膜917Aを除去し
た後、窒素雰囲気中で850〜900℃程度のアニール
を施こすことにより、注入不純物を活性化させ、図9
(E)に示すように、深い接合であるソース・ドレイン拡
散層913を形成する。これにより、NMOS素子に浅
い拡散層910および深い拡散層913を形成する。こ
の時、PMOS素子においては、ボロンが活性化され、
浅い接合909から浅いp型拡散層909が形成され
る。
Next, after removing the photoresist film 917A, annealing at about 850 to 900 ° C. is performed in a nitrogen atmosphere to activate the implanted impurities.
As shown in (E), a source / drain diffusion layer 913 having a deep junction is formed. Thus, a shallow diffusion layer 910 and a deep diffusion layer 913 are formed in the NMOS element. At this time, in the PMOS element, boron is activated,
A shallow p-type diffusion layer 909 is formed from the shallow junction 909.

【0083】次に、図9(E)に示すように、上記NMO
S素子をフォトレジスト膜917Cによって被い、上記
PMOS素子には、チャンネリング効果を防ぐために、
注入エネルギー30keV,注入量1×1015(/c
2)の条件で、シリコンイオンを注入する。次に、符号
914で示すように、シリコン半導体中でアクセプタと
して振る舞う不純物イオンであるボロンイオンを、10
〜30keVのエネルギー,注入量1〜5×1015(/
cm2)程度で、PMOS素子に注入する。
Next, as shown in FIG.
The S element is covered with a photoresist film 917C, and the above-mentioned PMOS element is provided in order to prevent a channeling effect.
Injection energy 30 keV, injection amount 1 × 10 15 (/ c
Under the condition of m 2 ), silicon ions are implanted. Next, as shown by reference numeral 914, boron ions, which are impurity ions acting as
Energy of ~ 30 keV, injection amount of 1-5 × 10 15 (/
cm 2 ) is implanted into the PMOS device.

【0084】次に、図9(E)に示すフォトレジスト膜9
17Cを除去した後、図9(F)に示すように、急速熱処
理(RTA,1000℃,10秒)により、注入不純物を活
性化させ、PMOS素子に、深いソース・ドレイン拡散
層915を形成する。この後、サリサイド工程などの周
知の工程を経て、図9(F)に示したような、コンタクト
977および絶縁層966を備えた所望のデュアルゲー
トCMOS型半導体装置を形成することができる。
Next, the photoresist film 9 shown in FIG.
After the removal of 17C, as shown in FIG. 9F, the implanted impurities are activated by a rapid thermal treatment (RTA, 1000 ° C., 10 seconds) to form a deep source / drain diffusion layer 915 in the PMOS device. . Thereafter, through a known process such as a salicide process, a desired dual-gate CMOS semiconductor device including the contact 977 and the insulating layer 966 as shown in FIG. 9F can be formed.

【0085】このデュアルゲートCMOSにおけるPM
OSトランジスタに対して、ソース・ドレイン部とゲー
ト電極への注入に、BF2を用いた場合には、ソース・
ドレイン部にフッ素が混入するため、サリサイド化の際
に抵抗増大,耐熱性劣化,接合リークの増大等の問題が発
生する。
The PM in this dual gate CMOS
When BF 2 is used for injection into the source / drain portion and the gate electrode for the OS transistor, the source / drain
Since fluorine is mixed in the drain portion, problems such as an increase in resistance, a decrease in heat resistance, an increase in junction leak, and the like occur in salicidation.

【0086】これに対し、本発明の上記実施形態の製造
方法では、ゲートパターニング前にフッ素を導入するか
ら、ソース・ドレイン部へフッ素が混入せず、上記問題
は生じない。
On the other hand, in the manufacturing method of the above embodiment of the present invention, fluorine is introduced before gate patterning, so that fluorine does not enter the source / drain portions, and the above problem does not occur.

【0087】また、ゲート絶縁膜906に、フッ素が含
まれる場合には、界面の欠陥を補償することができるの
で、界面準位密度が低減し、移動度が向上する。この際
に、ゲート絶縁膜906中に窒素が1×1020/cm3
以上含まれているから、フッ素によるボロンの突き抜け
の増加を抑制できる。さらに、フッ素のようなハロゲン
元素は、シリコンとの結合エネルギーが大きいので、安
定な結合を得ることができる。
In the case where fluorine is contained in the gate insulating film 906, interface defects can be compensated, so that the interface state density is reduced and the mobility is improved. At this time, nitrogen is contained in the gate insulating film 906 at 1 × 10 20 / cm 3.
Because of the above, increase in penetration of boron by fluorine can be suppressed. Further, since a halogen element such as fluorine has a large bonding energy with silicon, a stable bond can be obtained.

【0088】したがって、この実施形態によれば、微細
なトランジスタで問題となるホットキャリア注入による
トランジスタ特性の劣化を低減でき、信頼性の優れた絶
縁膜を形成できる。
Therefore, according to this embodiment, deterioration of transistor characteristics due to hot carrier injection, which is a problem in a fine transistor, can be reduced, and a highly reliable insulating film can be formed.

【0089】なお、この実施形態においては、素子分離
領域をLOCOS(Local Oxidation of Silicon)に
より形成しているが、トレンチ等を用いて素子分離領域
を形成してもよい。この場合においても、素子形成領域
長を1.5μm以下にした場合には、応力等の影響によ
り、ソース・ドレイン部からボロンが拡散するが、本発
明を適用することで、上記実施形態と同様に、トランジ
スタ特性を改善できる。
Although the device isolation region is formed by LOCOS (Local Oxidation of Silicon) in this embodiment, the device isolation region may be formed by using a trench or the like. Also in this case, when the element formation region length is set to 1.5 μm or less, boron diffuses from the source / drain portion due to the influence of stress and the like. In addition, transistor characteristics can be improved.

【0090】〔第3の実施の形態〕次に、図10に、こ
の発明の第3実施形態である半導体装置を示す。図10
は、この半導体装置を、ゲート電極の長手方向に対し
て、垂直に切断したときの垂直断面を示している。
[Third Embodiment] FIG. 10 shows a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. FIG.
Shows a vertical cross section when the semiconductor device is cut perpendicularly to the longitudinal direction of the gate electrode.

【0091】図10に示すように、この実施形態は、素
子分離領域1001と活性領域1002とに大別された
半導体基板1000において、活性領域1002上に形
成されたMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)型
半導体素子である。
As shown in FIG. 10, in this embodiment, in a semiconductor substrate 1000 roughly divided into an element isolation region 1001 and an active region 1002, a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) formed on the active region 1002 is formed. Semiconductor device.

【0092】この半導体素子において、ゲート絶縁膜1
003は、界面窒素濃度1×1020cm 3の窒化酸化
膜からなる。また、ゲート電極1004の両側に隣接し
て、ゲート電極側壁絶縁膜1005,1005が形成さ
れている。
In this semiconductor device, the gate insulating film 1
003 interface nitrogen concentration 1 × 10 20 cm - a three nitride oxide film. Gate electrode side wall insulating films 1005 and 1005 are formed adjacent to both sides of the gate electrode 1004.

【0093】また、この第3実施形態では、ソース,ド
レイン領域1006は、ゲート絶縁膜1003と活性領
域1002との界面を含有する活性領域表面A−A’よ
りも上方まで存在している。このソース,ドレイン領域
1006は、上記絶縁膜1005を挟んで、ゲート電極
1004に隣接している。
In the third embodiment, the source / drain region 1006 extends above the active region surface AA ′ containing the interface between the gate insulating film 1003 and the active region 1002. The source and drain regions 1006 are adjacent to the gate electrode 1004 with the insulating film 1005 interposed therebetween.

【0094】上記活性領域1002と素子分離領域10
01との境界(C−C')は、ゲート電極1004の長手
方向に対する垂直方向の端から、ソース,ドレイン領域
1006の端(B−B')までの間に存在している。つま
り、上記ソース,ドレイン領域1006は、素子分離領
域1001の上に被さっている積み上げ部1006Aを
有している。
The active region 1002 and the element isolation region 10
The boundary (CC ′) with 01 exists between the end in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the gate electrode 1004 and the end (BB ′) of the source / drain region 1006. That is, the source / drain region 1006 has the stacked portion 1006A that covers the element isolation region 1001.

【0095】また、ゲート電極1004の長手方向に対
して、垂直に切断したときの垂直断面において、半導体
基板1000の活性領域表面A−A’と、ソース,ドレ
イン領域1006の表面との間隔dは、素子分離領域1
001からゲート電極1004側に向かうにしたがって
増加している。つまり、上記ソース,ドレイン領域10
06は、端(B−B')からゲート電極1004に向かっ
て、厚さが徐々に増えている凸湾曲形状の表面を有して
いる。
Further, in a vertical cross section cut perpendicular to the longitudinal direction of the gate electrode 1004, the distance d between the active region surface AA ′ of the semiconductor substrate 1000 and the surface of the source / drain region 1006 is , Element isolation region 1
It increases from 001 to the gate electrode 1004 side. That is, the source and drain regions 10
Reference numeral 06 has a convexly curved surface whose thickness gradually increases from the end (B-B ') toward the gate electrode 1004.

【0096】上記構造によれば、図10に示すように、
ソース,ドレイン領域1006を上部配線(図示せず)に
接続するコンタクト孔1007を、素子分離領域100
1上まで被さっているソース,ドレイン領域1006上
に形成すればよい。つまり、このコンタクト孔1007
は、ソース,ドレイン領域1006の積み上げ部100
6Aおよび素子分離領域1001に跨って形成すればよ
い。
According to the above structure, as shown in FIG.
A contact hole 1007 connecting the source / drain region 1006 to an upper wiring (not shown) is formed in the element isolation region 100.
1 may be formed on the source / drain region 1006 which covers up to 1 level. That is, the contact hole 1007
Is the stacked portion 100 of the source / drain region 1006
6A and the element isolation region 1001.

【0097】このように、この実施形態によれば、コン
タクト孔1007の形成領域を、活性領域1002上だ
けに限定する必要が無くなり、ソース,ドレイン領域1
006の幅を加工限界まで縮小できる。
As described above, according to this embodiment, the formation region of the contact hole 1007 does not need to be limited only to the active region 1002, and the source and drain regions 1
006 can be reduced to the processing limit.

【0098】具体例として、製造時に、最小加工寸法F
まで加工できる加工装置を用いる場合、一般的に、下地
に対する上部パターンのフォトリソグラフィーの位置合
せマージンは、(1/3)F程度となる。このため、位置
合せが最大にズレた場合でも、活性領域1002上に形
成されるソース,ドレイン領域1006の寸法、つま
り、ゲート−素子分離間マージン幅は、2/3F〜1F
程度に設定すればよい。
As a specific example, the minimum processing size F
In the case of using a processing apparatus capable of processing up to a maximum, generally, the alignment margin of photolithography of the upper pattern with respect to the base is about (1) F. For this reason, even when the alignment is shifted to the maximum, the size of the source and drain regions 1006 formed on the active region 1002, that is, the margin width between the gate and the element isolation is 2 / 3F to 1F.
It should just be set to about.

【0099】別の言い方をすると、活性化領域1002
を、電気的に絶縁されたゲート1004,ソース100
6,ドレイン1006の3つの領域で覆う構造になって
おり、この構造は、ゲート1004から素子分離100
1までの間に垂直段差を有さない。
In other words, the activation region 1002
To the electrically isolated gate 1004, source 100
6, and a drain 1006. The structure covers the gate 1004 from the element isolation 100.
There is no vertical step between them.

【0100】また、この第3実施形態の構造において
は、ソース,ドレイン領域1006の表面1006B
は、ゲート電極1004に近づく程、活性領域表面A−
A’よりも上方に離隔している。この結果、イオン注入
法によって、ソース,ドレイン領域1006へ不純物ド
ーピングを行ったときに、ゲート電極1004の近傍
程、活性領域表面A−A’から、上記ソース,ドレイン
領域1006と半導体基板1000との接合1111ま
での深さd’が浅くなる。これにより、微細化した際の
短チャネル効果を効果的に抑制できる。なお、上記接合
1111は、一般的な通常CMOSの場合、ソース,ド
レイン領域と逆導電型のウェル領域との接合である。
In the structure of the third embodiment, the surface 1006B of the source / drain region 1006
Are closer to the gate electrode 1004, the active area surface A-
It is separated above A '. As a result, when impurity doping is performed on the source / drain regions 1006 by the ion implantation method, the source / drain regions 1006 and the semiconductor substrate 1000 are closer to the gate electrode 1004 from the active region surface AA ′. The depth d 'to the junction 1111 becomes shallower. Thereby, the short channel effect at the time of miniaturization can be effectively suppressed. The junction 1111 is a junction between a source / drain region and a well region of the opposite conductivity type in a general ordinary CMOS.

【0101】また、この実施形態において、上記ソー
ス,ドレイン領域表面1006Bと上部配線とを接続す
るためのコンタクト孔1007については、少なくとも
コンタクト孔1007の一部が、ソース,ドレイン領域
表面1006Bに被さっていればよい。その結果、この
実施形態のトランジスタ素子は、活性領域1002上の
ソース,ドレイン領域1006の占有面積に対し、表面
積を大きくすることができる。したがって、ソース,ド
レイン領域1006と上部配線とのコンタクトの接触面
積を大きく設定でき、コンタクト抵抗を下げることがで
きる。さらに、このコンタクトの大きさに囚われず、素
子の占有面積、特にソース,ドレイン領域の占有面積を
縮小できる。
In this embodiment, at least a part of the contact hole 1007 for connecting the source / drain region surface 1006B to the upper wiring covers the source / drain region surface 1006B. Just do it. As a result, in the transistor element of this embodiment, the surface area can be increased with respect to the area occupied by the source and drain regions 1006 on the active region 1002. Therefore, the contact area between the source / drain region 1006 and the upper wiring can be set large, and the contact resistance can be reduced. Further, the area occupied by the element, especially the area occupied by the source and drain regions can be reduced irrespective of the size of the contact.

【0102】したがって、この第3実施形態によれば、
コンタクト抵抗を犠牲にすることなく、ソース,ドレイ
ン領域1006と半導体基板1000との接合面積を縮
小でき、接合容量を効果的に低減できる。なお、上記接
合面積は、一般的な通常CMOSの場合、ソース,ドレ
イン領域と逆導電型のウェル領域との接合面積になる。
Therefore, according to the third embodiment,
The junction area between the source / drain region 1006 and the semiconductor substrate 1000 can be reduced without sacrificing the contact resistance, and the junction capacitance can be effectively reduced. In the case of a general ordinary CMOS, the junction area is the junction area between the source and drain regions and the well region of the opposite conductivity type.

【0103】つまり、この実施形態の構造では、コンタ
クト抵抗を犠牲にすることなく、占有面積を縮小化で
き、寄生容量(接合容量)を低減でき、寄生抵抗を低減で
きて、非常に大きな相互コンダクタンスを得ることがで
きる。
That is, in the structure of this embodiment, the occupied area can be reduced without sacrificing the contact resistance, the parasitic capacitance (junction capacitance) can be reduced, the parasitic resistance can be reduced, and a very large transconductance can be obtained. Can be obtained.

【0104】また、本構造のトランジスタ素子では、電
流の流れ道に占める抵抗の高い領域(チャネルからコン
タクトまでの距離)の割合が、通常の構造と比較して、
非常に少なく、ソース,ドレイン領域1006の寄生抵
抗を減少できる。
Further, in the transistor element of this structure, the ratio of the region of high resistance (the distance from the channel to the contact) occupying the current flow path is smaller than that of the normal structure.
Very little, the parasitic resistance of the source / drain region 1006 can be reduced.

【0105】さらに、ソース,ドレイン領域1006に
おいて、チャネル領域近傍から、コンタクトに近づくに
つれて、電流が流れる経路が広がるから、寄生抵抗を一
層低く抑制できる。これらのことから、この実施形態で
は、素子の電流駆動能力を増加させることができ、相互
コンダクタンスを向上できる。
Furthermore, in the source / drain region 1006, the path through which the current flows increases from near the channel region to the contact, so that the parasitic resistance can be further reduced. From these facts, in this embodiment, the current driving capability of the element can be increased, and the transconductance can be improved.

【0106】ところで、この実施形態の構造の素子で
は、ゲート長をFとすると、素子分離領域1001から
次の素子分離領域1001までの距離は、7/3F〜3
F程度となる。
By the way, in the device having the structure of this embodiment, when the gate length is F, the distance from the device isolation region 1001 to the next device isolation region 1001 is 7 / 3F to 3/3.
It is about F.

【0107】このように、素子分離1001がゲート電
極1004に非常に接近している場合、従来技術のゲー
ト絶縁膜を採用すれば、ゲート電極1004と素子分離
1001との応力によって、上記ボロンがチャネル方向
へ異常拡散する影響がより顕著になる。この場合、本構
造のような素子では、PMOSトランジスタ特性におけ
るS係数の悪化およびオフリーク電流増大等のトランジ
スタ特性の悪化が通常構造の素子と比較して、より顕著
になる。なお、上記通常構造の素子とは、ゲート−素子
分離間マージンが2.5F〜3Fの幅で形成されている
素子である。
As described above, when the element isolation 1001 is very close to the gate electrode 1004 and the gate insulating film of the related art is employed, the boron is applied to the channel by the stress between the gate electrode 1004 and the element isolation 1001. The effect of abnormal diffusion in the direction becomes more pronounced. In this case, in the device having this structure, the deterioration of the transistor characteristics such as the deterioration of the S coefficient in the PMOS transistor characteristics and the increase of the off-leak current becomes more remarkable as compared with the device having the normal structure. The element having the normal structure is an element having a gate-element separation margin of 2.5F to 3F.

【0108】これに対し、この第3実施形態では、第1
実施形態と同様に、界面窒素濃度1×1020cm-3の窒
化酸化膜からなるゲート絶縁膜1004が形成されてい
るから、ゲート絶縁膜1004中のピーク窒素濃度を1
×1020cm 3以上にでき、ソース・ドレイン部10
06からのボロンの部分異常増速拡散を抑制できる。
On the other hand, in the third embodiment, the first
As in the embodiment, since the gate insulating film 1004 made of a nitrided oxide film having an interface nitrogen concentration of 1 × 10 20 cm −3 is formed, the peak nitrogen concentration in the gate insulating film 1004 is set to 1
× 10 20 cm - can in 3 or more, the source and drain portions 10
06 can suppress the partially abnormally accelerated diffusion of boron.

【0109】[0109]

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体装置は、ゲート長手方向の幅が1.5μm以下の領
域に形成された絶縁ゲート型電界効果型トランジスタの
ゲート絶縁膜中および、半導体基板とゲート絶縁膜界面
に窒素を含む。したがって、半導体基板とゲート絶縁膜
界面の窒素が、ソース・ドレイン部からのボロンの拡散
を防いで、ボロンの異常拡散を抑制し、トランジスタ特
性の悪化および特性バラツキ増大を低減できる。
As is apparent from the above description, the semiconductor device of the present invention has a structure in the gate insulating film of an insulated gate field effect transistor formed in a region having a width of 1.5 μm or less in the gate longitudinal direction, and in the semiconductor device. Nitrogen is contained at the interface between the substrate and the gate insulating film. Therefore, nitrogen at the interface between the semiconductor substrate and the gate insulating film prevents diffusion of boron from the source / drain portions, suppresses abnormal diffusion of boron, and reduces deterioration of transistor characteristics and increase in variation in characteristics.

【0110】また、一実施形態の半導体装置は、ゲート
端下部におけるソース・ドレイン不純物濃度が1×10
19/cm3以上である絶縁ゲート型トランジスタにおい
て、ソース・ドレインからのボロンの拡散を抑制でき、
トランジスタ特性の悪化および特性バラツキを抑制でき
る。
In one embodiment of the present invention, the source / drain impurity concentration under the gate end is 1 × 10 5
In an insulated gate transistor of 19 / cm 3 or more, diffusion of boron from the source / drain can be suppressed,
Deterioration of transistor characteristics and characteristic variations can be suppressed.

【0111】また、他の実施形態の半導体装置は、絶縁
ゲート型トランジスタにおける半導体とゲート絶縁膜界
面の窒素濃度を1×1020cm-3以上にすることで、ソ
ース・ドレインからのボロンの拡散を抑制し、トランジ
スタ特性の悪化と特性バラツキを抑制できた。
In the semiconductor device according to another embodiment, the diffusion of boron from the source / drain is controlled by setting the nitrogen concentration at the interface between the semiconductor and the gate insulating film in the insulated gate transistor to 1 × 10 20 cm −3 or more. , And deterioration of transistor characteristics and characteristic variations can be suppressed.

【0112】また、一実施形態の半導体装置は、絶縁ゲ
ート型トランジスタにおけるゲート長が0.3μm以下
である。この実施形態では、ゲート絶縁膜界面の窒素濃
度を1×1020cm-3以上にしたことで、ゲート長が
0.3μm以下の絶縁ゲート型トランジスタにおいて、
ソース・ドレインからのボロンの拡散を抑制でき、トラ
ンジスタ特性の悪化および特性バラツキを抑制できた。
なお、ゲート絶縁膜界面の窒素濃度が1×1020cm-3
以下である場合には、ゲート長0.3μm以下の絶縁ゲ
ート型トランジスタは、ソース・ドレインからのボロン
の異常拡散が顕著になる。
In one embodiment of the semiconductor device, the gate length of the insulated gate transistor is 0.3 μm or less. In this embodiment, by setting the nitrogen concentration at the interface of the gate insulating film to 1 × 10 20 cm −3 or more, in an insulated gate transistor having a gate length of 0.3 μm or less,
The diffusion of boron from the source / drain can be suppressed, and the deterioration and the variation in the characteristics of the transistor can be suppressed.
Note that the nitrogen concentration at the interface of the gate insulating film is 1 × 10 20 cm −3.
In the case where it is less than or equal to, in the insulated gate transistor having a gate length of 0.3 μm or less, abnormal diffusion of boron from the source / drain becomes remarkable.

【0113】また、他の実施形態の半導体装置は、絶縁
ゲート型トランジスタにおけるゲート絶縁膜がハロゲン
元素を含む。これにより、ゲート絶縁膜中のピーク窒素
濃度が高くても、トランジスタのチャネル・ゲート絶縁
膜の界面特性を劣化させることなく、良好なトランジス
タ特性を得ることができ、信頼性においても優れたトラ
ンジスタを得ることができる。
In the semiconductor device of another embodiment, the gate insulating film in the insulated gate transistor contains a halogen element. Thereby, even if the peak nitrogen concentration in the gate insulating film is high, favorable transistor characteristics can be obtained without deteriorating the interface characteristics of the channel / gate insulating film of the transistor, and a transistor excellent in reliability can be obtained. Obtainable.

【0114】また、一実施形態の半導体装置は、上記絶
縁ゲート型トランジスタのゲート絶縁膜中のハロゲン元
素がフッ素であるから、結合エネルギーが大きく安定な
Si−F結合が形成され、良好な界面並びに高い信頼性
を有する絶縁ゲート型トランジスタを形成できる。
In the semiconductor device of one embodiment, since the halogen element in the gate insulating film of the insulated gate transistor is fluorine, a stable Si—F bond having a large bonding energy is formed, and a good interface and A highly reliable insulated gate transistor can be formed.

【0115】また、他の実施形態の半導体装置は、絶縁
ゲート型電界効果トランジスタのソース,ドレイン領域
が、チャネル部よりも上方まで積み上がって、素子分離
領域上まで被さっている。したがって、この実施形態に
よれば、この素子分離領域上まで積み上がっているソー
ス,ドレイン領域(積み上げ層)上に、ソース,ドレイン領
域と上部配線とを接続するコンタクト孔を形成すればよ
いから、ソース,ドレイン領域幅を加工限界まで縮小で
きる。
Further, in the semiconductor device of another embodiment, the source and drain regions of the insulated gate field effect transistor are stacked above the channel portion and cover the element isolation region. Therefore, according to this embodiment, on the source / drain region (stacking layer) which is stacked up on the element isolation region, a contact hole for connecting the source / drain region and the upper wiring may be formed. The source and drain region width can be reduced to the processing limit.

【0116】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、半導体とゲート絶縁膜との界面に窒素を含むゲート
絶縁膜を形成する工程において、ゲート絶縁膜としてシ
リコン酸化膜を形成した後に、アンモニアガスを用いて
半導体とゲート絶縁膜界面に窒素を導入する。したがっ
て、アンモニアガスを用いた窒化処理によって十分な量
の窒素を界面に供給でき、半導体とゲート絶縁膜界面の
窒素量を容易に制御できる。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device, in the step of forming a gate insulating film containing nitrogen at an interface between the semiconductor and the gate insulating film, after forming a silicon oxide film as a gate insulating film, Nitrogen is introduced into the interface between the semiconductor and the gate insulating film using a gas. Therefore, a sufficient amount of nitrogen can be supplied to the interface by the nitriding treatment using ammonia gas, and the amount of nitrogen at the interface between the semiconductor and the gate insulating film can be easily controlled.

【0117】また、他の実施形態の半導体装置の製造方
法は、一酸化二窒素ガスあるいは一酸化窒素ガスを用い
て、まずゲート絶縁膜を形成するから、薄膜領域におい
てもゲート絶縁膜の膜厚を容易に制御できる。また、引
き続き、ゲートアンモニアガスを用いた窒化処理を行う
から、界面に十分な量の窒素を供給でき、半導体とゲー
ト絶縁膜界面の窒素量を容易に制御できる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment, a gate insulating film is first formed using a nitrous oxide gas or a nitric oxide gas. Can be easily controlled. Further, since the nitriding treatment using the gate ammonia gas is subsequently performed, a sufficient amount of nitrogen can be supplied to the interface, and the amount of nitrogen at the interface between the semiconductor and the gate insulating film can be easily controlled.

【0118】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、半導体とゲート絶縁膜界面に窒素を含むゲート絶縁
膜を形成する工程において、一酸化窒素ガスを用いて、
半導体とゲート絶縁膜界面に窒素を含むゲート絶縁膜を
形成する。したがって、ゲート絶縁膜界面に十分な量の
窒素を導入でき、ゲート絶縁膜を形成する工程を簡略化
できる。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device, in the step of forming a gate insulating film containing nitrogen at the interface between the semiconductor and the gate insulating film, a nitrogen monoxide gas is used.
A gate insulating film containing nitrogen is formed at the interface between the semiconductor and the gate insulating film. Therefore, a sufficient amount of nitrogen can be introduced into the gate insulating film interface, and the step of forming the gate insulating film can be simplified.

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

【図1】 この発明の第1実施形態のトランジスタ構造
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a transistor structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 上記第1実施形態における素子形成領域長が
1μmのときのPMOSトランジスタにおけるS係数と
ゲートチャネル長との関係を示した特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between an S coefficient and a gate channel length in a PMOS transistor when the element formation region length in the first embodiment is 1 μm.

【図3】 上記第1実施形態において、素子形成領域長
が2μmのときのPMOSトランジスタにおけるS係数
とゲートチャネル長との関係を示した特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between an S coefficient and a gate channel length in a PMOS transistor when the element formation region length is 2 μm in the first embodiment.

【図4】 上記第1実施形態において、素子形成領域長
が1μmのときのPMOSトランジスタにおけるしきい
値電圧とゲートチャネル長との関係を示す特性図であ
る。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a threshold voltage and a gate channel length in a PMOS transistor when the element formation region length is 1 μm in the first embodiment.

【図5】 上記第1実施形態において、PMOSトラン
ジスタにおけるドレイン電流とゲート電圧との関係を示
した特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a drain current and a gate voltage in a PMOS transistor in the first embodiment.

【図6】 上記第1実施形態において、PMOSトラン
ジスタにおけるS係数とゲートチャネル長との関係を示
した特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between an S coefficient and a gate channel length in a PMOS transistor in the first embodiment.

【図7】 上記第1実施形態において、相互コンダクタ
ンスの劣化率とストレス時間との関係を示した特性図で
ある。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between a deterioration rate of a mutual conductance and a stress time in the first embodiment.

【図8】 図8(A)〜(C)は、この発明の第2実施形態
であるデュアルゲートCMOS型半導体装置の製造工程
の前半を順に示す図である。
FIGS. 8A to 8C are diagrams sequentially illustrating the first half of a manufacturing process of a dual gate CMOS semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図9】 図9(D)〜(F)は、上記製造工程の後半を順
に示す図である。
FIGS. 9D to 9F are diagrams sequentially illustrating the latter half of the manufacturing process.

【図10】 この発明の半導体装置の第3実施形態にお
けるソース・ドレイン部の積み上げ構造を有するトラン
ジスタの構造を示す図である。
FIG. 10 is a view showing a structure of a transistor having a stacked structure of source / drain portions in a third embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図11】 図11(A)は、従来例のトランジスタの配
置図であり、図11(B)は、本発明の前提となるトラン
ジスタの配置図である。
FIG. 11A is a layout diagram of a conventional transistor, and FIG. 11B is a layout diagram of a transistor which is a premise of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…活性領域、102…ゲート、103…コンタク
ト径、104…積み上げソース,ドレイン領域、201
…半導体基板、202…p−ウェル、203…n−ウェ
ル、204…素子分離領域、205…ゲート絶縁膜、2
06…ゲート電極、207…注入保護膜、208…浅い
p型拡散層、209…サイドウォールスペーサ、210
…深いp型拡散層、211…シリサイド膜、212…層
間絶縁膜、213…メタル配線、214…深いn型拡散
層、901…シリコン半導体基板、902…p−ウェ
ル、903…n−ウェル、904…素子分離領域、90
5…シリコン酸化膜、906…ゲート絶縁膜、907…
ポリシリコン膜(ゲート電極)、908…ハロゲン元素の
注入を示す矢印、909…浅い接合、910…浅いp型
拡散層、911…サイドウォールスペーサー、912…
リンのイオン注入を示す矢印、913…深いp型拡散
層、917A,917B…フォトレジスト膜、940…
注入保護膜、1000…半導体基板、1001…素子分
離領域、1002…活性領域、1003…ゲート絶縁
膜、1004…ゲート電極、1005…ゲート電極側壁
絶縁膜、1006…ソース,ドレイン領域、1007…
コンタクト孔。
101: Active region, 102: Gate, 103: Contact diameter, 104: Stacked source / drain region, 201
... semiconductor substrate, 202 ... p-well, 203 ... n-well, 204 ... element isolation region, 205 ... gate insulating film, 2
06: gate electrode, 207: injection protection film, 208: shallow p-type diffusion layer, 209: sidewall spacer, 210
... deep p-type diffusion layer, 211 ... silicide film, 212 ... interlayer insulating film, 213 ... metal wiring, 214 ... deep n-type diffusion layer, 901 ... silicon semiconductor substrate, 902 ... p-well, 903 ... n-well, 904 ... Element isolation region, 90
5 silicon oxide film, 906 gate insulating film, 907
Polysilicon film (gate electrode), 908: arrow indicating injection of halogen element, 909: shallow junction, 910: shallow p-type diffusion layer, 911: sidewall spacer, 912 ...
Arrows indicating phosphorus ion implantation, 913: deep p-type diffusion layer, 917A, 917B: photoresist film, 940 ...
Injection protective film, 1000 semiconductor substrate, 1001 element isolation region, 1002 active region, 1003 gate insulating film, 1004 gate electrode, 1005 gate electrode sidewall insulating film, 1006 source / drain region, 1007
Contact hole.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柿本 誠三 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5F040 DA02 DA06 DA17 DA28 DB03 DC01 EC01 EC07 EC13 ED03 EE05 EF01 EF02 EH02 EH08 EK01 EK05 FA05 FA07 FA10 FA16 FA18 FB02 FC06 FC15 FC19 FC21 5F048 AA07 AA08 AC03 BA01 BB06 BB07 BB11 BB14 BC01 BC06 BE03 BF06 BG12 BG14 DA25 DA27 DA30  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Seizo Kakimoto 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka F-term (reference) 5F040 DA02 DA06 DA17 DA28 DB03 DC01 EC01 EC07 EC13 ED03 EE05 EF01 EF02 EH02 EH08 EK01 EK05 FA05 FA07 FA10 FA16 FA18 FB02 FC06 FC15 FC19 FC21 5F048 AA07 AA08 AC03 BA01 BB06 BB07 BB11 BB14 BC01 BC06 BE03 BF06 BG12 BG14 DA25 DA27 DA30

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁ゲート型電界効果型トランジスタを
含み、素子分離領域と素子形成領域を持つ半導体基板上
に形成された半導体装置であって、 ゲート長手方向の幅が1.5μm以下の領域に形成され
た上記絶縁ゲート型電界効果型トランジスタのゲート絶
縁膜中および、上記半導体基板とゲート絶縁膜界面に窒
素を含むことを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device including an insulated gate field effect transistor, formed on a semiconductor substrate having an element isolation region and an element formation region, wherein the width of the gate in the longitudinal direction is 1.5 μm or less. A semiconductor device comprising nitrogen in a gate insulating film of the formed insulated gate field effect transistor and in an interface between the semiconductor substrate and the gate insulating film.
【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置において、 上記絶縁ゲート型トランジスタにおけるゲート端下部に
おけるソース・ドレイン不純物濃度が1×1019/cm
3以上であることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulated gate transistor has a source / drain impurity concentration below a gate end of 1 × 10 19 / cm.
A semiconductor device, wherein the number is 3 or more.
【請求項3】 請求項3に記載の半導体装置において、 上記絶縁ゲート型トランジスタにおける半導体とゲート
絶縁膜界面の窒素の濃度が1×1020cm-3以上である
ことを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 3, wherein the concentration of nitrogen at the interface between the semiconductor and the gate insulating film in the insulated gate transistor is 1 × 10 20 cm −3 or more.
【請求項4】 請求項3に記載の半導体装置において、 上記絶縁ゲート型トランジスタにおけるゲート長が0.
3μm以下であることを特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the insulated gate transistor has a gate length of 0.5.
A semiconductor device having a thickness of 3 μm or less.
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1つに記載の
半導体装置において、 上記絶縁ゲート型トランジスタにおけるゲート絶縁膜が
ハロゲン元素を含むことを特徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a gate insulating film of the insulated gate transistor contains a halogen element.
【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1つに記載の
半導体装置において、 上記ゲート絶縁膜に含まれるハロゲン元素がフッ素であ
ることを特徴とする半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the halogen element contained in the gate insulating film is fluorine.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1つに記載の
半導体装置において、 上記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソース,ドレ
イン領域は、チャネル部よりも上方まで積み上がって素
子分離領域上に被さっていることを特徴とする半導体装
置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the source and drain regions of the insulated gate field effect transistor are stacked up above a channel portion and formed on the element isolation region. A semiconductor device characterized by being covered.
【請求項8】 請求項1乃至7のいずれか1つに記載の
半導体装置の絶縁ゲート型トランジスタにおける半導体
とゲート絶縁膜との界面に窒素を含むゲート絶縁膜を形
成する工程において、 シリコン酸化膜の形成後に、アンモニアガスを用いて、
窒素を、半導体とゲート絶縁膜との界面に導入すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
8. A step of forming a gate insulating film containing nitrogen at an interface between a semiconductor and a gate insulating film in the insulated gate transistor of the semiconductor device according to claim 1. After the formation of, using ammonia gas,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising introducing nitrogen to an interface between a semiconductor and a gate insulating film.
【請求項9】 請求項1乃至7のいずれか1つに記載の
半導体装置の絶縁ゲート型トランジスタにおける半導体
とゲート絶縁膜界面に窒素を含むゲート絶縁膜を形成す
る工程において、 一酸化二窒素ガスあるいは一酸化窒素ガスを用いて、窒
素を含むシリコン酸化膜を形成した後に、アンモニアガ
スを用いて、窒素を、半導体とゲート絶縁膜との界面に
導入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. The step of forming a gate insulating film containing nitrogen at an interface between a semiconductor and a gate insulating film in the insulated gate transistor of the semiconductor device according to claim 1, Alternatively, a method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a nitrogen-containing silicon oxide film using a nitrogen monoxide gas and introducing nitrogen to an interface between the semiconductor and the gate insulating film using an ammonia gas. .
【請求項10】 請求項1乃至7のいずれか1つに記載
の半導体装置の絶縁ゲート型トランジスタにおける半導
体とゲート絶縁膜界面に窒素を含むゲート絶縁膜を形成
する工程において、 一酸化窒素ガスを用いて、半導体とゲート絶縁膜界面に
窒素を含むゲート絶縁膜を形成することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
10. The step of forming a gate insulating film containing nitrogen at an interface between a semiconductor and a gate insulating film in the insulated gate transistor of the semiconductor device according to claim 1, A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a gate insulating film containing nitrogen at an interface between the semiconductor and the gate insulating film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006344634A (en) * 2005-06-07 2006-12-21 Renesas Technology Corp Cmos type semiconductor device and manufacturing method thereof

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