JP2002094053A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device

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JP2002094053A
JP2002094053A JP2000278444A JP2000278444A JP2002094053A JP 2002094053 A JP2002094053 A JP 2002094053A JP 2000278444 A JP2000278444 A JP 2000278444A JP 2000278444 A JP2000278444 A JP 2000278444A JP 2002094053 A JP2002094053 A JP 2002094053A
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heat treatment
region
gate electrode
gate
source
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JP2000278444A
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Ikuo Fujiwara
郁夫 藤原
Toshinori Numata
敏典 沼田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device in which, related to an MOS field effect transistor comprising a gate sidewall structure, a source/drain diffusion layer is formed very thin to suppress short- channel effect. SOLUTION: After a gate electrode 92 and a gate sidewall 101 are formed, an ion is vertically implanted into a substrate 81 to form a deep source/drain diffusion layer 112. Then a high-temperature or extended first thermal process is carried out for activation. Then ions are implanted obliquely into the substrate 81, to form a shallow source/drain diffusion layer 131 under the gate sidewall 101. A second thermal process is carried out at a temperature lower than the first thermal process for a short period to cause the source/drain diffusion layer 131 to be activated.

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】本発明は、半導体装置の製造
方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、電界効果トランジスタを含む集積
回路では、より高い集積化を図るために、電界効果トラ
ンジスタの微細加工が進められている。電界効果トラン
ジスタとして、特にシリコン酸化膜をゲート絶縁膜とし
て用いるMOS電界効果トランジスタでは、ゲート長が
100nmを切るトランジスタの研究開発がなされてい
る。このようなMOS電界効果トランジスタでは、ゲー
ト長が100nmを切ると、ショートチャネル効果と呼
ばれる問題点が見られるようになる。
2. Description of the Related Art At present, in an integrated circuit including a field effect transistor, fine processing of the field effect transistor is being promoted in order to achieve higher integration. As a field effect transistor, in particular, a MOS field effect transistor using a silicon oxide film as a gate insulating film, a transistor having a gate length of less than 100 nm has been researched and developed. In such a MOS field effect transistor, when the gate length is less than 100 nm, a problem called a short channel effect comes to be seen.

【0003】MOS電界効果トランジスタのショートチ
ャネル効果の一つとして、ホットキャリアによる素子の
劣化が挙げられる。これはゲート長の微細化によりドレ
イン領域のチャネル側に電界が集中することによって、
この部分にホットキャリアが発生し、素子特性の劣化を
起こす現象である。
One of the short channel effects of a MOS field effect transistor is deterioration of an element due to hot carriers. This is because the electric field concentrates on the channel side of the drain region due to the miniaturization of the gate length,
This is a phenomenon in which hot carriers are generated in this portion, causing deterioration of device characteristics.

【0004】このホットキャリアによる素子の劣化を抑
制するための手段として、LDD(Lightly D
oped Drain)と呼ばれる構造が考案されてい
る。このLDD構造は、ソース領域及びドレイン領域の
チャネル側に、ソース領域及びドレイン領域よりも不純
物濃度が低く、接合の深さが浅く、ソース領域及びドレ
イン領域と同じ導電型の領域(以下LDD領域と記す)
を形成することにより、チャネル領域とドレイン領域の
界面での電界強度を弱め、ホットキャリアの生成を抑え
る効果がある。
As a means for suppressing the deterioration of the device due to the hot carriers, an LDD (Lightly D
Opined Drain) has been devised. This LDD structure has a lower impurity concentration than the source region and the drain region, a shallower junction, and a region of the same conductivity type as the source and drain regions (hereinafter referred to as an LDD region) on the channel side of the source and drain regions. Write)
Has the effect of weakening the electric field strength at the interface between the channel region and the drain region and suppressing the generation of hot carriers.

【0005】このLDD構造を有するMOSトランジス
タの従来の製造方法(特開平7−297397号公報)
について、以下図面を参照して説明する。
A conventional method of manufacturing a MOS transistor having this LDD structure (Japanese Patent Laid-Open No. 7-29797).
Will be described below with reference to the drawings.

【0006】先ず、図18に示すように、シリコン単結
晶基板11上にP型ウエル12及びN型ウエル13を形
成し、LOCOS法を用いてフィールド酸化膜からなる
素子分離領域14、15、16を形成し、NMOS形成
領域及びPMOS形成領域に区画する。
First, as shown in FIG. 18, a P-type well 12 and an N-type well 13 are formed on a silicon single crystal substrate 11, and element isolation regions 14, 15, 16 made of a field oxide film are formed by using a LOCOS method. Is formed and partitioned into an NMOS formation region and a PMOS formation region.

【0007】次に、図19に示すように、しきい値電圧
を調整するために、NMOS形成領域及びPMOS形成
領域に個々に或いは別々にボロンをイオン注入する。こ
れによりP型ウエル12及びN型ウエル13に薄いチャ
ネル注入領域21、22が形成される。
Next, as shown in FIG. 19, boron is ion-implanted individually or separately into the NMOS formation region and the PMOS formation region in order to adjust the threshold voltage. As a result, thin channel implantation regions 21 and 22 are formed in the P-type well 12 and the N-type well 13.

【0008】次に、図20に示すように、熱酸化法によ
りチャネル注入領域21、22上にゲート酸化膜31を
形成する。次に、このゲート酸化膜31上に、N型不純
物として、例えばリンを含むポリシリコンを形成し、こ
れを異方性エッチングすることによりパターニングして
ゲート電極32をPウエル12上及びNウエル13上に
形成する。
Next, as shown in FIG. 20, a gate oxide film 31 is formed on the channel injection regions 21 and 22 by a thermal oxidation method. Next, polysilicon containing, for example, phosphorus as an N-type impurity is formed on the gate oxide film 31 and is patterned by anisotropic etching to form the gate electrode 32 on the P well 12 and the N well 13. Form on top.

【0009】次に、図21に示すように、シリコン基板
1上の全面に化学的気相成長法(CVD法)によりシリ
コン酸化膜を膜厚50nmから150nm成膜して、こ
のシリコン酸化膜を異方性エッチングによりエッチバッ
クすることにより、ゲート電極32の側面にゲート側壁
絶縁膜41を形成する。
Next, as shown in FIG. 21, a silicon oxide film having a thickness of 50 nm to 150 nm is formed on the entire surface of the silicon substrate 1 by a chemical vapor deposition method (CVD method). The gate side wall insulating film 41 is formed on the side surface of the gate electrode 32 by etching back by anisotropic etching.

【0010】次に、図22に示すように、NMOS形成
領域にフォトレジスト51を形成し、このフォトレジス
ト51をマスクとして、PMOS形成領域にボロンを斜
めイオン注入してPMOS電界効果トランジスタにおけ
るソース−ドレイン領域のLDD構造を薄いP型不純物
層52(LDD領域)により形成する。このとき、ボロ
ンの注入角度は30°〜45°である。このように、ボ
ロンの注入角度がシリコン基板1に対して斜めになって
いるのでゲート側壁絶縁層41の下にもP型不純物層が
形成される。
Next, as shown in FIG. 22, a photoresist 51 is formed in the NMOS formation region, and using this photoresist 51 as a mask, boron is obliquely ion-implanted into the PMOS formation region to form a source-source in the PMOS field effect transistor. The LDD structure of the drain region is formed by a thin P-type impurity layer 52 (LDD region). At this time, the implantation angle of boron is 30 ° to 45 °. As described above, since the implantation angle of boron is oblique to the silicon substrate 1, a P-type impurity layer is also formed below the gate sidewall insulating layer 41.

【0011】次に、図23に示すように、同一のフォト
レジスト層51をマスクとして用いPMOS形成領域に
2フッ化ボロンをイオン注入してPMOS電界効果トラ
ンジスタにおけるLDD構造の濃いP型不純物層61を
形成する。このとき、2フッ化ボロンの注入角度はほぼ
垂直である。そしてフォトレジスト51を除去する。
Next, as shown in FIG. 23, using the same photoresist layer 51 as a mask, boron difluoride is ion-implanted into a PMOS formation region to form a P-type impurity layer 61 having a deep LDD structure in the PMOS field effect transistor. To form At this time, the implantation angle of boron difluoride is almost vertical. Then, the photoresist 51 is removed.

【0012】次に、図24に示すように、NMOS形成
領域12も同様にしてLDD構造を形成しCMOS電界
効果トランジスタを形成している。このとき、NMOS
領域のLDD領域53には砒素を斜めイオン注入し、N
MOS領域の濃いN型不純物層62には砒素をほぼ直角
にイオン注入して形成している。
Next, as shown in FIG. 24, the NMOS formation region 12 similarly forms an LDD structure to form a CMOS field effect transistor. At this time, NMOS
Arsenic is obliquely ion-implanted into the LDD region 53 of FIG.
Arsenic is ion-implanted substantially perpendicularly to the N-type impurity layer 62 in the MOS region.

【0013】最後に、全てのイオン注入工程が終了した
後に、一回の熱処理によってLDD領域52、53及び
濃い不純物層61、62の不純物を同時に活性化させて
いる。
Finally, after all ion implantation steps are completed, the impurities in the LDD regions 52 and 53 and the impurity layers 61 and 62 are simultaneously activated by a single heat treatment.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のLDD構造を有する電界効果トランジスタの製造方法
は、LDD領域52、53と濃い不純物領域61、62
を一回の熱処理工程によって同時に活性化させソース−
ドレイン領域を形成している。しかしながらゲート長が
より短くなるにつれて、ソース−ドレイン領域の不純物
濃度はLDD領域といえどもより高濃度化しなければシ
ョートチャネル効果を防ぐことができなくなってきてお
り、一方濃いソース−ドレイン領域をさらに活性化させ
るためには、1000℃以上の高温もしくは長時間の熱
処理工程が必要となってきている。
As described above, the conventional method of manufacturing a field-effect transistor having an LDD structure uses the LDD regions 52 and 53 and the heavy impurity regions 61 and 62.
Are simultaneously activated by one heat treatment step,
A drain region is formed. However, as the gate length becomes shorter, the impurity concentration of the source-drain region cannot be prevented unless the impurity concentration in the source-drain region is increased even in the LDD region. For this purpose, a heat treatment step at a high temperature of 1000 ° C. or more or a long time is required.

【0015】しかしながら従来のLDD構造の製造方法
では、LDD領域と濃いソース−ドレイン領域を同時に
熱処理しているので、本来浅い接合が必要なLDD領域
における不純物がこの高温の熱処理工程中にシリコン基
板中に拡散してしまいショートチャネル効果を抑制でき
なくなるという問題が生じる。
However, in the conventional method of manufacturing the LDD structure, since the LDD region and the deep source-drain region are simultaneously heat-treated, impurities in the LDD region which originally requires a shallow junction are not removed from the silicon substrate during the high-temperature heat treatment process. And the short channel effect cannot be suppressed.

【0016】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、ゲート長が短くなってもLDD領域の接合界面が十
分に浅くショートチャネル効果の生じない半導体装置の
製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which a junction interface of an LDD region is sufficiently shallow even if a gate length is shortened and a short channel effect does not occur. And

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、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、前記ゲート電極の側面にゲート側壁を形成する工
程と、前記半導体基板中の前記ゲート電極下及び前記ゲ
ート側壁下以外にイオン注入してイオン注入領域を形成
する第1のイオン注入工程と、前記イオン注入領域を活
性化して、前記半導体基板中にソース領域及びドレイン
領域を形成する第1の熱処理工程と、前記半導体基板に
対して斜め上方からイオン注入することによって、前記
ゲート側壁の下に前記ソース領域及び前記ドレイン領域
よりも浅いイオン注入領域を形成する第2のイオン注入
工程と、前記浅いイオン注入領域を活性化する第2の熱
処理工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製
造方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, Forming a gate side wall on a side surface of an electrode; a first ion implantation step of performing ion implantation to form an ion implantation region in the semiconductor substrate other than below the gate electrode and below the gate side wall; A first heat treatment step of activating the semiconductor region to form a source region and a drain region in the semiconductor substrate, and ion-implanting the semiconductor substrate obliquely from above to thereby form the source region and the source region below the gate sidewall. A second ion implantation step for forming an ion implantation region shallower than the drain region; and a second heat treatment step for activating the shallow ion implantation region. To provide a method of manufacturing a semiconductor device according to claim Rukoto.

【0018】本発明によれば、前記ゲート電極を多結晶
シリコンにより形成し、前記第1のイオン注入工程の際
に、同時に前記ゲート電極中にもイオン注入し、前記第
1の熱処理工程の際に、前記ゲート電極に注入されたイ
オンを活性化することが好ましい。
According to the present invention, the gate electrode is formed of polycrystalline silicon, and ions are simultaneously implanted into the gate electrode at the time of the first ion implantation step. Preferably, the ions implanted into the gate electrode are activated.

【0019】それにより、第1のイオン注入工程の際
に、同時にゲート電極もイオン注入でき、またソース領
域及びドレイン領域を活性化する熱処理時にゲート電極
も活性化できるので、工程を簡略化できる。
Thus, the gate electrode can be ion-implanted at the same time as the first ion implantation step, and the gate electrode can be activated at the time of the heat treatment for activating the source and drain regions, so that the steps can be simplified.

【0020】また、前記第2の熱処理工程は、前記第1
の熱処理工程よりも、熱処理温度が低いことが好まし
い。
Further, the second heat treatment step includes the first heat treatment step.
It is preferable that the heat treatment temperature is lower than that of the heat treatment step.

【0021】また、前記第2の熱処理工程は、前記第1
の熱処理工程よりも、熱処理時間が短いことが好まし
い。
Further, the second heat treatment step includes the step of:
It is preferable that the heat treatment time is shorter than that of the heat treatment step.

【0022】このように第1の熱処理工程よりも第2の
熱処理工程をより低い温度或いはより短い時間で行うこ
とで、第2のイオン注入工程によって作成されたイオン
注入領域の拡散を防ぐことが可能となる。
By performing the second heat treatment step at a lower temperature or for a shorter time than the first heat treatment step, diffusion of the ion implantation region formed by the second ion implantation step can be prevented. It becomes possible.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の好ま
しい実施形態について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】(実施形態1)本実施形態を図1乃至図9
で説明する。本実施形態では、素子を微細化するとLD
D領域の濃度を高濃度としなければならないので、すで
にLightlyDopeとはいえず、以後この領域を
浅いソース−ドレイン領域と呼ぶことにし、濃いソース
−ドレイン領域をこれに対して深いソース−ドレイン領
域と呼ぶことにする。
(Embodiment 1) This embodiment is shown in FIGS.
Will be described. In this embodiment, when the element is miniaturized, LD
Since the concentration of the D region must be high, it cannot be said that the region is already LightlyDope, and this region is hereinafter referred to as a shallow source-drain region, and the dense source-drain region is referred to as a deep source-drain region. I will call it.

【0025】このように浅いソース−ドレイン領域にお
いて、不純物濃度を高め且つ薄く形成することによっ
て、ショートチャネル効果を抑制しつつ、寄生抵抗の増
大を抑制することに主眼を置いている。
The main focus is on suppressing the increase in the parasitic resistance while suppressing the short channel effect by increasing the impurity concentration and forming the film thinner in such a shallow source-drain region.

【0026】この実施形態はNMOS電界効果トランジ
スタに適用される。
This embodiment is applied to an NMOS field effect transistor.

【0027】先ず、図1に示すように、シリコン単結晶
基板81上に、P型ウエル82を形成し、STI(Sh
allow Trench Isolation)法に
より、素子分離領域83を形成する。次に、しきい値電
圧を調整するためにP型不純物をイオン注入することに
よりチャネル注入領域84をP型ウエル82に形成す
る。チャネル注入領域84の形成条件は、例えば、P型
不純物としてボロンを注入加速電圧10keV〜20k
ev、注入ドーズ量5×1012/cm〜1×10
13/cmの条件でイオン注入する。
First, as shown in FIG. 1, a P-type well 82 is formed on a silicon single crystal substrate 81, and an STI (Sh
The element isolation region 83 is formed by an allow trench isolation (Allow Trench Isolation) method. Next, a channel implantation region 84 is formed in the P-type well 82 by ion-implanting a P-type impurity to adjust the threshold voltage. The conditions for forming the channel implantation region 84 include, for example, boron as a P-type impurity and an implantation acceleration voltage of 10 keV to 20 kV.
ev, implantation dose amount 5 × 10 12 / cm 2 to 1 × 10
Ion implantation is performed under the condition of 13 / cm 2 .

【0028】次に、図2に示すように、膜厚1.5nm
のシリコン酸窒化膜を形成することによって、ゲート絶
縁膜91を全面に形成する。酸チッ化膜形成条件は、4
TorrのNO雰囲気中にて、900℃、30秒のRT
P(Rapid Thermal Process)で
あった。また、ゲート絶縁膜91としては、シリコン酸
窒化膜に限らずシリコン酸化膜、シリコン窒化膜やスト
ロンチウムチタン酸バリウム等の他の高誘電体絶縁体膜
を用いることができる。
Next, as shown in FIG.
The gate insulating film 91 is formed on the entire surface by forming the silicon oxynitride film of FIG. The conditions for forming the acid nitrided film are 4
RT at 900 ° C. for 30 seconds in NO atmosphere of Torr
P (Rapid Thermal Process). In addition, the gate insulating film 91 is not limited to the silicon oxynitride film, and may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, or another high dielectric insulator film such as strontium barium titanate.

【0029】次に、このゲート絶縁膜91上に、CVD
法により多結晶シリコンを厚さ175nm成膜してパタ
ーニングすることによってゲート電極92を形成する。
このときゲート電極92としては、ドープドポリシリコ
ン、アモルファスシリコン、SiGe或いは金属などの
導電性膜でも良い。
Next, CVD is performed on the gate insulating film 91.
A gate electrode 92 is formed by forming a 175-nm-thick polycrystalline silicon film by a method and patterning the same.
At this time, the gate electrode 92 may be a conductive film such as doped polysilicon, amorphous silicon, SiGe, or a metal.

【0030】次に、図3に示すように、シリコン単結晶
基板81上の全面に、CVD法によって、Si
を堆積し、異方性エッチングを用いてエッチバックする
ことにより、ゲート電極92の側面にゲート側壁101
を形成する。このときゲート側壁101の膜厚(ゲート
電極92の側面との界面からゲート側壁101の表面ま
での厚さ)は、例えば10nm〜50nmであればよ
い。
Next, as shown in FIG. 3, a Si 3 N 4 film is deposited on the entire surface of the silicon single crystal substrate 81 by a CVD method, and is etched back by anisotropic etching to form a gate. Gate side wall 101 is provided on the side surface of electrode 92.
To form At this time, the thickness of the gate sidewall 101 (the thickness from the interface with the side surface of the gate electrode 92 to the surface of the gate sidewall 101) may be, for example, 10 nm to 50 nm.

【0031】次に、図4に示すように、シリコン単結晶
基板81上に、ほぼ垂直にN型不純物をイオン注入する
第1のイオン注入工程を行う。この第1のイオン注入工
程によってゲート電極92中には、不純物ドーピング領
域111が形成され、ゲート電極92を挟む位置にある
シリコン単結晶基板81中には深いソース−ドレイン領
域となる不純物ドーピング領域112が形成される。こ
の第1のイオン注入工程の条件は、例えばN型不純物と
して砒素を注入加速電圧50keV〜70keV、ドー
ズ量5×1015/cmでイオン注入する。
Next, as shown in FIG. 4, a first ion implantation step of substantially vertically ion-implanting an N-type impurity into the silicon single crystal substrate 81 is performed. The impurity doping region 111 is formed in the gate electrode 92 by the first ion implantation step, and the impurity doping region 112 serving as a deep source-drain region is formed in the silicon single crystal substrate 81 at a position sandwiching the gate electrode 92. Is formed. The conditions for the first ion implantation step include, for example, arsenic as an N-type impurity at an implantation acceleration voltage of 50 keV to 70 keV and a dose of 5 × 10 15 / cm 2 .

【0032】次に、前記不純物ドーピング領域111及
び深いソース−ドレイン領域112を活性化させるため
に第1の熱処理工程を行う。この第1の熱処理工程は、
熱処理温度1035℃、熱処理時間10秒のRTPを用
いた。この第1の熱処理工程において、熱処理温度を1
000℃以上の高温とすることにより、ゲート電極92
内の不純物ドーピング領域111を十分に活性化するこ
とができ、ゲート電極92の空乏化を抑制することがで
きる。ゲート電極の不純物の活性化率が高いほど、ゲー
ト電極の空乏化を抑制できる。
Next, a first heat treatment process is performed to activate the impurity doping region 111 and the deep source-drain region 112. This first heat treatment step
RTP with a heat treatment temperature of 1035 ° C. and a heat treatment time of 10 seconds was used. In this first heat treatment step, the heat treatment temperature is set to 1
By setting the temperature to 000 ° C. or more, the gate electrode 92
The impurity doped region 111 in the inside can be sufficiently activated, and depletion of the gate electrode 92 can be suppressed. The higher the activation rate of impurities in the gate electrode, the more depletion of the gate electrode can be suppressed.

【0033】図5は、この第1の熱処理温度(横軸)
と、ゲート電極92の活性化率(縦軸)を表わす図であ
る。
FIG. 5 shows the first heat treatment temperature (horizontal axis).
FIG. 4 is a diagram illustrating an activation rate (vertical axis) of a gate electrode 92.

【0034】図5に示すように、熱処理温度が1000
℃よりも低ければ、ゲート電極の活性化率が低くなり空
乏化の抑制効果が十分でない。また熱処理時間を長くす
れば活性化率は高くなる傾向にある。
As shown in FIG. 5, when the heat treatment temperature is 1000
If the temperature is lower than ℃, the activation rate of the gate electrode becomes low, and the effect of suppressing depletion is not sufficient. Also, the longer the heat treatment time, the higher the activation rate tends to be.

【0035】本発明者らの研究によると 熱処理温度900℃ 熱処理時間30秒 ゲート電極
活性化率 50% 熱処理温度1035℃ 熱処理時間20秒 ゲート電極
活性化率 80% 熱処理温度1100℃ 熱処理時間10秒 ゲート電極
活性化率 85% であった。
According to the study of the present inventors, heat treatment temperature 900 ° C. heat treatment time 30 seconds gate electrode activation rate 50% heat treatment temperature 1035 ° C. heat treatment time 20 seconds gate electrode activation rate 80% heat treatment temperature 1100 ° C. heat treatment time 10 seconds Gate The electrode activation rate was 85%.

【0036】これらの傾向より、この第1の熱処理工程
の好ましい条件は、熱処理温度がおよそ1000℃以
上、熱処理時間がおよそ10秒以上である。熱処理温度
があまり高すぎるとP型ポリシリコンからなるゲート電
極92から不純物であるボロンがチャネル領域に突き抜
ける問題、チャネルリトログレードプロファイルの崩れ
という問題が起こり、低すぎるとゲート電極92中の不
純物活性化不足によるゲート電極92の空乏化という問
題が起こる。また熱処理時間があまり長すぎるとP型ポ
リシリコンからなるゲート電極92から不純物であるボ
ロンがチャネル領域に突き抜ける問題、チャネルリトロ
グレードプロファイルの崩れという問題が起こり、短す
ぎるとゲート電極中の不純物活性化不足によるゲート電
極の空乏化という問題が起こる。
From these tendencies, preferred conditions for the first heat treatment step are a heat treatment temperature of about 1000 ° C. or more and a heat treatment time of about 10 seconds or more. If the heat treatment temperature is too high, boron as an impurity penetrates into the channel region from the gate electrode 92 made of P-type polysilicon, and the problem of collapse of the channel retrograde profile occurs. If the heat treatment temperature is too low, impurity activation in the gate electrode 92 is activated. The problem of depletion of the gate electrode 92 due to the shortage occurs. Further, if the heat treatment time is too long, there arises a problem that boron as an impurity penetrates into the channel region from the gate electrode 92 made of P-type polysilicon, and a problem that a channel retrograde profile collapses. If the heat treatment time is too short, impurity activation in the gate electrode is activated. The shortage causes a problem of depletion of the gate electrode.

【0037】次に、図6に示すように、シリコン単結晶
基板81に対して斜め上方からゲート絶縁膜91を介し
てN型不純物をイオン注入し、浅いソース−ドレイン領
域121を形成する第2のイオン注入工程を行う。この
第2のイオン注入工程によって、ゲート側壁101下に
もイオン注入が侵入し浅いソース−ドレイン領域121
が形成されることになる。また第2のイオン注入工程の
際、シリコン単結晶基板81の基板面とイオン注入する
方向とのなす角が小さくなればなるほど、浅いソース−
ドレイン領域121の注入深さを浅くすることができ
る。また注入加速電圧を第1のイオン注入工程よりも低
くすることによってもより浅い接合を形成できる。
Next, as shown in FIG. 6, an N-type impurity is ion-implanted into the silicon single crystal substrate 81 from obliquely upward via the gate insulating film 91 to form a second source-drain region 121 for forming a shallow region. Is performed. In the second ion implantation step, the ion implantation also penetrates below the gate side wall 101 and the shallow source-drain region 121 is formed.
Is formed. Also, in the second ion implantation step, the smaller the angle between the substrate surface of the silicon single crystal substrate 81 and the direction of the ion implantation, the shallower the source-
The implantation depth of the drain region 121 can be reduced. Also, a shallower junction can be formed by lowering the implantation acceleration voltage than in the first ion implantation step.

【0038】この第2のイオン注入工程の条件は、例え
ば、砒素を注入加速電圧5keV〜10keV、注入ド
ーズ量5×1014/cm〜1×1015/cm
注入角度をシリコン単結晶基板81面の法線方向とイオ
ン注入方向とのなす角が30°以上60°以下の範囲に
なるようにイオン注入方向を選べばよい。
The conditions of the second ion implantation step include, for example, arsenic implantation acceleration voltage of 5 keV to 10 keV, implantation dose of 5 × 10 14 / cm 2 to 1 × 10 15 / cm 2 ,
The ion implantation direction may be selected so that the angle between the normal direction of the surface of the silicon single crystal substrate 81 and the ion implantation direction is in the range of 30 ° to 60 °.

【0039】次に、浅いソース−ドレイン領域121を
活性化させるために第2の熱処理工程を行う。第2の熱
処理工程の条件は、深いソース−ドレイン領域112を
形成するための第1の熱処理工程に比較して、低い熱処
理温度900℃、熱処理時間は10秒である。こうする
ことで浅いソース−ドレイン領域121の不純物はシリ
コン単結晶基板81中に深く拡散することがない。
Next, a second heat treatment step is performed to activate the shallow source-drain regions 121. The conditions of the second heat treatment step are a lower heat treatment temperature of 900 ° C. and a heat treatment time of 10 seconds as compared with the first heat treatment step for forming the deep source-drain region 112. By doing so, the impurity in the shallow source-drain region 121 does not diffuse deeply into the silicon single crystal substrate 81.

【0040】ここでMOS電界効果トランジスタを微細
化すると、深いソース−ドレイン領域112に対して
は、寄生抵抗値の低減が非常に重要であり、これに比較
して浅いソース−ドレイン領域121についてはそれほ
どでもない。したがって浅いソース−ドレイン領域12
1では、寄生抵抗値よりも接合の浅さがショートチャネ
ル効果を抑制する観点から重要となる。したがって深い
ソース−ドレイン領域112はより活性化率を高めるた
めに高温、長時間の第1の熱処理工程を行い、その後で
浅いソース−ドレイン領域121をより低温若しくは短
時間の第2の熱処理工程により形成することで、深いソ
ース−ドレイン領域112では寄生抵抗を低減しつつか
つ浅いソース−ドレイン領域121では極めて浅い接合
が可能となる。
Here, when the MOS field effect transistor is miniaturized, it is very important to reduce the parasitic resistance value for the deep source-drain region 112, and for the shallow source-drain region 121, Not really. Therefore, shallow source-drain regions 12
In the case of 1, the junction depth is more important than the parasitic resistance value from the viewpoint of suppressing the short channel effect. Accordingly, the deep source-drain region 112 is subjected to a first heat treatment at a high temperature and a long time in order to further increase the activation rate, and thereafter the shallow source-drain region 121 is subjected to a second heat treatment at a lower temperature or a short time. By forming the junction, the parasitic resistance can be reduced in the deep source-drain region 112 and an extremely shallow junction can be formed in the shallow source-drain region 121.

【0041】図7に、従来のLDD構造を有するMOS
電界効果トランジスタのLDD領域の接合深さと、本実
施形態における電界効果トランジスタの浅いソース−ド
レイン領域121の接合深さを比較するために、それぞ
れ砒素のSIMSプロファイルを示す。横軸はシリコン
単結晶基板の表面からの深さを表わし、縦軸は砒素の濃
度を表わしている。
FIG. 7 shows a conventional MOS having an LDD structure.
In order to compare the junction depth of the LDD region of the field-effect transistor with the junction depth of the shallow source-drain region 121 of the field-effect transistor in this embodiment, the SIMS profiles of arsenic are shown. The horizontal axis represents the depth from the surface of the silicon single crystal substrate, and the vertical axis represents the arsenic concentration.

【0042】このプロファイルより本実施形態による浅
いソース−ドレイン領域121の深さは約20nm(砒
素濃度が1×1018/cmとなる深さ。)で、従来
方法における同時に熱処理する場合のLDD領域の接合
深さ40nmと比較して、約半分の深さにすることが可
能となった。
From this profile, the depth of the source-drain region 121 shallower according to the present embodiment is about 20 nm (depth at which the arsenic concentration becomes 1 × 10 18 / cm 2 ), and the LDD for simultaneous heat treatment in the conventional method. Compared with the junction depth of the region of 40 nm, the depth can be reduced to about half.

【0043】次に、図8に示すように、フッ酸によりシ
リコン単結晶基板81及びゲート電極92上部の酸化膜
を除去した後、Coをスパッタによりウエハ全体に成膜
して、RTAによる熱処理によってソース−ドレイン領
域及びゲート電極92上部にコバルトシリサイド領域1
31を形成する。そして余分なCo膜は剥離する。
Next, as shown in FIG. 8, after removing the oxide film on the silicon single crystal substrate 81 and the gate electrode 92 with hydrofluoric acid, Co is deposited on the entire wafer by sputtering, and is heat-treated by RTA. Cobalt silicide region 1 is formed above source-drain region and gate electrode 92.
31 are formed. Then, the extra Co film is peeled off.

【0044】次に、図9に示すように、CVD法により
シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜141を成膜して異
方性エッチングにより所定の位置にコンタクトホール1
42を形成する。次に、アルミニウムをスパッタ法によ
り成膜し、パターニングして配線143を形成する。
Next, as shown in FIG. 9, an interlayer insulating film 141 made of a silicon oxide film is formed by the CVD method, and the contact hole 1 is formed at a predetermined position by anisotropic etching.
42 is formed. Next, aluminum is deposited by a sputtering method and patterned to form the wiring 143.

【0045】以上のようにして浅いソース−ドレイン領
域121と深いソース−ドレイン領域112を持ちかつ
ゲート空乏化も充分に制御できるNMOS電界効果トラ
ンジスタを形成できる。
As described above, an NMOS field effect transistor having the shallow source-drain region 121 and the deep source-drain region 112 and capable of sufficiently controlling gate depletion can be formed.

【0046】なお、この実施形態において、N型不純物
をP型不純物に、P型不純物をN型不純物に置き換える
ことにより、PMOSトランジスタも同様に作成でき
る。
In this embodiment, by replacing the N-type impurity with a P-type impurity and replacing the P-type impurity with an N-type impurity, a PMOS transistor can be similarly manufactured.

【0047】(実施形態2)本実施形態では、NMOS
電界効果トランジスタとPMOS電界効果トランジスタ
を具備するCMOS電界効果トランジスタを形成する際
に、ゲート電極として多結晶シリコンを採用し、深いソ
ース−ドレイン領域に不純物をイオン注入する際に同時
にゲート電極にも不純物をイオン注入して、同時に熱処
理によって活性化させる、いわゆるデュアルゲート構造
を採用している。
(Embodiment 2) In this embodiment, an NMOS
In forming a CMOS field-effect transistor having a field-effect transistor and a PMOS field-effect transistor, polycrystalline silicon is adopted as a gate electrode, and impurities are simultaneously implanted in the gate electrode when ions are implanted into a deep source-drain region. , And simultaneously activated by heat treatment, a so-called dual gate structure is adopted.

【0048】このデュアルゲート構造を有するCMOS
電界効果トランジスタでは、ゲート電極の空乏化を抑制
するために、ゲート電極における不純物を活性化する際
の熱処理工程温度は1000℃以上の高温若しくは10
秒以上の長時間の熱処理が必要となる。
CMOS having this dual gate structure
In the field-effect transistor, in order to suppress depletion of the gate electrode, the temperature of the heat treatment step for activating impurities in the gate electrode is as high as 1000 ° C.
Long-term heat treatment of more than seconds is required.

【0049】先ず、図10に示すように、シリコン単結
晶基板151上にSTI(Shallow Trenc
h Isolation)法により、素子分離領域15
2を形成してNMOS形成領域153とPMOS形成領
域161とに区画する。次に、PMOS形成領域161
上にフォトレジスト154を形成しこのフォトレジスト
154をマスクとして、NMOS形成領域153にP型
不純物をイオン注入することによってP型ウエル155
を形成する。次に、同じフォトレジスト154をマスク
として、しきい値電圧を調整するためにP型不純物をイ
オン注入することによりチャネル注入領域156をP型
ウエル155に形成する。チャネル注入領域156の形
成条件は、例えば、P型不純物としてボロンを注入加速
電圧10keV〜20kev、注入ドーズ量5×10
12/cm〜1×1013/cm の条件でイオン注
入する。そしてフォトレジスト154を除去する。
First, as shown in FIG.
STI (Shallow Trench)
h Isolation), the element isolation region 15
2 to form an NMOS formation region 153 and a PMOS formation region.
And an area 161. Next, the PMOS formation region 161
A photoresist 154 is formed on the
Using the 154 as a mask, a P-type
The P-type well 155 is formed by ion-implanting impurities.
To form Next, the same photoresist 154 is used as a mask.
In order to adjust the threshold voltage,
The channel injection region 156 is formed into a P-type
It is formed in the well 155. Shape of channel injection region 156
The formation conditions are, for example, the implantation acceleration of boron as a P-type impurity.
Voltage 10 keV to 20 keV, implantation dose 5 × 10
12/ Cm2~ 1 × 1013/ Cm 2Ion injection under the conditions
Enter. Then, the photoresist 154 is removed.

【0050】次に、図11に示すように、NMOS形成
領域153上にフォトレジスト162を形成しこのフォ
トレジスト層162をマスクとして、PMOS形成領域
161上にN型不純物をイオン注入することによってN
型ウエル163を形成する。次に、同じフォトレジスト
162をマスクとして、しきい値電圧を調整するために
N型不純物をイオン注入することによりチャネル注入領
域164をN型ウエル163に形成する。チャネル注入
領域164の形成条件は、例えば、N型不純物として砒
素を注入加速電圧70keV〜150keV、注入ドー
ズ量5×10 /cm〜5×1013/cmの条
件でイオン注入する。そしてフォトレジスト162を除
去する。
Next, as shown in FIG. 11, a photoresist 162 is formed on the NMOS formation region 153, and an N-type impurity is ion-implanted on the PMOS formation region 161 using the photoresist layer 162 as a mask.
A mold well 163 is formed. Next, using the same photoresist 162 as a mask, an N-type impurity is ion-implanted to adjust a threshold voltage, thereby forming a channel implantation region 164 in the N-type well 163. Conditions for forming channel implant region 164 may, for example, arsenic injection accelerating voltage 70keV~150keV as N-type impurity, in the conditions of implantation dose 5 × 10 1 2 / cm 2 ~5 × 10 13 / cm 2 is ion-implanted. Then, the photoresist 162 is removed.

【0051】次に、図12に示すように、膜厚1.5n
mのシリコン酸窒化膜を形成することによって、ゲート
絶縁膜171をP型ウエル155上及びN型ウエル16
3上に形成する。酸チッ化膜形成条件は、4Torrの
NO雰囲気中にて、900℃、30秒のRTPであっ
た。また、ゲート絶縁膜171としては、シリコン酸窒
化膜に限らずシリコン酸化膜、シリコン窒化膜やストロ
ンチウムチタン酸バリウム等の他の高誘電体絶縁体膜を
用いることができる。
Next, as shown in FIG.
The gate insulating film 171 is formed on the P-type well 155 and the N-type well 16
3 is formed. The conditions for forming the acid nitride film were RTP at 900 ° C. for 30 seconds in a 4 Torr NO atmosphere. Further, the gate insulating film 171 is not limited to the silicon oxynitride film, and may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, or another high dielectric insulator film such as strontium barium titanate.

【0052】次に、このゲート絶縁膜171上に、CV
D法により多結晶シリコンを厚さ175nm成膜してパ
ターニングすることによってゲート電極172を形成す
る。このときゲート電極172としては、ドープドポリ
シリコン、アモルファスシリコン、SiGe或いは金属
などの導電性膜でも良い。
Next, on this gate insulating film 171, CV
A gate electrode 172 is formed by forming a 175-nm-thick polycrystalline silicon film by the method D and patterning it. At this time, the gate electrode 172 may be a conductive film of doped polysilicon, amorphous silicon, SiGe, or a metal.

【0053】次に、図13に示すように、シリコン単結
晶基板151全面に、CVD法によって、Si
を堆積し、異方性エッチングでエッチバックすることに
より、ゲート電極172の側面にゲート側壁181を形
成する。このときゲート側壁181の膜厚(ゲート電極
172の側面との界面からゲート側壁181の表面まで
の厚さ)は、例えば10nm〜50nmであればよい。
Next, as shown in FIG. 13, a Si 3 N 4 film is deposited on the entire surface of the silicon single crystal substrate 151 by the CVD method, and is etched back by anisotropic etching to form a side surface of the gate electrode 172. A gate sidewall 181 is formed on the substrate. At this time, the thickness of the gate side wall 181 (the thickness from the interface with the side surface of the gate electrode 172 to the surface of the gate side wall 181) may be, for example, 10 nm to 50 nm.

【0054】次に、図14に示すように、PMOS形成
領域161上にフォトレジスト191を形成しこのフォ
トレジスト191をマスクとして、NMOS形成領域1
53上に、ほぼ垂直にN型不純物をイオン注入する第1
のイオン注入工程を行う。この第1のイオン注入工程に
よってNMOS形成領域153のゲート電極172に不
純物ドーピング領域192を形成し、ゲート電極172
を挟む位置にあるシリコン単結晶基板151中の深いソ
ース−ドレイン領域となる位置に不純物ドーピング領域
192、193を形成する。この第1のイオン注入条件
は、例えば、砒素を注入加速電圧50keV〜70ke
V、注入ドーズ量5×1015/cmが挙げられる。
そしてフォトレジスト191を除去する。
Next, as shown in FIG. 14, a photoresist 191 is formed on the PMOS formation region 161, and using this photoresist 191 as a mask, the NMOS formation region 1 is formed.
First, an N-type impurity is ion-implanted substantially vertically on
Is performed. By this first ion implantation step, an impurity doping region 192 is formed in the gate electrode 172 of the NMOS formation region 153, and the gate electrode 172 is formed.
Are formed at positions that are deep source-drain regions in the silicon single crystal substrate 151 at positions sandwiching the. The first ion implantation condition is, for example, an arsenic implantation acceleration voltage of 50 keV to 70 keV.
V, and an implantation dose of 5 × 10 15 / cm 2 .
Then, the photoresist 191 is removed.

【0055】以下、PMOS形成領域161においても
同様の工程を施すので、この工程を説明する図面は省略
する。
Hereinafter, the same steps are performed in the PMOS formation region 161, and the drawings explaining this step are omitted.

【0056】先ず、NMOS形成領域153にフォトレ
ジストを形成し、シリコン単結晶基板151上に、ほぼ
垂直にP型不純物をイオン注入する第1のイオン注入工
程を行う。この第1のイオン注入工程によってPMOS
形成領域161におけるゲート電極172中に不純物ド
ーピング領域を形成しゲート電極172を挟む位置にあ
るシリコン単結晶基板151中に深いソース−ドレイン
領域となる不純物ドーピング領域193を形成する。こ
の第1のイオン注入条件は、例えば、ボロンを注入加速
電圧5keV〜10keV、ドーズ量5×1015/c
が挙げられる。そしてフォトレジストを除去する。
First, a photoresist is formed in the NMOS formation region 153, and a first ion implantation step of substantially vertically ion-implanting a P-type impurity into the silicon single crystal substrate 151 is performed. By the first ion implantation process, the PMOS
An impurity doping region is formed in the gate electrode 172 in the formation region 161, and an impurity doping region 193 serving as a deep source-drain region is formed in the silicon single crystal substrate 151 at a position sandwiching the gate electrode 172. The first ion implantation conditions include, for example, boron implantation acceleration voltage of 5 keV to 10 keV, and dose of 5 × 10 15 / c.
m 2, and the like. Then, the photoresist is removed.

【0057】次に、NMOS形成領域153及びPMO
S形成領域161の不純物ドーピング領域192及び1
93を活性化させるために第1の熱処理工程を行う。こ
の第1の熱処理工程の条件は、熱処理温度1035℃、
熱処理時間10秒のRTPを用いた。この第1の熱処理
工程において、熱処理温度を1000℃以上の高温とす
ることにより、ゲート電極172内の不純物ドーピング
領域192を十分に活性化することができ、ゲート電極
172の空乏化を抑制することができる。この第1の熱
処理工程の好ましい条件は、熱処理温度がおよそ100
0℃以上、熱処理時間がおよそ10秒以上である。熱処
理温度があまり高すぎるとP型ポリシリコンからなるゲ
ート電極172からチャネル領域へ不純物であるボロン
が突き抜ける問題、チャネルリトログレードプロファイ
ルの崩れという問題が起こり、低すぎるとゲート電極1
72中の不純物活性化不足によるゲート電極172の空
乏化という問題が起こる。また熱処理時間があまり長す
ぎるとP型ポリシリコンからなるゲート電極172から
不純物であるボロンがチャネル領域へ突き抜ける問題、
チャネルリトログレードプロファイルの崩れという問題
が起こり、短すぎるとゲート電極中の不純物活性化不足
によるゲート電極の空乏化という問題が起こる。
Next, the NMOS formation region 153 and the PMO
The impurity doping regions 192 and 1 of the S formation region 161
A first heat treatment step is performed to activate 93. The conditions of this first heat treatment step are as follows: a heat treatment temperature of 1035 ° C.
RTP with a heat treatment time of 10 seconds was used. In the first heat treatment step, by setting the heat treatment temperature to a high temperature of 1000 ° C. or higher, the impurity doping region 192 in the gate electrode 172 can be sufficiently activated, and depletion of the gate electrode 172 can be suppressed. Can be. Preferred conditions for the first heat treatment step are as follows:
The heat treatment time is 0 ° C. or more and about 10 seconds or more. If the heat treatment temperature is too high, the problem that boron as an impurity penetrates from the gate electrode 172 made of P-type polysilicon into the channel region and the problem of collapse of the channel retrograde profile occur.
There is a problem that the gate electrode 172 is depleted due to insufficient activation of impurities in the gate electrode 72. If the heat treatment time is too long, boron as an impurity penetrates into the channel region from the gate electrode 172 made of P-type polysilicon,
The problem of collapse of the channel retrograde profile occurs, and if too short, the problem of depletion of the gate electrode due to insufficient activation of impurities in the gate electrode occurs.

【0058】次に、図15に示すように、PMOS形成
領域161上にフォトレジスト201を形成しこのフォ
トレジスト201をマスクとして、シリコン単結晶基板
151に対して斜め上方からN型不純物をイオン注入
し、浅いソース−ドレイン領域211を形成する第2の
イオン注入工程を行う。この第2のイオン注入工程によ
って、ゲート側壁181下にも浅いソース−ドレイン領
域221が形成されることになる。また第2のイオン注
入工程の際、シリコン単結晶基板151面とイオン注入
方向とのなす角が小さくなればなるほど、浅いソース−
ドレイン領域221の注入深さを浅くすることができ
る。また注入加速電圧を第1のイオン注入工程よりも低
くすることによってもより浅い接合を形成できる。
Next, as shown in FIG. 15, a photoresist 201 is formed on the PMOS formation region 161 and an N-type impurity is ion-implanted into the silicon single crystal substrate 151 obliquely from above using the photoresist 201 as a mask. Then, a second ion implantation step for forming a shallow source-drain region 211 is performed. By this second ion implantation step, a shallow source-drain region 221 is also formed below the gate side wall 181. In the second ion implantation step, the smaller the angle between the surface of the silicon single crystal substrate 151 and the direction of the ion implantation becomes, the shallower the source is.
The implantation depth of the drain region 221 can be reduced. Also, a shallower junction can be formed by lowering the implantation acceleration voltage than in the first ion implantation step.

【0059】この第2のイオン注入工程の条件は、例え
ば、砒素を注入加速電圧5keV〜10keV、注入ド
ーズ量5×1014/cm〜1×1015/cm
シリコン単結晶基板151面の法線方向とイオン注入方
向とのなす角が30°以上60°以下となるようにイオ
ン注入方向を選べばよい。そしてフォトレジスト201
は除去する。
The conditions of the second ion implantation step include, for example, arsenic implantation acceleration voltage of 5 keV to 10 keV, implantation dose of 5 × 10 14 / cm 2 to 1 × 10 15 / cm 2 ,
The ion implantation direction may be selected so that the angle between the normal direction of the surface of the silicon single crystal substrate 151 and the ion implantation direction is not less than 30 ° and not more than 60 °. And the photoresist 201
Is removed.

【0060】以下、PMOS形成領域161においても
同様の斜め注入工程を行うので、図面による説明は省略
する。
Hereinafter, the same oblique implantation step is performed in the PMOS formation region 161, and the description with reference to the drawings is omitted.

【0061】先ず、NMOS形成領域153上にフォト
レジストを形成しこのフォトレジストをマスクとして、
シリコン単結晶基板151に対して斜め上方からP型不
純物をイオン注入し、浅いソース−ドレイン領域211
を形成する第2のイオン注入工程を行う。この第2のイ
オン注入工程によって、ゲート側壁181下にも浅いソ
ース−ドレイン領域221が形成されることになる。ま
た第2のイオン注入工程の際、シリコン単結晶基板15
1に対してイオン注入角が浅くなればなるほど、浅いソ
ース−ドレイン領域221の注入深さを浅くすることが
できる。また注入加速電圧を第1のイオン注入工程より
も低くすることによってもより浅い接合を形成できる。
First, a photoresist is formed on the NMOS formation region 153, and the photoresist is used as a mask.
P-type impurities are ion-implanted obliquely from above into the silicon single crystal substrate 151 to form shallow source-drain regions 211.
Is performed in the second ion implantation step. By this second ion implantation step, a shallow source-drain region 221 is also formed below the gate side wall 181. In the second ion implantation step, the silicon single crystal substrate 15
As the ion implantation angle becomes smaller with respect to 1, the implantation depth of the shallower source-drain region 221 can be made smaller. Also, a shallower junction can be formed by lowering the implantation acceleration voltage than in the first ion implantation step.

【0062】この第2のイオン注入工程の条件は、例え
ば、ボロンを加速電圧5keV〜10keV、ドーズ量
5×1014/cm〜1×1015/cm、シリコ
ン単結晶基板151面の法線方向とイオン注入方向なす
角が30°以上60°以下となるように、イオン注入方
向を選べばよい。そしてフォトレジストは除去する。
The conditions of the second ion implantation step are, for example, a method in which boron is accelerated at an acceleration voltage of 5 keV to 10 keV, a dose is 5 × 10 14 / cm 2 to 1 × 10 15 / cm 2 , and a silicon single crystal substrate 151 surface is formed. The ion implantation direction may be selected so that the angle between the linear direction and the ion implantation direction is 30 ° or more and 60 ° or less. Then, the photoresist is removed.

【0063】次に、図16に示すように、NMOS形成
領域153及びPMOS形成領域161の両方の浅いソ
ース−ドレイン領域221を活性化させるために第2の
熱処理工程を行う。第2の熱処理工程の条件は、第1の
熱処理よりも低い熱処理温度1000℃、短い熱処理時
間5秒である。
Next, as shown in FIG. 16, a second heat treatment step is performed to activate the shallow source-drain regions 221 in both the NMOS formation region 153 and the PMOS formation region 161. The conditions of the second heat treatment step are a heat treatment temperature of 1000 ° C. lower than that of the first heat treatment and a short heat treatment time of 5 seconds.

【0064】このように、浅いソース−ドレイン領域2
11の不純物の活性化させるための第2の熱処理工程と
して、1000℃と比較的高温でも熱処理時間を5秒と
短くすれば、浅いソースードレイン領域211は熱拡散
による深さの増大を防げる。
As described above, the shallow source-drain regions 2
As a second heat treatment step for activating the impurity 11, if the heat treatment time is shortened to 5 seconds even at a relatively high temperature of 1000 ° C., the shallow source-drain region 211 can prevent an increase in depth due to thermal diffusion.

【0065】次に、フッ酸によりソース−ドレイン領域
及びゲート電極92上部の酸化膜を除去した後、Coを
スパッタによりウエハ全体に成膜して、RTPによる熱
処理によってソース−ドレイン領域及びゲート電極92
上部にコバルトシリサイド領域131を形成する。そし
て余分なCo膜は剥離する。
Next, after removing the oxide film on the source-drain region and the gate electrode 92 with hydrofluoric acid, Co is deposited on the whole wafer by sputtering, and the source-drain region and the gate electrode 92 are heat-treated by RTP.
A cobalt silicide region 131 is formed thereon. Then, the extra Co film is peeled off.

【0066】次に、図17に示すように、CVD法によ
り層間絶縁膜221を成膜して異方性エッチングにより
所定の位置にコンタクトホール222を形成する。次
に、アルミニウムをスパッタ法により成膜して、パター
ニングし配線223を形成する。
Next, as shown in FIG. 17, an interlayer insulating film 221 is formed by a CVD method, and a contact hole 222 is formed at a predetermined position by anisotropic etching. Next, aluminum is deposited by a sputtering method and patterned to form a wiring 223.

【0067】以上のようにして浅いソース−ドレイン領
域と深いソース−ドレイン領域を持ちかつゲート空乏化
も充分に制御できるCMOS電界効果トランジスタを形
成できる。
As described above, a CMOS field effect transistor having a shallow source-drain region and a deep source-drain region and capable of sufficiently controlling gate depletion can be formed.

【0068】本発明において、半導体基板としてシリコ
ン単結晶基板を用いて説明したが、SOI(Silic
on On Insulator)基板やSiGe、G
aAs、GaN等その他の半導体層が表面に形成された
基板を用いることができる。
Although the present invention has been described using a silicon single crystal substrate as the semiconductor substrate, the SOI (Silic)
on On Insulator) substrate, SiGe, G
A substrate on which a semiconductor layer such as aAs or GaN is formed can be used.

【0069】[0069]

【発明の効果】本発明は、深いソース−ドレイン領域と
浅いソース−ドレイン領域を有する電界効果トランジス
タにおいて、浅いソース−ドレイン領域の拡散を防ぎ、
ゲート長が短くなってもショートチャネル効果の生じな
い半導体装置の製造方法を提供することができる。
According to the present invention, in a field effect transistor having a deep source-drain region and a shallow source-drain region, diffusion of the shallow source-drain region is prevented.
It is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which a short channel effect does not occur even when a gate length is reduced.

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

【図1】 本発明の実施形態1に係る電界効果トランジ
スタの製造方法の一工程における断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating one step of a method for manufacturing a field-effect transistor according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】 本発明の実施形態1に係る電界効果トランジ
スタの製造方法の一工程における断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating one step of the method for manufacturing the field-effect transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施形態1に係る電界効果トランジ
スタの製造方法の一工程における断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a step of the method for manufacturing the field-effect transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施形態1に係る電界効果トランジ
スタの製造方法の一工程における断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating one step of the method for manufacturing the field-effect transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 第1の熱処理温度とゲート電極における不純
物の活性化率を示したグラフ。
FIG. 5 is a graph showing a first heat treatment temperature and an activation ratio of an impurity in a gate electrode.

【図6】 本発明の実施形態1に係る電界効果トランジ
スタの製造方法の一工程における断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a step of the method for manufacturing the field-effect transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図7】 従来の電界効果トランジスタのLDD領域の
接合深さと本発明の電界効果トランジスタの浅いソース
−ドレイン領域の接合深さを比較したグラフ。
FIG. 7 is a graph comparing the junction depth of an LDD region of a conventional field effect transistor with the junction depth of a shallow source-drain region of the field effect transistor of the present invention.

【図8】 本発明の実施形態1に係る電界効果トランジ
スタの製造方法の一工程における断面図。
FIG. 8 is a sectional view of one step in the method for manufacturing the field-effect transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の実施形態1に係る電界効果トランジ
スタの製造方法の一工程における断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a step of the method for manufacturing the field-effect transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の実施形態2に係る電界効果トラン
ジスタの製造方法の一工程における断面図。
FIG. 10 is a sectional view of one step in a method for manufacturing a field-effect transistor according to the second embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の実施形態2に係る電界効果トラン
ジスタの製造方法の一工程における断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating one step of a method for manufacturing a field-effect transistor according to Embodiment 2 of the present invention.

【図12】 本発明の実施形態2に係る電界効果トラン
ジスタの製造方法の一工程における断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating one step of a method for manufacturing a field-effect transistor according to Embodiment 2 of the present invention.

【図13】 本発明の実施形態2に係る電界効果トラン
ジスタの製造方法の一工程における断面図。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating one step of a method for manufacturing a field-effect transistor according to Embodiment 2 of the present invention.

【図14】 本発明の実施形態2に係る電界効果トラン
ジスタの製造方法の一工程における断面図。
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating one step of a method for manufacturing a field-effect transistor according to Embodiment 2 of the present invention.

【図15】 本発明の実施形態2に係る電界効果トラン
ジスタの製造方法の一工程における断面図。
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating one step of a method for manufacturing a field-effect transistor according to Embodiment 2 of the present invention.

【図16】 本発明の実施形態2に係る電界効果トラン
ジスタの製造方法の一工程における断面図。
FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating one step of a method for manufacturing a field-effect transistor according to Embodiment 2 of the present invention.

【図17】 従来の電界効果トランジスタの製造方法の
一工程における断面図。
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating one step of a conventional method for manufacturing a field-effect transistor.

【図18】 従来の電界効果トランジスタの製造方法の
一工程における断面図。
FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating one step of a conventional method for manufacturing a field-effect transistor.

【図19】 従来の電界効果トランジスタの製造方法の
一工程における断面図。
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating one step of a conventional method for manufacturing a field-effect transistor.

【図20】 従来の電界効果トランジスタの製造方法の
一工程における断面図。
FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating one step of a conventional method for manufacturing a field-effect transistor.

【図21】 従来の電界効果トランジスタの製造方法の
一工程における断面図。
FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating one step of a conventional method for manufacturing a field-effect transistor.

【図22】 従来の電界効果トランジスタの製造方法の
一工程における断面図。
FIG. 22 is a cross-sectional view illustrating one step of a conventional method for manufacturing a field-effect transistor.

【図23】 従来の電界効果トランジスタの製造方法の
一工程における断面図。
FIG. 23 is a cross-sectional view illustrating one step of a conventional method for manufacturing a field-effect transistor.

【図24】 従来の電界効果トランジスタの製造方法の
一工程における断面図。
FIG. 24 is a cross-sectional view illustrating one step of a conventional method for manufacturing a field-effect transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・・シリコン単結晶基板 12・・・N型ウエル 13・・・P型ウエル 14、15、16・・・LOCOS素子分離領域 21・・・NMOSチャネル領域 22・・・PMOSチャネル領域 31・・・ゲート絶縁膜 32・・・ゲート電極 41・・・ゲート側壁絶縁膜 51・・・フォトレジスト層 52・・・P型のLDD領域 61・・・P型の濃いソース−ドレイン拡散層領域 81・・・シリコン単結晶基板 82・・・P型ウエル 83・・・素子分離領域 84・・・チャネル注入領域 91・・・ゲート絶縁膜 92・・・ゲート電極 101・・・ゲート側壁 111・・・ゲート電極への不純物ドーピング領域 112・・・深いソース−ドレイン領域 121・・・浅いソース−ドレイン領域 131・・・コバルトシリサイド領域 141・・・層間絶縁膜 142・・・コンタクトホール 143・・・配線 151・・・シリコン単結晶基板 152・・・素子分離領域 153・・・NMOS形成領域 154・・・フォトレジスト 155・・・P型ウエル 156・・・P型チャネル注入領域 161・・・PMOS形成領域 162・・・フォトレジスト 163・・・N型ウエル 164・・・N型チャネル注入領域 171・・・ゲート絶縁膜 172・・・ゲート電極 181・・・ゲート側壁 191・・・フォトレジスト 192・・・ゲート電極への不純物ドーピング領域 193・・・深いソース−ドレイン領域 201・・・フォトレジスト 202・・・浅いソース−ドレイン領域 211・・・層間絶縁膜 222・・・コンタクトホール 223・・・配線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Silicon single crystal substrate 12 ... N-type well 13 ... P-type well 14, 15, 16 ... LOCOS element isolation region 21 ... NMOS channel region 22 ... PMOS channel region 31 ..Gate insulating film 32 ... Gate electrode 41 ... Gate sidewall insulating film 51 ... Photoresist layer 52 ... P-type LDD region 61 ... P-type deep source-drain diffusion layer region 81 ··· Silicon single crystal substrate 82 ··· P-type well 83 ··· element isolation region 84 ··· channel injection region 91 ··· gate insulating film 92 ··· gate electrode 101 ··· gate side wall 111 ··· -Impurity doping region to gate electrode 112 ... deep source-drain region 121 ... shallow source-drain region 131 ... cobalt silicide region 41 ... interlayer insulating film 142 ... contact hole 143 ... wiring 151 ... silicon single crystal substrate 152 ... element isolation region 153 ... NMOS formation region 154 ... photoresist 155 ... P-type well 156... P-type channel injection region 161... PMOS formation region 162... Photoresist 163... N-type well 164. ..Gate electrode 181 ... Gate side wall 191 ... Photoresist 192 ... Impurity doping region to gate electrode 193 ... Deep source-drain region 201 ... Photoresist 202 ... Shallow source-drain Region 211 ... Interlayer insulating film 222 ... Contact hole 223 ... Wiring

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 29/786 Fターム(参考) 5F040 DA06 DB03 DC01 DC03 EC04 EC07 EC10 EC13 ED03 ED04 EF02 EH02 EH05 EK05 EL02 FA07 FB03 FC13 FC19 5F048 AA07 AC01 AC03 BB04 BB06 BB07 BB11 BB14 BC06 BD04 BE03 BE04 BF02 BF06 BG14 DA27 5F110 AA04 AA06 BB04 CC02 DD05 DD13 EE05 EE08 EE09 EE14 EE27 EE32 EE45 EE50 FF01 FF02 FF03 FF04 FF26 GG02 GG12 GG32 GG34 GG52 HJ01 HJ04 HJ13 HJ14 HJ23 HK05 HK40 HL03 HL23 HM15 NN02 NN23 NN35 NN62 NN65 QQ11Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat II (Reference) H01L 29/786 F term (Reference) 5F040 DA06 DB03 DC01 DC03 EC04 EC07 EC10 EC13 ED03 ED04 EF02 EH02 EH05 EK05 EL02 FA07 FB03 FC13 FC19 5F048 AA07 AC01 AC03 BB04 BB06 BB07 BB11 BB14 BC06 BD04 BE03 BE04 BF02 BF06 BG14 DA27 5F110 AA04 AA06 BB04 CC02 DD05 DD13 EE05 EE08 EE09 EE14 EE27 EE32 EE45 EE50 FF01 FF02 J03 H04 GG03 FF03 GG03 FF03 GG03 FF03 GG03 FF03 GG03 FF03 GG02 HM15 NN02 NN23 NN35 NN62 NN65 QQ11

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】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、 前記ゲート電極の側面にゲート側壁を形成する工程と、 前記半導体基板中の前記ゲート電極下及び前記ゲート側
壁下以外にイオン注入してイオン注入領域を形成する第
1のイオン注入工程と、 前記イオン注入領域を活性化して、前記半導体基板中に
ソース領域及びドレイン領域を形成する第1の熱処理工
程と、 前記半導体基板に対して斜め上方からイオン注入するこ
とによって、前記ゲート側壁の下に前記ソース領域及び
前記ドレイン領域よりも浅いイオン注入領域を形成する
第2のイオン注入工程と、 前記浅いイオン注入領域を活性化する第2の熱処理工程
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 semiconductor substrate; a step of forming a gate electrode on the gate insulating film; a step of forming a gate sidewall on a side surface of the gate electrode; A first ion implantation step of implanting ions below the gate electrode and below the gate side wall to form an ion implantation region; and activating the ion implantation region to form a source region and a drain region in the semiconductor substrate. Forming a first heat treatment step; and ion-implanting the semiconductor substrate obliquely from above to form an ion-implanted region shallower than the source region and the drain region below the gate sidewall. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: an implantation step; and a second heat treatment step for activating the shallow ion implantation region.
【請求項2】前記ゲート電極を多結晶シリコンにより形
成し、前記第1のイオン注入工程の際に、同時に前記ゲ
ート電極中にもイオン注入し、前記第1の熱処理工程の
際に、前記ゲート電極に注入されたイオンを活性化する
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the gate electrode is formed of polycrystalline silicon, and ions are simultaneously implanted into the gate electrode at the time of the first ion implantation step, and the gate electrode is formed at the time of the first heat treatment step. 2. The method according to claim 1, wherein the ions implanted into the electrodes are activated.
【請求項3】前記第2の熱処理工程は、前記第1の熱処
理工程よりも、熱処理温度が低いことを特徴とする請求
項1或いは請求項2記載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the second heat treatment step has a lower heat treatment temperature than the first heat treatment step.
【請求項4】前記第2の熱処理工程は、前記第1の熱処
理工程よりも、熱処理時間が短いことを特徴とする請求
項1乃至請求項3のいずれかに記載の半導体装置の製造
方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said second heat treatment step has a shorter heat treatment time than said first heat treatment step.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008244108A (en) * 2007-03-27 2008-10-09 Toshiba Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same
WO2010013404A1 (en) * 2008-07-28 2010-02-04 パナソニック株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2011009321A (en) * 2009-06-24 2011-01-13 Fujitsu Semiconductor Ltd Method for manufacturing semiconductor device

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