JP2002280547A - Mis semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Mis semiconductor device and its manufacturing method

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JP2002280547A
JP2002280547A JP2001077637A JP2001077637A JP2002280547A JP 2002280547 A JP2002280547 A JP 2002280547A JP 2001077637 A JP2001077637 A JP 2001077637A JP 2001077637 A JP2001077637 A JP 2001077637A JP 2002280547 A JP2002280547 A JP 2002280547A
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region
conductivity type
source
extension
drain
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JP2001077637A
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Inventor
Akira Hiroki
彰 広木
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure high current driving power while suppressing a short channel effect of a finely patterned MIS type semiconductor device. SOLUTION: The MIS device comprises source-drain regions 2 and 3 provided in the active region of an Si substrate while being doped heavily with n-type impurities, extensions 6 and 7 extending from the source-drain regions 2 and 3 toward a region beneath a gate electrode 5 while being doped relatively heavily with the n-type impurities, and two threshold level control pockets 12 contiguous to the extensions 6 and 7 and doped with p-type impurities. The upper part of the threshold level control pocket 12 serves as a channel region lightly doped with the p-type impurities. Since the threshold level control pocket 12 does not touch the source-drain regions 2 and 3, junction capacity is reduced and an operating and speed is enhanced.

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、MISFET構造
を有する半導体装置に係り、特に、微細化されたときの
電流駆動力などの向上対策に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a MISFET structure, and more particularly to a measure for improving a current driving force when miniaturized.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、VLSIを更に高集積化するため
に、VLSIに使用されるMISFET構造を有する半
導体装置であるMISデバイスのサイズは益々微細化さ
れており、現在では、MISデバイスのゲート長ないし
デザインルールはクウォータミクロンからサブクウォー
タミクロン領域にまで達している。また、研究レベルで
は、ゲート長が0.1μm以下のMISデバイスが試作
されている。このようなMISデバイスの微細化に伴
い、MISデバイスの電気特性が短チャネル効果によっ
て劣化するおそれが生じている。この短チャネル効果に
よる電気特性の劣化は、MISデバイスの信頼性の悪化
を招き、深刻な問題となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, in order to further increase the integration of a VLSI, the size of a MIS device which is a semiconductor device having a MISFET structure used for the VLSI has been increasingly miniaturized. Or design rules extend from quarter micron to sub-quarter micron range. At the research level, MIS devices having a gate length of 0.1 μm or less have been prototyped. With such miniaturization of the MIS device, the electrical characteristics of the MIS device may be deteriorated due to the short channel effect. The deterioration of the electric characteristics due to the short channel effect causes the deterioration of the reliability of the MIS device, and is a serious problem.

【0003】一方、将来のマルチメディア社会に必要不
可欠なVLSI技術においては、半導体装置の高集積化
と同時に、高速動作化,低消費電力化を達成することが
重要な課題となっている。
On the other hand, in VLSI technology, which is indispensable for the future multimedia society, it is important to achieve high speed operation and low power consumption simultaneously with high integration of semiconductor devices.

【0004】そこで、MISデバイスの微細化に伴う短
チャネル効果抑制機能を向上させ、しかも、高速動作化
を実現するために、例えば、文献(1993インターナ
ショナル・オン・エレクトロン・デバイスィズ・ミーテ
ィング・テクニカル・ダイジェスト(1993 Internation
al Electron Devices Meeting Technical Digest)pp88
3-886 K.Takeuchi等)に開示されているように、サブミ
クロン領域のゲート長を有し、局所チャネル構造を有す
るMISデバイス(MISFET)が提案されている。
In order to improve the function of suppressing the short channel effect accompanying the miniaturization of the MIS device and to realize the high-speed operation, for example, a method described in the literature (1993 International On Electron Devices Meeting Meeting Technical Digest) has been proposed. (1993 International
al Electron Devices Meeting Technical Digest) pp88
3-886 K. Takeuchi et al.), A MIS device (MISFET) having a gate length in a submicron region and having a local channel structure has been proposed.

【0005】図10は、従来の局所チャネル構造を有す
るnチャネル型MISデバイスの断面図である。同図に
示すように、このMISデバイスは、Si基板101内
に互いに離間して形成された高濃度のn型不純物を含む
ソース領域102及びドレイン領域103と、高濃度の
n型不純物を含むソース・エクステンション106及び
ドレイン・エクステンション107と、p型不純物を含
むp型局所チャネル領域110と、Si基板101の上
に設けられたゲート絶縁膜104と、ゲート絶縁膜10
4上に設けられたゲート電極105と、ゲート電極10
5の側面上に設けられたシリコン酸化膜からなるサイド
ウォール108とを備えている。
FIG. 10 is a sectional view of a conventional n-channel MIS device having a local channel structure. As shown in FIG. 1, the MIS device includes a source region 102 and a drain region 103 formed at a distance from each other in a Si substrate 101 and containing a high-concentration n-type impurity. Extension 106, drain extension 107, p-type local channel region 110 containing p-type impurities, gate insulating film 104 provided on Si substrate 101, and gate insulating film 10
4 and a gate electrode 105 provided on
5 and a sidewall 108 made of a silicon oxide film provided on the side surface.

【0006】この局所チャネル構造を有するMISデバ
イスにおいては、高濃度のn型不純物を含むソース・エ
クステンション106とドレイン・エクステンション1
07とが設けられているので、ソース・ドレイン寄生抵
抗が、従来のLDD構造に比べて小さくなる。したがっ
て、このMISデバイスにより、ソース・ドレイン寄生
抵抗によるドレイン電流の低下を引き起こすことなく、
短チャネル効果によるしきい値電圧の低下が抑制され
る。さらに、MISデバイスにおいて、p型局所チャネ
ル領域110がソース領域102とドレイン領域103
の下方には存在していないことにより、ソース領域10
2とSi基板101との間の接合容量,およびドレイン
領域103とSi基板101との間の接合容量が小さく
なる。つまり、ソース・ドレイン寄生抵抗の低減による
高速動作化を図ることができる。
In the MIS device having the local channel structure, the source extension 106 and the drain extension 1 containing high-concentration n-type impurities are formed.
07, the source / drain parasitic resistance is smaller than that of the conventional LDD structure. Therefore, this MIS device does not cause a decrease in drain current due to source / drain parasitic resistance,
A decrease in threshold voltage due to the short channel effect is suppressed. Further, in the MIS device, the p-type local channel region 110 includes the source region 102 and the drain region 103.
Does not exist below the source region 10.
2 and the Si substrate 101 and the junction capacitance between the drain region 103 and the Si substrate 101 are reduced. That is, high-speed operation can be achieved by reducing the source / drain parasitic resistance.

【0007】以上のように、上記従来の局所チャネル構
造を有するMISデバイスは、エクステンションにより
短チャネル効果によるしきい値電圧の低下を抑制しつ
つ、p型局所チャネル構造による高速動作化を図ってい
る。
As described above, the conventional MIS device having a local channel structure achieves high-speed operation by a p-type local channel structure while suppressing a decrease in threshold voltage due to a short channel effect by extension. .

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以下に
説明するように、ゲート長が0.1μm以下のサイズの
MISデバイスには、上記従来の局所チャネル構造を適
用することが困難である。
However, as described below, it is difficult to apply the above-mentioned conventional local channel structure to a MIS device having a gate length of 0.1 μm or less.

【0009】第1に、ゲート長が0.1μm以下のMI
Sデバイスについては、短チャネル効果によるしきい値
電圧の低下に対する許容度が厳しくなるので、しきい値
電圧の低下を抑制する必要がある。そして、トランジス
タのしきい値電圧の低下を抑制するためには、チャネル
領域の不純物濃度を高濃度にする必要がある。ところ
が、上記従来の局所チャネル構造を有するMISデバイ
スにおいて、p型局所チャネル領域110の不純物濃度
を高くすると、p型局所チャネル領域110と、ソース
領域102,ソース・エクステンション106,ドレイ
ン領域103及びドレイン・エクステンション107と
の間の接合容量が増大する。その結果、MISデバイス
の動作速度が低下することになる。
First, an MI having a gate length of 0.1 μm or less is used.
For the S device, the tolerance for the decrease in the threshold voltage due to the short channel effect becomes stricter, so it is necessary to suppress the decrease in the threshold voltage. In order to suppress a decrease in the threshold voltage of the transistor, it is necessary to increase the impurity concentration in the channel region. However, in the conventional MIS device having the local channel structure, when the impurity concentration of the p-type local channel region 110 is increased, the p-type local channel region 110, the source region 102, the source extension 106, the drain region 103, and the drain The junction capacitance with the extension 107 increases. As a result, the operation speed of the MIS device decreases.

【0010】第2に、p型局所チャネル領域110のう
ちソース・エクステンション106およびドレイン・エ
クステンション107の下方に位置する領域の不純物濃
度が高濃度になると、接合リーク電流が増大する。この
接合リーク電流の増大は、VLSIの待機時の消費電力
の増大を引き起こす。
Second, when the impurity concentration of the region located below the source extension 106 and the drain extension 107 in the p-type local channel region 110 becomes high, the junction leak current increases. This increase in junction leakage current causes an increase in power consumption during standby of the VLSI.

【0011】第3に、比較的高濃度のp型不純物を含ん
でいるp型局所チャネル領域110においては、不純物
によるキャリアの散乱効果により、キャリア移動度が低
下するおそれがある。このキャリア移動度の低下は、動
作速度の低下とトランジスタの飽和電流値の低下を招
く。
Third, in the p-type local channel region 110 containing a relatively high concentration of p-type impurities, carrier mobility may be reduced due to carrier scattering effect of the impurities. This decrease in carrier mobility causes a decrease in operation speed and a decrease in saturation current value of the transistor.

【0012】また、プロセス上も、上記従来の局所チャ
ネル領域を有するMISデバイスの製造工程において
は、ゲート電極105の形成前に、Si基板101上
に、活性領域の中央付近のみを開口したフォトレジスト
膜を形成して、このフォトレジスト膜を注入マスクとし
てp型不純物のイオン注入を行なうことにより、p型局
所チャネル領域110を形成する必要がある。そのた
め、CMISデバイスにおいては、通常のプロセスに対
して2回のリソグラフィー工程を追加する必要があり、
製造コストの増大を招く。しかも、このリソグラフィー
工程に用いられるマスクと、ゲート電極形成のためのリ
ソグラフィー工程に用いられるマスクとの位置合わせが
必要であるので、上記従来の局所チャネル構造を有する
MISデバイスの構造を、0.1μm以下のゲート長を
有する微細なMISデバイスに適用することは、製造上
も困難である。
In the process of manufacturing a conventional MIS device having a local channel region, a photoresist having an opening only near the center of the active region is formed on the Si substrate 101 before the gate electrode 105 is formed. A p-type local channel region 110 needs to be formed by forming a film and performing ion implantation of a p-type impurity using the photoresist film as an implantation mask. Therefore, in the CMIS device, it is necessary to add two lithography steps to the normal process,
This leads to an increase in manufacturing costs. Moreover, since it is necessary to align the mask used in the lithography step with the mask used in the lithography step for forming the gate electrode, the structure of the conventional MIS device having the local channel structure is reduced to 0.1 μm. It is difficult to apply to a fine MIS device having the following gate length in manufacturing.

【0013】本発明の目的は、ソース・ドレイン又はエ
クステンションの寄生抵抗や接合容量の増大を招くこと
なく、短チャネル効果を抑制する機能を確保するための
手段を講ずることにより、微細化されながら電流駆動力
の高い半導体装置及びその製造方法を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a means for suppressing the short channel effect without increasing the parasitic resistance of the source / drain or extension or the junction capacitance, and to reduce the current while miniaturizing. An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a high driving force and a manufacturing method thereof.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の第1のMIS型
半導体装置は、主面を有する半導体基板と、上記半導体
基板内に形成された第1導電型のソース領域と、上記半
導体基板内に形成され、上記ソース領域からある距離だ
け離れた第1導電型のドレイン領域と、上記半導体基板
の主面側の表面部に形成され、上記ソース領域と上記ド
レイン領域との間に位置するチャネル領域と、上記半導
体基板の主面上に形成され、上記チャネル領域を覆うゲ
ート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート
電極と、上記半導体基板内における上記ソース領域と上
記チャネル領域との間に設けられ、接合深さが上記ソー
ス領域の接合深さよりも浅い第1導電型のソース・エク
ステンションと、上記半導体基板内における上記ドレイ
ン領域と上記チャネル領域との間に設けられ、接合深さ
が上記ドレイン領域の接合深さよりも浅い第1導電型の
ドレイン・エクステンションと、上記半導体基板内にお
ける上記チャネル領域の下方に形成され、上記ソース・
エクステンションおよび上記ドレイン・エクステンショ
ンの各下部の一部に接する一方、上記ソース・ドレイン
領域とは離れて設けられた第2導電型のしきい値制御用
領域とを備えている。
According to a first MIS type semiconductor device of the present invention, there is provided a semiconductor substrate having a main surface, a first conductivity type source region formed in the semiconductor substrate, A drain region of the first conductivity type, which is separated from the source region by a certain distance, and a channel formed on the main surface side surface of the semiconductor substrate and located between the source region and the drain region. A region, a gate insulating film formed on the main surface of the semiconductor substrate and covering the channel region, a gate electrode formed on the gate insulating film, and the source region and the channel region in the semiconductor substrate. A source extension of a first conductivity type, the junction depth of which is smaller than the junction depth of the source region, and the drain region and the channel in the semiconductor substrate. Is provided between the LE region, a drain extension of the first conductivity type shallower than the junction depth of the junction depth above the drain region, is formed below the channel region in the above semiconductor substrate, the source
A second conductivity type threshold control region provided in contact with the extension and a part of each lower portion of the drain extension, while being separated from the source / drain region.

【0015】これにより、しきい値制御用領域がエクス
テンションの下部全体に接しているわけではないので、
エクステンションの下方のpn接合部の接合容量が低減
する。また、しきい値制御用領域がソース・ドレイン領
域に接していないので、ソース・ドレイン領域周辺のp
n接合部の接合容量が低減する。また、第1導電型のエ
クステンションの下方に高濃度の第2導電型領域がほと
んど存在しないので、エクステンションと基板領域との
間の接合リーク電流も小さくなる。さらに、不純物を含
むしきい値制御用領域は半導体基板の表面まで達してい
ない構造となっているので、チャネルを走行するキャリ
アが不純物による散乱を受ける作用が抑制される。した
がって、本実施形態のMISデバイスにおけるキャリア
移動度は、従来の局所チャネル構造を有するMISデバ
イスに比べて大きくなり、電流駆動力が向上する。一
方、ゲート電極の下方に位置する領域においては、第2
導電型のしきい値制御用領域が残存しているので、短チ
ャネル効果の防止機能が確保される。したがって、短チ
ャネル効果の発生を抑制しつつ、飽和電流値の劣化を回
避することができる。
Thus, the threshold control region does not necessarily contact the entire lower part of the extension.
The junction capacitance at the pn junction below the extension is reduced. Also, since the threshold control region is not in contact with the source / drain regions, the threshold voltage around the source / drain regions
The junction capacitance at the n junction is reduced. Further, since there is almost no high-concentration second conductivity type region below the first conductivity type extension, the junction leakage current between the extension and the substrate region is also reduced. Further, since the threshold control region including the impurity has a structure that does not reach the surface of the semiconductor substrate, the effect that carriers traveling in the channel are scattered by the impurity is suppressed. Therefore, the carrier mobility of the MIS device of the present embodiment is larger than that of the conventional MIS device having a local channel structure, and the current driving force is improved. On the other hand, in a region located below the gate electrode, the second
Since the conductivity type threshold control region remains, the function of preventing the short channel effect is ensured. Therefore, it is possible to avoid the deterioration of the saturation current value while suppressing the occurrence of the short channel effect.

【0016】上記しきい値制御用領域の不純物濃度のピ
ークが上記ソース・エクステンションおよび上記ドレイ
ン・エクステンションの接合深さとほぼ等しい深さに位
置することが好ましい。
It is preferable that the peak of the impurity concentration in the threshold control region is located at a depth substantially equal to the junction depth of the source extension and the drain extension.

【0017】上記ソース・エクステンションおよび上記
ドレイン・エクステンションの下部付近に結晶欠陥のも
っとも多い領域が存在していることが好ましい。
It is preferable that a region having the largest number of crystal defects exists near the lower part of the source extension and the drain extension.

【0018】本発明の第2のMIS型半導体装置は、主
面を有する半導体基板と、上記半導体基板内に形成され
た第1導電型のソース領域と、上記半導体基板内に形成
され、上記ソース領域からある距離だけ離れた第1導電
型のドレイン領域と、上記半導体基板の主面側の表面部
に形成され、上記ソース領域と上記ドレイン領域との間
に位置するチャネル領域と、上記半導体基板の主面上に
形成され、上記チャネル領域の端部を除く部分を覆うゲ
ート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート
電極と、上記半導体基板内における上記ソース領域と上
記チャネル領域との間に設けられ、接合深さが上記ソー
ス領域の接合深さよりも浅い第1導電型のソース・エク
ステンションと、上記半導体基板内における上記ドレイ
ン領域と上記チャネル領域との間に設けられ、接合深さ
が上記ドレイン領域の接合深さよりも浅い第1導電型の
ドレイン・エクステンションと、上記半導体基板内にお
ける上記チャネル領域の下方に形成され、上記ソース・
エクステンションの下部の一部に接する部分と、上記ド
レイン・エクステンションの下部の一部に接する部分と
に分かれ、かつ、上記ソース・ドレイン領域とは離れて
設けられた第2導電型のしきい値制御用領域とを備えて
いる。
According to a second MIS type semiconductor device of the present invention, there is provided a semiconductor substrate having a main surface, a first conductivity type source region formed in the semiconductor substrate, and a source region formed in the semiconductor substrate. A first conductivity type drain region separated by a certain distance from the region, a channel region formed on the main surface side of the semiconductor substrate and located between the source region and the drain region, A gate insulating film formed on the main surface of the semiconductor device and covering a portion excluding an end of the channel region; a gate electrode formed on the gate insulating film; and the source region and the channel region in the semiconductor substrate. A source extension of a first conductivity type, the junction depth of which is smaller than the junction depth of the source region, and the drain region and the channel in the semiconductor substrate. Is provided between the LE region, a drain extension of the first conductivity type shallower than the junction depth of the junction depth above the drain region, is formed below the channel region in the above semiconductor substrate, the source
A second conductivity type threshold control which is divided into a portion contacting a part of a lower portion of the extension and a portion contacting a portion of a lower portion of the drain extension, and is provided apart from the source / drain region. Area.

【0019】これによっても、第1のMIS型半導体装
置と同じ作用効果が得られる。
According to this, the same operation and effect as those of the first MIS type semiconductor device can be obtained.

【0020】上記しきい値制御用領域の不純物濃度のピ
ークが上記ソース・エクステンションおよび上記ドレイ
ン・エクステンションの接合深さとほぼ等しい深さに位
置することが好ましい。
Preferably, the peak of the impurity concentration of the threshold control region is located at a depth substantially equal to the junction depth of the source extension and the drain extension.

【0021】上記ソース・エクステンションおよび上記
ドレイン・エクステンションの下部付近に結晶欠陥のも
っとも多い領域が存在していることが好ましい。
It is preferable that a region having the largest number of crystal defects exists near the lower part of the source extension and the drain extension.

【0022】本発明の第1のMIS型半導体装置の製造
方法は、半導体基板の活性領域に第2導電型の不純物イ
オンを注入して、表面部で低濃度で深部で高濃度となる
濃度プロファイルを有する第2導電型領域を形成する工
程(a)と、上記半導体基板上に、ゲート絶縁膜とゲー
ト電極とを順次形成する工程(b)と、上記ゲート電極
をマスクとして、第1導電型の不純物イオンを上記活性
領域に注入して、上記半導体基板内におけるゲート電極
の両側方に、上記第2導電型領域の深さよりも浅いアモ
ルファス化領域を有する第1導電型領域を形成する工程
(c)と、熱処理により、上記第1,第2導電型領域を
活性化させると同時に上記アモルファス化領域を回復さ
せることにより、ソース・エクステンション領域及びド
レイン・エクステンション領域と、上記ソース・エクス
テンション領域及びドレイン・エクステンション領域の
各下部の一部に接するしきい値制御用領域とを形成する
工程(d)とを含んでいる。
According to a first method of manufacturing a MIS type semiconductor device of the present invention, a concentration profile is obtained in which impurity ions of the second conductivity type are implanted into an active region of a semiconductor substrate to have a low concentration at a surface portion and a high concentration at a deep portion. (A) forming a second conductivity type region having the following steps: (b) sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode on the semiconductor substrate; and (b) forming a first conductivity type region using the gate electrode as a mask. Implanting impurity ions into the active region to form a first conductivity type region having an amorphous region shallower than the depth of the second conductivity type region on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate ( c) activating the first and second conductivity type regions by heat treatment and recovering the amorphous region at the same time as the source extension region and the drain extension region. And Deployment region, and a (d) forming a threshold control area in contact with part of the lower portion of the source extension region and drain extension regions.

【0023】この方法により、工程(c)で形成された
第1導電型領域のアモルファス化領域の深さが、工程
(a)で形成された第2導電型領域の深さよりも浅いの
で、工程(d)において熱処理を受けたときに、アモル
ファス化領域が回復する過程でアモルファス化領域と下
方の比較的結晶性の良好な領域との界面付近に格子欠陥
が集中する。その結果、第1導電型領域の下方に存在し
ていた高濃度の第2導電型領域が消失する。一方、半導
体基板のうちソース・エクステンションとドレイン・エ
クステンションとの間の領域、つまり、ゲート電極の下
方に位置する領域においては、第1導電型領域が形成さ
れていないので、しきい値制御用領域が残存し、短チャ
ネル効果の防止機能が確保される。つまり、短チャネル
効果の抑制機能が高く、かつ、飽和電流値の高いMIS
型半導体装置が得られる。
According to this method, the depth of the amorphized region of the first conductivity type region formed in the step (c) is smaller than the depth of the second conductivity type region formed in the step (a). When heat treatment is performed in (d), lattice defects concentrate near the interface between the amorphous region and the region having relatively good crystallinity in the process of recovering the amorphous region. As a result, the high-concentration second conductivity type region existing below the first conductivity type region disappears. On the other hand, in a region of the semiconductor substrate between the source extension and the drain extension, that is, in a region located below the gate electrode, since the first conductivity type region is not formed, the threshold control region Remain, and the function of preventing the short channel effect is secured. That is, the MIS having a high function of suppressing the short channel effect and having a high saturation current value
A semiconductor device is obtained.

【0024】上記ステップ(c)では、上記第1導電型
領域における第1導電型不純物濃度のピーク位置が、上
記第2導電型領域における第2の導電型不純物濃度のピ
ーク位置よりも上方にあるように上記第1導電型領域を
形成することが好ましい。
In the step (c), the peak position of the first conductivity type impurity concentration in the first conductivity type region is higher than the peak position of the second conductivity type impurity concentration in the second conductivity type region. It is preferable to form the first conductivity type region as described above.

【0025】本発明の第2のMIS型半導体装置の製造
方法は、半導体基板上に、ゲート絶縁膜とゲート電極と
を順次形成する工程(a)と、上記ゲート電極をマスク
として、上記半導体基板の活性領域に第2導電型の不純
物イオンを注入して、上記ゲート電極の両側方に、表面
部で低濃度で深部で高濃度となる濃度プロファイルを有
する第2導電型領域を形成する工程(b)と、上記ゲー
ト電極をマスクとして、第1導電型の不純物イオンを上
記活性領域に注入して、上記半導体基板内におけるゲー
ト電極の両側方に、上記第2導電型領域の深さよりも浅
いアモルファス化領域を有する第1導電型領域を形成す
る工程(c)と、熱処理により、上記第1,第2導電型
領域を活性化させると同時に上記アモルファス化領域を
回復させることにより、ソース・エクステンション領域
及びドレイン・エクステンション領域と、上記ソース・
エクステンション領域及びドレイン・エクステンション
領域の各下部の一部に接し、互いに離間する1対のしき
い値制御用領域とを形成する工程(d)とを含んでい
る。
According to a second method of manufacturing a MIS type semiconductor device of the present invention, there is provided a step (a) of sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode on a semiconductor substrate, and using the gate electrode as a mask, Implanting impurity ions of the second conductivity type into the active region, and forming a second conductivity type region having a concentration profile of low concentration at the surface portion and high concentration at the deep portion on both sides of the gate electrode ( b) implanting impurity ions of the first conductivity type into the active region using the gate electrode as a mask, and shallower on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate than the depth of the second conductivity type region; (C) forming a first conductivity type region having an amorphized region, and activating the first and second conductivity type regions and simultaneously recovering the amorphized region by heat treatment. Ri, and the source extension region and a drain extension regions, the source
And (d) forming a pair of threshold control regions that are in contact with a part of each lower portion of the extension region and the drain extension region and that are separated from each other.

【0026】この方法により、上記第1のMIS型半導
体装置の製造方法と同じ作用効果が得られる。
According to this method, the same function and effect as those of the first method of manufacturing the MIS semiconductor device can be obtained.

【0027】上記ステップ(c)では、上記第1導電型
領域における第1導電型不純物濃度のピーク位置が、上
記第2導電型領域における第2の導電型不純物濃度のピ
ーク位置よりも上方にあるように上記第1導電型領域を
形成することが好ましい。
In the step (c), the peak position of the first conductivity type impurity concentration in the first conductivity type region is higher than the peak position of the second conductivity type impurity concentration in the second conductivity type region. It is preferable to form the first conductivity type region as described above.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態) −MISデバイスの構造− 図1は、本発明の第1の実施形態におけるMISFET
構造を有するMISデバイスの断面図である。同図に示
すように、本実施形態のMISデバイスは、Si基板1
と、Si基板1の表面付近に設けられ活性領域を囲む素
子分離用酸化膜9と、活性領域内において互いに離間し
て設けられた高濃度のn型不純物を含むソース領域2及
びドレイン領域3と、Si基板1内におけるソース領域
2とドレイン領域3との間に位置する領域の上に設けら
れたゲート絶縁膜4と、ゲート絶縁膜4の上に設けられ
たゲート電極5と、ゲート電極5の側面上に設けられた
シリコン酸化膜からなるサイドウォール8と、Si基板
1内におけるソース領域2からゲート電極5下方の領域
に向かって延びる比較的高濃度のn型不純物を含むソー
ス・エクステンション6と、Si基板1内におけるドレ
イン領域3からゲート電極5下方の領域に向かって延び
る比較的高濃度のn型不純物を含むドレイン・エクステ
ンション7と、Si基板1内におけるソース・エクステ
ンション6とドレイン・エクステンション7との間に介
在するp型不純物を含むしきい値制御用領域11と、S
i基板1内におけるしきい値制御用領域11とゲート絶
縁膜4との間に挟まれる領域に設けられた低濃度のp型
不純物を含む低濃度チャネル領域15とを備えている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment)-Structure of MIS Device-FIG. 1 shows a MISFET according to a first embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of the MIS device which has a structure. As shown in the figure, the MIS device of the present embodiment is a Si substrate 1
And an element isolation oxide film 9 provided near the surface of the Si substrate 1 and surrounding the active region; a source region 2 and a drain region 3 containing high-concentration n-type impurities provided separately from each other in the active region. A gate insulating film 4 provided on a region located between the source region 2 and the drain region 3 in the Si substrate 1; a gate electrode 5 provided on the gate insulating film 4; And a source extension 6 containing a relatively high concentration of n-type impurities extending from the source region 2 to a region below the gate electrode 5 in the Si substrate 1. A drain extension 7 including a relatively high concentration of n-type impurity extending from the drain region 3 to a region below the gate electrode 5 in the Si substrate 1; The threshold control area 11 including a p-type impurity that is interposed between the source extension 6 and drain extension 7 in the substrate 1, S
A low-concentration channel region 15 containing a low-concentration p-type impurity is provided in a region between the threshold control region 11 and the gate insulating film 4 in the i-substrate 1.

【0029】ここで、ソース・エクステンション6およ
びドレイン・エクステンション7の接合深さ(pn接合
部までの深さ)は、ソース領域2およびドレイン領域3
の接合深さよりも浅い。また、しきい値制御用領域11
の接合深さは、ソース・エクステンション6およびドレ
イン・エクステンション7の接合深さよりも深いが、ソ
ース領域2及びドレイン領域3の接合深さよりは浅い。
さらに、しきい値制御用領域11は、ソース領域2やド
レイン領域3とは接触していない。つまり、しきい値制
御用領域11は、ソース・エクステンション6およびド
レイン・エクステンション7の下部全体に接触している
わけではない。
Here, the junction depth (depth to the pn junction) of the source extension 6 and the drain extension 7 is determined by the source region 2 and the drain region 3.
Shallower than the junction depth. Also, the threshold control area 11
Is deeper than the junction depth of the source extension 6 and the drain extension 7, but is shallower than the junction depth of the source region 2 and the drain region 3.
Further, the threshold control region 11 is not in contact with the source region 2 and the drain region 3. That is, the threshold control region 11 is not in contact with the entire lower portion of the source extension 6 and the drain extension 7.

【0030】以上の構成により、本実施形態において
は、以下の作用効果が得られる。
With the above configuration, the present embodiment has the following operational effects.

【0031】第1に、しきい値制御用領域11がソース
・エクステンション6の下部全体に接しているわけでは
なく、ソース・エクステンション6の下部の大部分はS
i基板1内の低濃度のp型不純物を含む基板領域(pウ
ェルなど)と接している。したがって、p型局所チャネ
ル領域110がソース・エクステンション102の下部
と全面的に接している従来のMISデバイス(図10参
照)に比べると、本実施形態のMISデバイスにおいて
は、ソース・エクステンション6の下方のpn接合部の
接合容量が低減する。
First, the threshold control region 11 is not in contact with the entire lower part of the source extension 6, and most of the lower part of the source extension 6 is S
It is in contact with a substrate region (p well or the like) containing a low-concentration p-type impurity in i substrate 1. Therefore, in the MIS device according to the present embodiment, as compared with the conventional MIS device in which the p-type local channel region 110 is entirely in contact with the lower portion of the source extension 102 (see FIG. 10), The junction capacitance of the pn junction is reduced.

【0032】同様に、本実施形態のMISデバイスにお
いては、ドレイン・エクステンション7の下方のpn接
合部の接合容量が低減する。
Similarly, in the MIS device of the present embodiment, the junction capacitance at the pn junction below the drain extension 7 is reduced.

【0033】また、しきい値制御用領域11がソース領
域2に接しておらず、ソース領域2は同導電型のソース
・エクステンション6又はSi基板1内の低濃度のp型
不純物を含む基板領域(pウェルなど)と接している。
したがって、p型局所チャネル領域110がソース領域
102と接している従来のMISデバイス(図10参
照)に比べると、本実施形態のMISデバイスにおいて
は、ソース領域2の周辺のpn接合部の接合容量が低減
する。
The threshold control region 11 is not in contact with the source region 2, and the source region 2 is a source region 6 of the same conductivity type or a substrate region containing a low-concentration p-type impurity in the Si substrate 1. (Such as a p-well).
Therefore, as compared with the conventional MIS device in which the p-type local channel region 110 is in contact with the source region 102 (see FIG. 10), the junction capacitance of the pn junction around the source region 2 in the MIS device of the present embodiment. Is reduced.

【0034】同様に、本実施形態のMISデバイスにお
いては、ドレイン領域3の周辺のpn接合部の接合容量
が低減する。よって、MISデバイスの動作速度が向上
することになる。
Similarly, in the MIS device of the present embodiment, the junction capacitance at the pn junction around the drain region 3 is reduced. Therefore, the operation speed of the MIS device is improved.

【0035】第2に、ソース・エクステンション6及び
ドレイン・エクステンション7の下方に高濃度のp型領
域がほとんど存在しないので、ソース・エクステンショ
ン6及びドレインエクステンション7と基板領域との間
の接合リーク電流も小さくなる。
Second, since there is almost no high-concentration p-type region below the source extension 6 and the drain extension 7, the junction leakage current between the source extension 6 and the drain extension 7 and the substrate region is also reduced. Become smaller.

【0036】第3に、短チャネル効果を抑制するための
高濃度のp型不純物を含むしきい値制御用領域11はS
i基板1の表面まで達しておらず、動作時にはほとんど
のキャリアが低濃度チャネル領域15を走行する構造と
なっているので、キャリアが不純物による散乱を受ける
作用が抑制される。したがって、本実施形態のMISデ
バイスにおけるキャリア移動度は、従来の局所チャネル
構造を有するMISデバイスに比べて大きくなり、電流
駆動力が向上する。
Third, the threshold control region 11 containing a high concentration p-type impurity for suppressing the short channel effect is
Since the structure does not reach the surface of the i-substrate 1 and most of the carriers travel in the low-concentration channel region 15 during operation, the effect that the carriers are scattered by impurities is suppressed. Therefore, the carrier mobility of the MIS device of the present embodiment is larger than that of the conventional MIS device having a local channel structure, and the current driving force is improved.

【0037】したがって、短チャネル効果防止機能を確
保しつつ、電流駆動力の高いトランジスタを実現するこ
とができる。
Therefore, it is possible to realize a transistor having a high current drivability while securing the function of preventing the short channel effect.

【0038】−製造方法− 図2(a)〜図3(b)は、第1の実施形態におけるn
MISFET構造を有するMISデバイスの製造工程を
示す断面図である。ここでは、nMISFET形成領域
における製造工程のみについて説明するが、導入する不
純物の導電型を逆にすれば、pMISFET形成領域に
おける製造工程も同様に行なうことができる。
-Manufacturing Method- FIGS. 2A to 3B show n in the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a MIS device having a MISFET structure. Here, only the manufacturing process in the nMISFET formation region will be described, but the manufacturing process in the pMISFET formation region can be similarly performed by reversing the conductivity type of the impurity to be introduced.

【0039】まず、図2(a)に示す工程で、フォトリ
ソグラフィー,ドライエッチング,酸化膜の埋め込みな
どを用いた周知の技術により、Si基板1の表面部に活
性領域を囲むトレンチ構造の素子分離用酸化膜9を形成
する。
First, in the step shown in FIG. 2A, a trench-type element isolation surrounding the active region is formed on the surface of the Si substrate 1 by a known technique using photolithography, dry etching, burying of an oxide film, or the like. An oxide film 9 is formed.

【0040】次に、pMISFET形成領域を覆うレジ
ストマスクを注入マスクとして、低濃度のp型不純物イ
オン(例えばボロンイオン)を高エネルギーで注入して
pウェルを形成し、続いて、比較的高濃度(中濃度)の
p型不純物イオンの注入を行なうことにより、p型ドー
プ層11x(第2導電型領域)を形成する。具体的な方
法の例として、インジュウムイオン(In+ )を、加速
電圧が20〜100keV,ドーズ量が6.0×1012
cm-2〜1.0×1013cm-2の条件で注入する。特
に、加速電圧が50keV,ドーズ量が8.0×1012
cm-2の程度が好ましい。
Next, using a resist mask covering the pMISFET formation region as an implantation mask, low-concentration p-type impurity ions (for example, boron ions) are implanted at a high energy to form a p-well. By implanting (medium concentration) p-type impurity ions, a p-type doped layer 11x (second conductivity type region) is formed. As a specific example of the method, indium ions (In + ) are charged at an acceleration voltage of 20 to 100 keV and a dose of 6.0 × 10 12.
The implantation is performed under the condition of cm −2 to 1.0 × 10 13 cm −2 . In particular, the acceleration voltage is 50 keV and the dose is 8.0 × 10 12
A degree of cm -2 is preferred.

【0041】次に、ゲート絶縁膜を形成する前に、例え
ば1000℃,10secの条件で、Inの活性化のた
めの熱処理を行なう。なお、p型ドープ層11xよりも
深い領域にパンチスルーストッパーが形成される場合が
多い。その場合には、パンチスルーストッパー形成用の
p型不純物イオンの注入もこの状態で行なう。
Next, before forming the gate insulating film, a heat treatment for activating In is performed at, for example, 1000 ° C. for 10 seconds. In many cases, a punch-through stopper is formed in a region deeper than the p-type doped layer 11x. In this case, p-type impurity ions for forming a punch-through stopper are also implanted in this state.

【0042】このとき、p型ドープ層11xの接合深さ
は100nm程度であり、不純物濃度のピーク位置の深
さは50nm程度である。そして、イオン注入時の加速
電圧が大きいことから、活性領域の表面部におけるイン
ジュウムの濃度が極めて低いことから、活性領域の表面
部は低濃度p型領域15xとなっている。また、p型ド
ープ層11x内におけるインジュウムの最大不純物濃度
は1.0×1018cm -3程度であり、低濃度p型領域1
5xの不純物濃度は約1.0×1017cm-3以下であ
る。このときに注入するp型不純物はインジュウムに限
定されないが、特に、インジュウムのような重い元素を
使うことにより、活性領域の表面部に不純物濃度が低い
低濃度p型領域を形成し、その下方にピーク濃度が高い
しきい値制御領域を形成することができる。
At this time, the junction depth of the p-type doped layer 11x
Is about 100 nm, and the depth of the peak position of the impurity concentration is
The length is about 50 nm. And acceleration during ion implantation
Because of the high voltage, the
Due to the extremely low concentration of J, the surface of the active area
The portion is a low-concentration p-type region 15x. In addition, p-type
Impurity concentration of indium in the loop layer 11x
Is 1.0 × 1018cm -3And the low-concentration p-type region 1
5 × impurity concentration is about 1.0 × 1017cm-3Below
You. The p-type impurity implanted at this time is limited to indium.
Although not specified, especially heavy elements such as indium
Low impurity concentration on the surface of active region by using
Form a low-concentration p-type region and have a high peak concentration below it
A threshold control region can be formed.

【0043】なお、素子分離用酸化膜9を形成する前
に、Si基板1内に、低濃度のp型不純物がドープされ
たpウェルと、低濃度のn型不純物がドープされたnウ
ェルとを形成し、pウェル用のイオン注入に続いてp型
ドープ層11x及び低濃度p型領域15x形成のための
イオン注入を行なってもよい。
Before forming the isolation oxide film 9, a p-well doped with a low-concentration p-type impurity and an n-well doped with a low-concentration n-type impurity are formed in the Si substrate 1. May be formed, and ion implantation for forming the p-type doped layer 11x and the low-concentration p-type region 15x may be performed subsequent to the ion implantation for the p-well.

【0044】次に、図2(b)に示す工程で、活性領域
の表面上に酸化膜および導体膜を順次堆積した後、導体
膜及び酸化膜をパターニングして、ゲート絶縁膜4およ
びゲート電極5を形成する。次に、このゲート電極5を
マスクとして、活性領域中にn型不純物をイオン注入す
ることにより、活性領域の表面部にn型ドープ層6x,
7x(第1導電型領域)を選択的に形成する。このと
き、活性領域中の浅い領域がアモルファス化する程度に
イオン注入を行なう。例えば、砒素を注入エネルギーが
4keV,ドーズ量が8.0×1014cm-2程度の高濃
度ドーズ量で注入すると、n型ドープ層6x,7xがア
モルファス化される。n型ドープ層6x,7xのアモル
ファス化領域の深さは40nm程度であり、p型ドープ
層11xのピーク濃度位置の深さ(50nm程度)より
もわずかに浅く形成する。このとき、p型ドープ層11
xのうちゲート電極5の両側に位置する領域の大部分
は、高濃度のn型不純物を含むn型ドープ層6x,7x
に変化する。しかし、p型不純物のイオン注入時におけ
る注入エネルギーがn型不純物のイオン注入時の注入エ
ネルギーよりも大きいので、n型ドープ層6x,7xの
下方にはp型ドープ層11xの一部が残存している。
Next, in the step shown in FIG. 2B, after an oxide film and a conductor film are sequentially deposited on the surface of the active region, the conductor film and the oxide film are patterned to form a gate insulating film 4 and a gate electrode. 5 is formed. Next, using the gate electrode 5 as a mask, an n-type impurity is ion-implanted into the active region, so that the n-type doped layer 6x,
7x (first conductivity type region) is selectively formed. At this time, ion implantation is performed to such an extent that a shallow region in the active region becomes amorphous. For example, when arsenic is implanted at an implantation energy of 4 keV and a high dose of about 8.0 × 10 14 cm −2 , the n-type doped layers 6x and 7x are made amorphous. The depth of the amorphized regions of the n-type doped layers 6x and 7x is about 40 nm, and is formed slightly shallower than the depth (about 50 nm) of the peak concentration position of the p-type doped layer 11x. At this time, the p-type doped layer 11
Most of the x regions located on both sides of the gate electrode 5 are composed of n-type doped layers 6x and 7x containing high-concentration n-type impurities.
Changes to However, since the implantation energy at the time of ion implantation of the p-type impurity is larger than the implantation energy at the time of ion implantation of the n-type impurity, a part of the p-type doped layer 11x remains below the n-type doped layers 6x and 7x. ing.

【0045】次に、図3(a)に示す工程で、p型ドー
プ層11x,n型ドープ層6x,7x及び低濃度p型領
域15x内の不純物を活性するための熱処理を行なっ
て、ソース・エクステンション6,ドレイン・エクステ
ンション7,しきい値制御領域11及び低濃度チャネル
領域15を形成する。このとき、活性領域のうちアモル
ファス化されていた領域は再結晶化されるとともに、再
結晶化した領域に結晶欠陥が発生する。この結晶欠陥が
不純物の増速拡散を引き起こすので、図2(b)に示す
状態でp型ドープ層11xのうちn型ドープ層6x,7
xの下方に残存していた領域内のp型不純物(インジュ
ウム)は、ソース・エクステンション6およびドレイン
・エクステンション7中の結晶欠陥に吸い寄せられるも
のと考えられる。その結果、ソース・エクステンション
6およびドレイン・エクステンション7の間にのみ、し
きい値制御領域11が形成され、しきい値制御領域11
の上に低濃度チャネル領域15が形成される。
Next, in the step shown in FIG. 3A, a heat treatment for activating the impurities in the p-type doped layer 11x, the n-type doped layers 6x and 7x and the low concentration p-type region 15x is performed, and the source is formed. The extension 6, the drain extension 7, the threshold control region 11, and the low concentration channel region 15 are formed. At this time, the amorphous region of the active region is recrystallized, and crystal defects occur in the recrystallized region. Since this crystal defect causes accelerated diffusion of impurities, n-type doped layers 6x and 7x of p-type doped layer 11x in the state shown in FIG.
It is considered that the p-type impurity (indium) in the region remaining under x is attracted to crystal defects in the source extension 6 and the drain extension 7. As a result, the threshold control region 11 is formed only between the source extension 6 and the drain extension 7, and the threshold control region 11
A low concentration channel region 15 is formed on the substrate.

【0046】その後、図3(b)に示す工程で、シリコ
ン酸化膜の堆積と異方性エッチングによるこのシリコン
酸化膜のエッチバックとを行なって、ゲート電極5の側
面上にサイドウォール8を形成する。その後、ゲート電
極5およびサイドウォール8をマスクとして、砒素,リ
ンまたはアンチモン等のn型不純物イオンを活性領域内
に注入する。これにより、活性領域内におけるソース・
エクステンション6およびドレイン・エクステンション
7の外側に、ソース・エクステンション6およびドレイ
ン・エクステンション7よりも接合深さが深いn型のソ
ース領域2およびn型のドレイン領域3を形成する。
Thereafter, in a step shown in FIG. 3B, a silicon oxide film is deposited and the silicon oxide film is etched back by anisotropic etching to form sidewalls 8 on the side surfaces of the gate electrode 5. I do. Thereafter, n-type impurity ions such as arsenic, phosphorus or antimony are implanted into the active region using the gate electrode 5 and the side walls 8 as a mask. As a result, the source
Outside the extension 6 and the drain extension 7, an n-type source region 2 and an n-type drain region 3 whose junction depth is deeper than the source extension 6 and the drain extension 7 are formed.

【0047】本実施形態の製造方法によると、図2
(a)に示す工程で、中程度の濃度のp型不純物を比較
的大きい注入エネルギーでイオン注入しているので、活
性領域の表面部に、後に低濃度チャネル領域15となる
低濃度p型領域15xを形成することができる。そし
て、このイオン注入は、pウェル(あるいはパンチスル
ーストッパー)の形成のためのイオン注入と同じマスク
を用いて行なうことができるので、フォトリソグラフィ
ー工程の増大を招くことはない。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
In the step shown in FIG. 2A, a p-type impurity having a medium concentration is ion-implanted with a relatively large implantation energy. 15x can be formed. Since this ion implantation can be performed using the same mask as the ion implantation for forming the p-well (or punch-through stopper), the photolithography process does not increase.

【0048】その際、インジュウムのような重い元素を
使うことにより、活性領域の表面部に不純物濃度が低い
低濃度p型領域を形成し、その下方にピーク濃度が高い
しきい値制御領域を形成することができる。
At this time, by using a heavy element such as indium, a low-concentration p-type region having a low impurity concentration is formed on the surface of the active region, and a threshold control region having a high peak concentration is formed therebelow. can do.

【0049】次に、図2(b)に示す工程で、n型不純
物(砒素)をイオン注入する際には、n型ドープ層6
x,7x中の不純物濃度のピーク位置がp型ドープ層1
1x中の不純物濃度のピーク位置よりも浅くなるように
イオン注入することにより、n型ドープ層6x,7xの
下方にp型ドープ層11xの一部を残存させている。そ
して、図3(a)に示す工程で、不純物活性化のための
アニールを行なうと、アモルファス化されていた領域が
再結晶化される際に結晶欠陥が発生し、この結晶欠陥が
不純物の増速拡散を引き起こすと考えられる。その結
果、p型ドープ層11xのうちソース・エクステンショ
ン6およびドレイン・エクステンション7の下方に存在
していた高濃度のp型不純物を含む領域が消失して、ソ
ース・エクステンション6およびドレイン・エクステン
ション7の間にのみ、しきい値制御領域11が形成され
る。そして、図3(b)に示す工程で、ソース領域2及
びドレイン領域3を形成したときには、しきい値制御領
域11がソース領域2及びドレイン領域3に接すること
はない。
Next, in the step shown in FIG. 2B, when the n-type impurity (arsenic) is ion-implanted, the n-type doped layer 6
The peak position of the impurity concentration in x, 7x is the p-type doped layer 1
By implanting ions so as to be shallower than the peak position of the impurity concentration in 1x, a part of the p-type doped layer 11x is left below the n-type doped layers 6x and 7x. Then, if annealing for activating impurities is performed in the step shown in FIG. 3A, crystal defects are generated when the amorphous region is recrystallized, and the crystal defects increase in impurities. It is thought to cause rapid diffusion. As a result, in the p-type doped layer 11x, the region including the high-concentration p-type impurity existing below the source extension 6 and the drain extension 7 disappears, and the source extension 6 and the drain extension 7 are removed. The threshold control region 11 is formed only in between. Then, when the source region 2 and the drain region 3 are formed in the step shown in FIG. 3B, the threshold control region 11 does not contact the source region 2 and the drain region 3.

【0050】よって、図1に示すような微細化されたゲ
ート構造を有するMISデバイスを、フォトリソグラフ
ィー工程の増大を招くことなく、容易に実現することが
できる。
Therefore, a MIS device having a miniaturized gate structure as shown in FIG. 1 can be easily realized without increasing the number of photolithography steps.

【0051】(第2の実施形態) −MISデバイスの構造− 図4は、本発明の第2の実施形態におけるMISFET
構造を有するMISデバイスの断面図である。同図に示
すように、本実施形態のMISデバイスは、Si基板1
と、Si基板1の表面付近に設けられ活性領域を囲む素
子分離用酸化膜9と、活性領域内において互いに離間し
て設けられた高濃度のn型不純物を含むソース領域2及
びドレイン領域3と、Si基板1内におけるソース領域
2とドレイン領域3との間に位置する領域の上に設けら
れたゲート絶縁膜4と、ゲート絶縁膜4の上に設けられ
たゲート電極5と、ゲート電極5の側面上に設けられた
シリコン酸化膜からなるサイドウォール8と、Si基板
1内におけるソース領域2からゲート電極5下方の領域
に向かって延びる比較的高濃度のn型不純物を含むソー
ス・エクステンション6と、Si基板1内におけるドレ
イン領域3からゲート電極5の下方の領域に向かって延
びる比較的高濃度のn型不純物を含むドレイン・エクス
テンション7と、Si基板1内におけるソース・エクス
テンション6,ドレイン・エクステンション7にそれぞ
れ隣接するp型不純物を含む2つのしきい値制御用ポケ
ット12とを備えている。なお、活性領域内においてソ
ース・エクステンション6とドレイン・エクステンショ
ン7との間にあって、しきい値制御用ポケット12の上
方に位置する領域は低濃度のp型不純物を含む低濃度チ
ャネル領域となっている。
(Second Embodiment)-Structure of MIS Device-FIG. 4 shows a MISFET according to a second embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of the MIS device which has a structure. As shown in the figure, the MIS device of the present embodiment is a Si substrate 1
And an element isolation oxide film 9 provided near the surface of the Si substrate 1 and surrounding the active region; a source region 2 and a drain region 3 containing high-concentration n-type impurities provided separately from each other in the active region. A gate insulating film 4 provided on a region located between the source region 2 and the drain region 3 in the Si substrate 1; a gate electrode 5 provided on the gate insulating film 4; And a source extension 6 containing a relatively high concentration of n-type impurities extending from the source region 2 to a region below the gate electrode 5 in the Si substrate 1. And a drain extension 7 containing a relatively high concentration of n-type impurities extending from the drain region 3 to a region below the gate electrode 5 in the Si substrate 1; Source extension 6 in the i substrate 1, and a two thresholds controlling pocket 12 containing p-type impurities respectively adjacent to the drain extension 7. The region located between the source extension 6 and the drain extension 7 and above the threshold control pocket 12 in the active region is a low-concentration channel region containing a low-concentration p-type impurity. .

【0052】ここで、ソース・エクステンション6およ
びドレイン・エクステンション7の接合深さ(pn接合
部までの深さ)は、ソース領域2およびドレイン領域3
の接合深さよりも浅い。また、しきい値制御用ポケット
12は、ソース領域2やドレイン領域3とは接触してい
ない。つまり、しきい値制御用ポケット12は、ソース
・エクステンション6およびドレイン・エクステンショ
ン7の下部全体に接触しているわけではない。
Here, the junction depth of the source extension 6 and the drain extension 7 (depth to the pn junction) is the source region 2 and the drain region 3
Shallower than the junction depth. The threshold control pocket 12 is not in contact with the source region 2 or the drain region 3. That is, the threshold control pocket 12 is not in contact with the entire lower part of the source extension 6 and the drain extension 7.

【0053】以上の構成により、本実施形態において
は、以下の作用効果が得られる。
With the above configuration, the following operational effects can be obtained in this embodiment.

【0054】第1に、しきい値制御用ポケット12がソ
ース・エクステンション6の下部全体に接しているわけ
ではなく、ソース・エクステンション6の下部の大部分
はSi基板1内の低濃度のp型不純物を含む基板領域
(pウェルなど)と接している。したがって、p型局所
チャネル領域110がソース・エクステンション102
の下部と全面的に接している従来のMISデバイス(図
10参照)に比べると、本実施形態のMISデバイスに
おいては、ソース・エクステンション6の下方のpn接
合部の接合容量が低減する。
First, the threshold control pocket 12 is not in contact with the entire lower portion of the source extension 6, and most of the lower portion of the source extension 6 has a low concentration of p-type in the Si substrate 1. It is in contact with a substrate region containing impurities (such as a p-well). Therefore, the p-type local channel region 110 is
In the MIS device of the present embodiment, the junction capacitance of the pn junction below the source extension 6 is reduced as compared with the conventional MIS device entirely contacting the lower portion of the MIS device (see FIG. 10).

【0055】同様に、本実施形態のMISデバイスにお
いては、ドレイン・エクステンション7の下方のpn接
合部の接合容量が低減する。
Similarly, in the MIS device of the present embodiment, the junction capacitance at the pn junction below the drain extension 7 is reduced.

【0056】また、しきい値制御用ポケット12がソー
ス領域2に接しておらず、ソース領域2は同導電型のソ
ース・エクステンション6又はSi基板1内の低濃度の
p型不純物を含む基板領域(pウェルなど)と接してい
る。したがって、p型局所チャネル領域110がソース
領域102と接している従来のMISデバイス(図10
参照)に比べると、本実施形態のMISデバイスにおい
ては、ソース領域2の周辺のpn接合部の接合容量が低
減する。
The threshold control pocket 12 is not in contact with the source region 2, and the source region 2 is a source region 6 of the same conductivity type or a substrate region in the Si substrate 1 containing a low concentration of p-type impurities. (Such as a p-well). Therefore, the conventional MIS device in which the p-type local channel region 110 is in contact with the source region 102 (FIG. 10)
Compared with the MIS device of the present embodiment, the junction capacitance of the pn junction around the source region 2 is reduced.

【0057】同様に、本実施形態のMISデバイスにお
いては、ドレイン領域3の周辺のpn接合部の接合容量
が低減する。よって、MISデバイスの動作速度が向上
することになる。
Similarly, in the MIS device of this embodiment, the junction capacitance at the pn junction around the drain region 3 is reduced. Therefore, the operation speed of the MIS device is improved.

【0058】第2に、ソース・エクステンション6及び
ドレイン・エクステンション7の下方に高濃度のp型領
域がほとんど存在しないので、ソース・エクステンショ
ン6及びドレインエクステンション7と基板領域との間
の接合リーク電流も小さくなる。
Second, since there is almost no high-concentration p-type region below the source extension 6 and the drain extension 7, the junction leakage current between the source extension 6 and the drain extension 7 and the substrate region is also reduced. Become smaller.

【0059】第3に、短チャネル効果抑制のための高濃
度のp型不純物を含むしきい値制御用ポケット12はS
i基板1の表面まで達しておらず、動作時にはほとんど
のキャリアが低濃度チャネル領域を走行する構造となっ
ているので、キャリアが不純物による散乱を受ける作用
が抑制される。したがって、本実施形態のMISデバイ
スにおけるキャリア移動度は、従来の局所チャネル構造
を有するMISデバイスに比べて大きくなり、電流駆動
力が向上する。したがって、短チャネル効果防止機能を
確保しつつ、電流駆動力の高いトランジスタを実現する
ことができる。
Third, the threshold control pocket 12 containing a high concentration p-type impurity for suppressing the short channel effect is
Since the structure does not reach the surface of the i-substrate 1 and most of the carriers travel in the low-concentration channel region during operation, the effect that the carriers are scattered by impurities is suppressed. Therefore, the carrier mobility of the MIS device of the present embodiment is larger than that of the conventional MIS device having a local channel structure, and the current driving force is improved. Therefore, it is possible to realize a transistor having a high current drivability while ensuring the function of preventing short channel effects.

【0060】しかも、第1の実施形態とは異なり、本実
施形態においては、しきい値制御用領域であるしきい値
制御用ポケット12が左右2つに分離され、ゲート電極
5の下方全体に亘って存在しているわけではないので、
サブスレッショルドスロープが第1の実施形態のMIS
デバイスのサブスレッショルドスロープよりも小さくな
る。よって、低消費電力化と高速化に対しては、第1の
実施形態よりも有利であるといえる。
Further, unlike the first embodiment, in the present embodiment, the threshold control pocket 12 which is a threshold control area is divided into two right and left sides, and the entire area below the gate electrode 5 is formed. It doesn't exist all over,
The sub-threshold slope is the MIS of the first embodiment.
It is smaller than the sub-threshold slope of the device. Therefore, it can be said that the first embodiment is more advantageous in reducing power consumption and increasing the speed.

【0061】−製造方法− 図5(a)〜図6(b)は、第2の実施形態におけるn
MISFET構造を有するMISデバイスの製造工程を
示す断面図である。ここでは、nMISFET形成領域
における製造工程のみについて説明するが、導入する不
純物の導電型を逆にすれば、pMISFET形成領域に
おける製造工程も同様に行なうことができる。
-Manufacturing Method- FIGS. 5A to 6B show n in the second embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a MIS device having a MISFET structure. Here, only the manufacturing process in the nMISFET formation region will be described, but the manufacturing process in the pMISFET formation region can be similarly performed by reversing the conductivity type of the impurity to be introduced.

【0062】まず、図5(a)に示す工程で、フォトリ
ソグラフィー,ドライエッチング,酸化膜の埋め込みな
どを用いた周知の技術により、Si基板1の表面部に活
性領域を囲むトレンチ構造の素子分離用酸化膜9を形成
する。また、素子分離用絶縁膜9の形成後、あるいは素
子分離用絶縁膜9の形成前に、pMISFET形成領域
にはn型不純物イオンを注入してnウェルを、nMIS
FET形成領域にはp型不純物イオンを注入してpウェ
ルを形成する。
First, in the step shown in FIG. 5A, a trench structure element isolation surrounding the active region is formed on the surface of the Si substrate 1 by a known technique using photolithography, dry etching, burying an oxide film, or the like. An oxide film 9 is formed. Further, after the formation of the element isolation insulating film 9 or before the formation of the element isolation insulating film 9, an n-type well is formed by implanting n-type impurity ions into the pMISFET formation region.
A p-well is formed by implanting p-type impurity ions into the FET formation region.

【0063】続いて、活性領域の表面上に酸化膜および
導体膜を順次堆積した後、導体膜及び酸化膜をパターニ
ングして、ゲート絶縁膜4およびゲート電極5を形成す
る。さらに、ゲート電極5をマスクとして、比較的高濃
度(中濃度)のp型不純物イオンの注入を行なうことに
より、活性領域のうちゲート電極5の両側方に位置する
領域に、ポケットとなるp型ドープ層12xを形成す
る。具体的な方法の例として、インジュウムイオン(I
+ )を、加速電圧が50keV,ドーズ量が1.0×
1014cm-2程度の条件で注入する。
Subsequently, after sequentially depositing an oxide film and a conductor film on the surface of the active region, the conductor film and the oxide film are patterned to form a gate insulating film 4 and a gate electrode 5. Further, a relatively high concentration (medium concentration) of p-type impurity ions is implanted using the gate electrode 5 as a mask, so that a p-type serving as a pocket is formed in a region of the active region located on both sides of the gate electrode 5. The doped layer 12x is formed. As an example of a specific method, indium ion (I
The n +), the acceleration voltage is 50 keV, the dose of 1.0 ×
The implantation is performed under the condition of about 10 14 cm −2 .

【0064】このとき、p型ドープ層12x中の不純物
濃度のピーク位置の深さは50nm程度である。そし
て、活性領域の表面部におけるインジュウムの濃度が極
めて低い。また、p型ドープ層12x内におけるインジ
ュウムの最大不純物濃度は1.0×1019cm-3程度で
ある。このときに注入するp型不純物はインジュウムに
限定されないが、特に、インジュウムのような重い元素
を使うことにより、活性領域の表面部(チャネル領域)
における不純物濃度を低く維持しつつ、その下方にピー
ク濃度が高いしきい値制御領域としてのポケットを形成
することができる。
At this time, the depth of the peak position of the impurity concentration in the p-type doped layer 12x is about 50 nm. Then, the concentration of indium in the surface portion of the active region is extremely low. The maximum impurity concentration of indium in the p-type doped layer 12x is about 1.0 × 10 19 cm −3 . The p-type impurity to be implanted at this time is not limited to indium. In particular, by using a heavy element such as indium, the surface portion of the active region (channel region)
, A pocket as a threshold control region having a high peak concentration can be formed below the impurity concentration.

【0065】次に、図5(b)に示す工程で、ゲート電
極5をマスクとして、活性領域中にn型不純物をイオン
注入することにより、活性領域の表面部にn型ドープ層
6x,7x(第1導電型領域)を選択的に形成する。こ
のとき、活性領域の浅い領域がアモルファス化する程度
にイオン注入を行なう。例えば、砒素を注入エネルギー
が4keV,ドーズ量が8.0×1014cm-2程度の高
濃度ドーズ量で注入すると、n型ドープ層6x,7xが
アモルファス化される。n型ドープ層6x,7xのアモ
ルファス化領域の深さは40nm程度であり、p型ドー
プ層12xのピーク濃度の深さ(50nm程度)よりも
わずかに浅く形成する。このとき、p型ドープ層12x
の大部分の領域は、高濃度のn型不純物を含むn型ドー
プ層6x,7xに変化する。しかし、p型不純物のイオ
ン注入時における注入エネルギーがn型不純物のイオン
注入時の注入エネルギーよりも大きいので、n型ドープ
層6x,7xの下方にはp型ドープ層12xの一部が残
存している。
Next, in the step shown in FIG. 5B, n-type impurities are ion-implanted into the active region using the gate electrode 5 as a mask, thereby forming n-type doped layers 6x and 7x on the surface of the active region. (First conductivity type region) is selectively formed. At this time, ion implantation is performed to such an extent that a shallow region of the active region becomes amorphous. For example, when arsenic is implanted at an implantation energy of 4 keV and a high dose of about 8.0 × 10 14 cm −2 , the n-type doped layers 6x and 7x are made amorphous. The depth of the amorphized regions of the n-type doped layers 6x and 7x is about 40 nm, and is formed to be slightly shallower than the depth of the peak concentration (about 50 nm) of the p-type doped layer 12x. At this time, the p-type doped layer 12x
Most of the regions are changed to n-type doped layers 6x and 7x containing a high concentration of n-type impurities. However, since the implantation energy at the time of ion implantation of the p-type impurity is larger than the implantation energy at the time of ion implantation of the n-type impurity, a part of the p-type doped layer 12x remains below the n-type doped layers 6x and 7x. ing.

【0066】次に、図6(a)に示す工程で、p型ドー
プ層12x及びn型ドープ層6x,7x内の不純物を活
性するための熱処理を行なって、ソース・エクステンシ
ョン6,ドレイン・エクステンション7及びしきい値制
御用ポケット12を形成する。このとき、活性領域のう
ちアモルファス化されていた領域は再結晶化されるとと
もに、再結晶化した領域に結晶欠陥が発生する。この結
晶欠陥が不純物の増速拡散を引き起こすので、図5
(b)に示す状態でp型ドープ層12xのうちn型ドー
プ層6x,7xの下方に残存していた領域内のp型不純
物(インジュウム)は、ソース・エクステンション6お
よびドレイン・エクステンション7中の結晶欠陥に吸い
寄せられるものと考えられる。その結果、ソース・エク
ステンション6およびドレイン・エクステンション7の
うちチャネル下方に位置する部分にのみ隣接するしきい
値制御用ポケット12が形成され、しきい値制御用ポケ
ット12の上方は低濃度のp型不純物を含むチャネル領
域となっている。
Next, in the step shown in FIG. 6A, heat treatment for activating the impurities in the p-type doped layer 12x and the n-type doped layers 6x and 7x is performed, so that the source extension 6 and the drain extension 6 are formed. 7 and the threshold control pocket 12 are formed. At this time, the amorphous region of the active region is recrystallized, and crystal defects occur in the recrystallized region. Since this crystal defect causes accelerated diffusion of impurities, FIG.
In the state shown in (b), the p-type impurity (indium) in the region remaining under the n-type doped layers 6x and 7x in the p-type doped layer 12x is removed from the source extension 6 and the drain extension 7 in the source extension 6 and the drain extension 7. It is thought that it is attracted to crystal defects. As a result, a threshold control pocket 12 is formed adjacent only to a portion of the source extension 6 and the drain extension 7 located below the channel, and a low concentration p-type is formed above the threshold control pocket 12. It is a channel region containing impurities.

【0067】その後、図6(b)に示す工程で、シリコ
ン酸化膜の堆積と異方性エッチングによるこのシリコン
酸化膜のエッチバックとを行なって、ゲート電極5の側
面上にサイドウォール8を形成する。その後、ゲート電
極5およびサイドウォール8をマスクとして、砒素,リ
ンまたはアンチモン等のn型不純物イオンを活性領域内
に注入する。これにより、活性領域内におけるソース・
エクステンション6およびドレイン・エクステンション
7の外側に、ソース・エクステンション6およびドレイ
ン・エクステンション7よりも接合深さが深いn型ソー
ス領域2およびn型ドレイン領域3を形成する。
Thereafter, in the step shown in FIG. 6B, a silicon oxide film is deposited and the silicon oxide film is etched back by anisotropic etching to form a side wall 8 on the side surface of the gate electrode 5. I do. Thereafter, n-type impurity ions such as arsenic, phosphorus or antimony are implanted into the active region using the gate electrode 5 and the side walls 8 as a mask. As a result, the source
Outside the extension 6 and the drain extension 7, the n-type source region 2 and the n-type drain region 3 having a deeper junction depth than the source extension 6 and the drain extension 7 are formed.

【0068】本実施形態の製造方法によると、図5
(a)に示す工程で、中程度の濃度のp型不純物を比較
的大きい注入エネルギーでイオン注入しているので、活
性領域の表面部(チャネル領域)における不純物濃度を
低く維持することができる。そして、このイオン注入
は、エクステンション6,7の形成のためのイオン注入
と同じマスクを用いて行なうことができるので、フォト
リソグラフィー工程の増大を招くことはない。
According to the manufacturing method of this embodiment, FIG.
In the step shown in FIG. 2A, the p-type impurity at a medium concentration is ion-implanted with relatively large implantation energy, so that the impurity concentration at the surface portion (channel region) of the active region can be kept low. Since this ion implantation can be performed using the same mask as the ion implantation for forming the extensions 6 and 7, the photolithography process does not increase.

【0069】その際、インジュウムのような重い元素を
使うことにより、活性領域の表面部(チャネル領域)に
おける不純物濃度を低く維持しつつ、その下方にピーク
濃度が高いしきい値制御用ポケット12を形成すること
ができる。
At this time, by using a heavy element such as indium, the threshold control pocket 12 having a high peak concentration is formed below the impurity concentration at the surface portion (channel region) of the active region while keeping the impurity concentration low. Can be formed.

【0070】次に、図5(b)に示す工程で、n型不純
物(砒素)をイオン注入する際には、n型ドープ層6
x,7x中の不純物濃度のピーク位置がp型ドープ層1
2x中の不純物濃度のピーク位置よりも浅くなるように
イオン注入することにより、n型ドープ層6x,7xの
下方にp型ドープ層12xの一部を残存させている。そ
して、図6(a)に示す工程で、不純物活性化のための
アニールを行なう。このとき、アモルファス化されてい
た領域が再結晶化される際に結晶欠陥が発生し、この結
晶欠陥が不純物の増速拡散を引き起こすと考えられる。
その結果、p型ドープ層12xのうちソース・エクステ
ンション6およびドレイン・エクステンション7の下方
に存在していた高濃度のp型ドープ層が消失して、チャ
ネル下方に位置する部分にのみ、互いに分離したしきい
値制御用ポケット12が形成される。そして、図6
(b)に示す工程で、ソース領域2及びドレイン領域3
を形成したときには、しきい値制御用ポケット12がソ
ース領域2及びドレイン領域3に接することはない。
Next, in the step shown in FIG. 5B, when the n-type impurity (arsenic) is ion-implanted, the n-type doped layer 6
The peak position of the impurity concentration in x, 7x is the p-type doped layer 1
By implanting ions so as to be shallower than the peak position of the impurity concentration in 2x, a part of the p-type doped layer 12x is left below the n-type doped layers 6x and 7x. Then, annealing for activating the impurities is performed in the step shown in FIG. At this time, a crystal defect occurs when the amorphous region is recrystallized, and it is considered that this crystal defect causes the accelerated diffusion of the impurity.
As a result, the high-concentration p-type doped layer existing below the source extension 6 and the drain extension 7 in the p-type doped layer 12x disappears and is separated from each other only in a portion located below the channel. A threshold control pocket 12 is formed. And FIG.
In the step shown in FIG. 2B, the source region 2 and the drain region 3
Is formed, the threshold control pocket 12 does not come into contact with the source region 2 and the drain region 3.

【0071】よって、図4に示すような微細化されたゲ
ート構造を有するMISデバイスを、フォトリソグラフ
ィー工程の増大を招くことなく、容易に実現することが
できる。
Therefore, a MIS device having a miniaturized gate structure as shown in FIG. 4 can be easily realized without increasing the number of photolithography steps.

【0072】なお、本実施形態においては、図5(a)
に示す工程で、中濃度のp型不純物(インジュウム)の
イオン注入を行なった後に、図5(b)に示す工程でn
型不純物(砒素)のイオン注入を行なっているが、n型
不純物のイオン注入を行なった後でp型不純物のイオン
注入を行なってもよい。
In this embodiment, FIG.
After ion implantation of a p-type impurity (indium) of a medium concentration in the step shown in FIG.
Although the ion implantation of the type impurity (arsenic) is performed, the ion implantation of the p-type impurity may be performed after the ion implantation of the n-type impurity.

【0073】(実験データ)図7は、本発明の方法によ
るp型しきい値制御領域及びn型エクステンション用の
イオン注入を行なったときのMISデバイス中の深さ方
向の不純物濃度プロファイルを示す図である。図8は、
本発明の方法によるp型しきい値制御領域及びn型エク
ステンションの熱処理後のMISデバイス中の深さ方向
の不純物濃度プロファイルを示す図である。以下、図7
及び図8を参照しながら、上記第1,第2の実施形態に
おける製造工程により本発明のMISデバイスの構造が
得られることを説明する。図7,図8に示すデータは、
第1,第2の実施形態とは異なる条件でイオン注入され
た領域のデータであるが、第1,第2の実施形態と、p
型ドープ層とn型ドープ層との濃度ピーク位置の関係は
変わらない。
(Experimental Data) FIG. 7 is a diagram showing an impurity concentration profile in the depth direction in a MIS device when ions are implanted for a p-type threshold control region and an n-type extension according to the method of the present invention. It is. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a depth-wise impurity concentration profile in a MIS device after heat treatment of a p-type threshold control region and an n-type extension according to the method of the present invention. Hereinafter, FIG.
The fact that the structure of the MIS device of the present invention can be obtained by the manufacturing steps in the first and second embodiments will be described with reference to FIGS. The data shown in FIG. 7 and FIG.
This is data of a region where ions are implanted under conditions different from those of the first and second embodiments.
The relationship between the concentration peak positions of the n-type doped layer and the n-type doped layer does not change.

【0074】図7に示すように、イオン注入時には、イ
ンジュウム(In)イオンの方が砒素(As)イオンよ
りも高エネルギーで注入されているので、As濃度のピ
ーク位置よりもIn濃度のピーク位置(15nm付近)
の方が下方にある。したがって、図2(b),図5
(b)に示すように、p型ドープ層11x,12xがn
型ドープ層(エクステンション)6x,7xの下方に存
在している。
As shown in FIG. 7, at the time of ion implantation, indium (In) ions are implanted at a higher energy than arsenic (As) ions, so that the peak position of the In concentration is higher than the peak position of the As concentration. (Around 15 nm)
Is below. Therefore, FIG. 2 (b), FIG.
As shown in (b), the p-type doped layers 11x and 12x
It exists below the mold dope layer (extension) 6x, 7x.

【0075】一方、図8に示すように、イオン注入後の
アニール後には、活性領域の下方に向かって砒素が拡散
する。また、Inも下方に拡散すると同時に、砒素イオ
ン注入により形成されたアモルファス化領域の再結晶化
によって生じる格子欠陥にInが引き寄せられて、図7
において深さ15nm付近にあったIn濃度のピークは
消失する。そして、In濃度のピークがある領域におい
ては、In濃度が砒素濃度よりも大幅に小さくなってい
る。その結果、図3(a),図6(a)に示すように、
エクステンション6,7の下方には、高濃度のしきい値
制御領域11やしきい値制御用ポケット12は存在して
いない状態となる。
On the other hand, as shown in FIG. 8, after annealing after the ion implantation, arsenic diffuses below the active region. Further, at the same time as In diffuses downward, In is attracted to lattice defects caused by recrystallization of an amorphous region formed by arsenic ion implantation, and FIG.
In this case, the peak of the In concentration near the depth of 15 nm disappears. In the region where the peak of the In concentration is present, the In concentration is significantly lower than the arsenic concentration. As a result, as shown in FIGS. 3A and 6A,
Below the extensions 6 and 7, the high density threshold control region 11 and the threshold control pocket 12 do not exist.

【0076】以上の現象が生じる理由は、まだ完全に解
明されているわけではないが、発明者の推測によると、
以下のとおりである。n型ドープ層のうち砒素イオンの
注入によってアモルファス化された領域において、熱処
理により結晶が回復し、この過程で格子欠陥が発生す
る。図9は、このときのエクステンション付近における
断面のTEM写真像を示している。同図に示すように、
砒素イオンの注入によってアモルファス化された領域の
下部付近に格子欠陥が多く存在している。そして、格子
欠陥によって不純物の拡散が促進され、特にインジュウ
ムが格子欠陥に引き寄せられる結果、エクステンション
の下方に高濃度のp型領域が存在しなくなるものと考え
られる。
The reason why the above phenomena occur is not yet completely elucidated.
It is as follows. In a region of the n-type doped layer that has been made amorphous by implantation of arsenic ions, the crystal is recovered by the heat treatment, and lattice defects occur in this process. FIG. 9 shows a TEM photographic image of a cross section near the extension at this time. As shown in the figure,
There are many lattice defects near the lower part of the region that has been made amorphous by implantation of arsenic ions. It is considered that diffusion of impurities is promoted by the lattice defect, and in particular, indium is attracted to the lattice defect, so that a high-concentration p-type region does not exist below the extension.

【0077】[0077]

【発明の効果】本発明によると、エクステンションの下
部の一部のみに隣接する高濃度のしきい値制御用領域を
設けたので、短チャネル効果の防止機能が高く、かつ、
電流駆動力の大きいMIS型半導体装置を実現すること
ができる。
According to the present invention, since a high-concentration threshold control region is provided adjacent only to a part of the lower portion of the extension, the function of preventing short channel effects is high, and
An MIS semiconductor device having a large current driving force can be realized.

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

【図1】本発明の第1の実施形態におけるMISFET
構造を有するMISデバイスの断面図である。
FIG. 1 shows a MISFET according to a first embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of the MIS device which has a structure.

【図2】(a),(b)は、第1の実施形態におけるn
MISFET構造を有するMISデバイスの製造工程の
うち前半の工程を示す断面図である。
FIGS. 2A and 2B show n in the first embodiment; FIGS.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the first half of the manufacturing steps of the MIS device having the MISFET structure.

【図3】(a),(b)は、第1の実施形態におけるn
MISFET構造を有するMISデバイスの製造工程の
うち後半の工程を示す断面図である。
FIGS. 3A and 3B show n in the first embodiment; FIGS.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a latter half of the manufacturing process of the MIS device having the MISFET structure.

【図4】本発明の第2の実施形態におけるMISFET
構造を有するMISデバイスの断面図である。
FIG. 4 shows a MISFET according to a second embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of the MIS device which has a structure.

【図5】(a),(b)は、第2の実施形態におけるn
MISFET構造を有するMISデバイスの製造工程の
うち前半の工程を示す断面図である。
FIGS. 5A and 5B show n in the second embodiment; FIGS.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the first half of the manufacturing steps of the MIS device having the MISFET structure.

【図6】(a),(b)は、第2の実施形態におけるn
MISFET構造を有するMISデバイスの製造工程の
うち後半の工程を示す断面図である。
FIGS. 6A and 6B show n in the second embodiment; FIGS.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a latter half of the manufacturing process of the MIS device having the MISFET structure.

【図7】本発明の方法によるp型しきい値制御領域及び
n型エクステンション用のイオン注入を行なったときの
MISデバイス中の深さ方向の不純物濃度プロファイル
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an impurity concentration profile in a depth direction in a MIS device when ion implantation for a p-type threshold control region and an n-type extension is performed according to the method of the present invention.

【図8】本発明の方法によるp型しきい値制御領域及び
n型エクステンションの熱処理後のMISデバイス中の
深さ方向の不純物濃度プロファイルを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an impurity concentration profile in a depth direction in a MIS device after heat treatment of a p-type threshold control region and an n-type extension according to the method of the present invention.

【図9】本発明の方法によるp型しきい値制御領域及び
n型エクステンションの熱処理後における格子欠陥の発
生状態を示すTEM写真図である。
FIG. 9 is a TEM photograph showing a state of occurrence of lattice defects after heat treatment of a p-type threshold control region and an n-type extension according to the method of the present invention.

【図10】従来の局所チャネル構造を有するnチャネル
型MISデバイスの断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional n-channel MIS device having a local channel structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板(p型) 2 ソース領域 3 ドレイン領域 4 ゲート絶縁膜 5 ゲート電極 6 ソース・エクステンション 6x n型ドープ層 7 ドレイン・エクステンション 7x n型ドープ層 8 サイドウォール 9 素子分離よー酸化膜 11 しきい値制御用領域 11x p型ドープ層 12 しきい値制御用ポケット 12x p型ドープ層 15 低濃度チャネル領域 REFERENCE SIGNS LIST 1 Si substrate (p-type) 2 source region 3 drain region 4 gate insulating film 5 gate electrode 6 source extension 6 x n-type doped layer 7 drain extension 7 x n-type doped layer 8 sidewall 9 element isolation and oxide film 11 threshold Value control region 11x p-type doped layer 12 threshold value control pocket 12x p-type doped layer 15 low concentration channel region

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主面を有する半導体基板と、 上記半導体基板内に形成された第1導電型のソース領域
と、 上記半導体基板内に形成され、上記ソース領域からある
距離だけ離れた第1導電型のドレイン領域と、 上記半導体基板の主面側の表面部に形成され、上記ソー
ス領域と上記ドレイン領域との間に位置するチャネル領
域と、 上記半導体基板の主面上に形成され、上記チャネル領域
を覆うゲート絶縁膜と、 上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 上記半導体基板内における上記ソース領域と上記チャネ
ル領域との間に設けられ、接合深さが上記ソース領域の
接合深さよりも浅い第1導電型のソース・エクステンシ
ョンと、 上記半導体基板内における上記ドレイン領域と上記チャ
ネル領域との間に設けられ、接合深さが上記ドレイン領
域の接合深さよりも浅い第1導電型のドレイン・エクス
テンションと、 上記半導体基板内における上記チャネル領域の下方に形
成され、上記ソース・エクステンションおよび上記ドレ
イン・エクステンションの各下部の一部に接する一方、
上記ソース・ドレイン領域とは離れて設けられた第2導
電型のしきい値制御用領域とを備えているMIS型半導
体装置。
A first conductive type source region formed in the semiconductor substrate; a first conductive type formed in the semiconductor substrate and separated by a certain distance from the source region; A drain region of a mold, a channel region formed on the surface portion on the main surface side of the semiconductor substrate, located between the source region and the drain region, and a channel region formed on the main surface of the semiconductor substrate, A gate insulating film covering a region, a gate electrode formed on the gate insulating film, and a source depth provided between the source region and the channel region in the semiconductor substrate, and a junction depth of the source region. A source extension of a first conductivity type, which is shallower than the source extension, and a junction depth provided between the drain region and the channel region in the semiconductor substrate; Shallow first conductivity type drain extension than the junction depth of the region, is formed below the channel region in the above semiconductor substrate, while in contact with part of the lower portion of the source extension and the drain extension,
An MIS semiconductor device comprising: a second conductivity type threshold control region provided separately from the source / drain region.
【請求項2】 請求項1に記載のMIS型半導体装置に
おいて、 上記しきい値制御用領域の不純物濃度のピークが上記ソ
ース・エクステンションおよび上記ドレイン・エクステ
ンションの接合深さとほぼ等しい深さに位置することを
特徴とするMIS型半導体装置。
2. The MIS type semiconductor device according to claim 1, wherein a peak of an impurity concentration of said threshold control region is located at a depth substantially equal to a junction depth of said source extension and said drain extension. A MIS type semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 請求項1又は2に記載のMIS型半導体
装置において、 上記ソース・エクステンションおよび上記ドレイン・エ
クステンションの下部付近に結晶欠陥のもっとも多い領
域が存在していることを特徴とするMIS型半導体装
置。
3. The MIS type semiconductor device according to claim 1, wherein a region having the largest number of crystal defects exists near a lower portion of said source extension and said drain extension. Semiconductor device.
【請求項4】 主面を有する半導体基板と、 上記半導体基板内に形成された第1導電型のソース領域
と、 上記半導体基板内に形成され、上記ソース領域からある
距離だけ離れた第1導電型のドレイン領域と、 上記半導体基板の主面側の表面部に形成され、上記ソー
ス領域と上記ドレイン領域との間に位置するチャネル領
域と、 上記半導体基板の主面上に形成され、上記チャネル領域
の端部を除く部分を覆うゲート絶縁膜と、 上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 上記半導体基板内における上記ソース領域と上記チャネ
ル領域との間に設けられ、接合深さが上記ソース領域の
接合深さよりも浅い第1導電型のソース・エクステンシ
ョンと、 上記半導体基板内における上記ドレイン領域と上記チャ
ネル領域との間に設けられ、接合深さが上記ドレイン領
域の接合深さよりも浅い第1導電型のドレイン・エクス
テンションと、 上記半導体基板内における上記チャネル領域の下方に形
成され、上記ソース・エクステンションの下部の一部に
接する部分と、上記ドレイン・エクステンションの下部
の一部に接する部分とに分かれ、かつ、上記ソース・ド
レイン領域とは離れて設けられた第2導電型のしきい値
制御用領域とを備えているMIS型半導体装置。
4. A semiconductor substrate having a main surface, a first conductivity type source region formed in the semiconductor substrate, and a first conductivity type formed in the semiconductor substrate and separated from the source region by a certain distance. A drain region of a mold, a channel region formed on the surface portion on the main surface side of the semiconductor substrate, located between the source region and the drain region, and a channel region formed on the main surface of the semiconductor substrate, A gate insulating film covering a portion excluding an end portion of the region; a gate electrode formed on the gate insulating film; a gate electrode provided between the source region and the channel region in the semiconductor substrate; A source extension of a first conductivity type, which is shallower than a junction depth of the source region, and a junction provided between the drain region and the channel region in the semiconductor substrate; A first conductivity type drain extension shallower than a junction depth of the drain region, a portion formed below the channel region in the semiconductor substrate, and in contact with a part of a lower portion of the source extension; An MIS semiconductor device comprising a second conductivity type threshold control region divided into a portion in contact with a part of a lower portion of the drain extension and provided apart from the source / drain region.
【請求項5】 請求項4に記載のMIS型半導体装置に
おいて、 上記しきい値制御用領域の不純物濃度のピークが上記ソ
ース・エクステンションおよび上記ドレイン・エクステ
ンションの接合深さとほぼ等しい深さに位置することを
特徴とするMIS型半導体装置。
5. The MIS type semiconductor device according to claim 4, wherein the peak of the impurity concentration of the threshold control region is located at a depth substantially equal to the junction depth of the source extension and the drain extension. A MIS type semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項6】 請求項4又は5に記載のMIS型半導体
装置において、 上記ソース・エクステンションおよび上記ドレイン・エ
クステンションの下部付近に結晶欠陥のもっとも多い領
域が存在していることを特徴とするMIS型半導体装
置。
6. The MIS type semiconductor device according to claim 4, wherein a region having the largest number of crystal defects exists near a lower portion of the source extension and the drain extension. Semiconductor device.
【請求項7】 半導体基板の活性領域に第2導電型の不
純物イオンを注入して、表面部で低濃度で深部で高濃度
となる濃度プロファイルを有する第2導電型領域を形成
する工程(a)と、 上記半導体基板上に、ゲート絶縁膜とゲート電極とを順
次形成する工程(b)と、 上記ゲート電極をマスクとして、第1導電型の不純物イ
オンを上記活性領域に注入して、上記半導体基板内にお
けるゲート電極の両側方に、上記第2導電型領域の深さ
よりも浅いアモルファス化領域を有する第1導電型領域
を形成する工程(c)と、 熱処理により、上記第1,第2導電型領域を活性化させ
ると同時に上記アモルファス化領域を回復させることに
より、ソース・エクステンション領域及びドレイン・エ
クステンション領域と、上記ソース・エクステンション
領域及びドレイン・エクステンション領域の各下部の一
部に接するしきい値制御用領域とを形成する工程(d)
とを含むMIS型半導体装置の製造方法。
7. A step of implanting impurity ions of the second conductivity type into the active region of the semiconductor substrate to form a second conductivity type region having a concentration profile of low concentration at the surface portion and high concentration at the deep portion (a). (B) forming a gate insulating film and a gate electrode on the semiconductor substrate sequentially; and implanting impurity ions of the first conductivity type into the active region using the gate electrode as a mask. (C) forming a first conductivity type region having an amorphized region shallower than the depth of the second conductivity type region on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate; By activating the conductivity type region and recovering the amorphous region at the same time, the source extension region and the drain extension region, and the source extension region Forming a threshold control region in contact with a lower portion of each of the region and the drain extension region (d)
A method for manufacturing a MIS semiconductor device, comprising:
【請求項8】 請求項7に記載のMIS型半導体装置の
製造方法において、 上記ステップ(c)では、上記第1導電型領域における
第1導電型不純物濃度のピーク位置が、上記第2導電型
領域における第2の導電型不純物濃度のピーク位置より
も上方にあるように上記第1導電型領域を形成すること
を特徴とするMIS型半導体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a MIS type semiconductor device according to claim 7, wherein in the step (c), the peak position of the first conductivity type impurity concentration in the first conductivity type region is the second conductivity type. A method for manufacturing a MIS type semiconductor device, comprising: forming the first conductivity type region above a peak position of a second conductivity type impurity concentration in the region.
【請求項9】 半導体基板上に、ゲート絶縁膜とゲート
電極とを順次形成する工程(a)と、 上記ゲート電極をマスクとして、上記半導体基板の活性
領域に第2導電型の不純物イオンを注入して、上記ゲー
ト電極の両側方に、表面部で低濃度で深部で高濃度とな
る濃度プロファイルを有する第2導電型領域を形成する
工程(b)と、 上記ゲート電極をマスクとして、第1導電型の不純物イ
オンを上記活性領域に注入して、上記半導体基板内にお
けるゲート電極の両側方に、上記第2導電型領域の深さ
よりも浅いアモルファス化領域を有する第1導電型領域
を形成する工程(c)と、 熱処理により、上記第1,第2導電型領域を活性化させ
ると同時に上記アモルファス化領域を回復させることに
より、ソース・エクステンション領域及びドレイン・エ
クステンション領域と、上記ソース・エクステンション
領域及びドレイン・エクステンション領域の各下部の一
部に接し、互いに離間する1対のしきい値制御用領域と
を形成する工程(d)とを含むMIS型半導体装置の製
造方法。
9. A step (a) of sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode on a semiconductor substrate, and implanting second conductivity type impurity ions into an active region of the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask. (B) forming a second conductivity type region having a concentration profile of low concentration at the surface portion and high concentration at the deep portion on both sides of the gate electrode; Impurity ions of the conductivity type are implanted into the active region to form a first conductivity type region having an amorphous region shallower than the depth of the second conductivity type region on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate. (C) activating the first and second conductivity type regions by heat treatment and recovering the amorphous region at the same time as the source extension region and the drain region. (D) forming a pair of threshold control regions which are in contact with a part of each lower part of the source extension region and the drain extension region and are separated from each other. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項10】 請求項9に記載のMIS型半導体装置
の製造方法において、 上記ステップ(c)では、上記第1導電型領域における
第1導電型不純物濃度のピーク位置が、上記第2導電型
領域における第2の導電型不純物濃度のピーク位置より
も上方にあるように上記第1導電型領域を形成すること
を特徴とするMIS型半導体装置の製造方法。
10. The method of manufacturing a MIS type semiconductor device according to claim 9, wherein in the step (c), the peak position of the first conductivity type impurity concentration in the first conductivity type region is the second conductivity type. A method for manufacturing a MIS type semiconductor device, comprising: forming the first conductivity type region above a peak position of a second conductivity type impurity concentration in the region.
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