JP2002289838A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method therefor

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JP2002289838A
JP2002289838A JP2001086772A JP2001086772A JP2002289838A JP 2002289838 A JP2002289838 A JP 2002289838A JP 2001086772 A JP2001086772 A JP 2001086772A JP 2001086772 A JP2001086772 A JP 2001086772A JP 2002289838 A JP2002289838 A JP 2002289838A
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boron
arsenic
concentration
region
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Osamu Nishio
修 西尾
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the manufacturing method of a semiconductor device suppressing diffusion of the impurities of a source/drain region, in the semicon ductor device having an LDD-type structure. SOLUTION: In this manufacturing method of the semiconductor device, boron and arsenic are ion-implanted simultaneously in a silicon substrate, and heat treatment is conducted thereafter. The enlargement of the boron can be suppressed, and the excessive diffusion of the source/drain region can be suppressed.

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
方法に関し、特に、ソース/ドレイン領域の拡散を抑制
し、電界効果トランジスタの短チャネル効果を低減する
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for suppressing diffusion of a source / drain region and reducing a short channel effect of a field effect transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】ロジックLSIを目的とした微細MOS
FETにおいては、チャネルのドレイン端部における電
界集中を緩和しホットキャリア発生を抑制するためにL
DD(Lightly doped drain)構造が用いられる。従来の
LDD構造を有する半導体装置の製造工程の一部が図1
6に示されている。
2. Description of the Related Art Fine MOS for logic LSI
In the FET, L is applied to alleviate the electric field concentration at the drain end of the channel and suppress the generation of hot carriers.
A DD (Lightly doped drain) structure is used. FIG. 1 shows a part of a manufacturing process of a semiconductor device having a conventional LDD structure.
It is shown in FIG.

【0003】図16(a)に示すように、半導体基板1
00上に、素子分離酸化膜(図示せず)、酸化膜101
を形成する。次に、ポリシリコンをCVD法により全面
に堆積し、フォトリソグラフィー技術及びドライエッチ
ング技術によりゲート電極102を形成する(図16
(b)参照)。次に、ゲート電極102をマスクとして
半導体基板100全面にイオン注入を行い、ソースおよ
びドレインの一部となるLDD領域103(不純物濃度
1018〜1020cm-3)を形成する(図16(c)参
照)。続けて、酸化膜をCVD法により半導体基板10
0全面に堆積し、ドライエッチング技術によりゲート電
極102の側壁部のみ酸化膜を残すことによりサイドウ
ォール104を形成する(図16(d)参照)。次に、
ゲート電極102及びサイドウォール104をマスクと
して、不純物イオンを注入することにより、ソース/ド
レイン領域105(不純物濃度1018〜1020cm-3
を形成する(図16(e)参照)。その後、注入イオン
の活性化及び半導体基板100の結晶性回復のため熱処
理(活性化アニール)を行う(図16(f)参照)。
[0003] As shown in FIG.
An element isolation oxide film (not shown), an oxide film 101
To form Next, polysilicon is deposited on the entire surface by a CVD method, and a gate electrode 102 is formed by a photolithography technique and a dry etching technique (FIG. 16).
(B)). Next, ion implantation is performed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 using the gate electrode 102 as a mask to form an LDD region 103 (impurity concentration of 10 18 to 10 20 cm −3 ) that becomes part of the source and the drain (FIG. 16C). )reference). Subsequently, an oxide film is formed on the semiconductor substrate 10 by CVD.
0 is deposited on the entire surface, and a sidewall 104 is formed by leaving the oxide film only on the side wall of the gate electrode 102 by a dry etching technique (see FIG. 16D). next,
By implanting impurity ions using the gate electrode 102 and the sidewalls 104 as a mask, the source / drain regions 105 (impurity concentration: 10 18 to 10 20 cm −3 )
Is formed (see FIG. 16E). Thereafter, heat treatment (activation annealing) is performed to activate the implanted ions and recover the crystallinity of the semiconductor substrate 100 (see FIG. 16F).

【0004】以上の工程によりMOSFETのLDD構
造が完成する。この構造とすることにより、LDD領域
103が、酸化膜101を隔ててゲート電極102と重
なる部分を持つことにより、MOSFETがオフセット
トランジスタとなることを防止し、かつ、高濃度のソー
ス/ドレイン領域105が、酸化膜101を隔ててゲー
ト電極102とは重ならないように形成することにより
ホットキャリアの発生が抑制される。
The above steps complete the LDD structure of the MOSFET. With this structure, since the LDD region 103 has a portion overlapping the gate electrode 102 with the oxide film 101 interposed therebetween, it is possible to prevent the MOSFET from being an offset transistor and to prevent the MOSFET from becoming an offset transistor. However, by forming the oxide film 101 so as not to overlap with the gate electrode 102 with the oxide film 101 interposed therebetween, generation of hot carriers is suppressed.

【0005】さらに、LDD構造においては、ソース側
LDD領域とチャネル部との接合位置からドレイン側L
DD領域とチャネル部との接合位置までが実効的なチャ
ネル領域となるため、チャネル長は、ゲート電極の幅よ
りも小さくなる。
Furthermore, in the LDD structure, the junction between the source-side LDD region and the channel portion is connected to the drain-side LDD region.
Since the effective channel region is formed up to the junction between the DD region and the channel portion, the channel length is smaller than the width of the gate electrode.

【0006】上述のLDD構造のMOSFETを微細化
するためには、ゲート長の縮小、不純物領域の縮小化
(シャロー化)、ゲート絶縁膜の薄膜化とともに、サイ
ドウォールの幅の縮小が必要となるが、微細MOSFE
Tにおいて生じる短チャネル効果を抑制するためには、
実効チャネル長を出来る限り長く保持しつつMOSFE
T全体を縮小しなければならず、LDD領域の横方向の
幅をより短くする必要性が生じる。
In order to miniaturize the above-described MOSFET having the LDD structure, it is necessary to reduce the gate length, reduce the impurity region (shallow), reduce the thickness of the gate insulating film, and reduce the width of the sidewall. But the fine MOSFE
To suppress the short channel effect that occurs at T,
MOSFE while keeping the effective channel length as long as possible
The entire T must be reduced, creating a need for a shorter lateral width of the LDD region.

【0007】しかしながら、上述した方法によりLDD
構造を形成する場合には、活性化アニール処理を行うこ
とにより、不純物の拡散が生じるという問題が生じる。
However, according to the above-described method, the LDD
In the case of forming a structure, there is a problem that diffusion of impurities occurs by performing activation annealing.

【0008】そこで、活性化アニール処理における熱負
荷を低減することにより不純物拡散を抑制しつつ、且
つ、結晶性回復及び不純物の活性化の効果を得るため
に、RTA(Rapid Thermal Anneal)或いはスパイクアニー
ルと呼ばれる高温短時間(例えば、1000℃程度の温
度で1〜30秒程度)の熱処理法を用いていた。
Therefore, in order to suppress the diffusion of impurities by reducing the thermal load in the activation annealing process, and to obtain the effects of crystallinity recovery and impurity activation, RTA (Rapid Thermal Anneal) or spike annealing is used. (For example, at a temperature of about 1000 ° C. for about 1 to 30 seconds).

【0009】しかしながら、不純物イオン注入による点
欠陥(格子間シリコンおよび空格子)のため、TED(Tran
sient Enhanced Diffusion)という現象が起きるため、R
TA(Rapid Thermal Anneal)法やスパイクアニール法によ
る短時間熱処理法を用いたとしても不純物拡散の問題の
解決には至っていない。
However, due to point defects (interstitial silicon and vacancies) due to impurity ion implantation, TED (Tran
sient Enhanced Diffusion)
Even if a short-time heat treatment method such as a TA (Rapid Thermal Anneal) method or a spike annealing method is used, the problem of impurity diffusion has not been solved.

【0010】さらに、注入された不純物濃度が高濃度と
なるほど、点欠陥の発生量が多くなるためTED現象がよ
り顕著となるため、ソース/ドレイン注入後の活性化ア
ニール処理において最も不純物拡散が顕著となる。
[0010] Furthermore, as the concentration of the implanted impurities becomes higher, the amount of point defects increases and the TED phenomenon becomes more remarkable. Therefore, the impurity diffusion is most remarkable in the activation annealing treatment after the source / drain implantation. Becomes

【0011】すなわち、サイドウォールの幅が非常に小
さく、ソース/ドレイン領域105に対するLDD領域
106のつきだし幅が短い場合には、ソース/ドレイン
領域105のTEDによる不純物拡散によるLDD領域
106の不純物までがTEDにより拡散し、あるいは、
ソース/ドレイン領域105に注入された不純物の拡散
によりLDD領域106が覆われてしまい、LDD領域
が確保されないという問題が生じてしまう。
That is, when the width of the sidewall is very small and the protrusion width of the LDD region 106 with respect to the source / drain region 105 is short, the impurity in the LDD region 106 due to the impurity diffusion by the TED of the source / drain region 105 is reduced. Is diffused by TED, or
The LDD region 106 is covered by the diffusion of the impurity implanted into the source / drain region 105, which causes a problem that the LDD region is not secured.

【0012】上述のようなLDD領域が確保できないと
いう現象は、LDD及びソース/ドレイン領域形成のた
めにヒ素を用いるNMOSFETよりも、ボロンを用い
るPMOSFETのほうがより深刻である。このこと
は、以下の理由による。
The phenomenon that the LDD region cannot be secured as described above is more serious in the PMOSFET using boron than in the NMOSFET using arsenic for forming the LDD and source / drain regions. This is for the following reason.

【0013】即ち、ヒ素はシリコン基板中における熱拡
散が少ないため、RTAやスパイクアニールを用いること
によってもヒ素を殆ど拡散させることなく活性化するこ
とができ、熱処理後における不純物分布をイオン注入直
後の不純物分布とほぼ一致させることが可能である。し
かし、ボロンはヒ素に比べて拡散が数倍〜10倍程度と
大きいため、RTAやスパイクアニールを用いたとして
も、熱処理後における不純物分布はイオン注入直後の不
純物分布から大きく変化したものとなる。
That is, since arsenic has a small thermal diffusion in a silicon substrate, arsenic can be activated with almost no arsenic diffusion by using RTA or spike annealing, and the impurity distribution after the heat treatment can be changed immediately after ion implantation. It is possible to make the distribution substantially coincide with the impurity distribution. However, the diffusion of boron is several times to 10 times larger than that of arsenic. Therefore, even if RTA or spike annealing is used, the impurity distribution after the heat treatment greatly changes from the impurity distribution immediately after ion implantation.

【0014】なお、イオン注入のみについては、ボロン
イオン単体ではなくBF2あるいはデカボランといった
大きな分子の形で注入することにより、浅い注入領域を
得ることが可能となるが、イオン注入後の熱処理におい
てはボロンとして拡散するため拡散の範囲を留めること
にはならない。
In the case of ion implantation alone, a shallow implantation region can be obtained by implanting not only boron ions but also large molecules such as BF 2 or decaborane. Since it diffuses as boron, the range of diffusion does not remain.

【0015】そこで、従来から、上述の問題を解決する
方法として、特開平3−209762記載のPMOSF
ETとNMOSFETとでサイドウォール幅を異なった
幅とする技術を使用したり、また、特開平4−2713
2記載のPMOSFETのLDD領域の横方向への拡散
を抑制するために、チャネル部のLDD領域より内側
に、N型不純物イオンを斜めイオン注入する技術を使用
してきた。
Therefore, conventionally, as a method for solving the above-mentioned problem, a PMOSF described in JP-A-3-209762 has been proposed.
A technique of making the width of the sidewall different between the ET and the NMOSFET may be used.
In order to suppress the lateral diffusion of the LDD region of the PMOSFET described in No. 2, a technique of obliquely implanting N-type impurity ions into the channel portion inside the LDD region has been used.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、幅の異
なる2種類のサイドウォールを形成する技術を用いたと
しても、プロセス工程が増加し複雑化するという問題が
生じる。
However, even if the technique of forming two types of sidewalls having different widths is used, there is a problem that the number of process steps increases and the process becomes complicated.

【0017】また、N型不純物イオンを斜めイオン注入
する技術を用いたとしても、チャネル部の不純物濃度が
増加し、トランジスタのドライブ電流が減少したり、ゲ
ート長の短いトランジスタにおいてしきい値電圧が上昇
する逆短チャネル効果が生じる。
Even if a technique of obliquely implanting N-type impurity ions is used, the impurity concentration in the channel portion increases, the drive current of the transistor decreases, and the threshold voltage of a transistor having a short gate length decreases. A rising inverse short channel effect occurs.

【0018】そこで、本発明は、上述した問題が生じな
いで、不純物の拡散によるソース/ドレイン領域内の低
濃度領域が確保されなくなることを防止する半導体装置
の製造方法を提供するものである。
Accordingly, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device which prevents the above-mentioned problem from occurring and prevents a low concentration region in a source / drain region from being secured due to impurity diffusion.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為
に、チャネル領域と、ソース/ドレイン領域との間に形
成された、前記チャネル領域と逆導電型で且つ前記チャ
ネル領域よりも高濃度の短チャネル効果抑制領域と、前
記チャネル領域の上方に形成されたゲート電極と、前記
短チャネル効果抑制領域の上方に、前記ゲート電極と接
触して形成されたサイドウォールとを有するトランジス
タを含む半導体装置の製造方法において、基板上に絶縁
膜を堆積する工程と、全面に金属材料を堆積し、パター
ニングを行うことによりゲート電極を形成する工程と、
該ゲート電極をマスクとしてチャネル領域と逆導電型の
不純物を導入することによりソース/ドレイン領域の一
部を形成する工程と、基板全面に酸化膜を堆積し、エッ
チバックにより前記ゲート電極の側壁部にのみ酸化膜を
残すことによりサイドウォールを形成する工程と、前記
ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして、チ
ャネル領域と逆導電型の第1の不純物と同一導電型の第
2の不純物とを同時に導入する工程と、熱処理を行い、
不純物の活性化を行う工程と、を有する半導体装置の製
造方法である。
In order to solve the above-mentioned problems, in order to solve the above-mentioned problems, a conductive type formed between a channel region and a source / drain region, having a conductivity type opposite to that of the channel region and having a higher concentration than the channel region. A semiconductor device including a transistor having a short channel effect suppressing region, a gate electrode formed above the channel region, and a sidewall formed in contact with the gate electrode above the short channel effect suppressing region In the manufacturing method, a step of depositing an insulating film on the substrate, a step of depositing a metal material on the entire surface and forming a gate electrode by patterning,
Using the gate electrode as a mask to form a part of the source / drain region by introducing an impurity of the opposite conductivity type to the channel region; depositing an oxide film on the entire surface of the substrate; Forming a sidewall by leaving an oxide film only on the substrate, and simultaneously using the gate electrode and the sidewall as a mask, simultaneously forming a first impurity of the opposite conductivity type and a second impurity of the same conductivity type with the channel region. Introducing process and heat treatment,
And a step of activating the impurities.

【0020】また、前記第1の不純物がボロン、二弗化
ボロンまたはデカボランであり、前記第2の不純物がヒ
素であることを特徴とする半導体装置の製造方法であ
る。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device, the first impurity is boron, boron difluoride or decaborane, and the second impurity is arsenic.

【0021】また、前記第2の不純物の濃度が、前記第
1の不純物の濃度の5〜15%であることを特徴とする
半導体装置の製造方法である。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device, the concentration of the second impurity is 5 to 15% of the concentration of the first impurity.

【0022】上述した製造方法によると、基板中に、ボ
ロンとヒ素とを同時にイオン注入、その後に熱処理を行
うので、ボロンの拡散が抑制され、ヒ素とボロンとの相
互作用により、ソース/ドレイン領域の熱拡散を抑制す
ることができる。
According to the above-described manufacturing method, since boron and arsenic are simultaneously ion-implanted into the substrate, and then heat treatment is performed, the diffusion of boron is suppressed, and the interaction between arsenic and boron causes the source / drain region to become inactive. Can be suppressed from being thermally diffused.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】尚、図面はこの発明が理解できる程度に、
各構成成分の寸法、形状および配設位置を概略的に示し
ているにすぎない。又、以下の説明では、特定の材料お
よび特性の数値的条件を挙げて説明するが、これら材料
および条件は単なる好適例にすぎず、従ってこれらに何
ら限定されるものではない。
It should be noted that the drawings are to the extent that the present invention can be understood.
It merely shows the size, shape, and location of each component schematically. Also, in the following description, specific materials and numerical conditions of properties will be described. However, these materials and conditions are merely preferable examples, and are not limited thereto.

【0025】図15(a)に示すように、半導体基板1
上に、素子分離酸化膜(図示せず)、酸化膜2を形成す
る。次に、ポリシリコンをCVD法により全面に堆積
し、フォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技
術によりゲート電極3を形成する(図15(b)参
照)。次に、ゲート電極3をマスクとして半導体基板1
全面にイオン注入を行い、ソースおよびドレインの一部
となるLDD領域4(不純物濃度1018〜1020
-3)を形成する(図15(c)参照)。続けて、酸化
膜をCVD法により半導体基板1全面に堆積し、ドライ
エッチング技術によりゲート電極3の側壁部のみ酸化膜
を残すことによりサイドウォール5を形成する(図15
(d)参照)。次に、ゲート電極3及びサイドウォール
5をマスクとして、シリコン基板にボロンとヒ素を同時
にイオン注入した後熱処理を行う。注入の際には、ボロ
ンの濃度のピークはりんの一様濃度より高くなるよう
に、また、ヒ素の濃度はボロンの濃度を超える部分が無
いように注入する。これは、ヒ素濃度が多いほどボロン
の拡散を大きく抑制されるが、ソース/ドレイン領域の
抵抗が抑制されるが、ソース/ドレイン領域の抵抗が増
大するので5〜15%程度とするのが望ましい。ここで
は、ヒ素の注入量をボロンの注入量の10分の1程度と
し、ボロンのドーズ量3×1015cm-2に対しヒ素のド
ーズ量を3×1014cm-2とする。その後、900℃で
約10分の熱処理を施し不純物の活性化を行う(図15
(f)参照)。
As shown in FIG. 15A, the semiconductor substrate 1
An element isolation oxide film (not shown) and an oxide film 2 are formed thereon. Next, polysilicon is deposited on the entire surface by a CVD method, and a gate electrode 3 is formed by a photolithography technique and a dry etching technique (see FIG. 15B). Next, using the gate electrode 3 as a mask, the semiconductor substrate 1
Ion implantation is performed on the entire surface to form an LDD region 4 (impurity concentration of 10 18 to 10 20 c
m −3 ) is formed (see FIG. 15C). Subsequently, an oxide film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by the CVD method, and the sidewall 5 is formed by leaving the oxide film only on the side wall of the gate electrode 3 by the dry etching technique.
(D)). Next, using the gate electrode 3 and the sidewalls 5 as a mask, boron and arsenic are simultaneously ion-implanted into the silicon substrate, and then heat treatment is performed. At the time of implantation, boron is implanted so that the peak of the boron concentration is higher than the uniform concentration of phosphorus, and that the arsenic concentration does not exceed the boron concentration. This is because the higher the arsenic concentration, the more the diffusion of boron is suppressed. However, the resistance of the source / drain region is suppressed, but the resistance of the source / drain region increases. . Here, the dose of arsenic is set to about one tenth of the dose of boron, and the dose of arsenic is set to 3 × 10 14 cm −2 for the dose of boron of 3 × 10 15 cm −2 . Thereafter, heat treatment is performed at 900 ° C. for about 10 minutes to activate the impurities (FIG. 15).
(F)).

【0026】ところで、複数の不純物原子が存在するS
i基板において熱処理を行った場合、各々の不純物原子
どうしがお互いに影響し合って、各々の不純物が単独で
拡散する場合と異なった振る舞いをする現象が相互拡散
として知られている。通常のMOSFETにおいても、
例えばNMOSFETの形成の際ボロンを用いて形成さ
れたP型ウエルの一部分に、ボロンの濃度を上回る濃度
のヒ素不純物を導入することにより、N型領域のソース
/ドレインを形成するという工程の場合にも、ボロンと
ヒ素、また、他の不純物原子も関わる相互拡散が生じ
る。相互拡散が生じる原因を以下に述べる。
By the way, S which contains a plurality of impurity atoms
When heat treatment is performed on an i-substrate, a phenomenon in which each impurity atom affects each other and behaves differently than when each impurity diffuses alone is known as interdiffusion. Even in a normal MOSFET,
For example, in the case of forming a source / drain of an N-type region by introducing an arsenic impurity having a concentration higher than that of boron into a part of a P-type well formed by using boron when forming an NMOSFET. Also, interdiffusion involving boron and arsenic, and other impurity atoms occurs. The cause of the mutual diffusion will be described below.

【0027】(1)不純物原子の拡散は不純物と点欠陥
(格子間シリコンおよび空格子)との両者がペアを形成
することで進行するが、点欠陥は、特定の不純物原子の
みではなくボロン、ヒ素、リン等の不純物原子全てに確
率的に作用するため、複数の不純物が存在する拡散は単
独の不純物が存在する場合の拡散と異なる。
(1) The diffusion of impurity atoms proceeds by forming a pair of an impurity and a point defect (interstitial silicon and vacancy), but the point defect is caused not only by a specific impurity atom but also by boron or boron. Since diffusion acts on all impurity atoms such as arsenic and phosphorus stochastically, diffusion in which a plurality of impurities exist is different from diffusion in the case where a single impurity exists.

【0028】(2)シリコン基板中で、ある不純物の濃
度分布が急激に変化している部分においては、その不純
物のイオン化によって局所的な電界が生じており、電気
的に中性でない他の不純物がその電界の影響を受けて拡
散する。(ここにおいて、電界の影響を受けて不純物原
子が移動する現象は、拡散(即ち濃度の高い領域から低
い領域へ移動する現象)とは別のドリフトと呼ばれる現
象であるが、ここでは広い意味で不純物原子の移動を拡
散ということとする。) 相互拡散の一例として、一様な濃度のボロンが含まれる
シリコン基板に、ヒ素イオンを注入し、熱処理を行った
場合の不純物プロファイル(深さ方向の不純物分布)の
変化をシミュレーションによって再現したものを図10
(注入後)及び図11(熱処理後)に示す。ヒ素を注入
した直後には一様であったボロン分布が熱処理によって
変化していることが分かる。もし、ヒ素イオンを注入す
ることなく単に熱処理を行ったのみであれば、一様に分
布したボロンプロファイルに変化は生じない(図14参
照。表面においてわずかにボロン濃度が低下しているの
はシリコンと酸化膜界面における偏析効果によるもので
ある。)。
(2) In a portion of the silicon substrate where the concentration distribution of a certain impurity is sharply changed, a local electric field is generated by ionization of the impurity, and other impurities which are not electrically neutral are generated. Diffuse under the influence of the electric field. (Here, the phenomenon in which impurity atoms move under the influence of an electric field is a phenomenon called drift, which is different from diffusion (that is, a phenomenon in which the impurity atoms move from a high-concentration region to a low-concentration region). As an example of interdiffusion, an impurity profile (in the depth direction) when arsenic ions are implanted into a silicon substrate containing a uniform concentration of boron and heat treatment is performed is described as an example of the interdiffusion. FIG. 10 shows a result obtained by reproducing a change in impurity distribution) by simulation.
(After implantation) and FIG. 11 (after heat treatment). It can be seen that the boron distribution which was uniform immediately after the implantation of arsenic was changed by the heat treatment. If the heat treatment is simply performed without implanting arsenic ions, the uniformly distributed boron profile does not change (see FIG. 14. The boron concentration is slightly reduced on the surface due to the silicon concentration). And the segregation effect at the oxide film interface.)

【0029】このシミュレーション例にように、ボロン
とヒ素との相互拡散の結果、ボロンはヒ素の含まれる領
域に掃き寄せられるような分布となる。この例において
は、注入されたヒ素濃度のピークはボロン濃度に比べて
高く、その結果、ヒ素が注入された領域はN型領域とな
っている。すなわち、NMOSFETのソース/ドレイ
ン形成において生じる変化が再現されている。
As shown in this simulation example, as a result of the interdiffusion between boron and arsenic, the boron has such a distribution as to be swept to the region containing arsenic. In this example, the peak of the implanted arsenic concentration is higher than the boron concentration, so that the arsenic implanted region is an N-type region. That is, the change that occurs in the source / drain formation of the NMOSFET is reproduced.

【0030】次に、一様な濃度のボロンが含まれるシリ
コン基板に、低濃度のヒ素を注入した場合のシミュレー
ション例を示す。この場合、注入直後にはヒ素濃度のピ
ークはボロン濃度を下回っており(図12参照)、熱処
理を行った後にN型領域は生じない(図13参照)。し
かしながら、上述の相互拡散が生じ、同じくボロンがヒ
素の含まれる領域に掃き寄せられるような分布となり、
その結果、ヒ素の分布のすそ野にあたる領域において
は,逆にボロン濃度が低下していることが分かる(図1
3参照)。
Next, a simulation example in which low concentration arsenic is implanted into a silicon substrate containing uniform concentration of boron will be described. In this case, immediately after the implantation, the peak of the arsenic concentration is lower than the boron concentration (see FIG. 12), and no N-type region occurs after the heat treatment (see FIG. 13). However, the above-mentioned interdiffusion occurs, and the distribution also becomes such that boron is swept toward the region containing arsenic,
As a result, it can be seen that, in the region corresponding to the base of the arsenic distribution, the boron concentration is conversely reduced (FIG. 1).
3).

【0031】以下に、シミュレーション例を示しながら
説明する。
A description will be given below with reference to a simulation example.

【0032】上述した例においては、ボロンはあらかじ
め基板上に一様濃度で分布しており、そこにヒ素のみを
イオン注入によって導入する場合を示したが、次の例に
おいてはヒ素と同時にボロンを注入した場合に関して説
明する。
In the above-described example, the case where boron is distributed in advance at a uniform concentration on the substrate and only arsenic is introduced therein by ion implantation has been described. In the next example, boron is simultaneously implanted with arsenic. The case of injection will be described.

【0033】リンを、通常のMOSFETのN型ウエル
層の拡散濃度が1017〜1018cm -3のオーダーである
ことを鑑み約1017cm-3の一様濃度となるようシリコ
ン基板に注入する。このシリコン基板にボロンとヒ素を
同時にイオン注入した後熱処理を行う。注入の際には、
ボロンの濃度のピークはりんの一様濃度より高くなる様
に、また、ヒ素の濃度はボロンの濃度を超える部分が無
いように注入する。これは、ヒ素濃度が多いほどボロン
の拡散を大きく抑制されるが、ソース/ドレイン領域の
抵抗が抑制されるが、ソース/ドレイン領域の抵抗が増
大するので5〜15%程度とするのが望ましい。ここで
は、ヒ素の注入量をボロンの注入量の10分の1程度と
し、ボロンのドーズ量3×1015cm-2に対しヒ素のド
ーズ量を3×1014cm-2とする。その後、900℃で
約10分の熱処理を施し不純物の活性化を行う。
Phosphorus is added to the N-type well of a normal MOSFET.
The diffusion concentration of the layer is 1017-1018cm -3Is the order of
About 1017cm-3Silicon so as to have a uniform concentration of
Into the substrate. Boron and arsenic on this silicon substrate
At the same time, heat treatment is performed after ion implantation. When injecting,
Boron concentration peaks higher than uniform phosphorus concentration
The arsenic concentration does not exceed the boron concentration.
Inject as needed. This is because the higher the arsenic concentration, the more boron
Of the source / drain region is greatly suppressed.
Although the resistance is suppressed, the resistance of the source / drain region increases.
Therefore, it is desirable to set it to about 5 to 15%. here
Means that the injection amount of arsenic is about 1/10 of the injection amount of boron.
And boron dose 3 × 1015cm-2Against arsenic
Dose 3 × 1014cm-2And Then at 900 ° C
A heat treatment is performed for about 10 minutes to activate the impurities.

【0034】以上の工程をシミュレーションによって計
算した結果を図2及び図3に示す。また、ヒ素を注入せ
ずにボロンのみをイオン注入して熱処理を施した場合の
シミュレーション結果を図6及び図7に示す。
FIGS. 2 and 3 show the results of calculating the above steps by simulation. FIGS. 6 and 7 show simulation results in the case where heat treatment is performed by implanting only boron without implanting arsenic.

【0035】従って、ボロンとともにヒ素を注入した場
合においては、ボロンとヒ素との相互拡散によって、ヒ
素の注入された部分のボロンが掃き寄せられたように凝
集しており、その部分のボロンが拡散していないため、
ボロン全体の拡散が大きく抑制されていることが分か
る。
Therefore, when arsenic is implanted together with boron, the boron in the arsenic-implanted portion is agglomerated as if swept away by the mutual diffusion of boron and arsenic, and the boron in the portion is diffused. Not because
It can be seen that the diffusion of boron as a whole is greatly suppressed.

【0036】更に、ボロン注入・ヒ素注入した後熱処理
を行うという工程を、パターニングされた状態、即ちP
MOSFETの作製工程で実施した例を図4及び図5
に、ヒ素注入を行わずに、ボロン注入後熱処理を行うと
いう工程を、パターニングされた状態、即ちPMOSF
ETの作製工程で実施した例を図8及び図9に示す。こ
こでは、図16に示したLDD構造作成フローに従い、
ソース/ドレイン注入工程においてボロン(ここではB
2として注入)およびヒ素をイオン注入する。図5お
よび図9には熱処理後のボロン分布を示しているが、ボ
ロンとともにヒ素を注入した方がボロンの拡散が抑制さ
れており、横方向への広がりも小さくなっていることが
分かる。
Further, a step of performing heat treatment after boron implantation and arsenic implantation is performed in a patterned state,
FIGS. 4 and 5 show an example implemented in the process of manufacturing a MOSFET.
In addition, a process of performing a heat treatment after boron implantation without performing arsenic implantation is performed in a patterned state, that is, a PMOSF.
FIGS. 8 and 9 show an example implemented in the ET manufacturing process. Here, according to the LDD structure creation flow shown in FIG.
In the source / drain implantation step, boron (here, B
Infusion) and arsenic is ion-implanted as F 2. FIG. 5 and FIG. 9 show the boron distribution after the heat treatment. It can be seen that when arsenic is implanted together with boron, the diffusion of boron is suppressed and the spread in the lateral direction is reduced.

【0037】ここで用いたプロセス条件を述べる。サイ
ドウォール幅を0.13μm、LDD注入条件はBF2
ををドーズ量2.5×1013cm-2、エネルギー25ke
V、ソース/ドレイン注入はBF2をドーズ量3×1015
cm−2、エネルギー50keV、同時にヒ素をドーズ量
2×1014cm-2、エネルギー50keV、活性化アニー
ル条件は、温度900℃で時間は10分である。
The process conditions used here will be described. The sidewall width is 0.13 μm, and the LDD implantation condition is BF 2
With a dose of 2.5 × 10 13 cm -2 and an energy of 25 ke
V, source / drain implantation is performed with BF 2 at a dose of 3 × 10 15
cm-2, energy 50 keV, arsenic dose 2 × 10 14 cm −2 , energy 50 keV, activation annealing conditions are temperature 900 ° C. and time 10 minutes.

【0038】なお、上述の熱処理条件の他にも、RTA
を用いた場合、通常アニールとRTA処理とを組み合わ
せた場合においても、同様の効果を得ることが可能であ
る。
In addition to the above heat treatment conditions, RTA
, The same effect can be obtained even when the normal annealing and the RTA process are combined.

【0039】チャネル最表面部のボロン濃度分布を図5
および図9に示す。これより、ヒ素を注入しない場合に
おいては、ソース/ドレイン領域の拡散のため、LDD
領域に相当する低濃度から中濃度領域が判別できないの
に対し、ヒ素を注入した場合においては、ソース/ドレ
イン領域のボロンの拡散が抑制されているため、LDD
領域が形成されており、実効チャネル長も長くなってい
ることが分かる。
FIG. 5 shows the boron concentration distribution at the outermost surface of the channel.
And FIG. Thus, when arsenic is not implanted, the LDD is diffused due to the diffusion of the source / drain regions.
Although the low-concentration region cannot be determined from the low-concentration region corresponding to the region, when arsenic is implanted, the diffusion of boron in the source / drain region is suppressed.
It can be seen that the region is formed and the effective channel length is also long.

【0040】以上の方法を用いることにより、微細PM
OSFETにおいてサイドウォール幅を縮小した場合で
もLDD構造のPMOSFETを形成可能であることが
分かる。
By using the above method, fine PM
It can be seen that a PMOSFET having an LDD structure can be formed even when the sidewall width is reduced in the OSFET.

【0041】さらに、ボロンとヒ素とを同時注入するP
MOSFETとヒ素を注入しないPMOSFETについ
て、ゲート長を変化させてシミュレーションを実施し、
ゲート長としきい値との関係を図1に示す。同じVth
得るのにボロンとヒ素とを同時にイオン注入する方がゲ
ート長を短くすることができる。即ち、短チャネル効果
が抑制されていることが分かる。
Further, P which simultaneously implants boron and arsenic
For the MOSFET and the PMOSFET not implanted with arsenic, a simulation was performed by changing the gate length.
FIG. 1 shows the relationship between the gate length and the threshold value. Simultaneous ion implantation of boron and arsenic to obtain the same V th can shorten the gate length. That is, it is understood that the short channel effect is suppressed.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明によると、PMOSFETのソー
ス/ドレイン注入工程において、適切な濃度およびエネ
ルギーでヒ素をイオン注入することにより実施すること
が可能となり、従来からのプロセスに比べてマスクの増
加がなく、イオン注入工程が一回増加するのみであるた
め、プロセスの複雑化やコストの上昇を生じない。
According to the present invention, in the source / drain implantation step of the PMOSFET, it can be carried out by ion implantation of arsenic with an appropriate concentration and energy, and the number of masks can be increased as compared with the conventional process. In addition, since the number of ion implantation steps is increased only once, the process does not become complicated and the cost does not increase.

【0043】また、ソース/ドレイン中に導入されたヒ
素イオンはボロン濃度の約10分の1程度であり、LD
D領域及びチャネル領域には不純物濃度の変化が少ない
ので、ドライブ電流の低下等の副作用を生じることもな
い。
The arsenic ions introduced into the source / drain have a concentration of about 1/10 of the boron concentration.
Since there is little change in the impurity concentration in the D region and the channel region, there is no side effect such as a decrease in drive current.

【0044】また、ソース/ドレイン領域の抵抗の増大
が予想されるが、ソース/ドレイン表面を金属シリサイ
ドで覆う方法を用いることによって、ソース/ドレイン
領域の抵抗は大幅に低抵抗化されMOSFETの特性に
は影響を与えない。
Although the resistance of the source / drain regions is expected to increase, the resistance of the source / drain regions is greatly reduced by using the method of covering the source / drain surfaces with metal silicide, and the characteristics of the MOSFET are reduced. Has no effect.

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

【図1】本発明を実施して形成したPMOSFETの短
チャネル効果の低減効果を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a reduction effect of a short channel effect of a PMOSFET formed by carrying out the present invention.

【図2】本発明における、イオン注入直後における深さ
方向不純物濃度プロファイルを示す図である。
FIG. 2 is a view showing an impurity concentration profile in a depth direction immediately after ion implantation in the present invention.

【図3】本発明における、活性化アニール処理を行った
後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. 3 is a diagram showing an impurity concentration profile in a depth direction after performing an activation annealing process in the present invention.

【図4】本発明における、MOSFETの断面における
ボロンの濃度分布を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a boron concentration distribution in a cross section of a MOSFET according to the present invention.

【図5】図4のチャネル表面に沿った、横方向の不純物
濃度プロファイルを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an impurity concentration profile in a lateral direction along the channel surface of FIG. 4;

【図6】従来法における、イオン注入直後における深さ
方向不純物濃度プロファイルを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an impurity concentration profile in a depth direction immediately after ion implantation in a conventional method.

【図7】従来法における、活性化アニール処理を行った
後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 after activation annealing in a conventional method.

【図8】従来法における、MOSFETの断面における
ボロンの濃度分布を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a boron concentration distribution in a cross section of a MOSFET in a conventional method.

【図9】図8のチャネル表面に沿った、横方向の不純物
濃度プロファイルを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an impurity concentration profile in a lateral direction along the channel surface of FIG. 8;

【図10】ヒ素とボロンとの相互拡散によるプロファイ
ルの変化を示した、プロセスシミュレーション図で、ヒ
素のピーク濃度がボロンを超える濃度となるようにイオ
ン注入された場合のイオン注入直後の不純物濃度プロフ
ァイルである。
FIG. 10 is a process simulation diagram showing a profile change due to the interdiffusion between arsenic and boron. FIG. 10 is an impurity concentration profile immediately after ion implantation when the ion implantation is performed so that the peak concentration of arsenic exceeds boron. It is.

【図11】ヒ素とボロンとの相互拡散によるプロファイ
ルの変化を示した、プロセスシミュレーション図で、ヒ
素のピーク濃度がボロンを超える濃度となるようにイオ
ン注入された後、熱処理を行った場合の不純物濃度プロ
ファイルである。
FIG. 11 is a process simulation diagram showing a profile change due to interdiffusion between arsenic and boron. FIG. 11 shows impurities in the case where heat treatment is performed after ion implantation is performed so that the peak concentration of arsenic exceeds boron. It is a density profile.

【図12】ヒ素とボロンとの相互拡散によるプロファイ
ルの変化を示した、プロセスシミュレーション図で、ヒ
素のピーク濃度がボロンを超えない濃度となるようにイ
オン注入された場合の不純物濃度プロファイルである
FIG. 12 is a process simulation diagram showing a profile change due to interdiffusion between arsenic and boron. FIG. 12 is an impurity concentration profile when ion implantation is performed so that the peak concentration of arsenic does not exceed boron.

【図13】ヒ素とボロンとの相互拡散によるプロファイ
ルの変化を示した、プロセスシミュレーション図で、ヒ
素のピーク濃度がボロンを超えない濃度となるようにイ
オン注入された後、熱処理を行った場合の不純物濃度プ
ロファイルである
FIG. 13 is a process simulation diagram showing a change in profile due to interdiffusion between arsenic and boron. FIG. 13 shows a case where heat treatment is performed after ion implantation so that the peak concentration of arsenic does not exceed boron. It is an impurity concentration profile

【図14】ヒ素をイオン注入せずに熱処理を行った場合
の不純物濃度プロファイルである。
FIG. 14 is an impurity concentration profile when heat treatment is performed without arsenic ion implantation.

【図15】本発明である、LDD構造を有するMOSF
ETの製造工程の一部を示している。
FIG. 15 shows a MOSF having an LDD structure according to the present invention.
2 shows a part of a manufacturing process of ET.

【図16】従来技術である、LDD構造を有するMOS
FETの製造工程の一部を示している。
FIG. 16 shows a conventional MOS having an LDD structure.
2 shows a part of a manufacturing process of the FET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 酸化膜 3 ゲート電極 4 LDD領域 5 サイドウォール 6 ソース/ドレイン領域 Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 oxide film 3 gate electrode 4 LDD region 5 sidewall 6 source / drain region

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チャネル領域と、ソース/ドレイン領域
との間に形成された、前記チャネル領域と逆導電型で且
つ前記チャネル領域よりも高濃度の短チャネル効果抑制
領域と、前記チャネル領域の上方に形成されたゲート電
極と、前記短チャネル効果抑制領域の上方に、前記ゲー
ト電極と接触して形成されたサイドウォールとを有する
トランジスタを含む半導体装置の製造方法において、 基板上に絶縁膜を堆積する工程と、 全面に金属材料を堆積し、パターニングを行うことによ
りゲート電極を形成する工程と、 該ゲート電極をマスクとしてチャネル領域と逆導電型の
不純物を導入することによりソース/ドレイン領域の一
部を形成する工程と、 基板全面に酸化膜を堆積し、エッチバックにより前記ゲ
ート電極の側壁部にのみ酸化膜を残すことによりサイド
ウォールを形成する工程と、 前記ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとし
て、チャネル領域と逆導電型の第1の不純物と同一導電
型の第2の不純物とを同時に導入する工程と、 熱処理を行い、不純物の活性化を行う工程と、 を有する半導体装置の製造方法。
1. A short channel effect suppressing region formed between a channel region and a source / drain region, having a conductivity type opposite to that of the channel region and higher in concentration than the channel region, and above the channel region. A method of manufacturing a semiconductor device including a transistor having a gate electrode formed in the above and a sidewall formed in contact with the gate electrode above the short channel effect suppressing region, wherein an insulating film is deposited on the substrate. Forming a gate electrode by depositing a metal material over the entire surface and patterning the same; and introducing an impurity of the opposite conductivity type to the channel region by using the gate electrode as a mask to form one of the source / drain regions. Forming an oxide film, depositing an oxide film on the entire surface of the substrate, and leaving an oxide film only on the side wall of the gate electrode by etch back Forming a sidewall by the above steps; simultaneously introducing a channel region and a first impurity of the opposite conductivity type and a second impurity of the same conductivity type using the gate electrode and the sidewall as a mask; And a step of activating the impurities.
【請求項2】 前記第1の不純物がボロン、二弗化ボロ
ンまたはデカボランであり、前記第2の不純物がヒ素で
あ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 first impurity is boron, boron difluoride, or decaborane, and the second impurity is arsenic.
【請求項3】 前記第2の不純物の濃度が、前記第1の
不純物の濃度の5〜15%であることを特徴とする請求
項1または2記載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the concentration of the second impurity is 5 to 15% of the concentration of the first impurity.
【請求項4】 LDD型PMOSFETの半導体装置に
おいて、ソース/ドレイン領域部がボロンとヒ素とから
なることを特徴とする半導体装置。
4. A semiconductor device of an LDD type PMOSFET, wherein a source / drain region portion is made of boron and arsenic.
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