JP2004158806A - Method for manufacturing insulated gate field-effect transistor - Google Patents

Method for manufacturing insulated gate field-effect transistor Download PDF

Info

Publication number
JP2004158806A
JP2004158806A JP2002325561A JP2002325561A JP2004158806A JP 2004158806 A JP2004158806 A JP 2004158806A JP 2002325561 A JP2002325561 A JP 2002325561A JP 2002325561 A JP2002325561 A JP 2002325561A JP 2004158806 A JP2004158806 A JP 2004158806A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
forming
film
region
impurity region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
JP2002325561A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisahiro Anzai
久浩 安斎
Ryosuke Nakamura
良助 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2002325561A priority Critical patent/JP2004158806A/en
Publication of JP2004158806A publication Critical patent/JP2004158806A/en
Abandoned legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem, wherein in an extension impurity region which has been already formed, a surface part thereof is dug by unintentional etching in the middle of a process, to reduce the characteristics. <P>SOLUTION: A method for manufacturing insulated gate field-effect transistors includes steps of: forming a laminate of a gate insulating film 2 and a gate electrode 3 on a semiconductor 1 on which a channel is formed; covering at least a surface region of the semiconductor 1 with an oxide preventing film 4 for preventing the surface region of the semiconductor 1 exposed to the periphery of the gate electrode 3 from oxidizing; ion-implanting impurities on the surface region of the semiconductor 1 with the oxide preventive film 4 remaining thereon to form the extension impurity region (distributed region 3a) of a source or drain; and forming a source/drain impurity region in the semiconductor 1 separate from an edge of the gate electrode 3 by a predetermined distance. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソース・ドレイン不純物領域が、いわゆるエクステンション不純物領域を備える絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)で代表される絶縁ゲート電界効果トランジスタは、半導体集積回路(IC)の能動デバイスとして広く用いられている。ICの高集積化は、主に、MOSFETの微細化によって支えられている。
CMOS(complementary mental−oxide semiconductor)ロジックICなどにおいて、P型チャネルMOS(以下、PMOS)とN型チャネルMOSが混在する。これらの不純物の種類、プロファイルが異なるトランジスタに対し、微細化に伴う短チャネル効果抑制のために、いわゆるエクステンション(Extension)と称される浅い接合のイオン注入技術、さらにはゲート長Lgに依存したチャネル不純物プロファイルの制御のために、ポケット(Pocket)、もしくは、ハロー(Halo)と呼ばれるイオン注入技術が知られている。
このうちエクステンション不純物領域は、最近の微細化の進展にともなって非常に浅い接合深さが要求される。また、ソース抵抗などの抑制のために、以前より高い不純物濃度に設定される傾向がある。
【0003】
一方、ロジックICは、通常、電源電圧Vddで動作する低耐圧のロジックトランジスタのほかに、その入出力部に、外部から印加される可能性がある高い電圧から内部回路を護るために、ロジックトランジスタより、高い耐圧のトランジスタが用いられる。
エリアペナルティを被ることなく耐圧を向上させるために、通常、そのソースまたはドレインの不純物濃度プロファイルを、ロジックトランジスタのそれと異ならせる。このような場合、同一ウエハ内の異なる箇所に、異なるイオン注入条件でエクステンション不純物領域を繰り返し形成する必要がある。
【0004】
図4(A)〜図4(C)に、一旦エクステンション不純物領域が形成されたトランジスタ(例えば、CMOSロジックICのN型ロジックトランジスタ)に対し、他のトランジスタのエクステンション不純物領域の形成工程で、必然的に施される処理を断面図において示す。
図4(A)において、チャネルが形成される半導体、例えばPウエル100の上にゲート絶縁膜101が形成され、ゲート絶縁膜101の上にゲート電極102が形成されている。ゲート電極102のチャネル方向の両側におけるウエル表面部分に、相対的に低い加速エネルギーのイオン注入によりN型不純物が浅く導入されている。図中の符号103は、このN型不純物の分布領域を示す。
【0005】
その後、不純物分布領域103が形成された図4(A)に示すN型ロジックトランジスタと同じウエハ内の他のトランジスタ、例えばP型ロジックトランジスタ、N型またはP型の入出力トランジスタに、不純物分布領域103と異なる条件でイオン注入を行うために、レジスト層104が形成される。図4(A)において、先にイオン注入が済んだN型ロジックトランジスタはレジスト層104で覆われている。
【0006】
図示していない他のトランジスタに対する、エクステンション領域形成時のイオン注入が済むと、用いたレジスト層104を剥離する。剥離において、図4(B)に示すように、Oプラズマ内で有機レジストを燃焼させて灰化させて除去する。図示しないが、このときウエル100のシリコン表面に自然酸化膜が薄く形成される。
【0007】
図4(C)において後処理洗浄を行い、その後、図4(A)〜図4(C)の工程を必要な回数繰り返した後、サイドウォール・スペーサの形成、ソース・ドレイン不純物領域の形成等を行って、当該CMOSロジックICを完成させる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来の絶縁ゲート電界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法において、図4(C)の後処理工程において、有機物除去のためフッ酸を含む洗浄液が用いられる。このため、自然酸化膜がエッチングにより除去され、結果として、自然酸化膜除去後のシリコン表面は後処理前の状態より多少なりとも掘れてしまう。不純物濃度が高いシリコンは酸化されやすく、高濃度薄層化している現状のエクステンション不純物領域においては、1回のレジスト剥離と後処理洗浄で、例えば0.5nm〜1.0nm程度シリコン表面層が掘れることになる。
【0009】
図5は、複数回、例えば4回のレジスト剥離と後処理洗浄を経た後のMOSFETの拡大した断面図である。
4回目の後処理洗浄後には、シリコン表面の掘れ量Δdは、最近の薄いゲート絶縁膜101の膜厚tox、あるいはエクステンションイオン注入の不純物イオンの投影飛程Rpと同程度(例えば、2nm〜3nm)まで達する。
【0010】
図6(A)に、スルー酸化膜(through oxide)を通してN型不純物をイオン注入した場合、イオン注入直後における、基板の深さ方向の不純物濃度プロファイルを示す。また、図6(B)に、このサンプルのシリコン表面が0.5nm掘れた場合、1.0nm掘れた場合の不純物濃度プロファイルを、掘れなしの場合と比較して示す。図6(B)に示す不純物濃度プロファイルは、様々な熱処理が施されるCMOSプロセスを経た最終的な不純物濃度プロファイルである。
図6(B)に示すように、シリコン表面が0.5nm掘れただけで、不純物濃度が20%低下し、1.0nmの掘れでは40%も低下することが判る。
【0011】
図7は、掘れ量が0.5nmと1.0nmのトランジスタを、掘れなしのトランジスタとVg−Id特性において比較したグラフである。基板掘れが生じエクステンション領域の抵抗が上がると、同じゲート電圧Vgを印加したときのドレイン電流Idが低下している。このドレイン電流Idの低下は、図8に示すように40%に近い大幅なものである。このとき、閾値電圧Vthが100mV変化している。
このようにトランジスタ特性が変化するのは、シリコン表面の掘れに起因した不純物量の低下によって不純物領域の横方向の拡がり寸法が短くなり、実効的なチャネル長が相対的に長くなるためである。また、エクステンション不純物領域のシート抵抗が極めて高くなり、寄生抵抗の増大によってトランジスタの駆動能力が低下する。
【0012】
本発明の目的は、既に形成されたエクステンション不純物領域のプロセス途中における意図しないエッチングを有効に防止し、特性低下を防ぐ絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法は、上記目的を達成するためのものであり、チャネルが形成される半導体の上にゲート絶縁膜とゲート電極の積層体を形成する工程と、前記ゲート電極の周囲に露出した前記半導体の表面領域が酸化されるのを防止する酸化阻止膜で、少なくとも半導体の当該表面領域を覆う工程と、前記酸化阻止膜をつけたまま半導体の前記表面領域に不純物をイオン注入し、ソースまたはドレインのエクステンション不純物領域を形成する工程と、前記ゲート電極のエッジより所定距離だけ離れた前記半導体に、ソース・ドレイン不純物領域を形成する工程と、を含む。
【0014】
この絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法において、エクステンション不純物領域を形成するためのイオン注入を行う前に、ゲート電極周囲の半導体の表面を酸化阻止膜で覆う。酸化阻止膜の存在により、以後、高濃度で酸化レートが高いエクステンション不純物領域の表面部分が酸化されることがない。したがって、エクステンション不純物領域の表面部分が酸化により消費されることがない。当該絶縁ゲート電界効果トランジスタが完成するまでの種々の工程を経ても、エクステンション不純物領域の不純物が半導体内に拡散することによる不純物濃度プロファイル変化はあっても、表面領域の掘れによる不純物濃度プロファイルの大幅な変化、不純物濃度の意図しない低下は生じない。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタ(MISFET)の製造方法の実施の形態を、耐圧が低いロジックトランジスタと、耐圧が相対的に高い入出力トランジスタとを有し、それぞれチャネル導電型がN型とP型のCMOS構成であるCMOSロジックICを例として、図面を参照しながら説明する。ここでは、NMOSロジックトランジスタの断面において説明する。
【0016】
図1(A)〜図3(C)は、本発明の実施の形態に係る半導体装置(IC)において、NMOSロジックトランジスタ部分の製造途中の断面図である。
【0017】
図1(A)において、符号1は、例えばP型シリコンウエハなどの半導体基板に形成されたウエル、あるいはSOI層など基板に支持された半導体を示す。本発明で、チャネルが形成される半導体とは、この半導体基板、ウエルあるいはSOI層などをいう。以下、半導体の例としてウエルを例に説明する。
NMOSロジックトランジスタは、専用のP型ウエル1に形成される。図示しない他のPMOSロジックは専用のNウエルに形成され、同様に、入出力トランジスタもそれぞれ専用のウエルに形成される。
トランジスタの形成領域をマスクして行う部分的な熱酸化法、あるいは、STI(Shallow Trench Isolation)法などの方法により、ウエル1の表面部分の一部を絶縁化し、ウエル1に図示を省略した所定パターンの素子分離絶縁層を形成する。
【0018】
素子分離絶縁層が形成されていないウエル1の表面にゲート絶縁膜2を形成する。ゲート絶縁膜2は、例えば熱酸化法により形成された酸化シリコン、酸化窒化シリコン(oxynitride)などからなる。
次に、ゲート絶縁膜2の上に、例えば不純物がドープされて導電率が高められた多結晶珪素(ドープトポリシリコン)または非晶質珪素(ドープトアモルファスシリコン)からなるゲート電極膜を堆積する。ゲート電極膜は、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により150nmほど堆積され、その途中、あるいは後のイオン注入により不純物がドープされる。
このゲート電極膜とゲート絶縁膜をパターンニングして、ゲート電極3とゲート絶縁膜2との積層体を形成する。
【0019】
本実施の形態において、少なくとも、ゲート電極周囲に露出した半導体の表面を覆う酸化阻止膜4を形成する。図1(B)においては、必然的に、ゲート電極3の表面にも酸化阻止膜4が形成されている。酸化阻止膜4の材料は、例えば窒化シリコンが好適である。酸化阻止膜4の形成方法としては、CVD法、熱窒化処理(例えば、RTN(Rapid Thermal Nitridation))または熱酸化窒化処理が採用できる。その膜厚は、最低でもウエハ全域で膜厚の均一性が十分確保される下限の膜厚とする。とくにCVDによる場合、最初の段階では核形成から膜成長が始まるので、膜厚がある程度均一となるまでCVDを行う必要がある。膜厚に上限はないが、酸化阻止膜がエクステンションイオン注入のスルー膜としても機能するので、そのイオン注入の均一性から、あまり厚くしないほうが望ましい。以上の理由により、例えば、酸化阻止膜4の膜厚が、0.数nm〜3nmの範囲から選択される。
【0020】
図1(C)において、NMOSロジックトランジスタの形成領域を開口する不図示のレジスト層を形成する。レジスト層をマスクとして、ソース・ドレイン領域S/Dのエクステンション不純物領域を形成するために、N型不純物イオンを注入する。例えば、イオン種としての砒素イオンAsを、加速エネルギー2.5keV、ドーズ1.0×1015ions/cm、注入角0°にてイオン注入する。このとき、ゲート電極4(および素子分離絶縁膜)が自己整合マスクとして機能し、酸化阻止膜4がウエル1の表面の汚染を防止する保護膜、あるいは、注入時に導入される欠陥を軽減するスルー膜として機能する。これにより、ゲート電極3の両側のウエル表面部に、N型のエクステンション不純物分布領域5aが形成される。
その後、レジスト層を剥離し、後処理洗浄を行う。レジスト剥離と後処理洗浄については後述する。
【0021】
他の種類のトランジスタ(PMOSロジックトランジスタ、P型およびN型の入出力トランジスタ)について、図1(C)に示すエクステンション不純物領域をそれぞれ個別の工程において形成する。図2(A)〜図2(C)は、エクステンション不純物領域形成のための一連の工程中に、NMOSロジックトランジスタに必然的に施される処理を図解している。
【0022】
図2(A)に、イオン注入マスクとして形成されたレジスト層6を示すが、このレジスト層6は、他の箇所で開口し、NMOSロジックトランジスタの形成箇所はイオン注入対象でないのでレジスト層6に覆われている。
【0023】
図2(B)はレジスト剥離工程を図解している。レジスト剥離工程では、酸素ガスをプラズマアッシング装置に導入し、アッシングを行う。通常、このとき酸素プラズマにウエハがさらされるが、酸化阻止膜4の働きで、ウエル表面のシリコンが酸化されることがない。
【0024】
図2(C)において、後処理洗浄を行う。これは、通常RCA洗浄を行うが、レジスト除去のためのアルカリ系薬液であるため、酸化膜表面が若干エッチングされる。
以上の図2(A)〜図2(C)に図解した一連の工程が、既に形成されたNMOSロジックトランジスタのエクステンション不純物分布領域5aに対し、本例では、3回施される。
【0025】
その後、例えば酸化シリコンの膜をCVDし、これを全面異方性エッチング(エッチバック)する。これにより、図3(A)に示すように、サイドウォール・スペーサ7がゲート電極3の側面にそれぞれ形成される。
【0026】
図3(B)において、ソース・ドレイン領域形成のためのイオン注入を行う。このイオン注入もトランジスタの種類ごとに選択的に行う。つまり、図2(A)と同様に、イオン注入対象のトランジスタ箇所で開口したレジスト層を形成し、それぞれのトランジスタに適合した条件でイオン注入し、その後、図2(B)および(C)と同様にレジスト層を剥離し後処理洗浄を行う。
イオン注入条件を一例挙げると、NMOSロジックトランジスタに対するイオン注入において、例えば、イオン種としての砒素イオンAsを、加速エネルギー40keV、ドーズ2.0×1015ions/cm、注入角0°にてイオン注入する。このとき、サイドウォール・スペーサ7、ゲート電極3(および素子分離絶縁膜)が自己整合マスクとして機能し、酸化阻止膜4がウエル表面の汚染を防止する保護膜、あるいは、注入時に導入される欠陥を軽減するスルー膜として機能する。これにより、サイドウォール・スペーサ7の、チャネル中央に対する外側のエッジにより規定されるウエル内位置に、N型のソース・ドレイン不純物分布領域8aが形成される。
【0027】
その後、注入した不純物の活性化のための熱処理(アニール)を行う。アニールとしてRTA(Rapid Thermal Annealing)を用いることができる。このときRTAを、例えば窒素N雰囲気中において1000℃程度で保持した基板に対し、10秒ほど行う。これにより不純物が拡散し、図3(C)に示すように、ソース・ドレイン不純物領域8と、ソース・ドレイン不純物領域8からチャネル中央側に張り出したエクステンション不純物領域5とからなるソース・ドレイン領域S/Dが形成される。
【0028】
その後は、必要に応じて、層間絶縁膜の堆積、コンタクトの形成および配線の形成を必要な回数繰り返して、当該CMOSロジックICを完成させる。
【0029】
本実施形態における製造方法において、とくに高濃度薄膜化されたエクステンション不純物領域の形成のためのイオン注入の前に、酸化阻止膜4で半導体の表面を保護する。したがって、イオン注入のマスクとして用いるレジストの剥離時に、酸素プラズマによる半導体の酸化が有効に防止される。また、後処理洗浄時にも半導体表面が露出していないので、洗浄液でアタックされない。酸化阻止膜4の膜厚を均一な範囲で十分薄くすれば、イオン注入に与える影響がほとんどない。
以上より、エクステンション不純物領域の意図しない掘れが有効に防止できる。その結果として、不純物濃度の減少による抵抗の低下、電流駆動能力の低下、閾値電圧の変動、動作速度の低下、および、これらに起因した回路誤動作をことごとく防止できる。
【0030】
本実施形態では、酸化阻止膜4がゲート電極3の側面にも必然的に形成されるので、イオン注入時のサイドウォール・スペーサとしても機能している。つまり、図1(C)のイオン注入時に、酸化阻止膜4の膜厚に応じた距離だけ、エクステンション不純物分布領域5aのエッジがゲート電極に対して外側に位置する。それに付随して、エクステンション不純物分布領域5a内の不純物が熱処理によって拡散した後に、エクステンション不純物領域とゲート電極との重なり面積を、より小さくできる。このことは、ゲートとソースまたはドレインとの寄生容量を低減したい、高速トランジスタの要請に適合し好都合である。
【0031】
【発明の効果】
本発明に係る絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法によれば、既に形成されたエクステンション不純物領域のプロセス途中における意図しないエッチング(掘れ)を有効に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(C)は、本発明の実施の形態に係る半導体装置(IC)において、エクステンション不純物領域形成のためのイオン注入工程までを示す、NMOSロジックトランジスタ部分の断面図である。
【図2】(A)〜(C)は、図1(C)に続く他の種類のトランジスタにおけるレジスト剥離の後処理洗浄工程までを示す、NMOSロジックトランジスタ部分の断面図である。
【図3】(A)〜(C)は、図2(C)に続くソース・ドレイン領域の形成工程までを示す、NMOSロジックトランジスタ部分の断面図である。
【図4】(A)〜(C)は、従来技術の課題を説明する際に用いた、レジスト層をマスクとしたイオン注入に必要な一連の工程を示す断面図である。
【図5】複数回、例えば4回のレジスト剥離と後処理洗浄を経た後のMOSFETの拡大した断面図である。
【図6】シリコン基板の深さ方向のN型不純物の濃度プロファイルを示すグラフである。(A)にイオン注入直後のプロファイルを示す。(B)に、シリコン表面が0.5nm掘れた場合、1.0nm掘れた場合の不純物濃度プロファイルを、掘れなしの場合と比較して示す。
【図7】掘れ量が0.5nmと1.0nmのトランジスタを、掘れなしのトランジスタと比較したVg−Id特性のグラフである。
【図8】掘れ量と閾値電圧およびドレイン電流との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1…チャネルが形成される半導体、2…ゲート絶縁膜、3…ゲート電極、4…酸化阻止膜、5a…エクステンション不純物分布領域、5…エクステンション不純物領域、6…レジスト層、7…サードウォール・スペーサ、8a…ソース・ドレイン不純物分布領域、8…ソース・ドレイン不純物領域
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor in which a source / drain impurity region includes a so-called extension impurity region.
[0002]
[Prior art]
An insulated gate field effect transistor represented by a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is widely used as an active device of a semiconductor integrated circuit (IC). High integration of ICs is mainly supported by miniaturization of MOSFETs.
In a CMOS (complementary mental-oxide semiconductor) logic IC or the like, a P-type channel MOS (hereinafter, PMOS) and an N-type channel MOS are mixed. For transistors with different types and profiles of these impurities, in order to suppress a short channel effect accompanying miniaturization, a shallow junction ion implantation technique called an extension, and a channel depending on a gate length Lg. To control the impurity profile, an ion implantation technique called a pocket or a halo is known.
Of these, the extension impurity region requires a very shallow junction depth with the recent progress in miniaturization. In addition, the impurity concentration tends to be set higher than before to suppress source resistance and the like.
[0003]
On the other hand, a logic IC usually has a low withstand voltage logic transistor that operates at a power supply voltage Vdd, and a logic transistor that protects an internal circuit from a high voltage that may be applied from the outside to its input / output unit. A transistor with a higher breakdown voltage is used.
In order to improve the breakdown voltage without incurring the area penalty, the impurity concentration profile of the source or the drain is usually made different from that of the logic transistor. In such a case, it is necessary to repeatedly form extension impurity regions at different locations in the same wafer under different ion implantation conditions.
[0004]
FIGS. 4A to 4C show that a transistor (for example, an N-type logic transistor of a CMOS logic IC) in which an extension impurity region has been formed is inevitably formed in a process of forming an extension impurity region of another transistor. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a typical process.
In FIG. 4A, a gate insulating film 101 is formed over a semiconductor in which a channel is formed, for example, a P well 100, and a gate electrode 102 is formed over the gate insulating film 101. N-type impurities are shallowly introduced into the well surface portions on both sides of the gate electrode 102 in the channel direction by ion implantation with relatively low acceleration energy. Reference numeral 103 in the drawing indicates the distribution region of this N-type impurity.
[0005]
Thereafter, another transistor in the same wafer as the N-type logic transistor shown in FIG. 4A in which the impurity distribution region 103 is formed, for example, a P-type logic transistor, an N-type or a P-type input / output transistor, A resist layer 104 is formed in order to perform ion implantation under conditions different from 103. In FIG. 4A, the N-type logic transistor that has been subjected to ion implantation first is covered with a resist layer 104.
[0006]
When ion implantation for forming an extension region is completed for another transistor (not shown), the used resist layer 104 is removed. In the peeling, as shown in FIG. 4B, the organic resist is burned in O 2 plasma to be ashed and removed. Although not shown, a thin native oxide film is formed on the silicon surface of the well 100 at this time.
[0007]
In FIG. 4C, post-processing cleaning is performed. After that, the steps of FIGS. 4A to 4C are repeated as many times as necessary to form sidewall spacers and source / drain impurity regions. To complete the CMOS logic IC.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method of manufacturing a semiconductor device including an insulated gate field effect transistor, a cleaning solution containing hydrofluoric acid is used to remove organic substances in a post-processing step of FIG. For this reason, the natural oxide film is removed by etching, and as a result, the silicon surface after the removal of the natural oxide film is more or less dug than the state before the post-processing. Silicon having a high impurity concentration is easily oxidized, and in the present extension impurity region having a high concentration and a thin layer, a silicon surface layer of, for example, about 0.5 nm to 1.0 nm can be dug by a single resist stripping and post-processing cleaning. Will be.
[0009]
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the MOSFET after a plurality of, for example, four times of resist stripping and post-processing cleaning.
After the fourth post-processing cleaning, the digging amount Δd of the silicon surface is almost the same as the recent thin film thickness tox of the gate insulating film 101 or the projection range Rp of impurity ions in extension ion implantation (for example, 2 nm to 3 nm). ).
[0010]
FIG. 6A shows an impurity concentration profile in the depth direction of the substrate immediately after ion implantation when an N-type impurity is ion-implanted through a through oxide film (through oxide). FIG. 6B shows an impurity concentration profile when the silicon surface of this sample is dug by 0.5 nm and when the silicon surface is dug by 1.0 nm in comparison with a case where the silicon surface is not dug. The impurity concentration profile shown in FIG. 6B is a final impurity concentration profile after a CMOS process in which various heat treatments are performed.
As shown in FIG. 6B, it can be seen that the impurity concentration is reduced by 20% when the silicon surface is dug by 0.5 nm, and is reduced by 40% when the silicon surface is dug by 1.0 nm.
[0011]
FIG. 7 is a graph comparing Vg-Id characteristics of transistors having a dug amount of 0.5 nm and 1.0 nm with a transistor without dug amount. When the substrate is dug and the resistance of the extension region increases, the drain current Id when the same gate voltage Vg is applied decreases. This decrease in the drain current Id is as large as close to 40% as shown in FIG. At this time, the threshold voltage Vth has changed by 100 mV.
The reason why the transistor characteristics are changed is that the lateral expansion dimension of the impurity region becomes shorter due to the decrease in the amount of impurities due to the digging of the silicon surface, and the effective channel length becomes relatively longer. Further, the sheet resistance of the extension impurity region becomes extremely high, and the driving capability of the transistor decreases due to an increase in the parasitic resistance.
[0012]
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an insulated gate field-effect transistor that effectively prevents unintended etching during the process of an extension impurity region that has already been formed, and prevents deterioration in characteristics.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the present invention is intended to achieve the above object, and a step of forming a stacked body of a gate insulating film and a gate electrode on a semiconductor on which a channel is formed, A step of covering at least the surface area of the semiconductor with an oxidation-preventing film for preventing the surface area of the semiconductor exposed around the gate electrode from being oxidized; and Forming a source or drain extension impurity region by ion-implanting an impurity; and forming a source / drain impurity region in the semiconductor at a predetermined distance from an edge of the gate electrode.
[0014]
In this method of manufacturing an insulated gate field effect transistor, the surface of the semiconductor around the gate electrode is covered with an oxidation prevention film before performing ion implantation for forming the extension impurity region. Due to the presence of the oxidation prevention film, the surface portion of the extension impurity region having a high concentration and a high oxidation rate is not oxidized thereafter. Therefore, the surface portion of the extension impurity region is not consumed by oxidation. Even after going through various steps until the insulated gate field effect transistor is completed, even if the impurity concentration profile changes due to the diffusion of the impurity in the extension impurity region into the semiconductor, the impurity concentration profile greatly increases due to the surface region dug. No undesired change or unintended decrease in impurity concentration occurs.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a method of manufacturing an insulated gate field effect transistor (MISFET) according to the present invention will be described with reference to a logic transistor having a low withstand voltage and an input / output transistor having a relatively high withstand voltage. The following describes an example of a CMOS logic IC having a CMOS structure of a P-type and a P-type with reference to the drawings. Here, a cross section of the NMOS logic transistor will be described.
[0016]
FIGS. 1A to 3C are cross-sectional views of a semiconductor device (IC) according to an embodiment of the present invention in the process of manufacturing an NMOS logic transistor portion.
[0017]
In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a well formed on a semiconductor substrate such as a P-type silicon wafer, or a semiconductor supported on the substrate such as an SOI layer. In the present invention, a semiconductor in which a channel is formed refers to a semiconductor substrate, a well, an SOI layer, or the like. Hereinafter, a well will be described as an example of a semiconductor.
The NMOS logic transistor is formed in a dedicated P-type well 1. Other PMOS logics (not shown) are formed in dedicated N wells, and similarly, input / output transistors are formed in dedicated wells.
A part of the surface portion of the well 1 is insulated by a method such as a partial thermal oxidation method or a STI (Shallow Trench Isolation) method performed by masking a region where the transistor is formed, and the well 1 is not illustrated in a predetermined manner. An element isolation insulating layer having a pattern is formed.
[0018]
The gate insulating film 2 is formed on the surface of the well 1 where the element isolation insulating layer is not formed. The gate insulating film 2 is made of, for example, silicon oxide or silicon oxynitride formed by a thermal oxidation method.
Next, a gate electrode film made of, for example, polycrystalline silicon (doped polysilicon) or amorphous silicon (doped amorphous silicon), which is doped with impurities and has increased conductivity, is deposited on the gate insulating film 2. I do. The gate electrode film is deposited to a thickness of about 150 nm by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and is doped with impurities during or after the ion implantation.
The gate electrode film and the gate insulating film are patterned to form a laminate of the gate electrode 3 and the gate insulating film 2.
[0019]
In this embodiment, an oxidation prevention film 4 that covers at least the surface of the semiconductor exposed around the gate electrode is formed. In FIG. 1B, an oxidation preventing film 4 is necessarily formed also on the surface of the gate electrode 3. The material of the oxidation prevention film 4 is preferably, for example, silicon nitride. As a method for forming the oxidation preventing film 4, a CVD method, a thermal nitriding treatment (for example, RTN (Rapid Thermal Nitridation)) or a thermal oxynitriding treatment can be adopted. The film thickness is set to a lower limit film thickness at which uniformity of the film thickness is sufficiently ensured at least over the entire wafer. In particular, in the case of CVD, since the film growth starts from nucleation in the first stage, it is necessary to perform CVD until the film thickness becomes uniform to some extent. Although there is no upper limit to the film thickness, it is desirable not to make the thickness too large in view of the uniformity of the ion implantation since the oxidation prevention film also functions as a through film for extension ion implantation. For the reasons described above, for example, the thickness of the oxidation prevention film 4 is set to 0. It is selected from the range of several nm to 3 nm.
[0020]
In FIG. 1C, a resist layer (not shown) that opens a formation region of the NMOS logic transistor is formed. Using the resist layer as a mask, N-type impurity ions are implanted to form extension impurity regions of the source / drain regions S / D. For example, arsenic ions As + as ion species are implanted at an acceleration energy of 2.5 keV, a dose of 1.0 × 10 15 ions / cm 2 , and an implantation angle of 0 °. At this time, the gate electrode 4 (and the element isolation insulating film) functions as a self-aligned mask, and the oxidation preventing film 4 is a protective film for preventing contamination of the surface of the well 1 or a through film for reducing defects introduced at the time of implantation. Functions as a membrane. As a result, N-type extension impurity distribution regions 5a are formed in the well surface portions on both sides of the gate electrode 3.
Thereafter, the resist layer is peeled off, and post-processing cleaning is performed. The resist stripping and post-processing cleaning will be described later.
[0021]
For other types of transistors (PMOS logic transistors, P-type and N-type input / output transistors), extension impurity regions shown in FIG. 1C are formed in individual steps. FIGS. 2A to 2C illustrate processing that is necessarily performed on the NMOS logic transistor during a series of steps for forming the extension impurity region.
[0022]
FIG. 2A shows a resist layer 6 formed as an ion implantation mask. The resist layer 6 is opened at another location, and the location where the NMOS logic transistor is to be formed is not an ion implantation target. Covered.
[0023]
FIG. 2B illustrates a resist stripping step. In the resist stripping step, ashing is performed by introducing oxygen gas into a plasma ashing apparatus. Normally, the wafer is exposed to oxygen plasma at this time, but the oxidation preventing film 4 does not oxidize the silicon on the well surface.
[0024]
In FIG. 2C, post-processing cleaning is performed. This is usually performed by RCA cleaning, but since it is an alkaline chemical solution for removing the resist, the oxide film surface is slightly etched.
The series of steps illustrated in FIGS. 2A to 2C is performed three times in this example on the extension impurity distribution region 5a of the NMOS logic transistor that has already been formed.
[0025]
After that, for example, a silicon oxide film is CVD-processed, and the entire surface is anisotropically etched (etched back). As a result, as shown in FIG. 3A, sidewall spacers 7 are formed on the side surfaces of the gate electrode 3, respectively.
[0026]
In FIG. 3B, ion implantation for forming source / drain regions is performed. This ion implantation is also selectively performed for each type of transistor. That is, similarly to FIG. 2A, an opening resist layer is formed at a transistor portion to be ion-implanted, ions are implanted under conditions suitable for each transistor, and then, as shown in FIGS. 2B and 2C. Similarly, the resist layer is peeled off, and post-processing cleaning is performed.
As an example of ion implantation conditions, in ion implantation for an NMOS logic transistor, for example, arsenic ions As + as an ion species are introduced at an acceleration energy of 40 keV, a dose of 2.0 × 10 15 ions / cm 2 , and an implantation angle of 0 °. Ions are implanted. At this time, the sidewall spacer 7 and the gate electrode 3 (and the element isolation insulating film) function as a self-alignment mask, and the oxidation prevention film 4 is a protective film for preventing contamination of the well surface, or a defect introduced at the time of implantation. Function as a through film to reduce As a result, an N-type source / drain impurity distribution region 8a is formed at a position in the well defined by the outer edge of the sidewall spacer 7 with respect to the center of the channel.
[0027]
After that, heat treatment (annealing) for activating the implanted impurities is performed. RTA (Rapid Thermal Annealing) can be used for annealing. At this time, RTA is performed on the substrate held at, for example, about 1000 ° C. in a nitrogen N 2 atmosphere for about 10 seconds. As a result, the impurity is diffused, and as shown in FIG. 3C, the source / drain region S including the source / drain impurity region 8 and the extension impurity region 5 extending from the source / drain impurity region 8 toward the center of the channel. / D is formed.
[0028]
Thereafter, if necessary, the deposition of the interlayer insulating film, the formation of the contacts, and the formation of the wiring are repeated as many times as necessary to complete the CMOS logic IC.
[0029]
In the manufacturing method according to the present embodiment, the surface of the semiconductor is protected by the oxidation preventing film 4 before the ion implantation for forming the extension impurity region having a high concentration and a small thickness. Therefore, at the time of removing the resist used as a mask for ion implantation, oxidation of the semiconductor by oxygen plasma is effectively prevented. Also, the semiconductor surface is not exposed during the post-processing cleaning, so that it is not attacked by the cleaning liquid. If the thickness of the oxidation prevention film 4 is made sufficiently thin within a uniform range, there is almost no effect on ion implantation.
As described above, unintentional excavation of the extension impurity region can be effectively prevented. As a result, it is possible to prevent a reduction in resistance due to a reduction in impurity concentration, a reduction in current driving capability, a change in threshold voltage, a reduction in operation speed, and a circuit malfunction due to these.
[0030]
In the present embodiment, since the oxidation prevention film 4 is inevitably formed on the side surface of the gate electrode 3, it also functions as a sidewall spacer at the time of ion implantation. That is, at the time of the ion implantation of FIG. 1C, the edge of the extension impurity distribution region 5a is located outside the gate electrode by a distance corresponding to the thickness of the oxidation prevention film 4. Accordingly, after the impurities in the extension impurity distribution region 5a are diffused by the heat treatment, the overlapping area between the extension impurity region and the gate electrode can be reduced. This is advantageous in meeting the demand for a high-speed transistor that wants to reduce the parasitic capacitance between the gate and the source or the drain.
[0031]
【The invention's effect】
According to the method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the present invention, unintended etching (digging) during the process of the extension impurity region already formed can be effectively prevented.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views of a portion of an NMOS logic transistor showing up to an ion implantation step for forming an extension impurity region in a semiconductor device (IC) according to an embodiment of the present invention; is there.
2 (A) to 2 (C) are cross-sectional views of an NMOS logic transistor portion, up to a post-treatment cleaning step of resist removal in another type of transistor following FIG. 1 (C).
3 (A) to 3 (C) are cross-sectional views of an NMOS logic transistor portion up to a step of forming source / drain regions subsequent to FIG. 2 (C).
FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views showing a series of steps necessary for ion implantation using a resist layer as a mask, which are used for explaining the problems of the prior art.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the MOSFET after a plurality of, for example, four times of resist stripping and post-processing cleaning.
FIG. 6 is a graph showing a concentration profile of an N-type impurity in a depth direction of a silicon substrate. (A) shows a profile immediately after ion implantation. (B) shows impurity concentration profiles when the silicon surface is dug by 0.5 nm and when the silicon surface is dug by 1.0 nm, as compared with the case where the silicon surface is not dug.
FIG. 7 is a graph showing Vg-Id characteristics of transistors having a dug amount of 0.5 nm and 1.0 nm compared with transistors without dug.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a dug amount, a threshold voltage, and a drain current.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor in which a channel is formed, 2 ... Gate insulating film, 3 ... Gate electrode, 4 ... Oxidation prevention film, 5a ... Extension impurity distribution region, 5 ... Extension impurity region, 6 ... Resist layer, 7 ... Third wall spacer , 8a: source / drain impurity distribution region, 8: source / drain impurity region

Claims (4)

チャネルが形成される半導体の上にゲート絶縁膜とゲート電極の積層体を形成する工程と、
前記ゲート電極の周囲に露出した前記半導体の表面領域が酸化されるのを防止する酸化阻止膜で、少なくとも半導体の当該表面領域を覆う工程と、
前記酸化阻止膜をつけたまま半導体の前記表面領域に不純物をイオン注入し、ソースまたはドレインのエクステンション不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート電極のエッジより所定距離だけ離れた前記半導体に、ソース・ドレイン不純物領域を形成する工程と、
を含む絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
Forming a stacked body of a gate insulating film and a gate electrode over a semiconductor on which a channel is formed;
A step of covering at least the surface region of the semiconductor with an oxidation prevention film that prevents the surface region of the semiconductor exposed around the gate electrode from being oxidized;
A step of ion-implanting impurities into the surface region of the semiconductor with the oxidation blocking film attached, forming a source or drain extension impurity region;
Forming a source / drain impurity region in the semiconductor separated by a predetermined distance from an edge of the gate electrode;
A method for manufacturing an insulated gate field effect transistor, comprising:
前記酸化阻止膜が窒化膜であり、
前記酸化阻止膜の形成工程において、前記絶縁ゲート電界効果トランジスタが形成される基板全域で膜厚が安定するのに必要な最小限以上の膜厚にて、前記窒化膜を形成する
請求項1に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
The oxidation preventing film is a nitride film,
2. The method according to claim 1, wherein, in the step of forming the oxidation prevention film, the nitride film is formed to have a thickness not less than a minimum necessary for stabilizing the film thickness over the entire substrate on which the insulated gate field effect transistor is formed. 3. A method for manufacturing the insulated gate field effect transistor according to the above.
前記酸化阻止膜の形成工程において前記半導体の表面層が酸化阻止膜の原料の一部として熱処理過程で消費される場合、次の前記エクステンション不純物領域の形成において、前記酸化阻止膜の材料と厚さ、および、消費される半導体の前記表面層の厚さを考慮してイオン注入の投影飛程を予め決める
請求項1に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
In the case where the surface layer of the semiconductor is consumed in the heat treatment process as a part of the material of the oxidation prevention film in the step of forming the oxidation prevention film, the material and thickness of the oxidation prevention film are formed in the next formation of the extension impurity region. 2. The method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to claim 1, wherein a projection range of the ion implantation is determined in advance in consideration of the thickness of the surface layer of the semiconductor to be consumed.
前記エクステンション不純物領域の形成工程が、
レジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層のパターンに応じた半導体箇所に不純物イオンを選択的に注入する工程と、
前記レジスト層を剥離する工程と、
前記半導体の表面を洗浄する工程と、を有し、
不純物プロファイルが異なる複数の種類の絶縁ゲート電界効果トランジスタを同一の基板に形成する際に、前記エクステンション不純物領域の形成工程を、トランジスタの前記種類の数だけ複数回連続して実施する
請求項1に記載の絶縁ゲート電界効果トランジスタの製造方法。
Forming the extension impurity region,
Forming a resist layer;
A step of selectively implanting impurity ions into semiconductor portions according to the pattern of the resist layer,
Removing the resist layer,
Cleaning the surface of the semiconductor,
2. The method according to claim 1, wherein when forming a plurality of types of insulated gate field effect transistors having different impurity profiles on the same substrate, the step of forming the extension impurity region is continuously performed a plurality of times by the number of the types of the transistors. A method for manufacturing the insulated gate field effect transistor according to the above.
JP2002325561A 2002-11-08 2002-11-08 Method for manufacturing insulated gate field-effect transistor Abandoned JP2004158806A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002325561A JP2004158806A (en) 2002-11-08 2002-11-08 Method for manufacturing insulated gate field-effect transistor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002325561A JP2004158806A (en) 2002-11-08 2002-11-08 Method for manufacturing insulated gate field-effect transistor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004158806A true JP2004158806A (en) 2004-06-03

Family

ID=32804742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002325561A Abandoned JP2004158806A (en) 2002-11-08 2002-11-08 Method for manufacturing insulated gate field-effect transistor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004158806A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008305876A (en) * 2007-06-06 2008-12-18 Nec Corp Method of manufacturing semiconductor device
JP2009277816A (en) * 2008-05-14 2009-11-26 Nec Corp Semiconductor device and method for manufacturing thereof
JP2012028721A (en) * 2010-07-28 2012-02-09 Fujitsu Semiconductor Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008305876A (en) * 2007-06-06 2008-12-18 Nec Corp Method of manufacturing semiconductor device
JP2009277816A (en) * 2008-05-14 2009-11-26 Nec Corp Semiconductor device and method for manufacturing thereof
JP2012028721A (en) * 2010-07-28 2012-02-09 Fujitsu Semiconductor Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100400323B1 (en) CMOS of semiconductor device and method for manufacturing the same
JP4971593B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US6165849A (en) Method of manufacturing mosfet with differential gate oxide thickness on the same IC chip
EP2219209A2 (en) Method of forming insulating film and method of producing semiconductor device
JP2005210123A (en) Selective nitriding of gate oxide film
EP0465045B1 (en) Method of field effect transistor fabrication for integrated circuits
KR100611784B1 (en) Semiconductor device with multi-gate dielectric and method for manufacturing the same
KR100861835B1 (en) Method for fabricating semiconductor for a dual gate cmos
JP4582837B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US7015107B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
US6362062B1 (en) Disposable sidewall spacer process for integrated circuits
US6060369A (en) Nitrogen bearing sacrificial oxide with subsequent high nitrogen dopant profile for high performance MOSFET
US7915125B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2004158806A (en) Method for manufacturing insulated gate field-effect transistor
KR100281397B1 (en) A method of forming an ultra-thin soi electrostatic discharge protection device
KR20090071605A (en) Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device
US5976924A (en) Method of making a self-aligned disposable gate electrode for advanced CMOS design
JP2006013092A (en) Semiconductor device and its fabrication process
JP2004140059A (en) Method of manufacturing insulated gate field effect transistor
JP2005175143A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
US20050070081A1 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH04246862A (en) Semiconductor integrated circuit and manufacture thereof
KR20090034535A (en) Manufacturing method of mos transistor
JP2005252052A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JPH06204456A (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20050912

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A762 Written abandonment of application

Effective date: 20070614

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762