実施例1.
以下にこの発明の実施例1を図1ないし図12に基づいて説明する。図1は微細化に適したNチャネル型MOSトランジスタが搭載された半導体装置のNチャネル型MOSトランジスタの部分を示す断面図であり、図1において、1はP型のシリコン(Si)基板である半導体基板、2はこの半導体基板の一主面にNチャネル型MOSトランジスタを形成するためのNチャネル型MOSトランジスタ形成領域を囲んで、隣接して形成される素子と電気的に絶縁するための素子分離酸化膜である。
3はこの素子分離酸化膜の下に形成されたP+型の不純物領域からなるチャネルストッパ領域、4及び5は上記半導体基板(1)の一主面にチャネル領域6を挟んで形成された一対のソース/ドレイン領域で、それぞれは上記チャネル領域6に端部が接した低濃度拡散領域4a及び5aと、上記チャネル領域6に対して外側に位置し、低濃度拡散領域4a及び5aと一体的に構成される高濃度拡散領域4b及び5bとからなるものである。8はこれら一対のソース/ドレイン領域4及び5の間に位置する上記半導体基板1の一主面上にゲート絶縁膜7を介して形成されるゲート電極である。
9はゲート電極8の側面とゲート絶縁膜7の側面と半導体基板の一主面、つまり、ソース/ドレイン領域4及び5に接して形成され、窒素が導入された酸化膜からなるサイドウォールで、この実施例1に示したものにおいては、上記半導体基板1の一主面に垂直な方向の断面、つまり図示I−I断面における窒素の濃度分布が図2に示すように半導体基板1の一主面との界面にピークを有するとともに、このピークの位置より上の位置で一主面より若干下の位置にさらに濃度のピークを有するように窒素がサイドウォール9となる酸化膜に導入されているものである。そして、一対のソース/ドレイン領域4及び5とゲート電極8とサイドウォール9とによってNチャネル型MOSトランジスタを構成しているものである。
なお、上記サイドウォール9と上記半導体基板1の一主面との界面に位置するピークの窒素濃度は、〜1019/cm3から〜1021/cm3の範囲に設定するのが望ましく、〜1019/cm3よりも低くすると、上記サイドウォール9と上記半導体基板1の一主面との界面での界面準位をあまり抑制できず、ホットキャリア劣化が起こりやすく、〜1021/cm3よりも高くなると、チャネル電子の移動度が劣化する、あるいは上記ソース/ドレイン領域4及び5の不純物の活性化率が低下してソース/ドレイン領域4及び5の抵抗が上昇するなどのトランジスタ特性が劣化するものであった。
10は上記半導体基板1の一主面上、つまり、上記素子分離酸化膜2、上記一対のソース/ドレイン領域4及び5、上記ゲート電極8と上記サイドウォール9それぞれの上に形成され、上記一対のソース/ドレイン領域4及び5それぞれの位置にコンタクトホール10a及び10bが形成されている層間絶縁層、11はこの層間絶縁層のコンタクトホール10aを介してソース/ドレイン領域4に電気的に接続され、上記層間絶縁層10上に形成された配線層で、例えばアルミニウムやポリシリコン等の導電体によって形成されているものである。12は上記層間絶縁層のコンタクトホール10bを介してソース/ドレイン領域5に電気的に接続され、上記層間絶縁層10上に形成された配線層で、例えばアルミニウムやポリシリコン等の導電体によって形成されているものである。
次に、このように構成された半導体装置の製造方法を図3ないし図12に基づいて説明する。まず、図3に示すように、半導体基板1の一主面のNチャネル型MOSトランジスタ形成領域を取り囲むように、通常の技術を用いて素子分離酸化膜2を形成するとともに、この素子分離酸化膜2の下にイオン注入を行うことによってP+型の不純物領域からなるチャネルストッパ領域3を形成した後、半導体基板1の一主面全面上に、例えば100Å程度の厚みを有するゲート絶縁膜7の形成のための酸化膜層107を形成する。
次に、図4に示すように、酸化膜層107の上面全面にゲート電極8の形成のためのポリシリコン層108を、例えば1000Å程度の厚みに形成する。このポリシリコン層108上にフォトレジストからなるレジストパターン13を形成し、このレジストパターン13をマスクとしてポリシリコン層108を異方性エッチングし、ゲート電極8を形成し、酸化膜層107をさらにエッチングすることによってゲート絶縁膜7を形成する。その後、レジストパターン13を除去する。
そして、図5に示すように、ゲート電極8をマスクの一部として、半導体基板1の一主面に、N型導電型の不純物、例えばヒ素(As)を、例えば50KeV、5×1013/cm2の条件でイオン注入して一対の低濃度拡散領域104a及び105aを形成する。次に、図6に示すように、ゲート電極8の表面上及び一対の低濃度拡散領域104a及び105a上にCVD法によって例えば厚みが1000Å程度の酸化膜層109を形成する。
その後、図7に示すように、酸化膜層109の表面上から酸化膜層109の内部、ほぼ中央に飛程中心が来るように窒素イオン(N+ )を30KeV、4×1015/cm2の条件で酸化膜層109にイオン注入を行う。この時の酸化膜層109内の窒素の濃度分布は図8ないし図10に示すようになっている。図8は図7に示すI−I断面における濃度分布、図9は図7に示すII−II断面における濃度分布、図10は図7に示すIII −III 断面における濃度分布を示している。この時の窒素イオンの飛程中心、つまり、図8に示すピークが、結果として図2に示したサイドウォール9の表面側に位置するピークとなっているものである。
そして、図11に示すように、窒素が注入された酸化膜層109を異方性のリアクティブイオンエッチングによりエッチングしてゲート電極8の側面とゲート絶縁膜7の側面と一対の低濃度拡散領域104a及び105aに接したサイドウォール9を形成する。
その後、図12に示すように、ゲート電極8及びサイドウォール9をマスクの一部として、半導体基板1の一主面に、N型導電型の不純物、例えばヒ素(As)を、例えば50KeV、4×1015/cm2の条件でイオン注入して高濃度拡散領域104b及び105bを形成する。そして、850度、20分程度の熱処理を加え、低濃度拡散領域104a及び105aと高濃度拡散領域104b及び105bを形成しているヒ素イオンを活性化することにより、チャネル領域6に端部が接した低濃度拡散領域4a及び5aと、チャネル領域6に対して外側に位置し、低濃度拡散領域4a及び5aと一体的に構成された高濃度拡散領域4b及び5bとからなる一対のソース/ドレイン領域4及び5が形成されることになる。
この時の熱処理によって、サイドウォール9内の窒素は拡散し、サイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面に窒素が偏析し、図2に示したようにサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面にピークを有した窒素の濃度分布になるものである。このようにして、一対のソース/ドレイン領域4及び5、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8、及び窒素が注入されたサイドウォール9を有したNチャネル型MOSトランジスタを得ているものである。
その後、半導体基板1の一主面上全面に、層間絶縁膜10を形成し、この層間絶縁膜10にコンタクトホール10a及び10bを形成し、コンタクトホール10aを介してソース/ドレイン領域4に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層11と、層間絶縁層10のコンタクトホール10bを介してソース/ドレイン領域5に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層12を形成し図1に示した半導体装置を得ているものである。
このように構成されたNチャネル型MOSトランジスタを有した半導体装置にあっては、サイドウォール9内にイオン注入によって窒素が注入され、その後の熱処理によってサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面に窒素が偏析した濃度分布、つまり、サイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面にピークを有した窒素の濃度分布としているため、Nチャネル型MOSトランジスタが非導通状態の時に、ドレイン領域4(一義的に定義)近傍の半導体基板1とゲート絶縁膜7との界面近傍のゲート絶縁膜7中の界面準位の発生が抑制されるので、高電界によって発生したホットキャリアがゲート絶縁膜7中に捕獲されることが抑制され、ホットキャリア耐性が向上するものである。すなわち、ホットキャリアがゲート絶縁膜7中に捕獲されることにより、Nチャネル型MOSトランジスタのしきい値電圧の変化やドレイン電流の低下などのトランジスタ特性の経時劣化、いわゆるホットキャリア劣化が抑制できるものである。
さらに、この実施例1にあっては、サイドウォール9内への窒素の注入をイオン注入によって行っているため、例えば窒素雰囲気中(N2OやNH3などの窒素を含む雰囲気中)でアニール処理を施して注入する方法に対して、サイドウォール9中の窒素ドーピングの深さや濃度の最適化が容易であり、しかも、窒素のドーピング領域の選択性が高く、余分な熱処理も不要であるという利点を有するものである。
実施例2.
図13及び図14はこの発明の実施例2を示すものであり、上記実施例1に示したものに対して、サイドウォール9に窒素を注入する方法が実施例1に示したものはサイドウォール9を形成するための酸化膜層109に垂直にイオン注入をおこなっていたものに対して、この実施例2に示すものは酸化膜層109に回転斜めイオン注入によって行っている点だけが異なるものであり、その他の点については実施例1と同じである。
すなわち、この実施例2に示したものは、以下のようにして製造されるものである。まず、図3ないし図6に示したものと同様にして、ゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105aを形成し、これらゲート電極8の表面上及び一対の低濃度拡散領域104a及び105a上にCVD法によって例えば厚みが1000Å程度の酸化膜層109を形成する。
その後、図13に示すように、酸化膜層109の表面上から酸化膜層109の内部、ほぼ中央に飛程中心が来るように窒素イオン(N+ )を40KeV、5.6×1015/cm2の条件で酸化膜層109に45°回転斜めイオン注入を行う。この時の酸化膜層109内の図13に示すI−I断面における窒素の濃度分布は図14に示すようになっている。なお、図7に示すII−II断面及びIII −III断面に相当する部分の濃度分布は、実施例1に示したものと同様にそれぞれ図10及び図11に示した濃度部分と同じ濃度分布を示すようになっている。
図14と図8とを比較することから明らかなように、この実施例2のものにあっては、実施例1のものに対して、I−I断面における酸化膜層109と半導体基板1の一主面との界面近傍、つまり、ゲート絶縁膜7の端部近傍における窒素の濃度が高くなっているものである。
その後は実施例1と同様に、つまり、図11及び図12に示したものと同様にして、窒素が注入された酸化膜層109を異方性のリアクティブイオンエッチングによりエッチングしてゲート電極8の側面とゲート絶縁膜7の側面と一対の低濃度拡散領域104a及び105aに接したサイドウォール9を形成し、ゲート電極8及びサイドウォール9をマスクの一部として、N型導電型の不純物イオン注入して高濃度拡散領域104b及び105bを形成し、熱処理を加えてチャネル領域6に端部が接した低濃度拡散領域4a及び5aと、チャネル領域6に対して外側に位置し、低濃度拡散領域4a及び5aと一体的に構成された高濃度拡散領域4b及び5bとからなる一対のソース/ドレイン領域4及び5を形成するとともに、サイドウォール9内の窒素を拡散させてサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面にピークを有した窒素の濃度分布になるようにして、一対のソース/ドレイン領域4及び5、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8、及び窒素が注入されたサイドウォール9を有したNチャネル型MOSトランジスタを得、その後、層間絶縁膜10と配線層11及び12を形成し、半導体装置を得ているものである。
このように構成された実施例2のものにあっても、実施例1と同様の効果を奏する他、窒素が注入されたサイドウォール9を得るために、酸化膜層109に回転斜めイオン注入によって行っているので、ゲート絶縁膜7の端部に近い酸化膜層109内に注入される窒素の濃度も高く注入でき、その後、熱処理によってサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面に窒素が偏析してできる濃度のピークも実施例1に示したものと比べて高くなるため、さらなるホットキャリア耐性が向上するものである。
実施例3.
図15ないし図27はこの発明の実施例3を示すものであり、上記実施例1に示したものに対して、サイドウォール9に窒素を注入する方法が実施例1と異なるものであり、その結果としてサイドウォール9内の窒素の濃度分布が異なるものであり、その他の点については実施例1と同じである。
図15において、9はゲート電極8の側面とゲート絶縁膜7の側面と半導体基板の一主面、つまり、ソース/ドレイン領域4及び5に接して形成され、窒素が導入された酸化膜からなるサイドウォールで、この実施例3に示したものにおいては、半導体基板1の一主面に垂直な方向の断面、つまり図示I−I断面における窒素の濃度分布が図16に示すように半導体基板1の一主面との界面にピークを有するとともに、このピークの位置より上の位置で一主面の表面にさらに濃度のピークを有するように、また、半導体基板1の一主面に平行な方向の断面、つまり図示IV−IV断面における窒素の濃度分布が図17に示すようにゲート電極8の側面との界面にピークを有するとともに、表面、つまり、層間絶縁膜9との界面にさらに濃度のピークを有するように、窒素がサイドウォール9となる酸化膜に導入されているものである。
なお、上記サイドウォール9と上記半導体基板1の一主面との界面に位置するピークの窒素濃度は、実施例1と同様に〜1019/cm3から〜1021/cm3の範囲に設定するのが望ましい。その他、実施例1として示した図1のものと同一符号は同一又は相当部分を示しているものである。
次に、このように構成された半導体装置の製造方法を図18ないし図27に基づいて説明する。まず、実施例1に示したものと同様に図3ないし図5に示したものに基づいて、ゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105aを形成する。その後、図18に示すように、ゲート電極8の表面上及び一対の低濃度拡散領域104a及び105a上にCVD法によって例えば厚みが800Å程度の酸化膜層109を形成し、この酸化膜層109の表面全面にCVD法によって例えば厚みが1000Å程度のポリシリコン層14を形成する。
その後、図19に示すように、ポリシリコン層14の表面上からポリシリコン層14の内部、ほぼ中央に飛程中心が来るように窒素イオン(N+)を30KeV、4×1015/cm2の条件でポリシリコン層14にイオン注入を行う。この時のポリシリコン層14内の窒素の濃度分布は図20及び図21に示すようになっている。図20は図19に示すV−V断面における濃度分布、図21は図19に示すII−II断面及びIII−III断面における濃度分布を示している。
そして、850度、20分程度の熱処理を加え、ポリシリコン層14に注入された窒素イオンを酸化膜層109に拡散させる。その後、図22に示すように、ポリシリコン層14を全面エッチングして除去する。この時の酸化膜層109内の窒素の濃度分布は図23ないし図25に示すようになっている。図23は図22に示すI−I断面における濃度分布、図24は図22に示すII−II断面における濃度分布、図25は図22に示すIII−III断面における濃度分布を示している。
すなわち、酸化膜層109と半導体基板1の一主面との界面、酸化膜層109とゲート電極8との界面、及び酸化膜層109とポリシリコン層14との界面に窒素が偏析することによって、それぞれの界面に窒素の濃度のピークが生じているものである。その結果、サイドウォール9が形成されると、図23に示した図22のI−I断面における窒素の濃度分布から明らかなようにサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面にピークを有するとともに、このピークの位置より上の位置で一主面の表面にさらに濃度のピークを有するようになるものである。
次に、図26に示すように、窒素が注入された酸化膜層109を異方性のリアクティブイオンエッチングによりエッチングしてゲート電極8の側面とゲート絶縁膜7の側面と一対の低濃度拡散領域104a及び105aに接したサイドウォール9を形成する。
その後、図27に示すように、ゲート電極8及びサイドウォール9をマスクの一部として、半導体基板1の一主面に、N型導電型の不純物、例えばヒ素(As)を、例えば50KeV、4×1015/cm2の条件でイオン注入して高濃度拡散領域104b及び105bを形成する。そして、850度、20分程度の熱処理を加え、低濃度拡散領域104a及び105aと高濃度拡散領域104b及び105bを形成しているヒ素イオンを活性化することにより、チャネル領域6に端部が接した低濃度拡散領域4a及び5aと、チャネル領域6に対して外側に位置し、低濃度拡散領域4a及び5aと一体的に構成された高濃度拡散領域4b及び5bとからなる一対のソース/ドレイン領域4及び5が形成されることになる。
このようにして、一対のソース/ドレイン領域4及び5、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8、及び窒素が注入されたサイドウォール9を有したNチャネル型MOSトランジスタを得ているものである。
その後、半導体基板1の一主面上全面に、層間絶縁膜10を形成し、この層間絶縁膜10にコンタクトホール10a及び10bを形成し、コンタクトホール10aを介してソース/ドレイン領域4に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層11と、層間絶縁層10のコンタクトホール10bを介してソース/ドレイン領域5に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層12を形成し図15に示した半導体装置を得ているものである。このように構成された実施例3のものにあっても、実施例1と同様な効果を奏しているものである。
実施例4.
図28及び図29はこの発明の実施例4を示すものであり、上記実施例3に示したものに対して、サイドウォール9に窒素を注入する方法が実施例3に示したものはポリシリコン層14に垂直にイオン注入を行った後に熱処理によってサイドウォール9を形成するための酸化膜層109に導入していたものに対して、この実施例4に示すものはポリシリコン層14に回転斜めイオン注入によって行った後に熱処理によって酸化膜層109に導入している点だけが異なるものであり、その他の点については実施例3と同じである。
すなわち、この実施例4に示したものは、以下のようにして製造されるものである。まず、図3ないし図5に示したものと同様にして、ゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105aを形成し、図18に示すようにこれらゲート電極8の表面上及び一対の低濃度拡散領域104a及び105a上にCVD法によって例えば厚みが200Å程度の酸化膜層109を形成し、この酸化膜層109の表面全面にCVD法によって例えば厚みが1000Å程度のポリシリコン層14を形成する。
その後、図28に示すように、ポリシリコン層14の表面上からポリシリコン層14の内部、ほぼ中央に飛程中心が来るように窒素イオン(N+)を40KeV、5.6×1015/cm2の条件でポリシリコン層14に45°回転斜めイオン注入を行う。この時のポリシリコン層109b内の図28に示すI−I断面における窒素の濃度分布は図29に示すようになっている。なお、図19に示すII−II断面及びIII−III断面に相当する部分の濃度分布は、実施例3に示したものと同様にそれぞれ図21に示した濃度部分と同じ濃度分布を示すようになっている。
図29と図20とを比較することから明らかなように、この実施例4のものにあっては、実施例3のものに対して、I−I断面におけるポリシリコン層14と酸化膜層109との界面近傍における窒素の濃度が高くなっているものである。
その後は実施例3と同様に、つまり、図22に示したものと同様に、ポリシリコン層14に注入された窒素を熱処理することによって熱酸化膜109に導入し、ポリシリコン層14を除去後、図26及び図27に示したものと同様にして、窒素が注入された酸化膜層109を異方性のリアクティブイオンエッチングによりエッチングしてゲート電極8の側面とゲート絶縁膜7の側面と一対の低濃度拡散領域104a及び105aに接したサイドウォール9を形成し、ゲート電極8及びサイドウォール9をマスクの一部として、N型導電型の不純物イオン注入して高濃度拡散領域104b及び105bを形成し、熱処理を加えてチャネル領域6に端部が接した低濃度拡散領域4a及び5aと、チャネル領域6に対して外側に位置し、低濃度拡散領域4a及び5aと一体的に構成された高濃度拡散領域4b及び5bとからなる一対のソース/ドレイン領域4及び5を形成し、一対のソース/ドレイン領域4及び5、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8、及び窒素が注入されたサイドウォール9を有したNチャネル型MOSトランジスタを得、その後、層間絶縁膜10と配線層11及び12を形成し、半導体装置を得ているものである。
このように構成された実施例2のものにあっても、実施例3と同様の効果を奏する他、窒素が注入されたサイドウォール9を得るために、ポリシリコン層14に回転斜めイオン注入によって行っているので、ゲート絶縁膜7の端部に近い酸化膜層109内に注入される窒素の濃度も高くなり、サイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面における窒素の濃度のピークも実施例3に示したものと比べて高くなるため、さらなるホットキャリア耐性が向上するものである。
実施例5.
図30ないし図39はこの発明の実施例5を示すものであり、上記実施例1に示したものに対して、サイドウォール9の構造が異なるものであり、その他の点については実施例1と同じである。図30において、9はゲート電極8の側面及びゲート絶縁膜7の側面に接する垂直部と半導体基板1の一主面に接する底部とを有する縦断面が略L字状をなした酸化膜9aと、この酸化膜9aに枠付けされた、つまり、酸化膜9aの垂直部及び底部に接して形成され、窒素が導入されたポリシリコン9bとを有したサイドウォールで、この実施例4に示したものにおいては、半導体基板1の一主面に垂直な方向の断面、つまり図示I−I断面における窒素の濃度分布が図31に示すように、ポリシリコン9bと酸化膜9aとの界面にピークを有するとともに、このピークの位置より上の位置でポリシリコン9bの表面近傍にさらに濃度のピークを有するように、また、酸化膜9aと半導体基板1の一主面との界面にピークを有するように、窒素がサイドウォール9に導入されているものである。
なお、ポリシリコン9bと酸化膜9aとの界面に位置するピークと、酸化膜9aと半導体基板1の一主面との界面に位置するピークの窒素濃度は、実施例1と同様に〜1019/cm3から〜1021/cm3の範囲に設定するのが望ましい。その他、実施例1として示した図1のものと同一符号は同一又は相当部分を示しているものである。
次に、このように構成された半導体装置の製造方法を図32ないし図39に基づいて説明する。まず、実施例1に示したものと同様に図3ないし図5に示したものに基づいて、ゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105aを形成する。その後、図32に示すように、ゲート電極8の表面上及び一対の低濃度拡散領域104a及び105a上にCVD法によって例えば厚みが200Å程度の酸化膜層109aを形成し、この酸化膜層109aの表面全面にCVD法によって例えば厚みが1000Å程度のポリシリコン層109bを形成する。
その後、図33に示すように、ポリシリコン層109bの表面上からポリシリコン層109bの内部、ほぼ中央に飛程中心が来るように窒素イオン(N+)を30KeV、4×1015/cm2の条件でポリシリコン層109bにイオン注入を行う。この時のポリシリコン層109b及び酸化膜層109a内の窒素の濃度分布は図34ないし図36に示すようになっている。図34は図33に示すI−I断面における濃度分布、図35は図33に示すII−II断面における濃度分布、図36は図33に示すIII−III断面における濃度分布を示している。この時の窒素イオンの飛程中心、つまり、図34に示すピークが、結果として図31に示したポリシリコン9bの表面側に位置するピークとなっているものである。
その後、図37に示すように、窒素が注入されたポリシリコン層109bを異方性のリアクティブイオンエッチングによりエッチングして酸化膜層109aに枠付けされたポリシリコン9bを形成する。さらに、図38に示すように、窒素が注入された酸化膜層109aを異方性のリアクティブイオンエッチングによりエッチングしてゲート電極8の側面とゲート絶縁膜7の側面に接した垂直部と一対の低濃度拡散領域104a及び105aに接した底部とを有する酸化膜9aを形成し、酸化膜9aとポリシリコン9bとを有したサイドウォール9を形成する。
その後、図39に示すように、ゲート電極8及びサイドウォール9をマスクの一部として、半導体基板1の一主面に、N型導電型の不純物、例えばヒ素(As)を、例えば50KeV、4×1015/cm2の条件でイオン注入して高濃度拡散領域104b及び105bを形成する。そして、850度、20分程度の熱処理を加え、低濃度拡散領域104a及び105aと高濃度拡散領域104b及び105bを形成しているヒ素イオンを活性化することにより、チャネル領域6に端部が接した低濃度拡散領域4a及び5aと、チャネル領域6に対して外側に位置し、低濃度拡散領域4a及び5aと一体的に構成された高濃度拡散領域4b及び5bとからなる一対のソース/ドレイン領域4及び5が形成されることになる。
この時の熱処理によって、サイドウォール9内の窒素は拡散し、ポリシリコン9bと酸化膜9aとの界面及び酸化膜9aと半導体基板1の一主面との界面に窒素が偏析し、図31に示したようにポリシリコン9bと酸化膜9aとの界面及び酸化膜9aと半導体基板1の一主面との界面にピークを有した窒素の濃度分布になるものである。このようにして、一対のソース/ドレイン領域4及び5、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8、及び窒素が注入されたサイドウォール9を有したNチャネル型MOSトランジスタを得ているものである。
その後、半導体基板1の一主面上全面に、層間絶縁膜10を形成し、この層間絶縁膜10にコンタクトホール10a及び10bを形成し、コンタクトホール10aを介してソース/ドレイン領域4に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層11と、層間絶縁層10のコンタクトホール10bを介してソース/ドレイン領域5に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層12を形成し図30に示した半導体装置を得ているものである。
このように構成された実施例5のものにあっても、実施例1のものと同様な効果を奏する他、サイドウォール9が酸化膜9aとポリシリコン9bとによって構成されているため、層間絶縁膜10のコンタクトホール10a及び10bを形成する時に、例えマスクずれが生じても、ポリシリコン9bはエッチングされることがなく、配線層11及び12とゲート電極8とがサイドウォール9によって確実に電気的に絶縁できるという利点を有しているものである。
実施例6.
図40及び図41はこの発明の実施例6を示すものであり、上記実施例5に示したものに対して、サイドウォール9に窒素を注入する方法が実施例5に示したものはポリシリコン層109bに垂直にイオン注入を行っていたものに対して、この実施例6に示すものはポリシリコン層14に回転斜めイオン注入によって行っている点だけが異なるものであり、その他の点については実施例5と同じである。
すなわち、この実施例6に示したものは、以下のようにして製造されるものである。まず、図3ないし図5に示したものと同様にして、ゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105aを形成し、図32に示すようにこれらゲート電極8の表面上及び一対の低濃度拡散領域104a及び105a上にCVD法によって例えば厚みが200Å程度の酸化膜層109aを形成し、この酸化膜層109aの表面全面にCVD法によって例えば厚みが1000Å程度のポリシリコン層109bを形成する。
その後、図40に示すように、ポリシリコン層109bの表面上からポリシリコン層109bの内部、ほぼ中央に飛程中心が来るように窒素イオン(N+)を40KeV、5.6×1015/cm2の条件でポリシリコン層109bに45°回転斜めイオン注入を行う。この時のポリシリコン層109b内の図40に示すI−I断面における窒素の濃度分布は図41に示すようになっている。なお、図40に示すII−II断面及びIII−III断面における窒素の濃度分布は、実施例5に示したものと同様にそれぞれ図35及び図36に示した濃度部分と同じ濃度分布を示すようになっている。
図41と図34とを比較することから明らかなように、この実施例6のものにあっては、実施例5のものに対して、I−I断面におけるポリシリコン層109bと酸化膜層109aとの界面近傍における窒素の濃度が高くなっているものである。
その後は実施例5と同様に、つまり、図37ないし図39に示したものと同様に、窒素が注入されたポリシリコン層109bを異方性のリアクティブイオンエッチングによりエッチングして酸化膜層109aに枠付けされたポリシリコン9bを形成し、窒素が注入された酸化膜層109aを異方性のリアクティブイオンエッチングによりエッチングして酸化膜9aを形成し、ゲート電極8及びサイドウォール9をマスクの一部として、N型導電型の不純物イオン注入して高濃度拡散領域104b及び105bを形成し、熱処理を加えてチャネル領域6に端部が接した低濃度拡散領域4a及び5aと、チャネル領域6に対して外側に位置し、低濃度拡散領域4a及び5aと一体的に構成された高濃度拡散領域4b及び5bとからなる一対のソース/ドレイン領域4及び5を形成し、一対のソース/ドレイン領域4及び5、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8、及び窒素が注入されたサイドウォール9を有したNチャネル型MOSトランジスタを得、その後、層間絶縁膜10と配線層11及び12を形成し、半導体装置を得ているものである。
このように構成された実施例6のものにあっても、実施例5と同様の効果を奏する他、窒素が注入されたサイドウォール9を得るために、ポリシリコン層109bに回転斜めイオン注入によって行っているので、ゲート絶縁膜7の端部に近い酸化膜9a内に注入される窒素の濃度も高くなり、サイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面における窒素の濃度のピークも実施例5に示したものと比べて高くなるため、さらなるホットキャリア耐性が向上するものである。
実施例7.
図42ないし図49はこの発明の実施例7を示すものであり、上記実施例1に示したものに対して、実施例1のものがサイドウォール9に窒素を導入したものであるのに対して、この実施例7はサイドウォール9の他に、一対のソース/ドレイン領域4及び5、ゲート絶縁膜7とゲート電極8にも窒素を導入したものであり、その他の点については実施例1と同じである。
図42において、4及び5は半導体基板1の一主面にチャネル領域6を挟んで形成され、第1導電型(N型)の不純物の他に窒素が導入された一対のソース/ドレイン領域で、それぞれはチャネル領域6に端部が接した低濃度拡散領域4a及び5aと、チャネル領域6に対して外側に位置し、低濃度拡散領域4a及び5aと一体的に構成される高濃度拡散領域4b及び5bとからなるものであり、この実施例7に示したものにおいては、半導体基板1の一主面に垂直な方向の断面、つまり図示II−II断面における窒素の濃度分布が図44に示すように半導体基板1の一主面近傍にピークを有し、徐々に減少しているものである。
8はこれら一対のソース/ドレイン領域4及び5の間に位置する半導体基板1の一主面上に窒素が導入されたゲート絶縁膜7を介して形成され、窒素が導入されたゲート電極で、この実施例7に示したものにおいては、半導体基板1の一主面に垂直な方向の断面、つまり図示III−III断面における窒素の濃度分布が図45に示すようにゲート絶縁膜7にピークを有するとともに、表面近傍にピークを有するものである。
9はゲート電極8の側面とゲート絶縁膜7の側面と半導体基板の一主面、つまり、ソース/ドレイン領域4及び5に接して形成され、窒素が導入された酸化膜からなるサイドウォールで、この実施例7に示したものにおいては、半導体基板1の一主面に垂直な方向の断面、つまり図示I−I断面における窒素の濃度分布が図43に示すように半導体基板1の一主面との界面にピークを有するとともに、このピークの位置より上の位置で一主面より下の位置にさらに濃度のピークを有するように窒素がサイドウォール9となる酸化膜に導入されているものである。
次に、このように構成された半導体装置の製造方法を図46等に基づいて説明する。まず、実施例1に示したものと同様に図3ないし図6に示したものに基づいて、ゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105aを形成し、ゲート電極8の表面上及び一対の低濃度拡散領域104a及び105a上にCVD法によって例えば厚みが1000Å程度の酸化膜層109を形成する。
その後、図46に示すように、酸化膜層109の表面上から酸化膜層109とゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105aの内部に飛程中心が来るように窒素イオン(N+)を100KeV、4×1015/cm2の条件で酸化膜層109とゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105aにイオン注入を行う。この時の酸化膜層109とゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105a内の窒素の濃度分布は図47ないし図49に示すようになっている。図47は図46に示すI−I断面における濃度分布、図48は図46に示すII−II断面における濃度分布、図49は図46に示すIII−III断面における濃度分布を示している。この時の窒素イオンの飛程中心、つまり、図47に示すピークが、結果として図43に示したサイドウォール9の表面側に位置するピーク、図49に示すピークが、結果として図45に示したゲート電極8の表面側に位置するピークとなっているものである。
なお、窒素の注入条件は、窒素の投影飛程Rpは、その標準偏差をΔRpとすると、ゲート電極8とゲート絶縁膜7との界面から5×ΔRpなる位置より上の位置で、かつ、一対のソース/ドレイン領域4及び5の低濃度拡散領域104a及び105aを形成するためのN型不純物(この例においてはヒ素)の投影飛程より上の位置になるように設定しているものである。このように設定することにより、窒素注入によりゲート絶縁膜7にダメージが及ばず、かつ、窒素注入により発生する欠陥がソース/ドレイン領域4及び5の低濃度拡散領域104a及び105aと半導体基板1との接合面に発生するため、MOSトランジスタの動作時に接合リーク電流が発生しにくくなっているものである。
その後、実施例1と同様に図11及び図12に基づいて、窒素が注入された酸化膜層109を異方性のリアクティブイオンエッチングによりエッチングしてサイドウォール9を形成し、ゲート電極8及びサイドウォール9をマスクの一部として、半導体基板1の一主面に、N型導電型の不純物、例えばヒ素(As)を、例えば50KeV、4×1015/cm2の条件でイオン注入して高濃度拡散領域104b及び105bを形成する。そして、850度、20分程度の熱処理を加え、低濃度拡散領域104a及び105aと高濃度拡散領域104b及び105bを形成しているヒ素イオンを活性化することにより、チャネル領域6に端部が接した低濃度拡散領域4a及び5aと、チャネル領域6に対して外側に位置し、低濃度拡散領域4a及び5aと一体的に構成された高濃度拡散領域4b及び5bとからなる一対のソース/ドレイン領域4及び5が形成されることになる。
この時の熱処理によって、サイドウォール9内の窒素は拡散し、サイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面に窒素が偏析し、図43に示したようにサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面にピークを有した窒素の濃度分布になるとともに、ゲート電極8内の窒素がゲート絶縁膜7に拡散し、ゲート絶縁膜7に窒素が偏析し、図45に示したようにゲート絶縁膜7にピークを有した窒素の濃度分布になるものである。このようにして、窒素が導入された一対のソース/ドレイン領域4及び5、窒素が導入されたゲート絶縁膜7、窒素が導入されたゲート電極8、及び窒素が導入されたサイドウォール9を有したNチャネル型MOSトランジスタを得ているものである。
その後、半導体基板1の一主面上全面に、層間絶縁膜10を形成し、この層間絶縁膜10にコンタクトホール10a及び10bを形成し、コンタクトホール10aを介してソース/ドレイン領域4に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層11と、層間絶縁層10のコンタクトホール10bを介してソース/ドレイン領域5に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層12を形成し、図42に示した半導体装置を得ているものである。
このように構成された実施例7のものにあっても、実施例1のものと同様な効果を奏する他、ゲート絶縁膜7にも窒素が析出しているため、ゲート絶縁膜7中の界面準位の発生がさらに抑制され、さらにホットキャリア耐性が向上するとともに、次のような利点をも有しているものである。つまり、一対のソース/ドレイン領域4及び5にも窒素が導入されているため、N型不純物(この例においてはヒ素)の拡散が抑制され、N型不純物のチャネル領域6への横方向拡散が抑制されるため、実効的なゲート長を長くでき、ショートチャネル効果によるパンチスルーに強いNチャネル型MOSトランジスタが得られるものである。このことは、窒素の拡散メカニズムがN型不純物と同じ空孔拡散であり、かつN型不純物に比べて拡散係数が大きいことにより、N型不純物と相互拡散サせることにより、拡散経路である空孔を窒素が先に占有する結果、N型不純物の拡散が抑制されることによるものである。
実施例8.
図50及び図51はこの発明の実施例8を示すものであり、上記実施例7に示したものに対して、サイドウォール9に窒素を注入する方法が実施例7に示したものは酸化膜層109に垂直にイオン注入を行っていたものに対して、この実施例8に示すものは酸化膜層109に回転斜めイオン注入によって行っている点だけが異なるものであり、その他の点については実施例7と同じである。
すなわち、この実施例8に示したものは、以下のようにして製造されるものである。まず、図3ないし図6に示したものと同様にして、ゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105aを形成し、これらゲート電極8の表面上及び一対の低濃度拡散領域104a及び105a上にCVD法によって例えば厚みが1000Å程度の酸化膜層109を形成を形成する。
その後、図50に示すように、酸化膜層109の表面上から酸化膜層109とゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105aの内部に上記実施例7と同様の注入条件を考慮して、窒素イオン(N+)を140KeV、5.6×1015/cm2の条件で酸化膜層109とゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105aに45°回転斜めイオン注入を行う。この時の酸化膜層109内の図50に示すI−I断面における窒素の濃度分布は図51に示すようになっている。なお、図50に示すII−II断面及びIII−III断面における窒素の濃度分布は、実施例7に示したものと同様にそれぞれ図44及び図45に示した濃度部分と同じ濃度分布を示すようになっている。
図51と図43とを比較することから明らかなように、この実施例8のものにあっては、実施例7のものに対して、I−I断面における酸化膜層109と半導体基板1の一主面との界面近傍における窒素の濃度が高くなっているものである。
その後は実施例7と同様に、窒素が注入された酸化膜層109を異方性のリアクティブイオンエッチングによりエッチングしてサイドウォール9を形成し、ゲート電極8及びサイドウォール9をマスクの一部として、N型導電型の不純物イオン注入して高濃度拡散領域104b及び105bを形成し、熱処理を加えてチャネル領域6に端部が接した低濃度拡散領域4a及び5aと、チャネル領域6に対して外側に位置し、低濃度拡散領域4a及び5aと一体的に構成された高濃度拡散領域4b及び5bとからなる一対のソース/ドレイン領域4及び5を形成し、一対のソース/ドレイン領域4及び5、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8、及び窒素が注入されたサイドウォール9を有したNチャネル型MOSトランジスタを得、その後、層間絶縁膜10と配線層11及び12を形成し、半導体装置を得ているものである。
このように構成された実施例8のものにあっても、実施例7と同様の効果を奏する他、窒素が注入されたサイドウォール9を得るために、酸化膜層109に回転斜めイオン注入によって行っているので、ゲート絶縁膜7の端部に近いサイドウォール9内に注入される窒素の濃度も高くなり、サイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面における窒素の濃度のピークも実施例7に示したものと比べて高くなるため、さらなるホットキャリア耐性が向上するものである。
実施例9.
図52ないし図60はこの発明の実施例9を示すものであり、図52は微細化に適したNチャネル型MOSトランジスタ及びPチャネル型MOSトランジスタが搭載された半導体装置のNチャネル型MOSトランジスタ及びPチャネル型MOSトランジスタの部分を示す断面図であり、図1において、1はP型のシリコン(Si)基板である半導体基板で、その一主面にNチャネル型MOSトランジスタを形成するためのNチャネル型MOSトランジスタ形成領域を含むように形成されたPウェル領域1aと、Pチャネル型MOSトランジスタを形成するためのPチャネル型MOSトランジスタ形成領域を含むように形成されたNウェル領域1bとを有しているものである。
2はこの半導体基板の一主面にNチャネル型MOSトランジスタ形成領域及びPチャネル型MOSトランジスタ形成領域をそれぞれ囲んで、隣接して形成される素子と電気的に絶縁するための素子分離酸化膜である。
4及び5は上記半導体基板1の一主面に第1のチャネル領域6を挟んで形成された一対の第1のソース/ドレイン領域で、それぞれは上記第1のチャネル領域6に端部が接した低濃度拡散領域4a及び5aと、上記第1のチャネル領域6に対して外側に位置し、低濃度拡散領域4a及び5aと一体的に構成される高濃度拡散領域4b及び5bとからなるものである。8はこれら一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5の間に位置する上記半導体基板1の一主面上に第1のゲート絶縁膜7を介して形成されるゲート電極である。
9は第1のゲート電極8の側面と第1のゲート絶縁膜7の側面と半導体基板1の一主面、つまり、第1のソース/ドレイン領域4及び5に接して形成され、窒素が導入された酸化膜からなる第1のサイドウォールで、この実施例9に示したものにおいては、上記実施例1にて示したものと同様に上記半導体基板1の一主面に垂直な方向の断面、つまり図示I−I断面における窒素の濃度分布が図2に示すように半導体基板1の一主面との界面にピークを有するとともに、このピークの位置より上の位置で一主面より若干下の位置にさらに濃度のピークを有するように窒素が第1のサイドウォール9となる酸化膜に導入されているものである。そして、一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5と第1のゲート電極8と第1のサイドウォール9とによってNチャネル型MOSトランジスタを構成しているものである。
なお、上記第1のサイドウォール9と上記半導体基板1の一主面との界面に位置するピークの窒素濃度は、〜1019/cm3から〜1021/cm3の範囲に設定するのが望ましく、〜1019/cm3よりも低くすると、上記第1のサイドウォール9と上記半導体基板1の一主面との界面での界面準位をあまり抑制できず、ホットキャリア劣化が起こりやすく、〜1021/cm3よりも高くなると、チャネル電子の移動度が劣化する、あるいは上記ソース/ドレイン領域4及び5の不純物の活性化率が低下してソース/ドレイン領域4及び5の抵抗が上昇するなどのトランジスタ特性が劣化するものであった。
24及び25は上記半導体基板1の一主面に第2のチャネル領域26を挟んで形成された一対の第2のソース/ドレイン領域、28はこれら一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25の間に位置する上記半導体基板1の一主面上に第2のゲート絶縁膜27を介して形成されるゲート電極である。29は第2のゲート電極28の側面と第2のゲート絶縁膜27の側面と半導体基板1の一主面、つまり、第2のソース/ドレイン領域24及び25に接して形成された酸化膜からなる第2のサイドウォールである。そして、一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25と第2のゲート電極28と第2のサイドウォール29とによってPチャネル型MOSトランジスタを構成しているものである。
10は上記半導体基板1の一主面上、つまり、上記素子分離酸化膜2、上記一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5、上記第1のゲート電極8、上記第1のサイドウォール9、上記一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25、上記第2のゲート電極28と上記第2のサイドウォール29それぞれの上に形成され、上記一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5それぞれの位置にコンタクトホール10a及び10bが形成されているとともに、上記一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25それぞれの位置にコンタクトホール10c及び10dが形成されている層間絶縁層である。
11はこの層間絶縁層のコンタクトホール10aを介して第1のソース/ドレイン領域4に電気的に接続され、上記層間絶縁層10上に形成された配線層で、例えばアルミニウムやポリシリコン等の導電体によって形成されているものである。12は上記層間絶縁層のコンタクトホール10bを介して第1のソース/ドレイン領域5に電気的に接続され、上記層間絶縁層10上に形成された配線層で、例えばアルミニウムやポリシリコン等の導電体によって形成されているものである。15はこの層間絶縁層のコンタクトホール10cを介して第2のソース/ドレイン領域24に電気的に接続され、上記層間絶縁層10上に形成された配線層で、例えばアルミニウムやポリシリコン等の導電体によって形成されているものである。16は上記層間絶縁層のコンタクトホール10dを介して第2のソース/ドレイン領域25に電気的に接続され、上記層間絶縁層10上に形成された配線層で、例えばアルミニウムやポリシリコン等の導電体によって形成されているものである。
次に、このように構成された半導体装置の製造方法を図53ないし図60に基づいて説明する。まず、図53に示すように、半導体基板1の一主面にNチャネル型MOSトランジスタ形成領域を含むようにPウェル領域1aと、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域を含むようにNウェル領域1bとを形成するとともに、Nチャネル型MOSトランジスタ形成領域及びPチャネル型MOSトランジスタ形成領域それぞれを取り囲むように、通常の技術を用いて素子分離酸化膜2を形成した後、半導体基板1の一主面全面上に、例えば100Å程度の厚みを有する第1のゲート絶縁膜7及び第2のゲート絶縁膜27の形成のための酸化膜層107を形成する。
次に、図54に示すように、酸化膜層107の上面全面に第1のゲート電極8及び第2のゲートである28の形成のためのポリシリコン層108を、例えば1000Å程度の厚みに形成する。このポリシリコン層108上にフォトレジストからなるレジストパターン13を形成し、このレジストパターン13をマスクとしてポリシリコン層108を異方性エッチングし、第1及び第2のゲート電極8及び28を形成し、酸化膜層107をさらにエッチングすることによって第1及び第2のゲート絶縁膜7及び27を形成する。その後、レジストパターン13を除去する。
そして、図55に示すように、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域上をレジスト17で覆い、Nチャネル型MOSトランジスタ形成領域を露出させ、第1のゲート電極8をマスクの一部として、半導体基板1の一主面、つまりPウェル領域1aの一主面に、N型導電型の不純物、例えばヒ素(As)を、例えば50KeV、5×1013/cm2の条件でイオン注入して一対の低濃度拡散領域104a及び105aを形成する。
次に、図56に示すように、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域上に形成されたレジスト17を除去し、第1のゲート電極8の表面上及び一対の低濃度拡散領域104a及び105a上と第2のゲート電極28及びPチャネル型MOSトランジスタ形成領域における半導体基板1の一主面の露出面上にCVD法によって例えば厚みが1000Å程度の酸化膜層109を形成する。
その後、図57に示すように、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域上の酸化膜層109をレジスト18で覆い、レジスト18で覆われていないNチャネル型MOSトランジスタ形成領域上の酸化膜層109の表面上からその酸化膜層109の内部、ほぼ中央に飛程中心が来るように窒素イオン(N+)を30KeV、4×1015/cm2の条件でNチャネル型MOSトランジスタ形成領域上の酸化膜層109にイオン注入を行う。この時のNチャネル型MOSトランジスタ形成領域上の酸化膜層109内の窒素の濃度分布は実施例1と同様に図8ないし図10に示すようになっている。
そして、図58に示すように、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域上に形成されたレジスト18を除去し、酸化膜層109を異方性のリアクティブイオンエッチングによりエッチングして第1のゲート電極8の側面と第1のゲート絶縁膜7の側面と一対の低濃度拡散領域104a及び105aに接した窒素が注入された第1のサイドウォール9を形成するとともに、第2のゲート電極28の側面と第2のゲート絶縁膜27の側面と半導体基板1の一主面に接した第2のサイドウォール9を形成する。
その後、図59に示すように、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域上をレジスト19で覆い、Nチャネル型MOSトランジスタ形成領域を露出させ、第1のゲート電極8及び第1のサイドウォール9をマスクの一部として、半導体基板1の一主面に、N型導電型の不純物、例えばヒ素(As)を、例えば50KeV、4×1015/cm2の条件でイオン注入して高濃度拡散領域104b及び105bを形成する。
次に、図60に示すように、Nチャネル型MOSトランジスタ形成領域上をレジスト20で覆い、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域を露出させ、第2のゲート電極28及び第2のサイドウォール29をマスクの一部として、半導体基板1の一主面に、P型導電型の不純物、例えばフッ化ホウ素イオン(BF2 +)を、例えば20KeV、4×1015/cm2の条件でイオン注入して第2のソース/ドレイン24及び25を形成する。
そして、850度、20分程度の熱処理を加え、低濃度拡散領域104a及び105aと高濃度拡散領域104b及び105bを形成しているヒ素イオンを活性化するとともに、第2のソース/ドレイン24及び25を形成しているフッ化ホウ素イオンを活性化することにより、第1のチャネル領域6に端部が接した低濃度拡散領域4a及び5aと、第1のチャネル領域6に対して外側に位置し、低濃度拡散領域4a及び5aと一体的に構成された高濃度拡散領域4b及び5bとからなる一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5が形成されるとともに、第2のチャネル領域26に端部が接した第2のソース/ドレイン24及び25が形成されることになる。
この時の熱処理によって、第1のサイドウォール9内の窒素は拡散し、第1のサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面に窒素が偏析し、図2に示したように第1のサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面にピークを有した窒素の濃度分布になるものである。このようにして、一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5、第1のゲート絶縁膜7、第1のゲート電極8、及び窒素が注入された第1のサイドウォール9を有したNチャネル型MOSトランジスタを得、一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25、第2のゲート絶縁膜27、第2のゲート電極28、及び第2のサイドウォール29を有したPチャネル型MOSトランジスタを得ているものである。
その後、半導体基板1の一主面上全面に、層間絶縁膜10を形成し、この層間絶縁膜10にコンタクトホール10aないし10dを形成し、コンタクトホール10aを介して第1のソース/ドレイン領域4に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層11と、層間絶縁層10のコンタクトホール10bを介して第1のソース/ドレイン領域5に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層12と、層間絶縁膜10のコンタクトホール10cを介して第2のソース/ドレイン領域24に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層15と、層間絶縁層10のコンタクトホール10dを介して第2のソース/ドレイン領域5に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層16を形成し、図52に示した半導体装置を得ているものである。
このように構成されたNチャネル型MOSトランジスタ及びPチャネル型MOSトランジスタを有した半導体装置にあっては、Nチャネル型MOSトランジスタを構成する第1のサイドウォール9内にイオン注入によって窒素が注入され、その後の熱処理によって第1のサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面に窒素が偏析した濃度分布、つまり、第1のサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面にピークを有した窒素の濃度分布としているため、上記した実施例1と同様の効果を奏するものである。
実施例10.
図61はこの発明の実施例10を示すものであり、上記実施例9に示したものに対して、第1のサイドウォール9に窒素を注入する方法が実施例9に示したものは第1のサイドウォール9を形成するための酸化膜層109に垂直にイオン注入をおこなっていたものに対して、この実施例10に示すものは酸化膜層109に回転斜めイオン注入によって行っている点だけが異なるものであり、その他の点については実施例9と同じである。
すなわち、この実施例10に示したものは、以下のようにして製造されるものである。まず、図53ないし図56に示したものと同様にして、第1のゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105aと第2のゲート電極28を形成し、これら第1のゲート電極8の表面上及び一対の低濃度拡散領域104a及び105a上と第2のゲート電極28上及び半導体基板1の一主面における露出面上にCVD法によって例えば厚みが1000Å程度の酸化膜層109を形成する。
その後、図61に示すように、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域上の酸化膜層109をレジスト18で覆い、レジスト18で覆われていないNチャネル型MOSトランジスタ形成領域上の酸化膜層109の表面上から酸化膜層109の内部、ほぼ中央に飛程中心が来るように窒素イオン(N+)を40KeV、5.6×1015/cm2の条件でNチャネル型MOSトランジスタ形成領域上の酸化膜層109に45°回転斜めイオン注入を行う。この時のNチャネル型MOSトランジスタ形成領域上の酸化膜層109内の図61に示すI−I断面、II−II断面及びIII−III断面における窒素の濃度分布は実施例2に示したものと同じ濃度分布を示すようになっている。
この実施例10に示すものも実施例9に示したものに対してI−I断面における酸化膜層109と半導体基板1の一主面との界面近傍、つまり、第1のゲート絶縁膜7の端部近傍における窒素の濃度が高くなっているものである。
その後は実施例9と同様に、つまり、図58ないし図60に示したものと同様にして、酸化膜層109を異方性のリアクティブイオンエッチングによりエッチングして第1のゲート電極8の側面と第1のゲート絶縁膜7の側面と一対の低濃度拡散領域104a及び105aに接した第1のサイドウォール9を形成するとともに第2のゲート電極28の側面と第2のゲート絶縁膜27の側面と半導体基板1の一主面の露出面に接した第2のサイドウォール29を形成し、第1のゲート電極8及び第1のサイドウォール9をマスクの一部として、N型導電型の不純物をイオン注入して高濃度拡散領域104b及び105bを形成し、第2のゲート電極28及び第2のサイドウォール29をマスクの一部として、P型導電型の不純物をイオン注入して第2のソース/ドレイン領域24及び25を形成し、熱処理を加えて第1のチャネル領域6に端部が接した低濃度拡散領域4a及び5aと、第1のチャネル領域6に対して外側に位置し、低濃度拡散領域4a及び5aと一体的に構成された高濃度拡散領域4b及び5bとからなる一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5を形成するとともに第2のチャネル領域26に端部が接した第2のソース/ドレイン領域24及び25を形成し、さらに、第1のサイドウォール9内の窒素を拡散させて第1のサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面にピークを有した窒素の濃度分布になるようにして、一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5、第1のゲート絶縁膜7、第1のゲート電極8、及び窒素が注入された第1のサイドウォール9を有したNチャネル型MOSトランジスタと一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25、第2のゲート絶縁膜27、第2のゲート電極28、及び第2のサイドウォール29を有したPチャネル型MOSトランジスタとを得、その後、層間絶縁膜10と配線層11及び12と15及び16を形成し、半導体装置を得ているものである。
このように構成された実施例10のものにあっても、実施例9と同様の効果を奏する他、窒素が注入された第1のサイドウォール9を得るために、Nチャネル型MOSトランジスタ形成領域上の酸化膜層109に回転斜めイオン注入によって行っているので、第1のゲート絶縁膜7の端部に近い酸化膜層109内に注入される窒素の濃度も高く注入でき、その後、熱処理によって第1のサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面に窒素が偏析してできる濃度のピークも実施例9に示したものと比べて高くなるため、さらなるホットキャリア耐性が向上するものである。
実施例11.
図62ないし図67はこの発明の実施例11を示すものであり、上記実施例9に示したものに対して、Pチャネル型MOSトランジスタを構成する第2のサイドウォール29にも窒素が導入されている(図62図示V−V断面における濃度分布はI−I断面における濃度分布と同じ)とともに、Nチャネル型MOSトランジスタを構成する一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5の表面及び第1のゲート電極8の表面と、Pチャネル型MOSトランジスタを構成する一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25の表面及び第2のゲート電極28の表面に、コバルトシリサイド(CoSi2)またはチタンシリサイド(TiSi2)の高融点金属シリサイド層31ないし36が形成されている点で実施例9と異なるものであり、その他の点については実施例9と同じである。
次に、このように構成された半導体装置の製造方法を図63ないし図65に基づいて説明する。まず、実施例9に示したものと同様に図53ないし図56に示したものに基づいて、Nチャネル型MOSトランジスタを構成する第1のゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105aを形成するとともに、Pチャネル型MOSトランジスタを構成する第2のゲート電極28を形成し、第1のゲート電極8の表面上及び一対の低濃度拡散領域104a及び105a上と第2のゲート電極28の表面上及び半導体基板1の一主面における露出面上にCVD法によって例えば厚みが1000Å程度の酸化膜層109を形成する。
その後、図63に示すように、酸化膜層109の表面上から酸化膜層109の内部、ほぼ中央に飛程中心が来るように窒素イオン(N+)を30KeV、4×1015/cm2の条件で酸化膜109にイオン注入を行う。この時の酸化膜層109内のI−I断面ないしIII−III断面における窒素の濃度分布は、実施例9と同様に図8ないし図10に示すようになっており、V−V断面における窒素の濃度分布はI−I断面における窒素の濃度分布と同じになっている。
そして、実施例9に示したものと同様に図58ないし図60に示したものに基づいて、窒素が導入された酸化膜層109を異方性のリアクティブイオンエッチングによりエッチングして第1のゲート電極8の側面と第1のゲート絶縁膜7の側面と一対の低濃度拡散領域104a及び105aに接した窒素が注入された第1のサイドウォール9を形成するとともに、第2のゲート電極28の側面と第2のゲート絶縁膜27の側面と半導体基板1の一主面に接した第2のサイドウォール9を形成し、第1のゲート電極8及び第1のサイドウォール9をマスクの一部としてイオン注入して高濃度拡散領域104b及び105bを形成し、第2のゲート電極28及び第2のサイドウォール29をマスクの一部として、イオン注入して第2のソース/ドレイン24及び25を形成する。
そして、850度、20分程度の熱処理を加え、低濃度拡散領域104a及び105aと高濃度拡散領域104b及び105bを形成しているヒ素イオンを活性化するとともに、第2のソース/ドレイン24及び25を形成しているフッ化ホウ素イオンを活性化することにより、第1のチャネル領域6に端部が接した低濃度拡散領域4a及び5aと、第1のチャネル領域6に対して外側に位置し、低濃度拡散領域4a及び5aと一体的に構成された高濃度拡散領域4b及び5bとからなる一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5が形成されるとともに、第2のチャネル領域26に端部が接した第2のソース/ドレイン24及び25が形成されることになる。
この時の熱処理によって、第1のサイドウォール9及び第2のサイドウォール29内の窒素は拡散し、第1のサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面、及び第2のサイドウォール29と半導体基板1の一主面との界面に窒素が偏析し、図2に示したようにこれらの界面にピークを有した窒素の濃度分布になるものである。
次に、図64に示すように、半導体基板1の一主面全面上に、つまり、素子分離絶縁膜2、一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5、第1のゲート電極8、第1のサイドウォール9、一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25、第2のゲート電極28、第2のサイドウォール29の表面上にコバルトまたはチタンの高融点金属をスパッタ法により例えば厚さ500Å程度堆積させ、500度程度のランプアニールによって、一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5、第1のゲート電極8、一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25及び第2のゲート電極28の表面と接触したコバルトまたはチタンの高融点金属を反応させてコバルトシリサイドまたはチタンシリサイドの高融点金属シリサイド層とする。
その後、高融点金属と高融点金属シリサイドとの選択エッチングを行い、高融点金属を除去した後、図65に示すように、750度程度のランプアニールによって一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5、第1のゲート電極8、一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25及び第2のゲート電極28の表面に形成されたコバルトシリサイドまたはチタンシリサイドの高融点金属シリサイド層31ないし36の低抵抗化を図る。
このようにして、一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5、第1のゲート絶縁膜7、第1のゲート電極8、窒素が注入された第1のサイドウォール9、及び高融点金属シリサイド層31ないし33を有したNチャネル型MOSトランジスタを得、一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25、第2のゲート絶縁膜27、第2のゲート電極28、第2のサイドウォール29、及び高融点金属シリサイド層34ないし36を有したPチャネル型MOSトランジスタを得ているものである。
その後、半導体基板1の一主面上全面に、層間絶縁膜10を形成し、この層間絶縁膜10にコンタクトホール10aないし10dを形成し、コンタクトホール10aを介して高融点金属シリサイド層31に電気的に接続されて第1のソース/ドレイン領域4に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層11と、層間絶縁層10のコンタクトホール10bを介して高融点金属シリサイド層32に電気的に接続されて第1のソース/ドレイン領域5に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層12と、層間絶縁膜10のコンタクトホール10cを介して高融点金属シリサイド層34に電気的に接続されて第2のソース/ドレイン領域24に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層15と、層間絶縁層10のコンタクトホール10dを介して高融点金属シリサイド層35に電気的に接続されて第2のソース/ドレイン領域5に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層16を形成し、図62に示した半導体装置を得ているものである。
この時、高融点金属シリサイド31及び32と34及び35は、配線層11及び12と第1のソース/ドレイン領域4及び5との電気的接続を低抵抗で行わせるとともに第1のソース/ドレイン領域4及び5に対する配線層11及び12からの拡散バリア層として機能し、配線層15及び16と第2のソース/ドレイン領域24及び25との電気的接続を低抵抗で行わせるとともに第2のソース/ドレイン領域24及び25に対する配線層15及び16からの拡散バリア層として機能するものである。
このように構成された実施例11のものにあっても、上記実施例9と同様の効果を奏する他、次のような利点をも有するものである。第1及び第2のサイドウォール9及び29それぞれに窒素が導入されたものとしているので、ランプアニールによって高融点金属とシリコンとを反応させて高融点金属シリサイドを形成する時に、一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5から第1のサイドウォール9上を横方向に成長して第1のサイドウォール9上にも高融点金属シリサイドが形成されることを抑制するともに第1のゲート電極8から第1のサイドウォール9上を横方向に成長して第1のサイドウォール9上に高融点金属シリサイドが形成されることを抑制して第1のソース/ドレイン領域4及び5と第1のゲート電極8とを短絡するような第1のサイドウォール9上に高融点金属シリサイドが形成されることを防止し、一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25から第2のサイドウォール29上を横方向に成長して第2のサイドウォール9上にも高融点金属シリサイドが形成されることを抑制するともに第1のゲート電極28から第2のサイドウォール29上を横方向に成長して第2のサイドウォール29上に高融点金属シリサイドが形成されることを抑制して第2のソース/ドレイン領域24及び25と第2のゲート電極28とを短絡するような第2のサイドウォール29上に高融点金属シリサイドが形成されることを防止する。
実施例12.
図66はこの発明の実施例12を示すものであり、上記実施例11に示したものに対して、第1のサイドウォール9及び第2のサイドウォール29に窒素を注入する方法が実施例11に示したものは酸化膜層109に垂直にイオン注入を行っていたものに対して、この実施例12に示したものは酸化膜層109に回転斜めイオン注入によって行っている点だけが異なるものであり、その他の点については実施例11と同じである。
すなわち、この実施例12に示したものは、以下のようにして製造されるものである。まず、図53ないし図56に示したものと同様にして、Nチャネル型MOSトランジスタを構成する第1のゲート電極8と一対の低濃度拡散領域104a及び105aを形成するとともに、Pチャネル型MOSトランジスタを構成する第2のゲート電極28を形成し、第1のゲート電極8の表面上及び一対の低濃度拡散領域104a及び105a上と第2のゲート電極28の表面上及び半導体基板1の一主面における露出面上にCVD法によって例えば厚みが1000Å程度の酸化膜層109を形成する。
その後、図66に示すように、酸化膜層109の表面上から酸化膜109の内部、ほぼ中央に飛程中心が来るように窒素イオン(N+)を40KeV、5.6×1015/cm2の条件でポリシリコン層14に45°回転斜めイオン注入を行う。この時の酸化膜109内の図66に示すI−I断面及びV−V断面における窒素の濃度分布は図14に示すようになっている。なお、図66に示すII−II断面及びIII−III断面に相当する部分の濃度分布は、実施例11に示したものと同じ濃度分布を示すようになっている。
この実施例12のものにあっては、実施例11のものに対して、I−I断面におけるポリシリコン層14と酸化膜層109との界面近傍における窒素の濃度が高くなっているものである。
その後は実施例11と同様に、図58ないし図60に示したものに基づいて、窒素が導入された酸化膜層109を異方性のリアクティブイオンエッチングによりエッチングして第1のサイドウォール9及び第2のサイドウォール9を形成し、第1のゲート電極8及び第1のサイドウォール9をマスクの一部としてイオン注入して高濃度拡散領域104b及び105bを形成し、第2のゲート電極28及び第2のサイドウォール29をマスクの一部として、イオン注入して第2のソース/ドレイン24及び25を形成し、850度、20分程度の熱処理を加え、低濃度拡散領域104a及び105aと高濃度拡散領域104b及び105bを形成しているヒ素イオンを活性化するとともに、第2のソース/ドレイン24及び25を形成しているフッ化ホウ素イオンを活性化することにより、低濃度拡散領域4a及び5aと高濃度拡散領域4b及び5bとからなる一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5を形成するとともに第2のソース/ドレイン24及び25を形成する。
この時の熱処理によって、第1のサイドウォール9及び第2のサイドウォール29内の窒素は拡散し、第1のサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面、及び第2のサイドウォール29と半導体基板1の一主面との界面に窒素が偏析し、図2に示したようにこれらの界面にピークを有した窒素の濃度分布になるものである。その後、図64及び図65に示すように、一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5、第1のゲート電極8、一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25及び第2のゲート電極28の表面に形成されたコバルトシリサイドまたはチタンシリサイドの高融点金属シリサイド層31ないし36を形成する。
このようにして、一対の第1のソース/ドレイン領域4及び5、第1のゲート絶縁膜7、第1のゲート電極8、窒素が注入された第1のサイドウォール9、及び高融点金属シリサイド層31ないし33を有したNチャネル型MOSトランジスタを得、一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25、第2のゲート絶縁膜27、第2のゲート電極28、第2のサイドウォール29、及び高融点金属シリサイド層34ないし36を有したPチャネル型MOSトランジスタを得ているものである。
その後、半導体基板1の一主面上全面に、層間絶縁膜10を形成し、この層間絶縁膜10にコンタクトホール10aないし10dを形成し、コンタクトホール10aを介して第1のソース/ドレイン領域4に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層11と、層間絶縁層10のコンタクトホール10bを介して第1のソース/ドレイン領域5に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層12と、層間絶縁膜10のコンタクトホール10cを介して第2のソース/ドレイン領域24に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層15と、層間絶縁層10のコンタクトホール10dを介して第2のソース/ドレイン領域5に電気的に接続され、層間絶縁層10上に形成された配線層16を形成し、図62に示した半導体装置を得ているものである。
このように構成された実施例12のものにあっても、実施例11と同様の効果を奏する他、窒素が注入された第1のサイドウォール9を得るために、酸化膜層109に回転斜めイオン注入によって行っているので、第1のゲート絶縁膜7の端部に近い酸化膜層109内に注入される窒素の濃度も高くなり、第1のサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面における窒素の濃度のピークも実施例11に示したものと比べて高くなるため、さらなるホットキャリア耐性が向上するものである。
しかも、第1のゲート絶縁膜7の端部に近い酸化膜層109内に注入される窒素の濃度及び第2のゲート絶縁膜27の端部に近い酸化膜層109内に注入される窒素の濃度も高くなり、第1のサイドウォール9と半導体基板1の一主面との界面及び第2のサイドウォール29と半導体基板1の一主面との界面における窒素の濃度のピークも実施例11に示したものと比べて高くなるため、高融点金属シリサイド層形成の際に、第1及び第2のソース/ドレイン領域4及び5、24及び25から第1及び第2のサイドウォール9及び29表面上への横方向の高融点金属シリサイド層の成長をさらに抑制できるものである。
その他の実施例上記実施例1ないし12に示したものにおいては、Nチャネル型MOSトランジスタを構成する一対のソース/ドレイン領域4及び5を、ヒ素をイオン注入することによって形成したもの示したが、ヒ素の変わりにリン(P)をイオン注入することによって形成しても良く、また、低濃度拡散領域104a及び105aをヒ素、高濃度拡散領域104b及び105bをリンをイオン注入することによって形成しても良いものである。また、これらのイオン注入として、垂直にイオン注入するかわりに、回転斜めイオン注入を用いて行っても良いものである。
また、実施例9ないし12に示したものにおいては、Pチャネル型MOSトランジスタを構成する一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25を、フッ化ホウ素イオンをイオン注入することによって形成したものを示したが、フッ化ホウ素イオンの変わりにボロン(B)イオンを注入するものでも良く、また、一対の第2のソース/ドレイン領域24及び25の形成を第2のサイドウォール29形成後に行ったが、第2のサイドウォール29形成前に行っても良いものである。
さらに、実施例11及び12に示したものにおいては、酸化膜層109に窒素をイオン注入し、その後熱処理することによって所望の窒素の濃度分布を有する第1及び第2のサイドウォール9及び29を形成したものとしたが、実施例3に示したもののように、酸化膜層109上にポリシリコン層14を形成し、このポリシリコン層14に窒素をイオン注入し、その後熱処理することによって所望の窒素の濃度分布を有する第1及び第2のサイドウォール9及び29を形成したものであっても良い。この場合、第1及び第2のサイドウォール9及び29の表面に窒素の濃度分布のピークが有することになるので、高融点金属シリサイド層形成の際に、第1及び第2のサイドウォール9及び29表面上への横方向の高融点金属シリサイド層の成長をさらに抑制できるものである。
またさらに、実施例11及び12に示したものにおいて、第1及び第2のサイドウォール9及び29に窒素を導入したものに、さらに、ヒ素イオンやボロンイオンやリンイオンをさらに注入したものであっても良いものである。この場合、第1及び第2のサイドウォール9及び29を形成するための酸化膜層109に窒素をイオン注入する前もしくは後にヒ素イオンやボロンイオンやリンイオンをイオン注入すれば良いものである。このように、窒素の他にヒ素やボロンやリンが注入されていると、高融点金属シリサイド層形成の際に、第1及び第2のサイドウォール9及び29表面上への横方向の高融点金属シリサイド層の成長をさらに抑制できるものである。
(効果)
この発明の第1の発明は、ゲート電極の側面とゲート絶縁膜の側面と半導体基板の一主面に接して形成されるサイドウォールを有したものにおいて、サイドウォールを、半導体基板の一主面に垂直な方向の断面における濃度分布が半導体基板の一主面との界面にピークを有するように窒素が導入された酸化膜からなるものとしたので、サイドウォールに導入された、半導体基板との界面にピークを有する窒素が、微細化されてもサイドウォールと半導体基板との界面での界面準位を抑制し、発生されるホットキャリアが界面準位に捕獲される確率を減少せしめ、ホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリアがゲート絶縁膜中に捕獲されることにより、MOSトランジスタのしきい値電圧の変化やドレイン電流の低下などのトランジスタ特性の経時劣化、いわゆるホットキャリア劣化が抑制できるという効果を有するものである。
この発明の第2の発明は、ゲート電極の側面とゲート絶縁膜の側面と半導体基板の一主面に接して形成されるサイドウォールを有したものにおいて、サイドウォールを、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面に接する垂直部と半導体基板の一主面に接する底部とを有する縦断面が略L字状をなした酸化膜と、この酸化膜の垂直部と底部とに接して形成されるともに、窒素が導入されたポリシリコンとを有したものとしたので、サイドウォールを構成するポリシリコンに導入された、半導体基板との界面にピークを有する窒素が、微細化されてもサイドウォールと半導体基板との界面での界面準位を抑制し、発生されるホットキャリアが界面準位に捕獲される確率を減少せしめ、ホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できるという効果を有するものである。
この発明の第3の発明は、ゲート電極の側面とゲート絶縁膜の側面と半導体基板の一主面に接して形成されるサイドウォールを有したものにおいて、ゲート電極を窒素が導入されたものとするとともに、サイドウォールを窒素が導入された酸化膜を有するものとしたので、ゲート電極に導入された窒素が、ゲート電極に低抵抗化のために導入された不純物の拡散を抑制し、サイドウォールに導入された窒素が、微細化されてもサイドウォールと半導体基板との界面での界面準位を抑制し、発生されるホットキャリアが界面準位に捕獲される確率を減少せしめ、ホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できるという効果を有するものである。
この発明の第4の発明は、サイドウォールを備えたNチャネル型MOSトランジスタとサイドウォールを備えたPチャネル型MOSトランジスタとを備えたものにおいて、Nチャネル型MOSトランジスタ及びPチャネル型MOSトランジスタのサイドウォールそれぞれを、窒素が導入された酸化膜からなるものとしたので、Nチャネル型MOSトランジスタのサイドウォールに導入された窒素が、微細化されてもサイドウォールと半導体基板との界面での界面準位を抑制し、発生されるホットキャリアが界面準位に捕獲される確率を減少せしめ、Nチャネル型MOSトランジスタにおけるホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できるという効果を有するものである。
この発明の第5の発明は、サイドウォールを備えたNチャネル型MOSトランジスタとサイドウォールを備えたPチャネル型MOSトランジスタとを備えたものにおいて、Nチャネル型MOSトランジスタ及びPチャネル型MOSトランジスタのサイドウォールそれぞれを、窒素が導入された酸化膜からなるものとし、Nチャネル型MOSトランジスタのゲート電極上及び一対のソース/ドレイン領域上に金属シリサイド層が形成されているとともに、Pチャネル型MOSトランジスタのゲート電極上及び一対のソース/ドレイン領域上に金属シリサイド層が形成されているものとしたので、Nチャネル型MOSトランジスタのサイドウォールに導入された窒素が、微細化されてもサイドウォールと半導体基板との界面での界面準位を抑制し、発生されるホットキャリアが界面準位に捕獲される確率を減少せしめ、Nチャネル型MOSトランジスタにおけるホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制でき、しかも、Nチャネル型MOSトランジスタ及びPチャネル型MOSトランジスタのサイドウォールそれぞれに導入された窒素が、低抵抗化のための金属シリサイド層のサイドウォールへの横方向への成長を抑制し、ゲート電極とソース/ドレイン領域との電気的短絡を防止せしめるという効果を有するものである。
この発明の第6の発明は、ゲート電極の表面上及び半導体基板の露出面上にCVD法によって酸化膜層を形成する工程と、酸化膜層の表面上から窒素イオンを酸化膜層に注入する工程と、窒素が注入された酸化膜層をエッチングしてゲート電極の側面とゲート絶縁膜の側面と半導体基板の一主面に接したサイドウォールを形成する工程とを設けたので、サイドウォールと半導体基板との界面にピークを有する窒素を容易にサイドウォールに導入でき、ホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できたMOSトランジスタを得ることができるという効果を有するものである。
この発明の第7の発明は、ゲート電極の表面上及び半導体基板の露出面上にCVD法によって酸化膜層を形成する工程と、酸化膜層の表面上にポリシリコン層を形成する工程と、ポリシリコン層の表面上から窒素イオンをポリシリコン層に注入する工程と、ポリシリコン層に注入された窒素を酸化膜層に拡散する工程と、ポリシリコン層を除去し、窒素が注入された酸化膜層をエッチングしてゲート電極の側面とゲート絶縁膜の側面と半導体基板の一主面に接したサイドウォールを形成する工程とを設けたので、サイドウォールと半導体基板との界面にピークを有する窒素を容易にサイドウォールに導入でき、ホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できたMOSトランジスタを得ることができるという効果を有するものである。
この発明の第8の発明は、ゲート電極の表面上及び半導体基板の露出面上にCVD法によって酸化膜層を形成する工程と、酸化膜層の表面上にポリシリコン層を形成する工程と、ポリシリコン層の表面上から窒素イオンをポリシリコン層に注入する工程と、窒素が注入されたポリシリコン層をエッチングするとともに、酸化膜層をエッチングし、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面に接する垂直部と半導体基板の一主面に接する底部とを有する縦断面が略L字状をなした酸化膜と、この酸化膜の垂直部と底部とに接して形成されるともに、窒素が導入されたポリシリコンとを有したサイドウォールを形成する工程とを設けたので、サイドウォールと半導体基板との界面にピークを有する窒素を容易にサイドウォールに導入でき、ホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できたMOSトランジスタを得ることができるという効果を有するものである。
この発明の第9の発明は、ゲート電極の表面上及び半導体基板の露出面上にCVD法によって酸化膜層を形成する工程と、酸化膜層の表面上から窒素イオンを、酸化膜層の少なくともゲート電極の側面及びゲート酸化膜の側面に接する内部領域と、ゲート電極及び半導体基板の露出面が位置する半導体基板の一主面に注入する工程と、酸化膜層をエッチングしてゲート電極の側面とゲート絶縁膜の側面と半導体基板の一主面に接した窒素が導入された酸化膜を有するサイドウォールを形成する工程とを設けたので、サイドウォールと半導体基板との界面にピークを有する窒素を容易にサイドウォールに導入できるとともに、ゲート電極にも窒素が導入でき、ゲート電極に低抵抗化のために導入された不純物の拡散を抑制できるとともにホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できたMOSトランジスタを得ることができるという効果を有するものである。
この発明の第10の発明は、ゲート電極をマスクの一部として、半導体基板の一主面に、N型導電型の不純物を注入して一対のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域を形成する工程と、ゲート電極の表面上及び一対のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域上にCVD法によって酸化膜層を形成する工程と、酸化膜層の表面上から窒素イオンを酸化膜層に注入する工程と、窒素が注入された酸化膜層をエッチングしてゲート電極の側面とゲート絶縁膜の側面と一対のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域に接したサイドウォールを形成する工程と、ゲート電極及びサイドウォールをマスクの一部として、半導体基板の一主面に、N型導電型の不純物を注入して一対のソース/ドレイン領域の高濃度拡散領域を形成する工程とを設けたので、サイドウォールと半導体基板との界面にピークを有する窒素を容易にサイドウォールに導入でき、ホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できたMOSトランジスタを得ることができるという効果を有するものである。
この発明の第11の発明は、ゲート電極をマスクの一部として、半導体基板の一主面に、N型導電型の不純物を注入して一対のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域を形成する工程と、ゲート電極の表面上及び一対のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域上にCVD法によって酸化膜層を形成する工程と、酸化膜層の表面上にポリシリコン層を形成する工程と、ポリシリコン層の表面上から窒素イオンをポリシリコン層に注入する工程と、ポリシリコン層に注入された窒素を酸化膜層に拡散する工程と、ポリシリコン層を除去し、窒素が注入された酸化膜層をエッチングしてゲート電極の側面とゲート絶縁膜の側面と一対のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域に接したサイドウォールを形成する工程と、ゲート電極及びサイドウォールをマスクの一部として、半導体基板の一主面に、N型導電型の不純物を注入して上記一対のソース/ドレイン領域の高濃度拡散領域を形成する工程とを設けたので、サイドウォールと半導体基板との界面にピークを有する窒素を容易にサイドウォールに導入でき、ホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できたMOSトランジスタを得ることができるという効果を有するものである。
この発明の第12の発明は、ゲート電極をマスクの一部として、半導体基板の一主面に、N型導電型の不純物を注入して一対のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域を形成する工程と、ゲート電極の表面上及び一対のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域上にCVD法によって酸化膜層を形成する工程と、酸化膜層の表面上にポリシリコン層を形成する工程と、ポリシリコン層の表面上から窒素イオンをポリシリコン層に注入する工程と、窒素が注入されたポリシリコン層をエッチングするとともに、酸化膜層をエッチングし、ゲート電極の側面及びゲート絶縁膜の側面に接する垂直部と一対のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域に接する底部とを有する縦断面が略L字状をなした酸化膜と、この酸化膜の垂直部と底部とに接して形成されるともに、窒素が導入されたポリシリコンとを有したサイドウォールを形成する工程と、ゲート電極及びサイドウォールをマスクの一部として、半導体基板の一主面に、N型導電型の不純物を注入して一対のソース/ドレイン領域の高濃度拡散領域を形成する工程とを設けたので、サイドウォールと半導体基板との界面にピークを有する窒素を容易にサイドウォールに導入でき、ホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できたMOSトランジスタを得ることができるという効果を有するものである。
この発明の第13の発明は、ゲート電極をマスクの一部として、半導体基板の一主面に、N型導電型の不純物を注入して一対のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域を形成する工程と、ゲート電極の表面上及び一対のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域上にCVD法によって酸化膜層を形成する工程と、酸化膜層の表面上から窒素イオンを、酸化膜層の少なくともゲート電極の側面及びゲート酸化膜の側面に接する内部領域と、ゲート電極と、一対のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域に注入する工程と、酸化膜層をエッチングしてゲート電極の側面とゲート絶縁膜の側面と一対のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域に接した窒素が導入された酸化膜を有するサイドウォールを形成する工程と、ゲート電極及びサイドウォールをマスクの一部として、半導体基板の一主面に、N型導電型の不純物を注入して一対のソース/ドレイン領域の高濃度拡散領域を形成する工程とを設けたので、サイドウォールと半導体基板との界面にピークを有する窒素を容易にサイドウォールに導入できるとともに、ゲート電極にも窒素が導入でき、ゲート電極に低抵抗化のために導入された不純物の拡散を抑制できるとともにホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できたMOSトランジスタを得ることができるという効果を有するものである。
この発明の第14の発明は、Nチャネル型MOSトランジスタの第1のゲート電極及びPチャネル型MOSトランジスタの第2のゲート電極の表面上及び半導体基板の露出面上にCVD法によって酸化膜層を形成する工程と、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域上に位置する酸化膜層の表面を覆い、Nチャネル型MOSトランジスタ形成領域上に位置する酸化膜層の表面上から窒素イオンを、酸化膜層に注入する工程と、窒素が注入されたNチャネル型MOSトランジスタ形成領域上に位置する酸化膜層をエッチングして第1のゲート電極の側面と第1のゲート絶縁膜の側面と半導体基板の一主面に接したNチャネル型MOSトランジスタのサイドウォールを形成する工程とを設けたので、サイドウォールと半導体基板との界面にピークを有する窒素を容易にサイドウォールに導入でき、ホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できたNチャネル型MOSトランジスタを有した半導体装置を得ることができるという効果を有するものである。
この発明の第15の発明は、Nチャネル型MOSトランジスタの第1のゲート電極及びPチャネル型MOSトランジスタの第2のゲート電極の表面上及び半導体基板の露出面上にCVD法によって酸化膜層を形成する工程と、酸化膜層の表面上から窒素イオンを酸化膜層に注入する工程と、窒素が注入された酸化膜層をエッチングして、第1のゲート電極の側面と第1のゲート絶縁膜の側面と半導体基板の一主面に接したNチャネル型MOSトランジスタの第1のサイドウォールを形成するとともに、第2のゲート電極の側面と第2のゲート絶縁膜の側面と半導体基板の一主面に接したPチャネル型MOSトランジスタの第2のサイドウォールを形成する工程とを設けたので、サイドウォールと半導体基板との界面にピークを有する窒素を容易にサイドウォールに導入でき、ホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できたNチャネル型MOSトランジスタを有した半導体装置を得ることができるという効果を有するものである。
この発明の第16の発明は、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域を覆い、Nチャネル型MOSトランジスタの第1のゲート電極をマスクの一部として、N型導電型の不純物を注入してNチャネル型MOSトランジスタの一対の第1のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域を形成する工程と、第1のゲート電極及びPチャネル型MOSトランジスタの第2のゲート電極の表面上及び半導体基板の露出面上にCVD法によって酸化膜層を形成する工程と、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域上に位置する酸化膜層の表面を覆い、Nチャネル型MOSトランジスタ形成領域上に位置する酸化膜層の表面上から窒素イオンを酸化膜層に注入する工程と、窒素が注入されたNチャネル型MOSトランジスタ形成領域上に位置する酸化膜層をエッチングして第1のゲート電極の側面と第1のゲート絶縁膜の側面と一対の第1のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域に接したNチャネル型MOSトランジスタの第1のサイドウォールを形成するとともに、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域上に位置する酸化膜層をエッチングして第2のゲート電極の側面と第2のゲート絶縁膜の側面と半導体基板の露出面に接したPチャネル型MOSトランジスタの第2のサイドウォールを形成する工程と、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域を覆い、第1のゲート電極及び第1のサイドウォールをマスクの一部として、N型導電型の不純物を注入して一対の第1のソース/ドレイン領域の高濃度拡散領域を形成する工程と、Nチャネル型MOSトランジスタ形成領域を覆い、第2のゲート電極及び第2のサイドウォールをマスクの一部として、半導体基板の一主面に、P型導電型の不純物を注入してPチャネル型MOSトランジスタの一対の第2のソース/ドレイン領域を形成する工程とを設けたので、第1のサイドウォールと半導体基板との界面にピークを有する窒素を容易に第1のサイドウォールに導入でき、ホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できたNチャネル型MOSトランジスタを有した半導体装置を得ることができるという効果を有するものである。
この発明の第17の発明は、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域を覆い、Nチャネル型MOSトランジスタの第1のゲート電極をマスクの一部としてN型導電型の不純物を注入してNチャネル型MOSトランジスタの一対の第1のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域を形成する工程と、第1のゲート電極及びPチャネル型MOSトランジスタの第2のゲート電極の表面上及び半導体基板の露出面上にCVD法によって酸化膜層を形成する工程と、酸化膜層の表面上から窒素イオンを酸化膜層に注入する工程と、窒素が注入された酸化膜層をエッチングして、第1のゲート電極の側面と第1のゲート絶縁膜の側面と一対の第1のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域に接したNチャネル型MOSトランジスタの第1のサイドウォールを形成するとともに、第2のゲート電極の側面と第2のゲート絶縁膜の側面と半導体基板の一主面に接したPチャネル型MOSトランジスタの第2のサイドウォールを形成する工程と、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域を覆い、第1のゲート電極及び第1のサイドウォールをマスクの一部として、N型導電型の不純物を注入して一対の第1のソース/ドレイン領域の高濃度拡散領域を形成する工程と、Nチャネル型MOSトランジスタ形成領域を覆い、第2のゲート電極及び第2のサイドウォールをマスクの一部として、P型導電型の不純物を注入してPチャネル型MOSトランジスタの一対の第2のソース/ドレイン領域を形成する工程とを設けたので、第1のサイドウォールと半導体基板との界面にピークを有する窒素を容易に第1のサイドウォールに導入でき、ホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できたNチャネル型MOSトランジスタを有した半導体装置を得ることができるという効果を有するものである。
この発明の第18の発明は、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域を覆い、Nチャネル型MOSトランジスタの第1のゲート電極をマスクの一部としてN型導電型の不純物を注入してNチャネル型MOSトランジスタの一対の第1のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域を形成する工程と、第1のゲート電極及びPチャネル型MOSトランジスタの第2のゲート電極の表面上及び半導体基板の露出面上にCVD法によって酸化膜層を形成する工程と、酸化膜層の表面上から窒素イオンを酸化膜層に注入する工程と、窒素が注入された酸化膜層をエッチングして、第1のゲート電極の側面と第1のゲート絶縁膜の側面と一対の第1のソース/ドレイン領域の低濃度拡散領域に接したNチャネル型MOSトランジスタの第1のサイドウォールを形成するとともに、第2のゲート電極の側面と第2のゲート絶縁膜の側面と半導体基板の一主面に接したPチャネル型MOSトランジスタの第2のサイドウォールを形成する工程と、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域を覆い、第1のゲート電極及び第1のサイドウォールをマスクの一部として、N型導電型の不純物を注入して一対の第1のソース/ドレイン領域の高濃度拡散領域を形成する工程と、Nチャネル型MOSトランジスタ形成領域を覆い、第2のゲート電極及び第2のサイドウォールをマスクの一部として、P型導電型の不純物を注入してPチャネル型MOSトランジスタの一対の第2のソース/ドレイン領域を形成する工程と、第1のゲート電極の表面、第2のゲート電極の表面、第1のソース/ドレイン領域の表面、及び第2のソース/ドレイン領域の表面に金属シリサイド層を形成する工程とを設けたので、第1のサイドウォールと半導体基板との界面にピークを有する窒素を容易に第1のサイドウォールに導入でき、ホットキャリア耐性が向上、つまり、ホットキャリア劣化が抑制できたNチャネル型MOSトランジスタを有し、かつ、低抵抗化のための金属シリサイド層のサイドウォールへの横方向への成長を抑制し、ゲート電極とソース/ドレイン領域との電気的短絡を防止できたNチャネル型MOSトランジスタ及びPチャネル型MOSトランジスタを有した半導体装置を得ることができるという効果を有するものである。
1 半導体基板、4及び5 ソース/ドレイン領域、6 チャネル領域、7 ゲート絶縁膜、8 ゲート電極、9 サイドウォール、9a 酸化膜、9b ポリシリコン、14 ポリシリコン層、24及び25 ソース/ドレイン領域、26 チャネル領域、27 ゲート絶縁膜、28 ゲート電極、29 サイドウォール、31〜36 高融点金属シリサイド層、109 酸化膜層、109a 酸化膜層、109b ポリシリコン層。