JP2004319814A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2004319814A
JP2004319814A JP2003112568A JP2003112568A JP2004319814A JP 2004319814 A JP2004319814 A JP 2004319814A JP 2003112568 A JP2003112568 A JP 2003112568A JP 2003112568 A JP2003112568 A JP 2003112568A JP 2004319814 A JP2004319814 A JP 2004319814A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
gate
insulating film
semiconductor device
length
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.)
Pending
Application number
JP2003112568A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2004319814A5 (ja
Inventor
Motoshige Igarashi
元繁 五十嵐
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.)
Renesas Technology Corp
Original Assignee
Renesas Technology 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 Renesas Technology Corp filed Critical Renesas Technology Corp
Priority to JP2003112568A priority Critical patent/JP2004319814A/ja
Priority to US10/648,223 priority patent/US6838777B2/en
Publication of JP2004319814A publication Critical patent/JP2004319814A/ja
Publication of JP2004319814A5 publication Critical patent/JP2004319814A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/6656Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using multiple spacer layers, e.g. multiple sidewall spacers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28026Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
    • H01L21/28114Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor characterised by the sectional shape, e.g. T, inverted-T
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823437MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the gate conductors, e.g. particular materials, shapes
    • H01L21/823456MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the gate conductors, e.g. particular materials, shapes gate conductors with different shapes, lengths or dimensions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823468MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the gate sidewall spacers, e.g. double spacers, particular spacer material or shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42372Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out
    • H01L29/42376Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out characterised by the length or the sectional shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7833Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S257/00Active solid-state devices, e.g. transistors, solid-state diodes
    • Y10S257/90MOSFET type gate sidewall insulating spacer

Abstract

【課題】ゲート電極の形状が垂直形状、順テーパ形状、逆テーパ形状であっても、オフセットスペーサーを用いることでゲート電極の実効的なゲート長が一定にすることが可能な半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板1上にゲート絶縁膜2が形成され、ゲート絶縁膜2上にゲート電極3が形成されている。ゲート絶縁膜2及びゲート電極3の側部には、オフセットスペーサー4が形成されている。ゲート電極3の両側に位置する半導体基板1には、イオン注入により形成された拡散層5が形成されている。ここで、ゲート電極3の形状としては垂直形状(a)、順テーパ形状(b)、逆テーパ形状(c)とがあるが、オフセットスペーサー4の形状を変化させることで、ゲート絶縁膜との境界に位置するゲート電極のゲート長に、半導体基板との境界に位置するオフセットスペーサーの幅を加えた長さが略一定となる。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に係る発明であって、特に、オフセットスペーサーを用いてトランジスタ特性のバラツキを制御した半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置においてトランジスタ特性は、ゲート電極の形状に依存する。そのため、ウェハ面内のゲート電極パターンの疎密によってゲート電極の形状が影響を受けると、トランジスタ特性も影響を受けばらつくこととなる。そこで、ゲート電極パターンの疎密によらずウェハ面内でトランジスタ特性を均一に保つことができる半導体装置その形成方法が、特許文献1により提供されている。
【0003】
特許文献1では、まず半導体基板上にゲート絶縁膜を介して逆テーパ形状のゲート電極を形成する。このゲート電極をマスクにして半導体基板に低濃度拡散層を形成するための不純物を注入する。ゲート電極の側部にサイドウォールを形成する。ゲート電極及びサイドウォールをマスクにして半導体基板中に拡散層を形成するための不純物を注入し、低濃度拡散層と拡散層とからなるソース及びドレインを形成し、半導体装置を形状にする。これによって、底面におけるゲート長方向の幅が均一なサイドウォールを形成できる。
【0004】
また、オフセットスペーサーを用いた半導体装置は、特許文献2に示されている。特許文献2では、半導体基板上にシリコン酸化膜を堆積し、その上にポリシリコン膜を堆積する。ポリシリコン膜に上部で濃度が高くなるように窒素を導入した後、ポリシリコン膜をパターニングしてゲート電極を形成する。ゲート電極の表面を覆うシリコン酸化膜を形成した後、ゲート電極の側面上に下部で厚く、上部で薄いオフセットスペーサーを残す。次に、エクステンション領域を半導体基板内に形成後ゲート上部にシリサイド膜を形成する。
【0005】
【特許文献1】
特開平8−204184号公報(第3−4頁、第1−3図)
【特許文献2】
特開2002−289841号公報(第6−8頁、第1−3図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献1では、逆テーパ形状のゲート電極を有する半導体装置に関する発明であるため、垂直形状や順テーパ形状のゲート電極を有する半導体装置に対しては適用することができない。また、特許文献2では、ゲート電極を加工後に酸化処理によってオフセットスペーサーを形成している。そのため、オフセットスペーサーはゲート電極の形状に制約を受け、ウェハ面内でトランジスタ特性を均一に保つことができない場合も考えられる。
【0007】
そこで、本発明は、ゲート電極の形状が垂直形状、順テーパ形状、逆テーパ形状であっても、オフセットスペーサーを用いることでゲート電極の実効的なゲート長が一定にすることが可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る解決手段は、半導体基板上に複数のゲート電極構造を備えた半導体装置であって、ゲート電極構造は、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、ゲート電極の側部に形成されるオフセットスペーサーとを備え、複数のゲート電極構造のそれぞれは、ゲート絶縁膜との境界に位置するゲート電極のゲート長に、半導体基板との境界に位置するオフセットスペーサーの幅を加えた長さが、略一定である。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【0010】
(実施の形態1)
図1に、本実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す。図1では、半導体基板1上にゲート絶縁膜2が形成され、ゲート絶縁膜2上にゲート電極3が形成されている。ゲート絶縁膜2及びゲート電極3の側部には、オフセットスペーサー4が形成されている。ゲート電極3の両側に位置する半導体基板1には、イオン注入により拡散層5が形成されている。ここで、図1(a)はゲート電極3の形状が垂直形状、図1(b)はゲート電極3の形状が順テーパ形状、図1(c)はゲート電極3の形状が逆テーパ形状である。
【0011】
ゲート電極3の形状は、図1でも示したように大きく分けて3種類ある。このようなゲート電極3の形状は、ゲート電極3のパターン疎密やエッチング条件等により決まる。ゲート電極3が垂直形状の場合、ゲート絶縁膜2との境界に位置するゲート電極3のゲート長(以下、ゲート長Lbともいう)は、ゲート電極3の最上部のゲート長(以下、ゲート長Ltともいう)と同じ長さである。ゲート電極3が順テーパ形状の場合、ゲート長Lbはゲート長Ltに比べ長くなる。一方、ゲート電極3が逆テーパ形状の場合、ゲート長Lbはゲート長Ltに比べ短くなる。なお、図1に示すゲート電極3は、全てゲート長Ltの長さが同じである。
【0012】
このようなゲート電極3の形状の違いは、拡散層5の形成に影響を与える。つまり、拡散層5は、ゲート電極3をマスクとしてイオン注入を行うことで半導体基板1に形成される。そのため、特にゲート電極3のゲート長Lbの形状により形成される拡散層5の形状が異なる。なお、ゲート電極3をマスクとして利用することを、セルフアライメントと呼ばれている。図2に、ゲート電極3をマスクとしてイオン注入を行った半導体装置の断面図を示す。ゲート電極3のゲート長Lbが長ければ、拡散層5に形成される実効のゲート長(以下、実効のゲート長Leともいう)も長くなり、ゲート電極3のゲート長Lbが短ければ、実効のゲート長Leも短くなる。そのため、ゲート長Ltを設計値通りに形成したとしても、図2(a)に示すゲート電極3が垂直形状以外は、設計値と異なる実効のゲート長Leの拡散層5が形成される。
【0013】
具体的には、図2(b)に示すゲート電極3が順テーパ形状の場合、実効のゲート長Leは設計値より長くなる。図2(c)に示すゲート電極3が逆テーパ形状の場合、実効のゲート長Leは設計値より短くなる。実効のゲート長Leが設計値と異なれば、トランジスタの電気的特性が設計値からずれることになる。半導体装置として性能歩留まりが低下することになる。
【0014】
そこで、本実施の形態では、ゲート絶縁膜2及びゲート電極3の側部にオフセットスペーサー4を形成して、実効のゲート長Leが設計値となるように調整している。つまり、イオン注入を行うためのマスクは、ゲート電極3だけではなくオフセットスペーサー4をも含めて構成されている。そのため、ゲート電極3が垂直形状以外の順テーパ形状や逆テーパ形状となっても、オフセットスペーサー4により実効のゲート長Leが設計値となるように調整することができる。
【0015】
例えば図3(a)のようにゲート電極3が垂直形状の場合、ゲート電極3のゲート長LbがL1、オフセットスペーサー4の幅S(半導体基板1とオフセットスペーサー4との境界部分の幅)がS1とする。そして、図3(b)のようにゲート電極3が順テーパ形状の場合、ゲート電極3のゲート長LbがL2で、L2>L1の関係となる。そのため、オフセットスペーサー4の幅SがS1より短いS2に調整される。一方、図3(c)のようにゲート電極3が逆テーパ形状の場合、ゲート電極3のゲート長LbがL3で、L3<L1の関係となる。そのため、オフセットスペーサー4の幅SがS1より長いS3に調整される。
【0016】
本実施の形態では、ゲート電極3の形状に基づいてオフセットスペーサー4の形状を変化させる。このゲート電極3とオフセットスペーサー4との関係は、ゲート電極3のゲート長Lbとオフセットスペーサー4の幅Sとの和が一定値となる。つまり、Lb+(S×2)=一定値となるように、オフセットスペーサー4を調整し形成している。その結果、図1で示したようにゲート電極3の形状にかかわらず、実効のゲート長Leが設計値となるように製造できる。そして、トランジスタの電気的特性の設計値からずれを低く抑えることができ、半導体装置としての性能歩留まりを改善することができる。
【0017】
次に、本実施の形態に係る半導体装置を製造方法について説明する。まず、図4に示すように、半導体基板1上に写真製版技術を用いてゲート絶縁膜2及びゲート電極3を形成する。ゲート電極3の形状は図4(a)が垂直形状、図4(b)が順テーパ形状、図4(c)が逆テーパ形状である。図4に示したゲート電極3上に、TEOS(テトラエトキシオルソシリケイト:Si(CO))を原材料とした酸化膜(TEOS酸化膜ともいう)や窒化膜等の絶縁膜6をCVD(Chemical Vapor Deposition)法で成膜する。図5に、絶縁膜6を成膜した後の半導体装置の断面図を示す。ここで、絶縁膜6のカバレッジや膜はオフセットスペーサー4の形状に影響を与えるため、CVDの圧力、ガス流量や温度などの成膜条件をコントロールする必要がある。例えば、図5(c)のように逆テーパ形状のゲート電極3の場合、最適なカバーレッジとして絶縁膜6がゲート電極3の肩部で張り出すように厚く成膜されるように成膜条件をコントロールする必要がある。
【0018】
次に、絶縁膜6に対し異方性ドライエッチングを行い、オフセットスペーサー4を形成する。オフセットスペーサー4は、図1に示したような形状となる。つまり、ゲート電極3の形状にかかわらず、ゲート電極3のゲート長Lbとオフセットスペーサー4の幅Sとの和が一定値となる。なお、本実施の形態ではCVD法により絶縁膜6を成膜し、異方性ドライエッチングでオフセットスペーサー4を形成しているが、本発明はこれに限られない。例えば、High density Plasmaを用いて絶縁膜6である酸化膜を成膜し、スパッタエッチング法により最適なオフセットスペーサー4形状を形成しやすい絶縁膜6に絶縁膜6の形状を変化させる方法でも良い。
【0019】
また、本実施の形態ではCVD法により絶縁膜6を成膜した後に、絶縁膜6のカバレッジや膜厚が最適でない場合に、以下のような方法により最適な絶縁膜6のカバレッジや膜厚に調整することができる。CVD法により絶縁膜6を成膜後に、まず砒素などの不純物を絶縁膜6の表面に全面注入する。次に、絶縁膜6に対しフッ酸(HF)などの希釈液をエッチャントとしてウェットエッチングを行う。このウェットエッチングは、絶縁膜6の表面には砒素が注入されているためエッチングレートが速くなる。そのため、ウェットエッチングによる絶縁膜6のエッチングは等方性が崩れる。その結果、最適な絶縁膜6のカバレッジや膜厚に調整することができる。調整後の絶縁膜6からは、異方性ドライエッチングによりオフセットスペーサー4が形成される。
【0020】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置は、半導体基板1上に複数のゲート電極構造を備えた半導体装置であって、ゲート電極構造は、半導体基板1上に形成されたゲート絶縁膜2と、ゲート絶縁膜2上に形成されたゲート電極3と、ゲート電極3の側部に形成されるオフセットスペーサー4とを備え、複数のゲート電極構造のそれぞれは、ゲート絶縁膜2との境界に位置するゲート電極3のゲート長Lbに、半導体基板1との境界に位置するオフセットスペーサー4の幅Sを加えた長さが、略一定であるので、ゲート電極3の形状にかかわらず、実効のゲート長Leの長さが略一定となり、トランジスタの電気的特性のバラツキも低減し、半導体装置の性能歩留まりも改善される。
【0021】
また、本実施の形態に係る半導体装置は、ゲート電極3の形状が、垂直形状、順テーパ形状及び逆テーパ形状のものが同時に半導体基板1上に存在するので、様々な形状のゲート電極3が同時に半導体基板1上に存在するにもかかわらず、実効のゲート長Leの長さが略一定となり、トランジスタの電気的特性のバラツキも低減し、半導体装置の性能歩留まりも改善される。
【0022】
なお、ゲート電極3の側壁にオフセットスペーサー4を設けることは、実効のゲート長Leの長さが略一定にするだけではなく、斜め方向からのイオン注入においてグレインの方向やバウンダリを介してイオンがゲート電極3を突き抜ける現象をオフセットスペーサー4により低減することができる。これらもトランジスタの電気的特性のバラツキ低減に寄与する。さらにゲートオーバラップ容量の低減や短チャンネル効果の改善の効果が、オフセットスペーサー4を設けることにより期待できる。
【0023】
また、本実施の形態に係る半導体装置を製造する製造方法は、半導体基板1上にゲート絶縁膜2を介してゲート電極3を形成する工程と、ゲート電極3上にCVD法により絶縁膜6を成膜する工程(a)と、絶縁膜6の表面に不純物を全面に注入する工程(b)と、不純物を注入した絶縁膜6をウェットエッチングする工程(c)と、ウェットエッチング後の絶縁膜6に対し、異方性ドライエッチングによりオフセットスペーサー4を形成する工程(d)とを備え、ゲート電極の形成後に、ゲート電極のゲート長を測定する工程を有し、測定に基づき工程(a)、工程(c)及び工程(d)を調整することを特徴とするので、所定のオフセットスペーサー4の幅Sを形成するために絶縁膜6を調整することができる。
【0024】
なお、ゲート電極3の形状がばらつく原因に、ゲート電極3のパターンの疎密以外に、NMOSであるかPMOSであるかの違いがある。これは、NMOSとPMOSとでドーピングされている不純物が違うため、ゲート電極3のエッチング時にゲート電極3の形状差が生じる。このようなゲート電極3形状差に対しても、ゲート電極3のゲート長Lbとオフセットスペーサー4の幅Sとの和を一定値とすることで、セルフアライメントで実効のゲート長Leの長さを一定にすることができる。
【0025】
(実施の形態2)
次に、図6に本実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す。図6では、半導体基板1上にゲート絶縁膜2が形成され、ゲート絶縁膜2上にゲート電極3が形成されている。ゲート絶縁膜2及びゲート電極3の側部には、オフセットスペーサー4が形成されている。さらに、オフセットスペーサー4の外側にサイドウォール7が形成されている。ゲート電極3の両側に位置する半導体基板1には、イオン注入により浅い拡散層8と深い拡散層9とが形成されている。ここで、図6のゲート電極3の形状は垂直形状であるが、ゲート電極3の形状は順テーパ形状や逆テーパ形状であっても良い。
【0026】
本実施の形態に係る半導体装置では、オフセットスペーサー4を形成後に浅い拡散層8を形成するため、ゲート電極3及びオフセットスペーサー4をマスクとしてイオン注入を行う。オフセットスペーサー4を調整することでゲート電極3の形状のバラツキを抑えるのは、実施の形態1と同じである。次に、オフセットスペーサー4の外側にサイドウォール7を形成する。サイドウォール7の形成方法は、ゲート電極3上に絶縁膜を成膜し、この絶縁膜を異方性ドライエッチングすることでサイドウォール7を形成する方法が一般的である。
【0027】
サイドウォール7を形成後に、深い拡散層9を形成するため、ゲート電極3、オフセットスペーサー4及びサイドウォール7をマスクとしてイオン注入を行う。深い拡散層9のイオン注入後にアニールすることで図6のような半導体装置が得ることができる。図6に示す半導体装置は、実施の形態1と同様、ゲート電極3の形状にかかわらず実効のゲート長Leの長さが一定で、浅い拡散層8(浅いソース・ドレイン領域)と深い拡散層9(深いソース・ドレイン領域)とを有するMOSFET構造である。
【0028】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置は、ゲート電極3の両側に位置する半導体基板1内において、浅いソース・ドレイン領域8と深いソース・ドレイン領域9とが形成されMOSFETを構成するので、ゲート電極3の形状にかかわらず、実効のゲート長Leの長さが略一定で、トランジスタの電気的特性のバラツキも低減し、半導体装置の性能歩留まりも改善されるMOSFET構造を有する半導体装置である。
【0029】
(実施の形態3)
ゲート電極3を形成する場合、垂直形状や順テーパ形状などの形状がばらつく場合のほか、ゲート電極3のゲート長が全てのゲート電極3の位置で所定の長さから長く形成される場合や短く形成される場合もある。本実施の形態では、全体的にゲート長が所定の長さからずれた場合に、Feed Forward的に実効のゲート長Leの長さが略一定になるよう調整する製造方法について説明する。なお、本実施の形態に係る製造方法は、実施の形態1で説明した製造方法と組み合わせることが可能である。
【0030】
図7及び図8に垂直形状のゲート電極3が形成されている。図7のゲート電極3のゲート長L4は所定のゲート長より短く形成されている。また、図8のゲート電極3のゲート長L5は所定のゲート長より長く形成されている。なお、図7及び図8のゲート電極3は垂直形状であるが、順テーパ形状や逆テーパ形状のゲート電極3であっても以下の製造方法は適用することができる。
【0031】
本実施の形態では、まず図7に示すようなゲート電極3に対して、ゲート長L4を測定する。この測定結果に基づいて、次工程のオフセットスペーサー4の形成工程を調整する。具体的に、図7のようなゲート電極3の場合、所定のゲート長に対して測定されるゲート長L4は短くなる。そのためオフセットスペーサー4の幅S4を所定の幅より大きくする必要がある。そこで、ゲート電極3上にCVD法で絶縁膜6を成膜する工程で絶縁膜6を所定の厚さより厚く形成する。その後、絶縁膜6に対し、異方性ドライエッチングを行い、オフセットスペーサー4を形成する。
【0032】
一方、図8のようなゲート電極3の場合、所定のゲート長に対して測定されるゲート長L5は長くなる。そのためオフセットスペーサー4の幅S5を所定の幅より小さくする必要がある。そこで、ゲート電極3上にCVD法で絶縁膜6を成膜する工程で絶縁膜6を所定の厚さより薄く形成する。同様に、その後、絶縁膜6に対し、異方性ドライエッチングを行い、オフセットスペーサー4を形成する。
【0033】
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、ゲート電極3の全ての位置でゲート長の長さが所定の長さより短い場合に、所定の膜厚より厚い絶縁膜6をゲート電極3上に成膜し、ゲート電極3の全ての位置でゲート長の長さが所定の長さより長い場合に、所定の膜厚より薄い絶縁膜をゲート電極上に成膜するので、ゲート電極3の形状に基づいて最適な形状のオフセットスペーサー4を形成することができ、Feed Forward的に実効のゲート長Leの長さを略一定にすることができる。
【0034】
次に、ゲート長の測定結果に基づいて、次工程のオフセットスペーサー4の形成工程を調整する別の方法を示す。図7のようなゲート電極3の場合、所定のゲート長に対して測定されるゲート長L4は短くなる。そのためオフセットスペーサー4の幅S4を所定の幅より小さくする必要がある。そこで、ゲート電極3上にCVD法で絶縁膜6を成膜した後に、実施の形態1で示した絶縁膜6に対するウェットエッチング処理時間を、所定の処理時間より短くする。つまり、絶縁膜6を所定の厚さより厚く形成する。その後、絶縁膜6に対し、異方性ドライエッチングを行い、オフセットスペーサー4を形成する。
【0035】
一方、図8のようなゲート電極3の場合、所定のゲート長に対して測定されるゲート長L5は長くなる。そのためオフセットスペーサー4の幅S5を所定の幅より小さくする必要がある。そこで、ゲート電極3上にCVD法で絶縁膜6を成膜した後に、実施の形態1で示した絶縁膜6に対するウェットエッチング処理時間を、所定の処理時間より長くする。つまり、絶縁膜6を所定の厚さより薄く形成する。同様に、その後、絶縁膜6に対し、異方性ドライエッチングを行い、オフセットスペーサー4を形成する。
【0036】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、ゲート電極3の全ての位置でゲート長の長さが所定の長さより短い場合に、絶縁膜6に対して行うウェットエッチングの処理時間を所定の処理時間より短くし、ゲート電極3の全ての位置でゲート長の長さが所定の長さより長い場合に、絶縁膜6に対して行うウェットエッチングの処理時間を所定の処理時間より長くするので、Feed Forward的に実効のゲート長Leの長さを略一定にすることができる。なお、絶縁膜6の膜厚を調整する方法は、上記で示したウェットエッチング処理時間を調整する以外に、エッチャントであるフッ酸(HF)などの希釈液の濃度を調整する方法等が考えられる。
【0037】
さらに、ゲート長の測定結果に基づいて、次工程のオフセットスペーサー4の形成工程を調整する別の方法を示す。図8のようなゲート電極3の場合、所定のゲート長に対して測定されるゲート長L5は長くなる。そのためオフセットスペーサー4の幅S5を所定の幅より小さくする必要がある。そこで、ゲート電極3上の絶縁膜6に対して異方性ドライエッチングを行う際に、オーバーエッチングで絶縁膜6をエッチングすることで、オフセットスペーサー4の幅S5が小さいオフセットスペーサー4を形成している。
【0038】
【発明の効果】
本発明に記載の半導体装置は、半導体基板上に複数のゲート電極構造を備えた半導体装置であって、ゲート電極構造は、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、ゲート電極の側部に形成されるオフセットスペーサーとを備え、複数のゲート電極構造のそれぞれは、ゲート絶縁膜との境界に位置するゲート電極のゲート長に、半導体基板との境界に位置するオフセットスペーサーの幅を加えた長さが、略一定であるので、ゲート電極の形状にかかわらず、実効のゲート長の長さが略一定となり、トランジスタの電気的特性のバラツキも低減し、半導体装置の性能歩留まりも改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
【図3】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
【図4】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
【図5】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
【図6】本発明の実施の形態2に係る半導体装置の断面図である。
【図7】本発明の実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。
【図8】本発明の実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板、2 ゲート絶縁膜、3 ゲート電極、4 オフセットスペーサー、5 拡散層、6 絶縁膜、7 サイドウォール、8 浅い拡散層、9 深い拡散層。

Claims (6)

  1. 半導体基板上に複数のゲート電極構造を備えた半導体装置であって、
    前記ゲート電極構造は、
    前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
    前記ゲート電極の側部に形成されるオフセットスペーサーとを備え、
    前記複数のゲート電極構造のそれぞれは、
    前記ゲート絶縁膜との境界に位置する前記ゲート電極のゲート長に、前記半導体基板との境界に位置する前記オフセットスペーサーの幅を加えた長さが、略一定であることを特徴とする、
    半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置であって、
    前記ゲート電極の形状が、垂直形状、順テーパ形状及び逆テーパ形状のものが同時に半導体基板上に存在する、
    半導体装置。
  3. 請求項1に記載の半導体装置であって、
    前記ゲート電極の両側に位置する前記半導体基板内において、浅いソース・ドレイン領域と深いソース・ドレイン領域とが形成されMOSFETを構成することを特徴とする、
    半導体装置。
  4. 半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
    (a)前記ゲート電極上にCVD法により絶縁膜を成膜する工程と、
    (b)前記絶縁膜の表面に不純物を全面に注入する工程と、
    (c)前記不純物を注入した前記絶縁膜をウェットエッチングする工程と、
    (d)前記ウェットエッチング後の前記絶縁膜に対し、異方性ドライエッチングによりオフセットスペーサーを形成する工程とを備え、
    前記ゲート電極の形成後に、前記ゲート電極のゲート長を測定する工程を有し、前記測定に基づき前記工程(a)、前記工程(c)及び前記工程(d)を調整することを特徴とする、
    半導体装置の製造方法。
  5. 請求項4に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記工程(a)において、前記ゲート電極の全ての位置で前記ゲート長の長さが所定の長さより短い場合に、所定の膜厚より厚い絶縁膜を前記ゲート電極上に成膜し、
    前記ゲート電極の全ての位置で前記ゲート長の長さが所定の長さより長い場合に、所定の膜厚より薄い絶縁膜を前記ゲート電極上に成膜することを特徴とする、
    半導体装置の製造方法。
  6. 請求項4に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記工程(c)において、前記ゲート電極の全ての位置で前記ゲート長の長さが所定の長さより短い場合に、前記絶縁膜に対して行うウェットエッチングの処理時間を所定の処理時間より短くし、
    前記ゲート電極の全ての位置で前記ゲート長の長さが所定の長さより長い場合に、前記絶縁膜に対して行うウェットエッチングの処理時間を所定の処理時間より長くすることを特徴とする、
    半導体装置の製造方法。
JP2003112568A 2003-04-17 2003-04-17 半導体装置及びその製造方法 Pending JP2004319814A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003112568A JP2004319814A (ja) 2003-04-17 2003-04-17 半導体装置及びその製造方法
US10/648,223 US6838777B2 (en) 2003-04-17 2003-08-27 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003112568A JP2004319814A (ja) 2003-04-17 2003-04-17 半導体装置及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004319814A true JP2004319814A (ja) 2004-11-11
JP2004319814A5 JP2004319814A5 (ja) 2006-04-06

Family

ID=33157011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003112568A Pending JP2004319814A (ja) 2003-04-17 2003-04-17 半導体装置及びその製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6838777B2 (ja)
JP (1) JP2004319814A (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7485516B2 (en) * 2005-11-21 2009-02-03 International Business Machines Corporation Method of ion implantation of nitrogen into semiconductor substrate prior to oxidation for offset spacer formation
JP5130834B2 (ja) * 2007-09-05 2013-01-30 ソニー株式会社 半導体装置およびその製造方法
US20100155860A1 (en) * 2008-12-24 2010-06-24 Texas Instruments Incorporated Two step method to create a gate electrode using a physical vapor deposited layer and a chemical vapor deposited layer
KR101175148B1 (ko) * 2010-10-14 2012-08-20 주식회사 유진테크 3차원 구조의 메모리 소자를 제조하는 방법 및 장치
CN103311109B (zh) * 2012-03-12 2016-02-10 上海华虹宏力半导体制造有限公司 侧墙的形成方法和用侧墙定义图形结构的方法
US9520474B2 (en) * 2013-09-12 2016-12-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Methods of forming a semiconductor device with a gate stack having tapered sidewalls
US10811320B2 (en) * 2017-09-29 2020-10-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Footing removal in cut-metal process

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04155932A (ja) * 1990-10-19 1992-05-28 Nec Corp 半導体装置の製造方法
JPH053209A (ja) * 1990-09-25 1993-01-08 Matsushita Electron Corp 半導体装置およびその製造方法
JPH05102180A (ja) * 1991-10-07 1993-04-23 Nippondenso Co Ltd 半導体装置の製造方法
JPH0832058A (ja) * 1994-07-11 1996-02-02 Sony Corp 半導体装置の製造方法
JPH08204184A (ja) * 1995-01-27 1996-08-09 Sony Corp Mosトランジスタ及びmosトランジスタの形成方法
JPH08264784A (ja) * 1995-03-28 1996-10-11 Sony Corp 電界効果型半導体装置の製造方法
JP2001021906A (ja) * 1999-07-12 2001-01-26 Canon Inc 液晶素子
JP2002222947A (ja) * 2001-01-29 2002-08-09 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2002289841A (ja) * 2001-03-27 2002-10-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5877530A (en) * 1996-07-31 1999-03-02 Lsi Logic Corporation Formation of gradient doped profile region between channel region and heavily doped source/drain contact region of MOS device in integrated circuit structure using a re-entrant gate electrode and a higher dose drain implantation
US5863824A (en) * 1997-12-18 1999-01-26 Advanced Micro Devices Method of forming semiconductor devices using gate electrode length and spacer width for controlling drivecurrent strength
US20010009792A1 (en) * 1998-09-28 2001-07-26 Subhas Bothra Reduced gate length transistor structures and methods for fabricating the same
US6433871B1 (en) * 2001-05-25 2002-08-13 Advanced Micron Devices, Inc. Method of using scatterometry measurements to determine and control gate electrode profiles
US6703648B1 (en) * 2002-10-29 2004-03-09 Advanced Micro Devices, Inc. Strained silicon PMOS having silicon germanium source/drain extensions and method for its fabrication

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH053209A (ja) * 1990-09-25 1993-01-08 Matsushita Electron Corp 半導体装置およびその製造方法
JPH04155932A (ja) * 1990-10-19 1992-05-28 Nec Corp 半導体装置の製造方法
JPH05102180A (ja) * 1991-10-07 1993-04-23 Nippondenso Co Ltd 半導体装置の製造方法
JPH0832058A (ja) * 1994-07-11 1996-02-02 Sony Corp 半導体装置の製造方法
JPH08204184A (ja) * 1995-01-27 1996-08-09 Sony Corp Mosトランジスタ及びmosトランジスタの形成方法
JPH08264784A (ja) * 1995-03-28 1996-10-11 Sony Corp 電界効果型半導体装置の製造方法
JP2001021906A (ja) * 1999-07-12 2001-01-26 Canon Inc 液晶素子
JP2002222947A (ja) * 2001-01-29 2002-08-09 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2002289841A (ja) * 2001-03-27 2002-10-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US6838777B2 (en) 2005-01-04
US20040207098A1 (en) 2004-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0969516A2 (en) MOSFET with structured source/drain region and method for producing the same
JPH0923010A (ja) 半導体素子及びその製造方法
CN116504718B (zh) 一种半导体结构的制作方法
JP2004319814A (ja) 半導体装置及びその製造方法
US6656810B1 (en) Semiconductor device capable of reducing dispersion in electrical characteristics and operating at high speed and method for fabricating the same
US6432781B2 (en) Inverted MOSFET process
JP2002170941A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JPH0370139A (ja) 光学的記録再生方法
KR100912960B1 (ko) 리세스채널을 갖는 트랜지스터 및 그의 제조 방법
JP4193638B2 (ja) 半導体装置の製造方法および半導体装置
US20060084234A1 (en) Method for producing a spacer structure
JPH09116150A (ja) Gold構造を持つ半導体装置及びその製造方法
JPH0298142A (ja) 絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法
KR100525912B1 (ko) 반도체 소자의 제조 방법
US7169655B2 (en) Field effect transistors and methods for manufacturing field effect transistors
KR100347149B1 (ko) 반도체 장치 제조방법
JP3055614B2 (ja) 半導体装置の製造方法及び該方法により製造された半導体装置
JP3254468B2 (ja) 電界効果トランジスタおよびその製造方法
JP2006351658A (ja) 半導体装置の製造方法
KR0130626B1 (ko) 측면 소스/드레인 구조의 트랜지스터 및 그 제조방법
JP2003273349A (ja) 半導体装置の製造方法
KR20010038754A (ko) 모스 트랜지스터 제조방법
KR20010008564A (ko) 반도체장치의 트랜지스터 제조방법
JP2000294799A (ja) 半導体装置
KR20040028244A (ko) 반도체소자의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060216

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060216

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080331

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20091110

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091201

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100330