JP2004319988A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Yasuhiro Takeda
安弘 武田
Isao Nakano
勇男 中野
Shinko Oda
真弘 小田
Kazuhiro Kaneda
和博 金田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which can enhance operation speed and can suppress variation in the threshold voltage. <P>SOLUTION: In this semiconductor device, fluorine is introduced in at least one of the following parts, namely, regions that straddle the junction interfaces formed between an n-type single-crystal silicon substrate 1 and source/drain regions 5 of a second conductivity type, and at least one of the interface between at least the central part between a gate insulating film 3 and the channel region 1a, and the gate insulating film 3, and a sidewall insulating film 7. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、電界効果型トランジスタ(MOSトランジスタ)を有する半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device having a field-effect transistor (MOS transistor) and a method of manufacturing a semiconductor device.

近年、半導体装置の高集積化に伴って、MOSトランジスタなどの微細化が進められている。スケーリング則に従ってMOSトランジスタを微細化した場合、半導体基板の不純物濃度が増大するので、半導体基板内に形成されるMOSトランジスタのソース/ドレイン領域のpn接合における寄生容量の増大を招く。このように寄生容量が増大すると、MOSトランジスタの動作速度が低下するという不都合が生じる。このため、半導体集積回路の高速化を実現する上で、寄生容量の低減が非常に重要となってきている。   In recent years, miniaturization of MOS transistors and the like has been promoted along with high integration of semiconductor devices. When the MOS transistor is miniaturized in accordance with the scaling rule, the impurity concentration of the semiconductor substrate increases, so that the parasitic capacitance at the pn junction of the source / drain region of the MOS transistor formed in the semiconductor substrate increases. When the parasitic capacitance increases in this way, there arises a disadvantage that the operation speed of the MOS transistor decreases. For this reason, reduction in parasitic capacitance has become very important in realizing high-speed semiconductor integrated circuits.

そこで、半導体基板の不純物と同じ導電型の不純物を、pn接合界面近傍に注入することによって、pn接合の寄生容量を低減する方法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。   Therefore, a method has been proposed for reducing the parasitic capacitance of the pn junction by injecting impurities of the same conductivity type as the impurities of the semiconductor substrate into the vicinity of the pn junction interface (for example, see Patent Document 1).

上記特許文献1では、ゲート電極をマスクとして、第1導電型の半導体基板の不純物と同じ第1導電型の不純物を注入することによって、第2導電型のソース/ドレイン領域を構成する高濃度不純物領域の下部周辺に、第1導電型の低濃度不純物領域を形成する。これにより、第2導電型のソース/ドレイン領域の高濃度不純物領域のpn接合界面近傍の不純物濃度の差が低減されるので、寄生容量が低減される。この寄生容量の低減によって、半導体装置の動作速度を向上させることが可能になる。   In Patent Document 1 described above, a high-concentration impurity forming a second-conductivity-type source / drain region is formed by implanting the same impurity of the first-conductivity-type as the impurity of the first-conductivity-type semiconductor substrate using the gate electrode as a mask. A first conductivity type low concentration impurity region is formed around a lower portion of the region. This reduces the difference in impurity concentration near the pn junction interface of the high-concentration impurity region in the source / drain region of the second conductivity type, thereby reducing the parasitic capacitance. By reducing the parasitic capacitance, the operation speed of the semiconductor device can be improved.

また、近年、半導体装置の高集積化に伴って、MOSトランジスタなどの微細化が進められている。MOSトランジスタを微細化した場合、ゲート絶縁膜の薄膜化によりゲート電極とソース/ドレイン領域との間隔が小さくなる。これに伴い、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間に形成されている絶縁膜を介して生じる寄生容量(オーバーラップ容量)が増大する。このようにオーバーラップ容量が増大すると、MOSトランジスタの動作速度が低下するという不都合が生じる。このため、半導体集積回路の高速化を実現する上で、オーバーラップ容量の低減が非常に重要となってきている。そこで、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間のオーバーラップ容量を低減するために、ゲート絶縁膜の両端部をフッ素が注入された低誘電率の酸化膜から構成する方法が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。   Further, in recent years, miniaturization of MOS transistors and the like has been promoted with high integration of semiconductor devices. When the MOS transistor is miniaturized, the distance between the gate electrode and the source / drain region becomes smaller due to the thinner gate insulating film. Accordingly, parasitic capacitance (overlap capacitance) generated via an insulating film formed between the gate electrode and the source / drain region increases. When the overlap capacitance increases in this way, there arises a disadvantage that the operation speed of the MOS transistor decreases. For this reason, reducing the overlap capacitance has become very important in realizing a high-speed semiconductor integrated circuit. Therefore, in order to reduce the overlap capacitance between the gate electrode and the source / drain region, a method has been proposed in which both ends of the gate insulating film are formed of a low-dielectric-constant oxide film into which fluorine has been implanted ( For example, see Patent Document 2).

また、従来、MOSトランジスタを長期にわたって使用すると、ゲート絶縁膜中と、ゲート絶縁膜とシリコン基板との界面とに発生したシリコン原子のダングリングボンドに起因して、しきい値電圧の変動が大きくなるという不都合がある。このような不都合を解消するため、ソース/ドレイン領域の表面に注入したフッ素をチャネル領域に熱拡散させることにより、チャネル領域のダングリングボンドをフッ素により終端させる技術が提案されている(たとえば、特許文献3参照)。
特開平5−102477号公報 特開2000−323710号公報 特開2001−156291号公報
Conventionally, when a MOS transistor is used for a long time, the threshold voltage greatly changes due to dangling bonds of silicon atoms generated in the gate insulating film and at the interface between the gate insulating film and the silicon substrate. There is a disadvantage of becoming. In order to solve such inconvenience, a technique has been proposed in which fluorine injected into the surface of the source / drain region is thermally diffused into the channel region to terminate dangling bonds in the channel region with fluorine (for example, see Patent Reference 3).
JP-A-5-102477 JP 2000-323710 A JP 2001-156291 A

しかしながら、近年では、トランジスタサイズの縮小に伴って、MOSトランジスタのゲート電極の厚みが、非常に小さくなってきている。このため、上記特許文献1のように、ゲート電極をマスクとして第1導電型の不純物を注入すると、第1導電型の不純物がゲート電極を突き抜けてゲート電極下の第1導電型のチャネル領域にも注入されるという不都合が生じる。その結果、チャネル領域の不純物濃度が変動するため、トランジスタのしきい値電圧が変動してしまうという問題点がある。   However, in recent years, the thickness of the gate electrode of a MOS transistor has become extremely small with the reduction in transistor size. For this reason, when the impurity of the first conductivity type is implanted using the gate electrode as a mask as in Patent Document 1, the impurity of the first conductivity type penetrates the gate electrode and enters the channel region of the first conductivity type below the gate electrode. Is disadvantageously injected. As a result, the impurity concentration of the channel region fluctuates, so that the threshold voltage of the transistor fluctuates.

また、上記特許文献2の半導体装置の製造方法では、低誘電率の酸化膜が形成される領域が小さいため、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間のオーバーラップ容量を十分に低減するのは困難である。このため、オーバーラップ容量の低減による動作速度の向上を図るのが困難であるという問題点がある。   Further, in the method of manufacturing a semiconductor device described in Patent Document 2, since the region where the low dielectric constant oxide film is formed is small, it is difficult to sufficiently reduce the overlap capacitance between the gate electrode and the source / drain region. Have difficulty. Therefore, there is a problem that it is difficult to improve the operation speed by reducing the overlap capacitance.

また、上記特許文献3の技術では、チャネル長(ゲート長)が長い場合には、チャネル領域の中央領域まで十分にフッ素が拡散しないため、ゲート絶縁膜とチャネル領域の中央領域との界面のダングリングボンドがフッ素により終端されないという不都合がある。その結果、チャネル領域の中央領域の界面のダングリングボンドに起因して、しきい値電圧の変動が大きくなるという問題点がある。   Further, in the technique of Patent Document 3, when the channel length (gate length) is long, fluorine does not sufficiently diffuse to the central region of the channel region, so that the dangling at the interface between the gate insulating film and the central region of the channel region. There is a disadvantage that the ring bond is not terminated by fluorine. As a result, there is a problem that the threshold voltage fluctuates greatly due to dangling bonds at the interface in the central region of the channel region.

課題を解決するための手段および発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

この発明の1つの目的は、動作速度を向上させるとともに、しきい値電圧の変動を抑制することが可能な半導体装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of improving the operation speed and suppressing a change in threshold voltage.

この発明のもう1つの目的は、動作速度を向上させるとともに、しきい値電圧の変動を抑制することが可能な半導体装置の製造方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of improving the operation speed and suppressing a change in threshold voltage.

上記目的を達成するために、この発明の第1の局面における半導体装置は、主表面を有する第1導電型の半導体領域と、半導体領域の主表面に所定の間隔を隔ててチャネル領域を挟むように形成された第2導電型のソース/ドレイン領域と、チャネル領域上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、ゲート電極の側面に形成されたサイドウォール絶縁膜とを備えている。そして、第1導電型の半導体領域と第2導電型のソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域と、ゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面およびゲート絶縁膜と、サイドウォール絶縁膜と、のうちの少なくとも1つに、フッ素が導入されている。   In order to achieve the above object, a semiconductor device according to a first aspect of the present invention includes a semiconductor region of a first conductivity type having a main surface, and a channel region interposed at a predetermined interval on the main surface of the semiconductor region. A source / drain region of the second conductivity type, a gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film, and a sidewall insulating film formed on the side surface of the gate electrode. . A region extending over a junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the source / drain region of the second conductivity type; an interface between the gate insulating film and at least a central region of the channel region; a gate insulating film; Fluorine is introduced into at least one of the film and the film.

この第1の局面による半導体装置では、上記のように、第1導電型の半導体領域と第2導電型のソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域と、ゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面およびゲート絶縁膜と、サイドウォール絶縁膜と、のうちの少なくとも1つに、フッ素を導入することによって、たとえば、第1導電型の半導体領域と第2導電型のソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域にフッ素が導入されている場合には、半導体領域とソース/ドレイン領域との接合容量(pn接合容量)をフッ素により低減することができるので、半導体装置の動作速度を向上させることができる。また、接合界面に導入されたフッ素がチャネル領域に達したとしても、フッ素は、ドナーおよびアクセプタにはならないので、チャネル領域の第1導電型の不純物濃度に影響を与えない。これにより、チャネル領域の不純物濃度の変動に起因するしきい値電圧の変動を抑制することができる。また、ゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面およびゲート絶縁膜にフッ素が導入されている場合には、フッ素により、ゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面のダングリングボンドおよびゲート絶縁膜中のダングリングボンドを終端することができる。これにより、ゲート絶縁膜中のダングリングボンドおよびゲート長(チャネル長)が大きい場合のゲート絶縁膜とチャネル領域の中央領域との界面のダングリングボンドに起因してしきい値電圧の変動が大きくなるのを抑制することができる。これによっても、しきい値電圧の変動を抑制することができる。また、サイドウォール絶縁膜にフッ素が導入されている場合には、サイドウォール絶縁膜の誘電率を十分に低減することができるので、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間の絶縁膜の誘電率を十分に小さくすることができる。その結果、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間のオーバーラップ容量を十分に低減することができるので、半導体装置の動作速度を向上させることができる。   In the semiconductor device according to the first aspect, as described above, the region extending over the junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the source / drain region of the second conductivity type, and at least the center of the gate insulating film and the channel region. By introducing fluorine into at least one of the interface with the region, the gate insulating film, and the sidewall insulating film, for example, a semiconductor region of the first conductivity type and a source / drain region of the second conductivity type In the case where fluorine is introduced into a region straddling the junction interface between the semiconductor region and the source / drain region, the junction capacitance (pn junction capacitance) between the semiconductor region and the source / drain region can be reduced by the fluorine. Can be improved. Further, even if the fluorine introduced into the junction interface reaches the channel region, the fluorine does not serve as a donor or an acceptor, and thus does not affect the impurity concentration of the first conductivity type in the channel region. Thus, a change in the threshold voltage due to a change in the impurity concentration of the channel region can be suppressed. In the case where fluorine is introduced into the interface between the gate insulating film and at least the central region of the channel region and the gate insulating film, dangling bonds at the interface between the gate insulating film and at least the central region of the channel region are caused by fluorine. In addition, dangling bonds in the gate insulating film can be terminated. As a result, the fluctuation of the threshold voltage is large due to the dangling bond in the gate insulating film and the dangling bond at the interface between the gate insulating film and the central region of the channel region when the gate length (channel length) is large. Can be suppressed. This can also suppress fluctuations in the threshold voltage. Further, when fluorine is introduced into the sidewall insulating film, the dielectric constant of the sidewall insulating film can be sufficiently reduced, so that the dielectric constant of the insulating film between the gate electrode and the source / drain region can be reduced. Can be made sufficiently small. As a result, the overlap capacitance between the gate electrode and the source / drain region can be sufficiently reduced, so that the operation speed of the semiconductor device can be improved.

この発明の第2の局面による半導体装置は、主表面を有する第1導電型の半導体領域と、半導体領域の主表面に形成された第2導電型の不純物領域とを備えている。そして、第1導電型の半導体領域と第2導電型の不純物領域との接合界面を跨ぐ領域に、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素が導入されている。   A semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes a first conductivity type semiconductor region having a main surface and a second conductivity type impurity region formed on the main surface of the semiconductor region. Then, at least one element of fluorine and carbon is introduced into a region straddling the junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the impurity region of the second conductivity type.

この第2の局面による半導体装置では、上記のように、第1導電型の半導体領域と第2導電型の不純物領域との接合界面を跨ぐ領域に、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素を導入することによって、第1導電型の半導体領域と第2導電型の不純物領域との接合界面の容量(pn接合容量)を低減することができるので、半導体装置の動作速度を向上させることができる。また、接合界面に導入されたフッ素がチャネル領域に達したとしても、フッ素は、ドナーおよびアクセプタにはならないので、チャネル領域を構成する第1導電型の半導体領域の不純物濃度に影響を与えない。これにより、チャネル領域の不純物濃度の変動に起因するしきい値電圧の変動を抑制することができる。   In the semiconductor device according to the second aspect, as described above, at least one element of fluorine and carbon is placed in a region that straddles the junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the impurity region of the second conductivity type. With the introduction, the capacity (pn junction capacity) at the junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the impurity region of the second conductivity type can be reduced, so that the operation speed of the semiconductor device can be improved. . Further, even if fluorine introduced into the junction interface reaches the channel region, the fluorine does not serve as a donor or an acceptor, and thus does not affect the impurity concentration of the semiconductor region of the first conductivity type forming the channel region. Thus, a change in the threshold voltage due to a change in the impurity concentration of the channel region can be suppressed.

上記第2の局面による半導体装置において、好ましくは、不純物領域は、低濃度不純物領域と高濃度不純物領域とを含み、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素は、少なくとも第1導電型の半導体領域と高濃度不純物領域との接合界面を跨ぐ領域に導入されている。このように構成すれば、接合容量の大きい半導体領域と高濃度不純物領域との接合界面を跨ぐ領域にフッ素を導入することができるので、半導体領域と不純物領域との接合容量を有効に低減することができる。これにより、容易に、半導体装置の動作速度を向上させることができる。   In the semiconductor device according to the second aspect, preferably, the impurity region includes a low-concentration impurity region and a high-concentration impurity region, and at least one element of fluorine and carbon is at least a first conductivity type semiconductor region. And a high concentration impurity region. According to this structure, fluorine can be introduced into a region across the junction interface between the semiconductor region having a large junction capacitance and the high-concentration impurity region, so that the junction capacitance between the semiconductor region and the impurity region can be effectively reduced. Can be. Thus, the operation speed of the semiconductor device can be easily improved.

この発明の第3の局面による半導体装置は、主表面を有する第1導電型の半導体領域と、半導体領域の主表面に所定の間隔を隔ててチャネル領域を挟むように形成された第2導電型のソース/ドレイン領域と、チャネル領域上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、ゲート電極の側面に形成されたサイドウォール絶縁膜とを備えている。そして、サイドウォール絶縁膜には、誘電率を低減する元素が導入されている。   A semiconductor device according to a third aspect of the present invention is a semiconductor device having a first conductivity type having a main surface and a second conductivity type formed so as to sandwich a channel region at a predetermined interval on the main surface of the semiconductor region. A source / drain region, a gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film, and a sidewall insulating film formed on the side surface of the gate electrode. Then, an element for reducing the dielectric constant is introduced into the sidewall insulating film.

この第3の局面による半導体装置では、上記のように、サイドウォール絶縁膜に、誘電率を低減する元素を導入することによって、サイドウォール絶縁膜の誘電率を十分に低減することができるので、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間の絶縁膜の誘電率を十分に小さくすることができる。その結果、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間のオーバーラップ容量を十分に低減することができるので、半導体装置の動作速度を向上させることができる。   In the semiconductor device according to the third aspect, as described above, the dielectric constant of the sidewall insulating film can be sufficiently reduced by introducing the element that reduces the dielectric constant into the sidewall insulating film. The dielectric constant of the insulating film between the gate electrode and the source / drain region can be sufficiently reduced. As a result, the overlap capacitance between the gate electrode and the source / drain region can be sufficiently reduced, so that the operation speed of the semiconductor device can be improved.

上記第3の局面による半導体装置において、誘電率を低減する元素は、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素を含んでいてもよい。このように構成すれば、サイドウォール絶縁膜に、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素を導入することにより、容易に、サイドウォール絶縁膜の誘電率を低減することができる。   In the semiconductor device according to the third aspect, the element that reduces the dielectric constant may include at least one of fluorine and carbon. According to this structure, the dielectric constant of the sidewall insulating film can be easily reduced by introducing at least one element of fluorine and carbon into the sidewall insulating film.

この発明の第4の局面による半導体装置は、主表面を有する第1導電型の半導体領域と、半導体領域の主表面に所定の間隔を隔ててチャネル領域を挟むように形成された第2導電型のソース/ドレイン領域と、チャネル領域上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを備えている。そして、ゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面およびゲート絶縁膜に、ハロゲン元素が導入されている。   A semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention includes a semiconductor region of a first conductivity type having a main surface and a second conductivity type formed on a main surface of the semiconductor region at a predetermined interval to sandwich a channel region. And a gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film. Then, a halogen element is introduced into the interface between the gate insulating film and at least the central region of the channel region and the gate insulating film.

この第4の局面による半導体装置では、上記のように、ゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面およびゲート絶縁膜に、ハロゲン元素を導入することによって、そのハロゲン元素により、ゲート絶縁膜中のダングリングボンドおよびゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面のダングリングボンドを終端することができる。これにより、ゲート絶縁膜中のダングリングボンドおよびゲート長(チャネル長)が大きい場合のゲート絶縁膜とチャネル領域の中央領域との界面のダングリングボンドに起因してしきい値電圧の変動が大きくなるのを抑制することができる。   In the semiconductor device according to the fourth aspect, the halogen element is introduced into the gate insulating film by introducing the halogen element into the interface between the gate insulating film and at least the central region of the channel region and the gate insulating film as described above. The dangling bonds in the inside and the dangling bonds at the interface between the gate insulating film and at least the central region of the channel region can be terminated. As a result, the fluctuation of the threshold voltage is large due to the dangling bond in the gate insulating film and the dangling bond at the interface between the gate insulating film and the central region of the channel region when the gate length (channel length) is large. Can be suppressed.

上記第4の局面による半導体装置において、ハロゲン元素は、フッ素であってもよい。このように構成すれば、容易に、フッ素によりゲート絶縁膜中のダングリングボンドおよびゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面のダングリングボンドを終端することができる。   In the semiconductor device according to the fourth aspect, the halogen element may be fluorine. According to this structure, the dangling bond in the gate insulating film and the dangling bond at the interface between the gate insulating film and at least the central region of the channel region can be easily terminated by fluorine.

この発明の第5の局面による半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体領域の主表面に所定の間隔を隔ててチャネル領域を挟むように第2導電型のソース/ドレイン領域を形成する工程と、チャネル領域上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、ゲート電極の側面にサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、第1導電型の半導体領域と第2導電型のソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域と、ゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面およびゲート絶縁膜と、サイドウォール絶縁膜とのうちの少なくとも1つに、フッ素を導入する工程とを備えている。   In a method of manufacturing a semiconductor device according to a fifth aspect of the present invention, a source / drain region of a second conductivity type is formed on a main surface of a semiconductor region of a first conductivity type so as to sandwich a channel region at a predetermined interval. Forming a gate electrode on the channel region with a gate insulating film interposed therebetween, forming a sidewall insulating film on the side surface of the gate electrode, forming a first conductive type semiconductor region and a second conductive type Introducing fluorine into at least one of a region extending over a junction interface with a source / drain region, an interface between a gate insulating film and at least a central region of a channel region, a gate insulating film, and a sidewall insulating film. And

この第5の局面による半導体装置の製造方法では、上記のように、第1導電型の半導体領域と第2導電型のソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域と、ゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面およびゲート絶縁膜と、サイドウォール絶縁膜と、のうちの少なくとも1つに、フッ素を導入することによって、たとえば、第1導電型の半導体領域と第2導電型のソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域にフッ素が導入されている場合には、半導体領域とソース/ドレイン領域との接合容量(pn接合容量)をフッ素により低減することができるので、半導体装置の動作速度を向上させることができる。また、接合界面に導入されたフッ素がチャネル領域に達したとしても、フッ素はドナーおよびアクセプタにはならないので、チャネル領域の第1導電型の不純物濃度にそれほど影響を与えない。これにより、チャネル領域の不純物濃度の変動に起因するしきい値電圧の変動を抑制することができる。また、ゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面およびゲート絶縁膜にフッ素が導入されている場合には、フッ素により、ゲート絶縁膜中のダングリングボンドおよびゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面のダングリングボンドを終端することができる。これにより、ゲート絶縁膜中のダングリングボンドおよびゲート長(チャネル長)が大きい場合のゲート絶縁膜とチャネル領域の中央領域との界面のダングリングボンドに起因してしきい値電圧の変動が大きくなるのを抑制することができる。これによっても、しきい値電圧の変動を抑制することができる。また、サイドウォール絶縁膜にフッ素が導入されている場合には、サイドウォール絶縁膜の誘電率を十分に低減することができるので、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間の絶縁膜の誘電率を十分に小さくすることができる。その結果、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間のオーバーラップ容量を十分に低減することができるので、半導体装置の動作速度を向上させることができる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth aspect, as described above, the region extending over the junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the source / drain region of the second conductivity type, the gate insulating film and the channel region By introducing fluorine into at least one of the interface with at least the central region, the gate insulating film, and the sidewall insulating film, for example, a semiconductor region of the first conductivity type and a source of the second conductivity type are introduced. In the case where fluorine is introduced into a region across the junction interface between the semiconductor region and the drain region, the junction capacitance (pn junction capacitance) between the semiconductor region and the source / drain region can be reduced by the fluorine. The operation speed can be improved. Further, even if the fluorine introduced into the junction interface reaches the channel region, the fluorine does not serve as a donor or an acceptor, and thus does not significantly affect the impurity concentration of the first conductivity type in the channel region. Thus, a change in the threshold voltage due to a change in the impurity concentration of the channel region can be suppressed. When fluorine is introduced into the interface between the gate insulating film and at least the central region of the channel region and the gate insulating film, dangling bonds in the gate insulating film and at least the gate insulating film and the channel region are caused by fluorine. Dangling bonds at the interface with the central region can be terminated. As a result, the fluctuation of the threshold voltage is large due to the dangling bond in the gate insulating film and the dangling bond at the interface between the gate insulating film and the central region of the channel region when the gate length (channel length) is large. Can be suppressed. This can also suppress fluctuations in the threshold voltage. Further, when fluorine is introduced into the sidewall insulating film, the dielectric constant of the sidewall insulating film can be sufficiently reduced, so that the dielectric constant of the insulating film between the gate electrode and the source / drain region can be reduced. Can be made sufficiently small. As a result, the overlap capacitance between the gate electrode and the source / drain region can be sufficiently reduced, so that the operation speed of the semiconductor device can be improved.

上記第5の局面による半導体装置の製造方法において、好ましくは、フッ素を導入する工程は、ゲート電極にフッ素をイオン注入した後、熱処理することによって、ゲート電極からサイドウォール絶縁膜にフッ素を拡散させるとともに、ゲート電極からゲート絶縁膜およびゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面に、フッ素を拡散させる工程を含む。このように構成すれば、容易に、サイドウォール絶縁膜と、ゲート絶縁膜およびチャネル領域の少なくとも中央領域とにフッ素を導入することができる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth aspect, preferably, in the step of introducing fluorine, the fluorine is diffused from the gate electrode to the sidewall insulating film by performing a heat treatment after ion-implanting fluorine into the gate electrode. And a step of diffusing fluorine from the gate electrode to the gate insulating film and the interface between the gate insulating film and at least the central region of the channel region. According to this structure, fluorine can be easily introduced into the sidewall insulating film and at least the central region of the gate insulating film and the channel region.

上記第5の局面による半導体装置の製造方法において、好ましくは、フッ素を導入する工程は、第1導電型の半導体領域と第2導電型のソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域にフッ素をイオン注入する工程を含む。このように構成すれば、容易に、第1導電型の半導体領域と第2導電型のソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域にフッ素を導入することができる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth aspect, preferably, the step of introducing fluorine includes the step of introducing fluorine into a region across a junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the source / drain region of the second conductivity type. It includes a step of ion implantation. According to this structure, fluorine can be easily introduced into a region across a junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the source / drain region of the second conductivity type.

この発明の第6の局面による半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体領域の主表面に第2導電型の不純物領域を形成する工程と、第2導電型の不純物領域と第1導電型の半導体領域との接合界面を跨ぐ領域に、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素をイオン注入する工程とを備えている。   A method of manufacturing a semiconductor device according to a sixth aspect of the present invention includes a step of forming an impurity region of a second conductivity type on a main surface of a semiconductor region of a first conductivity type; Ion-implanting at least one element of fluorine and carbon into a region straddling the junction interface with the semiconductor region of the mold.

この第6の局面による半導体装置の製造方法では、上記のように、第2導電型の不純物領域と第1導電型の半導体領域との接合界面を跨ぐ領域に、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素を導入することによって、半導体領域と不純物領域との接合容量(pn接合容量)をフッ素または炭素により低減することができるので、半導体装置の動作速度を向上させることができる。また、接合界面に導入されたフッ素または炭素がチャネル領域に達したとしても、フッ素または炭素は、ドナーおよびアクセプタにはならないので、チャネル領域を構成する第1導電型の半導体領域の不純物濃度に影響を与えない。これにより、チャネル領域の不純物濃度の変動に起因してしきい値電圧が変動するのを抑制することができる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the sixth aspect, as described above, at least one of fluorine and carbon is formed in the region straddling the junction interface between the impurity region of the second conductivity type and the semiconductor region of the first conductivity type. By introducing two elements, the junction capacitance (pn junction capacitance) between the semiconductor region and the impurity region can be reduced by fluorine or carbon, so that the operation speed of the semiconductor device can be improved. Further, even if fluorine or carbon introduced into the junction interface reaches the channel region, the fluorine or carbon does not become a donor or an acceptor, and thus affects the impurity concentration of the first conductivity type semiconductor region forming the channel region. Do not give. Thus, a change in threshold voltage due to a change in the impurity concentration of the channel region can be suppressed.

この発明の第7の局面による半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体領域の表面上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、少なくともゲート電極に、誘電率を低減する元素をイオン注入する工程と、ゲート電極の側面にサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、少なくともサイドウォール絶縁膜の上にシリコン窒化膜を形成する工程と、熱処理により誘電率を低減する元素をゲート電極からサイドウォール絶縁膜に拡散させる工程とを備えている。   A method of manufacturing a semiconductor device according to a seventh aspect of the present invention includes a step of forming a gate electrode on a surface of a semiconductor region of a first conductivity type via a gate insulating film, and reducing a dielectric constant of at least the gate electrode. Ion-implanting the element to be formed, forming a sidewall insulating film on the side surface of the gate electrode, forming a silicon nitride film on at least the sidewall insulating film, and removing the element for reducing the dielectric constant by heat treatment. Diffusing from the gate electrode into the sidewall insulating film.

この第7の局面による半導体装置の製造方法では、上記のように、熱処理により誘電率を低減する元素をゲート電極からサイドウォール絶縁膜に拡散させることによって、容易に、サイドウォール絶縁膜の誘電率を十分に低減することができるので、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間の絶縁膜の誘電率を十分に小さくすることができる。その結果、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間のオーバーラップ容量を十分に低減することができるので、半導体装置の動作速度を向上させることができる。また、少なくともサイドウォール絶縁膜の上にシリコン窒化膜を形成した後熱処理することによって、熱処理時に誘電率を低減する元素が外方拡散するのをシリコン窒化膜により抑制することができる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh aspect, as described above, the element that reduces the dielectric constant by the heat treatment is diffused from the gate electrode to the sidewall insulating film, so that the dielectric constant of the sidewall insulating film can be easily adjusted. Can be sufficiently reduced, and the dielectric constant of the insulating film between the gate electrode and the source / drain region can be sufficiently reduced. As a result, the overlap capacitance between the gate electrode and the source / drain region can be sufficiently reduced, so that the operation speed of the semiconductor device can be improved. In addition, by performing heat treatment after forming a silicon nitride film on at least the sidewall insulating film, the silicon nitride film can suppress outward diffusion of an element that reduces the dielectric constant during the heat treatment.

この発明の第8の局面による半導体装置の製造方法は、シリコン基板の主表面上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、ゲート電極にハロゲン元素をイオン注入する工程と、シリコン基板を熱処理することによって、ゲート電極中のハロゲン元素を、ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜とシリコン基板との界面とに拡散させる工程とを備えている。   A method for manufacturing a semiconductor device according to an eighth aspect of the present invention includes a step of forming a gate electrode on a main surface of a silicon substrate via a gate insulating film; a step of ion-implanting a halogen element into the gate electrode; A step of diffusing the halogen element in the gate electrode into the gate insulating film and the interface between the gate insulating film and the silicon substrate by heat-treating the substrate.

この第8の局面による半導体装置の製造方法では、上記のように、シリコン基板を熱処理することにより、ゲート電極中のハロゲン元素を、ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜とシリコン基板との界面とに拡散させることによって、ゲート電極中のハロゲン元素を、容易に、ゲート絶縁膜中と、ゲート絶縁膜とシリコン基板との界面に位置するチャネル領域全体とに拡散させることができる。これにより、ハロゲン元素により、ゲート絶縁膜中のダングリングボンドおよびチャネル領域の中央領域を含むチャネル領域全体のダングリングボンドを終端することができるので、ゲート長(チャネル長)が大きい場合にも、チャネル領域の中央領域のダングリングボンドに起因してしきい値電圧の変動が大きくなるのを抑制することができる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the eighth aspect, as described above, the halogen element in the gate electrode is formed on the gate insulating film and the interface between the gate insulating film and the silicon substrate by heat-treating the silicon substrate. By diffusing, the halogen element in the gate electrode can be easily diffused in the gate insulating film and the entire channel region located at the interface between the gate insulating film and the silicon substrate. Accordingly, the dangling bond in the gate insulating film and the dangling bond in the entire channel region including the central region of the channel region can be terminated by the halogen element. Therefore, even when the gate length (channel length) is large, Increase in fluctuation of the threshold voltage due to dangling bonds in the central region of the channel region can be suppressed.

上記の第1〜第9の局面による発明において、以下のように構成してもよい。   The invention according to the first to ninth aspects may be configured as follows.

すなわち、上記第1の局面による半導体装置において、好ましくは、第1導電型の半導体領域と第2導電型のソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域と、ゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面およびゲート絶縁膜と、サイドウォール絶縁膜とに、フッ素が導入されている。このように構成すれば、ソース/ドレイン領域の寄生容量の低減およびチャネル領域の不純物濃度の変動に起因するしきい値電圧の変動の抑制と、ゲート絶縁膜とチャネル領域の中央領域との界面のダングリングボンドに起因するしきい値電圧の変動の抑制と、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間のオーバーラップ容量の低減とを同時に達成することができる。これにより、半導体装置の動作速度の向上およびしきい値電圧の変動の抑制をより図ることができる。   That is, in the semiconductor device according to the first aspect, preferably, a region extending over a junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the source / drain region of the second conductivity type, and at least a center of the gate insulating film and the channel region. Fluorine is introduced into the interface with the region, the gate insulating film, and the sidewall insulating film. With this configuration, the parasitic capacitance of the source / drain region is reduced, the threshold voltage is prevented from changing due to the change in the impurity concentration of the channel region, and the interface between the gate insulating film and the central region of the channel region is reduced. It is possible to simultaneously suppress the fluctuation of the threshold voltage due to the dangling bond and reduce the overlap capacitance between the gate electrode and the source / drain region. Thus, the operation speed of the semiconductor device can be improved and the fluctuation of the threshold voltage can be further suppressed.

上記第1の局面による半導体装置において、第1導電型の半導体領域は、第1導電型のシリコン領域を含んでいてもよい。このように構成すれば、容易に、フッ素によるシリコンのダングリングボンドの終端、および、フッ素によるソース/ドレイン領域(シリコン領域)のpn接合界面での接合容量の低減を行うことができる。   In the semiconductor device according to the first aspect, the semiconductor region of the first conductivity type may include a silicon region of the first conductivity type. With this configuration, it is possible to easily terminate the dangling bond of silicon with fluorine and reduce the junction capacitance at the pn junction interface of the source / drain region (silicon region) with fluorine.

上記第1の局面による半導体装置において、サイドウォール絶縁膜は、Siを含む絶縁膜からなるようにしてもよい。このように構成すれば、Siを含む絶縁膜からなるサイドウォール絶縁膜に、フッ素を導入することにより、容易に、サイドウォール絶縁膜の誘電率を低減することができる。   In the semiconductor device according to the first aspect, the sidewall insulating film may be made of an insulating film containing Si. According to this structure, the dielectric constant of the sidewall insulating film can be easily reduced by introducing fluorine into the sidewall insulating film made of the insulating film containing Si.

上記第2の局面による半導体装置において、好ましくは、半導体領域の主表面上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、ゲート電極の側面に形成されたサイドウォール絶縁膜とをさらに備え、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素は、サイドウォール絶縁膜にも導入されている。このように構成すれば、サイドウォール絶縁膜の誘電率を低減することができるので、半導体領域と不純物領域との接合容量の低減に加えて、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間のオーバーラップ容量の低減も図ることができる。これにより、半導体装置の動作速度をより向上させることができる。   The semiconductor device according to the second aspect preferably further includes a gate electrode formed on the main surface of the semiconductor region via the gate insulating film, and a sidewall insulating film formed on a side surface of the gate electrode. , Fluorine, and / or carbon are also introduced into the sidewall insulating film. According to this structure, the dielectric constant of the sidewall insulating film can be reduced, so that the junction capacitance between the semiconductor region and the impurity region can be reduced and the overlap between the gate electrode and the source / drain region can be reduced. The capacity can be reduced. Thus, the operation speed of the semiconductor device can be further improved.

上記第2の局面による半導体装置において、好ましくは、不純物領域は、半導体領域の主表面に所定の間隔を隔ててチャネル領域を挟むように形成された第2導電型のソース/ドレイン領域を含み、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素は、フッ素であり、フッ素は、ゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面およびゲート絶縁膜にも導入されている。このように構成すれば、フッ素により、ゲート絶縁膜とチャネル領域の少なくとも中央領域との界面のダングリングボンドおよびゲート絶縁膜中のダングリングボンドを終端することができるので、ゲート絶縁膜中のダングリングボンドおよびゲート長(チャネル長)が大きい場合のゲート絶縁膜とチャネル領域の中央領域との界面のダングリングボンドに起因してしきい値電圧の変動が大きくなるのを抑制することができる。これにより、チャネル領域の不純物濃度の変動に起因するしきい値電圧の変動のみならず、ゲート絶縁膜とチャネル領域の中央領域との界面のダングリングボンドに起因するしきい値電圧の変動も抑制することができる。   In the semiconductor device according to the second aspect, preferably, the impurity region includes a second conductivity type source / drain region formed on a main surface of the semiconductor region at a predetermined interval so as to sandwich the channel region, At least one element of fluorine and carbon is fluorine, and fluorine is also introduced into the interface between the gate insulating film and at least the central region of the channel region and the gate insulating film. According to this structure, dangling bonds at the interface between the gate insulating film and at least the central region of the channel region and dangling bonds in the gate insulating film can be terminated by fluorine. In the case where the ring bond and the gate length (channel length) are large, the fluctuation of the threshold voltage due to the dangling bond at the interface between the gate insulating film and the central region of the channel region can be suppressed from increasing. This suppresses not only fluctuations in the threshold voltage due to fluctuations in the impurity concentration of the channel region, but also fluctuations in the threshold voltage due to dangling bonds at the interface between the gate insulating film and the central region of the channel region. can do.

上記第3の局面による半導体装置において、サイドウォール絶縁膜は、Siを含む絶縁膜からなるようにしてもよい。このように構成すれば、Siを含む絶縁膜からなるサイドウォール絶縁膜に、誘電率を低減する元素を導入することにより、容易に、サイドウォール絶縁膜の誘電率を低減することができる。   In the semiconductor device according to the third aspect, the sidewall insulating film may be made of an insulating film containing Si. According to this structure, the dielectric constant of the sidewall insulating film can be easily reduced by introducing an element for reducing the dielectric constant into the sidewall insulating film formed of the insulating film containing Si.

上記誘電率を低減する元素としてフッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素を含む第3の局面による半導体装置において、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素は、第1導電型の半導体領域と第2導電型のソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域にも導入されている。このように構成すれば、第1導電型の半導体領域と第2導電型の不純物領域との接合界面の容量(pn接合容量)を低減することができるので、半導体装置の動作速度をより向上させることができる。また、接合界面に導入されたフッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素がチャネル領域に達したとしても、フッ素は、ドナーおよびアクセプタにはならないので、チャネル領域を構成する第1導電型の半導体領域の不純物濃度に影響を与えない。これにより、チャネル領域の不純物濃度の変動に起因してしきい値電圧が変動するのを抑制することができる。   In the semiconductor device according to the third aspect, wherein at least one element of fluorine and carbon is included as the element for reducing the dielectric constant, at least one element of fluorine and carbon is a first conductive type semiconductor region. It is also introduced into a region straddling the junction interface with the two-conductivity type source / drain region. According to this structure, the capacity (pn junction capacity) at the junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the impurity region of the second conductivity type can be reduced, so that the operation speed of the semiconductor device is further improved. be able to. Further, even if at least one element of fluorine and carbon introduced into the junction interface reaches the channel region, the fluorine does not become a donor or an acceptor, and thus the first conductivity type semiconductor region forming the channel region Does not affect the impurity concentration. Thus, a change in threshold voltage due to a change in the impurity concentration of the channel region can be suppressed.

上記第4の局面による半導体装置において、第1導電型の半導体領域は、第1導電型のシリコン領域を含んでいてもよい。このように構成すれば、容易に、ハロゲン元素により、ゲート絶縁膜中のダングリングボンドおよびチャネル領域のシリコンのダングリングボンドを終端することができる。   In the semiconductor device according to the fourth aspect, the first conductivity type semiconductor region may include a first conductivity type silicon region. With this configuration, the dangling bond in the gate insulating film and the dangling bond in silicon in the channel region can be easily terminated by the halogen element.

上記ハロゲン元素がフッ素である第4の局面による半導体装置において、好ましくは、ゲート電極の側面に形成されたサイドウォール絶縁膜をさらに備え、フッ素は、サイドウォール絶縁膜にも導入されている。このように構成すれば、サイドウォール絶縁膜の誘電率を十分に低減することができるので、ゲート電極とソース/ドレイン領域との間の絶縁膜の誘電率を十分に小さくすることができる。その結果、ゲート絶縁膜中およびゲート絶縁膜とチャネル領域との界面のダングリングボンドに起因するしきい値電圧の変動の抑制に加えて、オーバーラップ容量の低減による半導体装置の動作速度の向上も図ることができる。   The semiconductor device according to the fourth aspect, wherein the halogen element is fluorine, preferably further includes a sidewall insulating film formed on a side surface of the gate electrode, and the fluorine is also introduced into the sidewall insulating film. With this configuration, the dielectric constant of the sidewall insulating film can be sufficiently reduced, so that the dielectric constant of the insulating film between the gate electrode and the source / drain region can be sufficiently reduced. As a result, in addition to suppressing the fluctuation of the threshold voltage due to dangling bonds in the gate insulating film and at the interface between the gate insulating film and the channel region, the operation speed of the semiconductor device is also improved by reducing the overlap capacitance. Can be planned.

上記ハロゲン元素がフッ素である第4の局面による半導体装置において、好ましくは、フッ素は、第1導電型の半導体領域と第2導電型のソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域にも導入されている。このように構成すれば、第1導電型の半導体領域と第2導電型の不純物領域との接合界面の容量(pn接合容量)の低減も図ることができるので、半導体装置の動作速度をより向上させることができる。また、接合界面に導入されたフッ素がチャネル領域に達したとしても、フッ素は、ドナーおよびアクセプタにはならないので、チャネル領域を構成する第1導電型の半導体領域の不純物濃度に影響を与えない。これにより、チャネル領域の不純物濃度の変動に起因してしきい値電圧が変動するのを抑制することができる。その結果、ゲート絶縁膜中およびゲート絶縁膜とチャネル領域の中央領域との界面のダングリングボンドに起因するしきい値電圧の変動のみならず、チャネル領域の不純物濃度の変動に起因するしきい値電圧の変動も抑制することができる。   In the semiconductor device according to the fourth aspect, wherein the halogen element is fluorine, preferably, the fluorine is also introduced into a region across a junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the source / drain region of the second conductivity type. ing. With this configuration, the capacitance (pn junction capacitance) at the junction interface between the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type impurity region can be reduced, so that the operation speed of the semiconductor device can be further improved. Can be done. Further, even if fluorine introduced into the junction interface reaches the channel region, the fluorine does not serve as a donor or an acceptor, and thus does not affect the impurity concentration of the semiconductor region of the first conductivity type forming the channel region. Thus, a change in threshold voltage due to a change in the impurity concentration of the channel region can be suppressed. As a result, the threshold voltage not only changes due to dangling bonds in the gate insulating film and at the interface between the gate insulating film and the central region of the channel region, but also changes due to the change in impurity concentration in the channel region. Voltage fluctuation can also be suppressed.

上記第6の局面による半導体装置の製造方法において、好ましくは、第2導電型の不純物領域を形成する工程は、低濃度不純物領域と高濃度不純物領域とを含む第2導電型のソース/ドレイン領域を形成する工程を含み、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素を導入する工程は、少なくとも第1導電型の半導体領域と高濃度不純物領域との接合界面を跨ぐ領域にフッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素を導入する工程を含む。このように構成すれば、接合容量の大きい半導体領域と高濃度不純物領域との接合界面を跨ぐ領域にフッ素および炭素の少なくともいずれかを導入することができるので、半導体領域とソース/ドレイン領域との接合容量を有効に低減することができる。これにより、容易に、半導体装置の動作速度を向上させることができる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the sixth aspect, preferably, the step of forming the second conductivity type impurity region includes the step of forming the second conductivity type source / drain region including the low concentration impurity region and the high concentration impurity region. Wherein the step of introducing at least one element of fluorine and carbon includes at least one of fluorine and carbon in a region straddling at least a junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the high-concentration impurity region. And introducing a single element. According to this structure, at least one of fluorine and carbon can be introduced into a region across the junction interface between the semiconductor region having a large junction capacitance and the high-concentration impurity region. The junction capacitance can be effectively reduced. Thus, the operation speed of the semiconductor device can be easily improved.

上記第6の局面による半導体装置の製造方法において、好ましくは、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素を導入する工程は、第2導電型の不純物領域と第1導電型の半導体領域との接合界面を跨ぐ領域に、約1.5×1015cm−2以上約3×1015cm−2以下の注入量で、フッ素をイオン注入する工程を含む。このような注入量でフッ素をイオン注入すれば、容易に、第2導電型の不純物領域と第1導電型の半導体領域との接合界面の接合容量を低減することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the sixth aspect, preferably, the step of introducing at least one element of fluorine and carbon includes a step of joining the impurity region of the second conductivity type and the semiconductor region of the first conductivity type. The method includes a step of ion-implanting fluorine with a dose of about 1.5 × 10 15 cm −2 or more and about 3 × 10 15 cm −2 or less in a region across the interface. If fluorine is ion-implanted at such an implantation amount, the junction capacitance at the junction interface between the second conductivity type impurity region and the first conductivity type semiconductor region can be easily reduced.

上記第7の局面による半導体装置の製造方法において、好ましくは、イオン注入する工程は、誘電率を低減する元素を、第1導電型の半導体領域にも注入する工程を含み、誘電率を低減する元素をゲート電極からサイドウォール絶縁膜に拡散させる工程は、熱処理により誘電率を低減する元素を第1導電型の半導体領域からサイドウォール絶縁膜に拡散する工程を含む。このように構成すれば、サイドウォール絶縁膜により多くの誘電率を低減する元素を拡散させることができるので、サイドウォール絶縁膜の誘電率をより十分に低減することができる。その結果、半導体装置の動作速度をより向上させることができる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh aspect, preferably, the step of ion-implanting includes the step of injecting an element for reducing the dielectric constant also into the semiconductor region of the first conductivity type to reduce the dielectric constant. The step of diffusing the element from the gate electrode into the sidewall insulating film includes a step of diffusing the element for reducing the dielectric constant by heat treatment from the semiconductor region of the first conductivity type into the sidewall insulating film. According to this structure, more elements that reduce the dielectric constant can be diffused into the sidewall insulating film, so that the dielectric constant of the sidewall insulating film can be more sufficiently reduced. As a result, the operation speed of the semiconductor device can be further improved.

上記第8の局面による半導体装置の製造方法において、ハロゲン元素は、フッ素であってもよい。このように構成すれば、フッ素により容易にゲート絶縁膜中およびチャネル領域のダングリングボンドを終端することができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the eighth aspect, the halogen element may be fluorine. According to this structure, dangling bonds in the gate insulating film and in the channel region can be easily terminated by fluorine.

上記第8の局面による半導体装置の製造方法において、イオン注入する工程は、好ましくは、約1.5×1015cm−2以上約5×1015cm−2以下の注入量で、フッ素をイオン注入する工程を含んでいてもよい。このような注入量でフッ素をイオン注入すれば、容易に、ゲート電極の内部にハロゲン元素を導入することができるので、ハロゲン元素を、ゲート電極から、ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜とシリコン基板との界面とに拡散させることができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the eighth aspect, the step of ion-implanting preferably includes the step of ion-implanting fluorine with an implantation amount of about 1.5 × 10 15 cm −2 to about 5 × 10 15 cm −2. An injection step may be included. If fluorine is ion-implanted at such an implantation amount, a halogen element can be easily introduced into the gate electrode. Therefore, the halogen element is transferred from the gate electrode to the gate insulating film, the gate insulating film and the silicon substrate. Can be diffused to the interface.

上記第8の局面による半導体装置の製造方法において、好ましくは、ハロゲン元素の拡散を行うための熱処理は、ハロゲン元素のイオン注入後、1回のみ行われる。このように構成すれば、熱処理工程が1回でよいので、製造プロセスを簡略化することができる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the eighth aspect, the heat treatment for diffusing the halogen element is preferably performed only once after the ion implantation of the halogen element. With this configuration, the number of heat treatment steps may be one, so that the manufacturing process can be simplified.

また、この発明の他の局面による半導体装置の製造方法は、第1導電型のシリコン基板の主表面上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、シリコン基板の主表面に、チャネル領域を挟むように、一対の第2導電型のソース/ドレイン領域を形成する工程と、ソース/ドレイン領域およびゲート電極にハロゲン元素をイオン注入する工程と、シリコン基板を熱処理することによって、ゲート電極中のハロゲン元素を、ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜とシリコン基板との界面のチャネル領域とに拡散させるとともに、ソース/ドレイン領域のハロゲン元素をゲート絶縁膜下のチャネル領域に拡散させる工程とを備えている。   Further, according to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a gate electrode on a main surface of a first conductivity type silicon substrate via a gate insulating film; Forming a pair of second conductivity type source / drain regions so as to sandwich the channel region; implanting a halogen element into the source / drain regions and the gate electrode; and heat-treating the silicon substrate to form a gate. Diffusing the halogen element in the electrode into the gate insulating film and the channel region at the interface between the gate insulating film and the silicon substrate, and diffusing the halogen element in the source / drain region into the channel region below the gate insulating film; It has.

この他の局面による半導体装置の製造方法では、上記のように、シリコン基板を熱処理することにより、ゲート電極中のハロゲン元素を、ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜とシリコン基板との界面のチャネル領域とに拡散させるとともに、ソース/ドレイン領域のハロゲン元素をゲート絶縁膜下のチャネル領域に拡散させることによって、ゲート絶縁膜中にハロゲン元素を拡散させることができるとともに、チャネル領域の中央領域を含むチャネル領域の全体により多くのハロゲン元素を拡散させることができる。これにより、ハロゲン元素により、ゲート絶縁膜中およびチャネル領域の全体に存在するより多くのダングリングボンドを終端することができる。その結果、ゲート絶縁膜中のダングリングボンドおよびゲート長(チャネル長)が大きい場合のゲート絶縁膜とチャネル領域の中央領域との界面のダングリングボンドに起因してしきい値電圧が大きく変動するのをより抑制することができる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to this other aspect, as described above, the halogen element in the gate electrode is subjected to the heat treatment of the silicon substrate to remove the halogen element in the gate electrode and the channel region at the interface between the gate insulating film and the silicon substrate. By diffusing the halogen element in the source / drain region into the channel region below the gate insulating film, the halogen element can be diffused into the gate insulating film, and the channel including the central region of the channel region can be diffused. More halogen elements can be diffused over the entire region. Thereby, more dangling bonds existing in the gate insulating film and in the entire channel region can be terminated by the halogen element. As a result, the threshold voltage greatly changes due to the dangling bond in the gate insulating film and the dangling bond at the interface between the gate insulating film and the central region of the channel region when the gate length (channel length) is large. Can be further suppressed.

以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による半導体装置を示した断面図である。図1を参照して、第1実施形態による半導体装置(pチャネルMOSトランジスタ)の構造について説明する。
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. The structure of the semiconductor device (p-channel MOS transistor) according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

第1実施形態による半導体装置では、図1に示すように、n型単結晶シリコン基板1の主表面の所定領域に、隣接する素子形成領域(活性領域)間を分離するためのSTI(Shallow Trench Isolation)構造を有する素子分離2aおよび2bが形成されている。なお、n型単結晶シリコン基板1は、本発明の「第1導電型の半導体領域」の一例である。素子分離2aおよび2bで挟まれた素子形成領域には、チャネル領域1aを挟むように、一対のp型のソース/ドレイン領域5が形成されている。このpチャネルMOSトランジスタのソース/ドレイン領域5は、低濃度不純物領域5aと高濃度不純物領域5bとからなるLDD(Lightly Doped Drain)構造を有する。なお、このソース/ドレイン領域5は、本発明における「不純物領域」の一例である。チャネル領域1a上には、約2nm〜約10nmの厚みを有するSiO膜からなるゲート絶縁膜3を介して、約150nm〜約200nmの多結晶シリコン層からなるゲート電極4が形成されている。一対のp型のソース/ドレイン領域5とゲート絶縁膜3とゲート電極4とによって、pチャネルMOSトランジスタが構成されている。 In the semiconductor device according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, an STI (Shallow Trench) for separating an adjacent element formation region (active region) is formed in a predetermined region on a main surface of an n-type single crystal silicon substrate 1. Element isolations 2a and 2b having an Isolation structure are formed. The n-type single crystal silicon substrate 1 is an example of the “first conductive type semiconductor region” of the present invention. A pair of p-type source / drain regions 5 are formed in the element formation region sandwiched between the element isolations 2a and 2b so as to sandwich the channel region 1a. The source / drain region 5 of this p-channel MOS transistor has an LDD (Lightly Doped Drain) structure including a low concentration impurity region 5a and a high concentration impurity region 5b. Note that the source / drain region 5 is an example of the “impurity region” in the present invention. On the channel region 1a, a gate electrode 4 made of a polycrystalline silicon layer of about 150 nm to about 200 nm is formed via a gate insulating film 3 made of a SiO 2 film having a thickness of about 2 nm to about 10 nm. A pair of p-type source / drain regions 5, gate insulating film 3 and gate electrode 4 constitute a p-channel MOS transistor.

ここで、この第1実施形態では、ソース/ドレイン領域5を構成する高濃度不純物領域5bとn型単結晶シリコン基板1との接合界面を跨ぐようにフッ素が導入されたフッ素領域6が形成されている。このフッ素領域6は、n型単結晶シリコン基板1の主表面と平行な方向に、少なくともソース/ドレイン領域5を構成する低濃度不純物領域5aの下方にまで延びるように形成されている。   Here, in the first embodiment, a fluorine region 6 into which fluorine is introduced is formed so as to cross over a junction interface between high-concentration impurity region 5b forming source / drain region 5 and n-type single-crystal silicon substrate 1. ing. This fluorine region 6 is formed so as to extend in a direction parallel to the main surface of n-type single-crystal silicon substrate 1 at least below low-concentration impurity region 5a constituting source / drain region 5.

また、ゲート電極4の側面には、シリコン酸化物からなるサイドウォール絶縁膜7が形成されている。ゲート電極4の上面上およびソース/ドレイン領域5を構成する高濃度不純物領域5bの上面上には、それぞれ、CoSiからなるシリサイド膜9aおよび9bが形成されている。 A side wall insulating film 7 made of silicon oxide is formed on a side surface of the gate electrode 4. Silicide films 9a and 9b made of CoSi 2 are formed on the upper surface of the gate electrode 4 and the upper surface of the high-concentration impurity region 5b constituting the source / drain region 5, respectively.

また、全面を覆うように、約1000nmの厚みを有するシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜10が形成されている。この層間絶縁膜10は、それぞれ、シリサイド膜9aおよび9bに達するコンタクトホール10aおよび10bを有する。コンタクトホール10aおよび10b内には、それぞれ、タングステンからなるプラグ11aおよび11bが埋め込まれている。プラグ11aおよび11bにそれぞれ接続するように、配線12aおよび12bが形成されている。なお、配線12aおよび12bは、下層から上層に向かって、約30nmの厚みを有するTi層と、約30nmの厚みを有するTiN層と、約400nmの厚みを有するAlCu層とからなる。   Further, an interlayer insulating film 10 made of a silicon oxide film having a thickness of about 1000 nm is formed so as to cover the entire surface. This interlayer insulating film 10 has contact holes 10a and 10b reaching silicide films 9a and 9b, respectively. Plugs 11a and 11b made of tungsten are buried in the contact holes 10a and 10b, respectively. Wirings 12a and 12b are formed to be connected to plugs 11a and 11b, respectively. The wirings 12a and 12b are composed of a Ti layer having a thickness of about 30 nm, a TiN layer having a thickness of about 30 nm, and an AlCu layer having a thickness of about 400 nm from the lower layer to the upper layer.

この第1実施形態による半導体装置では、上記のように、p型のソース/ドレイン領域5を構成する高濃度不純物領域5bの下部(pn接合部)周辺に、フッ素が導入されたフッ素領域6を設けることによって、フッ素領域6付近のシリコン基板1の比誘電率が、n型単結晶シリコン基板1中の活性領域における比誘電率と比較して小さくなる。   In the semiconductor device according to the first embodiment, as described above, the fluorine region 6 into which fluorine is introduced is formed around the lower portion (pn junction) of the high-concentration impurity region 5b constituting the p-type source / drain region 5. By providing, the relative dielectric constant of the silicon substrate 1 in the vicinity of the fluorine region 6 becomes smaller than the relative dielectric constant of the active region in the n-type single crystal silicon substrate 1.

その一方、pn接合近傍に生じる寄生容量Cdは、一般的に、次の式(1)で表される。   On the other hand, the parasitic capacitance Cd generated near the pn junction is generally expressed by the following equation (1).

Figure 2004319988
ここでεは、真空の誘電率、εは、シリコンの比誘電率、Xdは、pn接合の空乏層の幅である。また、Xdは、次の式(2)で表される。
Figure 2004319988
Here, ε 0 is the dielectric constant of vacuum, ε S is the relative dielectric constant of silicon, and Xd is the width of the depletion layer of the pn junction. Xd is expressed by the following equation (2).

Figure 2004319988
ここで、qは、電荷素量、NBは、空乏層付近の基板不純物濃度、Vbiは、ビルトインポテンシャル、Vbsは、基板バイアス電圧(ソース基板間電圧)をそれぞれ示す。これらの式を用いると、次の式(3)が導出される。
Figure 2004319988
Here, q is the elementary charge, NB is the substrate impurity concentration near the depletion layer, Vbi is the built-in potential, and Vbs is the substrate bias voltage (source-substrate voltage). Using these equations, the following equation (3) is derived.

Figure 2004319988
上記式(3)に示すように、pn接合近傍に生じる寄生容量Cdは、シリコン基板の比誘電率εの平方根に比例することが分かる。すなわち、pn接合付近にフッ素イオンをイオン注入することにより、シリコン基板の比誘電率εが小さくなるので、pn接合部分に生じる寄生容量Cdを低減することができる。なお、上記式(3)において、寄生容量Cdは、空乏層付近の基板濃度NBに依存するが、フッ素イオンは、ドナーやアクセプタとはならないため、フッ素イオン注入による基板濃度NBの変化は考慮する必要がない。
Figure 2004319988
As shown in the equation (3), a parasitic capacitance Cd generated in the vicinity of the pn junction is found to be proportional to the square root of the dielectric constant epsilon S of the silicon substrate. That is, by ion-implanting fluorine ions in the vicinity of the pn junction, since the dielectric constant epsilon S of the silicon substrate is reduced, it is possible to reduce the parasitic capacitance Cd caused pn junction. In the above equation (3), the parasitic capacitance Cd depends on the substrate concentration NB near the depletion layer. However, since the fluorine ions do not become donors or acceptors, the change in the substrate concentration NB due to the fluorine ion implantation is taken into account. No need.

図2は、pn接合付近へのフッ素イオン(F)の注入量を変化させたときの寄生容量の変化を示す実測データである。図2から分かるように、1.5×1015cm−2〜3×1015cm−2の注入量でフッ素をイオン注入した場合、pn接合の寄生容量を3%程度低減することができた。 FIG. 2 is measured data showing a change in parasitic capacitance when the amount of fluorine ions (F + ) implanted near the pn junction is changed. As can be seen from FIG. 2, when fluorine is ion-implanted at an implantation amount of 1.5 × 10 15 cm −2 to 3 × 10 15 cm −2 , the parasitic capacitance of the pn junction could be reduced by about 3%. .

第1実施形態による半導体装置では、上記のように、ソース/ドレイン領域5を構成する高濃度不純物領域5bの下部(pn接合部)周辺にフッ素イオンを導入したフッ素領域6を設けることにより、フッ素領域6の比誘電率が小さくなるので、寄生容量を低減することができる。   In the semiconductor device according to the first embodiment, as described above, the fluorine region 6 into which fluorine ions are introduced is provided around the lower portion (pn junction) of the high-concentration impurity region 5b constituting the source / drain region 5, thereby providing fluorine. Since the relative permittivity of the region 6 is reduced, the parasitic capacitance can be reduced.

次に、図3〜図11は、図1に示した本発明の第1実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。図1および図3〜図11を参照して、第1実施形態による半導体装置(pチャネルMOSトランジスタ)の製造プロセスについて説明する。   Next, FIGS. 3 to 11 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The manufacturing process of the semiconductor device (p-channel MOS transistor) according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、図3に示すように、n型単結晶シリコン基板1の主表面の所定領域に、活性領域を分離するためのSTI構造を有する素子分離2aおよび2bを形成する。この後、n型単結晶シリコン基板1の表面を酸化することによって、シリコン酸化膜からなる犠牲酸化膜13を形成する。   First, as shown in FIG. 3, element isolations 2a and 2b having an STI structure for isolating an active region are formed in a predetermined region on the main surface of n-type single crystal silicon substrate 1. Thereafter, the surface of n-type single crystal silicon substrate 1 is oxidized to form sacrificial oxide film 13 made of a silicon oxide film.

次に、図4に示すように、上記した犠牲酸化膜13を介して、n型単結晶シリコン基板1に、砒素(As)を、約100keV〜約140keVの注入エネルギおよび約0.5×1012cm−2〜約1×1013cm−2の注入量でイオン注入する。これにより、チャネル領域1aの不純物濃度を調整して、しきい値電圧の最適化を行う。この後、犠牲酸化膜13を除去する。 Next, as shown in FIG. 4, arsenic (As) is implanted into the n-type single-crystal silicon substrate 1 through the above-described sacrificial oxide film 13 at an implantation energy of about 100 keV to about 140 keV and about 0.5 × 10 Ion implantation is performed at an implantation amount of 12 cm −2 to about 1 × 10 13 cm −2 . Thus, the threshold voltage is optimized by adjusting the impurity concentration of the channel region 1a. Thereafter, the sacrificial oxide film 13 is removed.

次に、図5に示すように、約800℃〜約900℃で熱酸化することにより、n型単結晶シリコン基板1の表面に、約2nm〜約10nmの厚みを有するシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜3を形成する。この後、CVD法により、全面に多結晶シリコン膜(図示せず)を約150nm〜約200nmの厚みで堆積した後、通常のフォトリソグラフィー工程とRIE(Reactive Ion Etching)によるエッチング技術とを用いて、その多結晶シリコン膜をパターンニングする。これにより、多結晶シリコン膜からなるゲート電極4を形成する。上記したエッチングにより、ゲート絶縁膜3は、大きなダメージを受けるので、ゲート電極4の形成後に、ゲート絶縁膜3を再酸化する。   Next, as shown in FIG. 5, a gate made of a silicon oxide film having a thickness of about 2 nm to about 10 nm is formed on the surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 by thermal oxidation at about 800 ° C. to about 900 ° C. An insulating film 3 is formed. Thereafter, a polycrystalline silicon film (not shown) is deposited on the entire surface to a thickness of about 150 nm to about 200 nm by a CVD method, and then, using a normal photolithography process and an etching technique by RIE (Reactive Ion Etching). Then, the polycrystalline silicon film is patterned. Thus, a gate electrode 4 made of a polycrystalline silicon film is formed. Since the gate insulating film 3 is greatly damaged by the above-described etching, the gate insulating film 3 is re-oxidized after the formation of the gate electrode 4.

次に、図6に示すように、ゲート電極4をマスクとして、n型単結晶シリコン基板1の主表面に、p型の不純物であるボロン(B)を、約5keV〜約10keVの注入エネルギおよび約1×1013cm−2〜約5×1014cm−2の注入量でイオン注入することによって、チャネル領域1aを挟むようにp型の低濃度不純物領域5aを形成する。 Next, as shown in FIG. 6, using the gate electrode 4 as a mask, boron (B), which is a p-type impurity, is implanted into the main surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 with an implantation energy of about 5 keV to about 10 keV and By ion-implanting with an implantation amount of about 1 × 10 13 cm −2 to about 5 × 10 14 cm −2 , a p-type low-concentration impurity region 5a is formed so as to sandwich the channel region 1a.

次に、図7に示すように、全面にフッ素(F)を、約20keVの注入エネルギおよび約3×1015cm−2の注入量でイオン注入することによって、フッ素が導入されたフッ素領域6が形成される。 Next, as shown in FIG. 7, fluorine (F) is ion-implanted over the entire surface at an implantation energy of about 20 keV and an implantation amount of about 3 × 10 15 cm −2 , thereby forming a fluorine region 6 into which fluorine has been introduced. Is formed.

次に、CVD法を用いて、全面にシリコン酸化膜などからなる絶縁膜(図示せず)を堆積した後、その絶縁膜をRIE法を用いてエッチバックすることによって、図8に示すように、ゲート電極4の側面にサイドウォール絶縁膜7を形成する。なお、上記したエッチバックの際に、ゲート絶縁膜3のうち、ゲート電極4およびサイドウォール絶縁膜7の直下にある領域以外のゲート絶縁膜3は除去される。   Next, an insulating film (not shown) made of a silicon oxide film or the like is deposited on the entire surface by using the CVD method, and the insulating film is etched back by using the RIE method, as shown in FIG. Then, a sidewall insulating film 7 is formed on the side surface of the gate electrode 4. At the time of the above-described etchback, the gate insulating film 3 other than the region immediately below the gate electrode 4 and the sidewall insulating film 7 is removed from the gate insulating film 3.

次に、図9に示すように、全面に、約5nm〜約20nmの厚みを有するシリコン窒化膜8を堆積する。このシリコン窒化膜8は、後工程で行うソース/ドレイン領域5を構成する高濃度不純物領域5bを形成するためのイオン注入の際のチャネリングを防止するためおよび注入したフッ素の外方拡散を防ぐために形成する。   Next, as shown in FIG. 9, a silicon nitride film 8 having a thickness of about 5 nm to about 20 nm is deposited on the entire surface. The silicon nitride film 8 is used to prevent channeling during ion implantation for forming the high-concentration impurity regions 5b constituting the source / drain regions 5 to be performed in a later step, and to prevent outward diffusion of implanted fluorine. Form.

次に、図10に示すように、シリコン窒化膜8を介して、n型単結晶シリコン基板1に、ボロン(B)を約5keV〜約10keVの注入エネルギおよび約1×1015cm−2〜約5×1015cm−2の注入量でイオン注入にすることにより、p型の高濃度不純物領域5bを形成する。このとき、フッ素が導入されたフッ素領域6は、p型の高濃度不純物領域5bとn型単結晶シリコン基板1との接合界面を跨ぐ領域に位置する。 Next, as shown in FIG. 10, boron (B) is implanted into the n-type single crystal silicon substrate 1 through the silicon nitride film 8 at an implantation energy of about 5 keV to about 10 keV and about 1 × 10 15 cm −2 . By performing ion implantation at an implantation amount of about 5 × 10 15 cm −2 , a p-type high-concentration impurity region 5b is formed. At this time, the fluorine region 6 into which fluorine has been introduced is located in a region straddling the junction interface between the p-type high-concentration impurity region 5b and the n-type single-crystal silicon substrate 1.

その後、RTA(Rapid Thermal Annealing)法により、約700℃〜約1100℃で、約0.1秒〜約60秒間の熱処理を行うことによって、p型の高濃度不純物領域5bに注入した不純物(B)を活性化する。   Then, a heat treatment is performed at about 700 ° C. to about 1100 ° C. for about 0.1 second to about 60 seconds by RTA (Rapid Thermal Annealing) to thereby obtain the impurity (B) implanted into the p-type high-concentration impurity region 5b. Activate).

また、上記ボロンのイオン注入によりp型の高濃度不純物領域5bを形成した際、フッ素領域6が、p型の高濃度不純物領域5bとn型単結晶シリコン基板1との接合界面を跨いでいない場合にも、このRTAによる活性化工程により、p型の高濃度不純物領域5bとフッ素領域6とが広がるので、フッ素領域6は、p型の高濃度不純物領域5bとn型単結晶シリコン基板1との接合界面を跨ぐようになる。   Further, when the p-type high-concentration impurity region 5b is formed by the boron ion implantation, the fluorine region 6 does not straddle the junction interface between the p-type high-concentration impurity region 5b and the n-type single-crystal silicon substrate 1. Also in this case, the p-type high-concentration impurity region 5b and the fluorine region 6 are widened by this activation step by RTA, so that the fluorine region 6 is And straddles the bonding interface.

なお、上記したp型の低濃度不純物領域5aとp型の高濃度不純物領域5bとによって、LDD構造の一対のp型のソース/ドレイン領域5が形成される。この後、シリコン窒化膜8を除去する。   Note that a pair of p-type source / drain regions 5 having an LDD structure are formed by the p-type low-concentration impurity regions 5a and the p-type high-concentration impurity regions 5b. After that, the silicon nitride film 8 is removed.

次に、図11に示すように、サリサイド(self−aligned silicide)プロセスを用いて、多結晶シリコンからなるゲート電極4の上面上およびソース/ドレイン領域5を構成するp型の高濃度不純物領域5bの上面上に、それぞれ、自己整合的に、コバルトシリサイド(CoSi)からなるシリサイド膜9aおよび9bを形成する。 Next, as shown in FIG. 11, a p-type high-concentration impurity region 5b forming the source / drain region 5 on the upper surface of the gate electrode 4 and the source / drain region 5 using a salicide (self-aligned silicide) process. Are formed in a self-aligned manner on the upper surface of the substrate, respectively, with silicide films 9a and 9b made of cobalt silicide (CoSi 2 ).

この後、図1に示したように、CVD法を用いて層間絶縁膜10を形成した後、所定の領域に、フォトリソグラフィ技術とRIEなどのドライエッチング技術とを用いてコンタクトホール10aおよび10bを形成する。このコンタクトホール10aおよび10b内にCVD法を用いてタングステンを埋め込むことにより、プラグ11aおよび11bを形成する。最後に、層間絶縁膜10の上面上に、下層から上層に向かって、約30nmの厚みを有するTi層と、約30nmの厚みを有するTiN層と、約400nmの厚みを有するAlCu層とからなる積層膜(図示せず)を形成した後、この積層膜をパターニングすることにより、上層配線12aおよび12bを形成する。このようにして、第1実施形態によるpチャネルMOSトランジスタ(半導体装置)が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 1, after an interlayer insulating film 10 is formed using a CVD method, contact holes 10a and 10b are formed in predetermined regions using a photolithography technique and a dry etching technique such as RIE. Form. Plugs 11a and 11b are formed by burying tungsten in the contact holes 10a and 10b by using the CVD method. Lastly, a Ti layer having a thickness of about 30 nm, a TiN layer having a thickness of about 30 nm, and an AlCu layer having a thickness of about 400 nm are formed on the upper surface of the interlayer insulating film 10 from the lower layer to the upper layer. After forming a laminated film (not shown), the laminated film is patterned to form upper wirings 12a and 12b. Thus, the p-channel MOS transistor (semiconductor device) according to the first embodiment is formed.

この第1実施形態では、上記のように、p型のソース/ドレイン領域5を構成するp型の高濃度不純物領域5bとn型単結晶シリコン基板1との接合界面を跨ぐようにフッ素が導入されたフッ素領域6を設けることによって、高濃度不純物領域5bの下部周辺(pn接合部分)の寄生容量を低減することができる。これにより、半導体装置(pチャネルMOSトランジスタ)の動作速度を向上させることができる。   In the first embodiment, as described above, fluorine is introduced so as to straddle the junction interface between the p-type high-concentration impurity region 5 b constituting the p-type source / drain region 5 and the n-type single-crystal silicon substrate 1. By providing the fluorine region 6 thus formed, the parasitic capacitance around the lower portion (pn junction) of the high-concentration impurity region 5b can be reduced. Thereby, the operation speed of the semiconductor device (p-channel MOS transistor) can be improved.

また、この第1実施形態では、フッ素の導入方法として、イオン注入法を用いていることによって、n型単結晶シリコン基板1の所定領域に精度よくフッ素を導入することができる。これにより、ソース/ドレイン領域5のpn接合部分の寄生容量をばらつきなく低減することができる。   In the first embodiment, the ion implantation method is used as the method of introducing fluorine, so that fluorine can be introduced into a predetermined region of the n-type single crystal silicon substrate 1 with high accuracy. Thus, the parasitic capacitance at the pn junction of the source / drain region 5 can be reduced without variation.

図12には、pn接合付近へのフッ素イオン(F)の注入量を変化させたときのpチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧の変動を示す実測データが示されている。この測定条件において、フッ素はチャネル領域まで到達している。通常、しきい値電圧変動の許容範囲は、しきい値電圧の調整のために行われるイオン注入の注入量の誤差およびゲート絶縁膜の膜厚のばらつきを考慮すると、±約50mVである。図12より、約1.5×1015cm−2〜3×1015cm−2の注入量でフッ素イオンを注入した場合のしきい値電圧の変動は3.5mV以下であり、フッ素イオン注入によるしきい値の変動が実質的に問題とならないのは明らかである。 FIG. 12 shows actual measurement data showing a change in the threshold voltage of the p-channel MOS transistor when the amount of fluorine ions (F + ) implanted near the pn junction is changed. Under these measurement conditions, fluorine has reached the channel region. Usually, the allowable range of the threshold voltage variation is about ± 50 mV in consideration of an error in the implantation amount of the ion implantation performed for adjusting the threshold voltage and a variation in the thickness of the gate insulating film. FIG. 12 shows that the variation in threshold voltage when fluorine ions are implanted at a dose of about 1.5 × 10 15 cm −2 to 3 × 10 15 cm −2 is 3.5 mV or less, and fluorine ion implantation is performed. It is clear that the variation of the threshold value due to the above does not substantially matter.

したがって、この第1実施形態では、ゲート電極4をマスクとして行うイオン注入の際に、ゲート電極4の厚みが薄いためにフッ素がゲート電極4下のチャネル領域1aに到達したとしても、pチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧の変動により問題が生じることはない。   Therefore, in the first embodiment, even when fluorine reaches the channel region 1a under the gate electrode 4 during ion implantation using the gate electrode 4 as a mask, the p-channel MOS No problem is caused by the fluctuation of the threshold voltage of the transistor.

以上のように、この第1実施形態では、pチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧の変動を抑制しながら、ソース/ドレイン領域5のpn接合部分の寄生容量の低減により動作速度の向上を図ることができる。   As described above, in the first embodiment, the operation speed is improved by reducing the parasitic capacitance at the pn junction of the source / drain region 5 while suppressing the fluctuation of the threshold voltage of the p-channel MOS transistor. Can be.

(第2実施形態)
図13は、本発明の第2実施形態による半導体装置を示した断面図である。図13を参照して、この第2実施形態では、本発明を、nチャネルMOSトランジスタとpチャネルMOSトランジスタを相補的に機能させたCMOSインバータに適用した例について説明する。
(2nd Embodiment)
FIG. 13 is a sectional view showing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, an example in which the present invention is applied to a CMOS inverter in which an n-channel MOS transistor and a p-channel MOS transistor function complementarily will be described with reference to FIG.

第2実施形態による半導体装置では、図13に示すように、p型単結晶シリコン基板21の主表面の所定領域に、隣接する素子形成領域(活性領域)間を分離するためのSTI構造を有する素子分離22a、22bおよび22cが形成されている。また、p型単結晶シリコン基板21のnチャネルMOSトランジスタが形成される領域には、pウェル領域14aが形成されており、pチャネルMOSトランジスタが形成される領域には、nウェル領域14bが形成されている。なお、pウェル領域14aおよびnウェル領域14bは、本発明の「半導体領域」の一例である。また、pウェル領域14a内には、チャネル領域21aを挟むように、一対のn型のソース/ドレイン領域25が形成されている。このn型のソース/ドレイン領域25は、n型の低濃度不純物領域25aとn型の高濃度不純物領域25bとからなるLDD構造を有する。なお、このn型のソース/ドレイン領域25は、本発明の「不純物領域」の一例である。チャネル領域21a上には、約2nm〜約10nmの厚みを有するシリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜23を介して、約150nm〜約200nmの多結晶シリコン層からなるゲート電極24aが形成されている。一対のn型のソース/ドレイン領域25と、ゲート絶縁膜23と、ゲート電極24aとによって、nチャネルMOSトランジスタが形成されている。   In the semiconductor device according to the second embodiment, as shown in FIG. 13, a predetermined region on the main surface of a p-type single crystal silicon substrate 21 has an STI structure for separating an adjacent element formation region (active region). Element isolations 22a, 22b and 22c are formed. A p-well region 14a is formed in a region of the p-type single crystal silicon substrate 21 where an n-channel MOS transistor is formed, and an n-well region 14b is formed in a region where a p-channel MOS transistor is formed. Have been. The p-well region 14a and the n-well region 14b are examples of the “semiconductor region” of the present invention. A pair of n-type source / drain regions 25 are formed in the p-well region 14a so as to sandwich the channel region 21a. The n-type source / drain region 25 has an LDD structure including an n-type low concentration impurity region 25a and an n-type high concentration impurity region 25b. The n-type source / drain region 25 is an example of the “impurity region” of the present invention. On the channel region 21a, a gate electrode 24a made of a polycrystalline silicon layer of about 150 nm to about 200 nm is formed via a gate insulating film 23 made of a silicon oxynitride film having a thickness of about 2 nm to about 10 nm. . The pair of n-type source / drain regions 25, the gate insulating film 23, and the gate electrode 24a form an n-channel MOS transistor.

また、nウェル領域14b内には、チャネル領域21bを挟むように、一対のp型のソース/ドレイン領域35が形成されている。このp型のソース/ドレイン領域35は、p型の低濃度不純物領域35aとp型の高濃度不純物領域35bとからなるLDD構造を有する。なお、このp型のソース/ドレイン領域35は、本発明における「不純物領域」の一例である。チャネル領域21b上には、約2nm〜約10nmの厚みを有するシリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜23を介して、約150nm〜約200nmの多結晶シリコン層からなるゲート電極24bが形成されている。一対のp型のソース/ドレイン領域35と、ゲート絶縁膜23と、ゲート電極24bとによって、pチャネルMOSトランジスタが形成されている。   A pair of p-type source / drain regions 35 are formed in the n-well region 14b so as to sandwich the channel region 21b. The p-type source / drain region 35 has an LDD structure including a p-type low-concentration impurity region 35a and a p-type high-concentration impurity region 35b. The p-type source / drain region 35 is an example of the “impurity region” in the present invention. A gate electrode 24b made of a polycrystalline silicon layer of about 150 nm to about 200 nm is formed on the channel region 21b via a gate insulating film 23 made of a silicon oxynitride film having a thickness of about 2 nm to about 10 nm. . A pair of p-type source / drain regions 35, gate insulating film 23, and gate electrode 24b form a p-channel MOS transistor.

ここで、この第2実施形態では、nチャネルMOSトランジスタのソース/ドレイン領域25を構成する高濃度不純物領域25bの下部(pn接合部)周辺およびpチャネルMOSトランジスタのソース/ドレイン領域35を構成する高濃度不純物領域35bの下部(pn接合部)周辺には、それぞれ、フッ素が導入されたフッ素領域26aおよび26bが形成されている。すなわち、フッ素領域26aおよび26bは、それぞれ、n型の高濃度不純物領域25bとpウェル領域14aとの接合界面、および、p型の高濃度不純物領域35bとnウェル領域14bとの接合界面を跨ぐように形成されている。また、フッ素領域26aおよび26bは、p型単結晶シリコン基板21の主表面と平行な方向に、少なくともソース/ドレイン領域25および35を構成する低濃度不純物領域25aおよび35aの下方にまで延びるように形成されている。   Here, in the second embodiment, the lower part (pn junction) of the high-concentration impurity region 25b forming the source / drain region 25 of the n-channel MOS transistor and the source / drain region 35 of the p-channel MOS transistor are formed. Fluorine regions 26a and 26b into which fluorine is introduced are formed around the lower portion (pn junction) of the high-concentration impurity region 35b, respectively. In other words, fluorine regions 26a and 26b straddle the junction interface between n-type high-concentration impurity region 25b and p-well region 14a and the junction interface between p-type high-concentration impurity region 35b and n-well region 14b, respectively. It is formed as follows. Fluorine regions 26a and 26b extend in a direction parallel to the main surface of p-type single crystal silicon substrate 21 at least below low concentration impurity regions 25a and 35a forming source / drain regions 25 and 35, respectively. Is formed.

また、nチャネルMOSトランジスタおよびpチャネルMOSトランジスタを構成するゲート電極24aおよび24bの側面には、シリコン酸化膜などからなるサイドウォール絶縁膜27がそれぞれ形成されている。ゲート電極24aおよび24bの上面上およびソース/ドレイン領域25および35を構成する高濃度不純物領域25bおよび35bの上面上には、それぞれ、CoSiからなるシリサイド膜29aおよび29bが形成されている。 Further, on the side surfaces of the gate electrodes 24a and 24b constituting the n-channel MOS transistor and the p-channel MOS transistor, sidewall insulating films 27 made of a silicon oxide film or the like are formed, respectively. Silicide films 29a and 29b made of CoSi 2 are formed on the upper surfaces of gate electrodes 24a and 24b and on the upper surfaces of high-concentration impurity regions 25b and 35b constituting source / drain regions 25 and 35, respectively.

また、全面を覆うように、約1000nmの厚みを有するシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜30が形成されている。この層間絶縁膜30は、それぞれ、シリサイド膜29aおよび29bに達するコンタクトホール30a、30b、30cおよび30dを有する。コンタクトホール30a、30b、30cおよび30d内には、それぞれ、タングステンからなるプラグ31a、31b、31cおよび31dが埋め込まれている。プラグ31a、31b、31cおよび31dにそれぞれ接続するように配線32aおよび32bが形成されている。なお、配線32aおよび32bは、下層から上層に向かって、約30nmの厚みを有するTi層と、約30nmの厚みを有するTiN層と、約400nmの厚みを有するAlCu層とからなる。   Further, an interlayer insulating film 30 made of a silicon oxide film having a thickness of about 1000 nm is formed so as to cover the entire surface. This interlayer insulating film 30 has contact holes 30a, 30b, 30c and 30d reaching silicide films 29a and 29b, respectively. Plugs 31a, 31b, 31c and 31d made of tungsten are buried in the contact holes 30a, 30b, 30c and 30d, respectively. Wirings 32a and 32b are formed to connect to plugs 31a, 31b, 31c and 31d, respectively. The wirings 32a and 32b are composed of a Ti layer having a thickness of about 30 nm, a TiN layer having a thickness of about 30 nm, and an AlCu layer having a thickness of about 400 nm from the lower layer to the upper layer.

上記したnチャネルMOSトランジスタのn型のソース/ドレイン領域25と、pチャネルMOSトランジスタのソース/ドレイン領域35とは、プラグ31bとプラグ31dと上層配線32bとを介して接続されている。また、nチャネルMOSトランジスタのゲート電極24aと、pチャネルMOSトランジスタのゲート電極24bとは、プラグ31a、プラグ31c、上層配線32a、および、さらに上層に位置する図示しない配線を介して接続されている。これにより、CMOSインバータが構成されている。   The n-type source / drain region 25 of the n-channel MOS transistor and the source / drain region 35 of the p-channel MOS transistor are connected via a plug 31b, a plug 31d, and an upper wiring 32b. Further, the gate electrode 24a of the n-channel MOS transistor and the gate electrode 24b of the p-channel MOS transistor are connected via a plug 31a, a plug 31c, an upper wiring 32a, and a wiring (not shown) located in a further upper layer. . Thereby, a CMOS inverter is configured.

この第2実施形態による半導体装置では、上記のように、nチャネルMOSトランジスタおよびpチャネルMOSトランジスタのソース/ドレイン領域25および35を構成する高濃度不純物領域25bおよび35bのpn接合界面を跨ぐように、それぞれ、フッ素が導入されたフッ素領域26aおよび26bを設けることによって、フッ素領域26aおよび26b付近の比誘電率が、pウェル領域14aおよびnウェル領域14bにおける比誘電率と比較して小さくなる。これにより、nチャネルMOSトランジスタのn型のソース/ドレイン領域25のpn接合界面の寄生容量と、pチャネルMOSトランジスタのp型のソース/ドレイン領域35のpn接合界面の寄生容量とをともに低減することができる。これにより、半導体装置(CMOSインバータ)の動作速度を向上させることができる。   In the semiconductor device according to the second embodiment, as described above, the high-concentration impurity regions 25b and 35b forming the source / drain regions 25 and 35 of the n-channel MOS transistor and the p-channel MOS transistor straddle the pn junction interface. By providing fluorine regions 26a and 26b into which fluorine is introduced, respectively, the relative dielectric constant in the vicinity of fluorine regions 26a and 26b becomes smaller than that in p-well region 14a and n-well region 14b. This reduces both the parasitic capacitance at the pn junction interface of the n-type source / drain region 25 of the n-channel MOS transistor and the parasitic capacitance at the pn junction interface of the p-type source / drain region 35 of the p-channel MOS transistor. be able to. Thereby, the operation speed of the semiconductor device (CMOS inverter) can be improved.

次に、図14〜図26は、図13に示した本発明の第2実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。図13〜図26を参照して、この第2実施形態による半導体装置(CMOSインバータ)の製造プロセスについて説明する。   Next, FIGS. 14 to 26 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. The manufacturing process of the semiconductor device (CMOS inverter) according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、図14に示すように、p型単結晶シリコン基板21の主表面の所定領域に、活性領域を分離するためのSTI構造を有する素子分離22a、22bおよび22cを形成する。この後、p型単結晶シリコン基板21の表面を酸化することによって、シリコン酸化膜からなる犠牲酸化膜36を形成する。   First, as shown in FIG. 14, device isolations 22a, 22b and 22c having an STI structure for isolating an active region are formed in a predetermined region on a main surface of a p-type single crystal silicon substrate 21. Thereafter, by oxidizing the surface of the p-type single crystal silicon substrate 21, a sacrificial oxide film 36 made of a silicon oxide film is formed.

次に、図15に示すように、nチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うように、リソグラフィ技術を用いてレジスト膜15aを形成する。この後、レジスト膜15aをマスクとして、上記した犠牲酸化膜36を介して、p型単結晶シリコン基板21に、リン(P)を、約380keVの注入エネルギおよび約4×1013cm−2の注入量でイオン注入することによって、nウェル領域14bを形成する。さらに、砒素(As)を、約100keV〜約140keVの注入エネルギおよび約0.5×1012cm−2〜約1×1013cm−2の注入量でイオン注入することによって、チャネル領域21bの不純物濃度を調整することにより、しきい電圧の最適化を行う。この後、レジスト膜15aを除去する。 Next, as shown in FIG. 15, a resist film 15a is formed using a lithography technique so as to cover a region where the n-channel MOS transistor is formed. Thereafter, using the resist film 15a as a mask, phosphorus (P) is implanted into the p-type single-crystal silicon substrate 21 through the above-described sacrificial oxide film 36 at an implantation energy of about 380 keV and a dose of about 4 × 10 13 cm −2 . The n-well region 14b is formed by ion implantation at an implantation amount. Further, arsenic (As) is ion-implanted at an implantation energy of about 100 keV to about 140 keV and an implantation amount of about 0.5 × 10 12 cm −2 to about 1 × 10 13 cm −2 , thereby forming the channel region 21b. The threshold voltage is optimized by adjusting the impurity concentration. Thereafter, the resist film 15a is removed.

次に、図16に示すように、pチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うように、リソグラフィ技術を用いてレジスト膜15bを形成する。この後、上記した犠牲酸化膜36を介して、p型単結晶シリコン基板21に、ボロン(B)を、約190keVの注入エネルギおよび約4×1013cm−2の注入量でイオン注入することによって、pウェル領域14aを形成する。さらに、ボロン(B)を、約10keV〜約30keVの注入エネルギおよび約1×1012cm−2〜約1×1013cm−2の注入量でイオン注入することによって、チャネル領域21aの不純物濃度を調整することにより、しきい値電圧の最適化を行う。この後、レジスト膜15bを除去する。 Next, as shown in FIG. 16, a resist film 15b is formed using lithography technology so as to cover a region where the p-channel MOS transistor is formed. Thereafter, boron (B) is ion-implanted into the p-type single crystal silicon substrate 21 through the sacrificial oxide film 36 at an implantation energy of about 190 keV and an implantation amount of about 4 × 10 13 cm −2. Thus, a p-well region 14a is formed. Further, boron (B) is ion-implanted with an implantation energy of about 10 keV to about 30 keV and an implantation amount of about 1 × 10 12 cm −2 to about 1 × 10 13 cm −2 , whereby the impurity concentration of the channel region 21a is increased. Is adjusted to optimize the threshold voltage. After that, the resist film 15b is removed.

次に、図17に示すように、酸化雰囲気中で熱処理を行うことによってp型単結晶シリコン基板21の表面に、約2nm〜約10nmの厚みでシリコン酸化膜を形成した後、NO雰囲気中でアニールすることにより、p型単結晶シリコン基板21の表面に、約2nm〜約10nmの厚みを有するシリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜23を形成する。この後、CVD法により、全面に多結晶シリコン膜(図示せず)を約150nm〜約200nmの厚みで堆積した後、通常のフォトリソグラフィー工程とRIEによるエッチング技術とを用いて、その多結晶シリコン膜をパターンニングする。これにより、多結晶シリコン膜からなるゲート電極24aおよび24bを形成する。上記したエッチングにより、ゲート絶縁膜23は、大きなダメージを受けるので、ゲート電極24aおよび24bの形成後に、ゲート絶縁膜23を再酸化する。   Next, as shown in FIG. 17, a silicon oxide film having a thickness of about 2 nm to about 10 nm is formed on the surface of the p-type single crystal silicon substrate 21 by performing a heat treatment in an oxidizing atmosphere. By annealing, a gate insulating film 23 made of a silicon oxynitride film having a thickness of about 2 nm to about 10 nm is formed on the surface of the p-type single crystal silicon substrate 21. Thereafter, a polycrystalline silicon film (not shown) is deposited on the entire surface to a thickness of about 150 nm to about 200 nm by a CVD method, and then the polycrystalline silicon film is formed using a normal photolithography process and an etching technique by RIE. Pattern the film. Thus, gate electrodes 24a and 24b made of a polycrystalline silicon film are formed. Since the gate insulating film 23 is greatly damaged by the above-described etching, the gate insulating film 23 is re-oxidized after forming the gate electrodes 24a and 24b.

次に、図18に示すように、pチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うように、レジスト膜16aを形成する。その後、pウェル領域14aの主表面に、リン(P)を約30keVの注入エネルギ、約0.5×1013cm−2〜約5×1014cm−2の注入量、約7度の入射角で、p型単結晶シリコン基板21を90度ずつ回転させながら4回イオン注入する。これにより、nチャネルMOSトランジスタのソース/ドレイン領域25を構成するn型の低濃度不純物領域25aを形成する。この後、レジスト膜16aを除去する。 Next, as shown in FIG. 18, a resist film 16a is formed so as to cover a region where the p-channel MOS transistor is formed. Then, phosphorus (P) is implanted into the main surface of the p-well region 14a at an implantation energy of about 30 keV, an implantation amount of about 0.5 × 10 13 cm −2 to about 5 × 10 14 cm −2 , and an incidence of about 7 degrees. At the corner, ion implantation is performed four times while rotating the p-type single crystal silicon substrate 21 by 90 degrees. Thus, an n-type low-concentration impurity region 25a forming source / drain region 25 of the n-channel MOS transistor is formed. Thereafter, the resist film 16a is removed.

次に、図19に示すように、nチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うように、レジスト膜16bを形成する。その後、nウェル領域14bの主表面に2フッ化ホウ素(BF)を約15keVの注入エネルギ、約1×1013cm−2〜約5×1014cm−2の注入量、約7度の入射角で、p型単結晶シリコン基板21を90度ずつ回転させながら4回イオン注入する。これにより、pチャネルMOSトランジスタのソース/ドレイン領域35を構成するp型の低濃度不純物領域35aを形成する。この後、レジスト膜16bを除去することによって図20に示す状態となる。 Next, as shown in FIG. 19, a resist film 16b is formed so as to cover a region where the n-channel MOS transistor is formed. Then, boron difluoride (BF 2 ) is implanted into the main surface of the n-well region 14b at an implantation energy of about 15 keV, an implantation amount of about 1 × 10 13 cm −2 to about 5 × 10 14 cm −2, and an implantation amount of about 7 degrees. Ion implantation is performed four times while rotating the p-type single-crystal silicon substrate 21 by 90 degrees at an incident angle. As a result, a p-type low-concentration impurity region 35a forming the source / drain region 35 of the p-channel MOS transistor is formed. Thereafter, the state shown in FIG. 20 is obtained by removing the resist film 16b.

次に、図21に示すように、全面に、フッ素(F)を約20keVの注入エネルギおよび約3×1015cm−2の注入量でイオン注入する。これにより、pウェル領域14aおよびnウェル領域14bに、それぞれ、フッ素が導入されたフッ素領域26aおよび26bが形成される。 Next, as shown in FIG. 21, fluorine (F) is ion-implanted into the entire surface at an implantation energy of about 20 keV and an implantation amount of about 3 × 10 15 cm −2 . Thus, fluorine regions 26a and 26b into which fluorine is introduced are formed in p well region 14a and n well region 14b, respectively.

次に、CVD法を用いて、全面に、シリコン酸化物などからなる絶縁膜(図示せず)を堆積した後、その絶縁膜をRIE法を用いてエッチバックすることによって、図22に示すように、ゲート電極24aおよび24bの側面に、サイドウォール絶縁膜27を形成する。なお、上記したエッチバックの際に、ゲート絶縁膜23のうち、ゲート電極24a、24bおよびサイドウォール絶縁膜27の直下にある領域以外は除去される。   Next, an insulating film (not shown) made of silicon oxide or the like is deposited on the entire surface by using the CVD method, and the insulating film is etched back by using the RIE method, as shown in FIG. Next, a sidewall insulating film 27 is formed on the side surfaces of the gate electrodes 24a and 24b. At the time of the above-described etch-back, a region of the gate insulating film 23 other than a region immediately below the gate electrodes 24a and 24b and the sidewall insulating film 27 is removed.

次に、図23に示すように、全面に、約5nm〜約20nmの厚みを有するシリコン窒化膜28を堆積する。このシリコン窒化膜28も、第1実施形態と同様、後工程で行われるイオン注入の際のチャネリングを防止する機能と、注入したフッ素の外方拡散を防ぐ機能とを有する。   Next, as shown in FIG. 23, a silicon nitride film 28 having a thickness of about 5 nm to about 20 nm is deposited on the entire surface. As in the first embodiment, the silicon nitride film 28 also has a function of preventing channeling during ion implantation performed in a later step and a function of preventing outward diffusion of the implanted fluorine.

次に、図24に示すように、pチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うようにレジスト膜17aを形成する。その後、p型単結晶シリコン基板21に、砒素(As)を約45keVの注入エネルギおよび約1×1015cm−2〜約5×1015cm−2の注入量でイオン注入にする。これにより、nチャネルMOSトランジスタのソース/ドレイン領域25を構成するn型の高濃度不純物領域25bを形成する。このとき、フッ素が導入されたフッ素領域26aは、n型の高濃度不純物領域25bとpウェル領域14aとの接合界面を跨ぐようになる。その後、レジスト膜17aを除去する。 Next, as shown in FIG. 24, a resist film 17a is formed so as to cover a region where the p-channel MOS transistor is formed. Thereafter, arsenic (As) is ion-implanted into the p-type single crystal silicon substrate 21 at an implantation energy of about 45 keV and an implantation amount of about 1 × 10 15 cm −2 to about 5 × 10 15 cm −2 . Thus, an n-type high-concentration impurity region 25b constituting source / drain region 25 of the n-channel MOS transistor is formed. At this time, the fluorine region 26a into which fluorine has been introduced crosses the junction interface between the n-type high-concentration impurity region 25b and the p-well region 14a. After that, the resist film 17a is removed.

次に、図25に示すように、nチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うように、レジスト膜17bを形成する。レジスト膜17bをマスクとして、ボロン(B)を約7keVの注入エネルギおよび約1×1015cm−2〜約5×1015cm−2の注入量でイオン注入にする。これにより、p型のソース/ドレイン領域35を構成するp型の高濃度不純物領域35bを形成する。このとき、フッ素が導入されたフッ素領域26bは、p型の高濃度不純物領域35bとnウェル領域14bとの接合界面を跨ぐようになる。その後、レジスト膜17bを除去する。 Next, as shown in FIG. 25, a resist film 17b is formed so as to cover a region where the n-channel MOS transistor is formed. Using the resist film 17b as a mask, boron (B) is ion-implanted with an implantation energy of about 7 keV and an implantation amount of about 1 × 10 15 cm −2 to about 5 × 10 15 cm −2 . Thus, a p-type high-concentration impurity region 35b constituting the p-type source / drain region 35 is formed. At this time, the fluorine region 26b into which fluorine has been introduced straddles the junction interface between the p-type high-concentration impurity region 35b and the n-well region 14b. After that, the resist film 17b is removed.

そして、RTA法で約700℃〜約1100℃で、約0.1秒〜約60秒間の熱処理を行うことによって、注入した不純物の活性化を行う。   Then, the implanted impurities are activated by performing a heat treatment at about 700 ° C. to about 1100 ° C. for about 0.1 second to about 60 seconds by the RTA method.

また、上記高濃度不純物領域25bおよび35bを形成した際、フッ素領域26aおよび26bが、高濃度不純物領域25bとpウェル領域14aとの接合界面および高濃度不純物領域35bとnウェル領域14bとの接合界面を跨いでいない場合にも、このRTAによる活性化工程により、高濃度不純物領域25bおよび35bとフッ素領域26aおよび26bとが広がる。これにより、フッ素領域26aおよび26bが、高濃度不純物領域25bとpウェル領域14aとの接合界面および高濃度不純物領域35bとnウェル領域14bとの接合界面を跨ぐようになる。   When the high-concentration impurity regions 25b and 35b are formed, the fluorine regions 26a and 26b form a junction interface between the high-concentration impurity region 25b and the p-well region 14a and a junction between the high-concentration impurity region 35b and the n-well region 14b. Even when the interface does not cross the interface, the activation step by RTA causes the high-concentration impurity regions 25b and 35b and the fluorine regions 26a and 26b to spread. Thereby, fluorine regions 26a and 26b straddle the junction interface between high-concentration impurity region 25b and p-well region 14a and the junction interface between high-concentration impurity region 35b and n-well region 14b.

上記した低濃度不純物領域25aおよび35aと高濃度不純物領域25bおよび35bとによって、LDD構造の一対のソース/ドレイン領域25および35が形成される。   The low-concentration impurity regions 25a and 35a and the high-concentration impurity regions 25b and 35b form a pair of source / drain regions 25 and 35 having an LDD structure.

この後、シリコン窒化膜28を除去する。そして、図26に示すように、サリサイドプロセスを用いて、多結晶シリコンからなるゲート電極24aおよび24bの上面上と、ソース/ドレイン領域25および35を構成する高濃度不純物領域25bおよび35bの上面上とに、それぞれ自己整合的に、コバルトシリサイド(CoSi)膜29aおよび29bを形成する。 After that, the silicon nitride film 28 is removed. Then, as shown in FIG. 26, using a salicide process, the upper surfaces of gate electrodes 24a and 24b made of polycrystalline silicon and the upper surfaces of high concentration impurity regions 25b and 35b forming source / drain regions 25 and 35 are formed. Then, cobalt silicide (CoSi 2 ) films 29a and 29b are formed in a self-aligned manner.

この後、図13に示したように、CVD法を用いて層間絶縁膜30を形成した後、所定領域に、フォトリソグラフィ技術とRIEなどのドライエッチング技術とを用いて、コンタクトホール30a、30b、30cおよび30dを形成する。このコンタクトホール30a、30b、30cおよび30d内にCVD法を用いてタングステンを埋め込むことにより、プラグ31a、31b、31cおよび31dを形成する。最後に、層間絶縁膜30の上面上に、下層から上層に向かって、約30nmの厚みを有するTi層と、約30nmの厚みを有するTiN層と、約400nmの厚みを有するAlCu層とからなる積層膜(図示せず)を形成した後、この積層膜をパターニングすることにより、上層配線32aおよび32bを形成する。このようにして、第2実施形態によるCMOSインバータ(半導体装置)が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 13, after the interlayer insulating film 30 is formed by using the CVD method, contact holes 30a, 30b, and 30 are formed in predetermined regions by using photolithography technology and dry etching technology such as RIE. Form 30c and 30d. Plugs 31a, 31b, 31c and 31d are formed by embedding tungsten in the contact holes 30a, 30b, 30c and 30d using the CVD method. Finally, on the upper surface of the interlayer insulating film 30, from the lower layer to the upper layer, a Ti layer having a thickness of about 30 nm, a TiN layer having a thickness of about 30 nm, and an AlCu layer having a thickness of about 400 nm After a laminated film (not shown) is formed, the laminated film is patterned to form upper wirings 32a and 32b. Thus, the CMOS inverter (semiconductor device) according to the second embodiment is formed.

この第2実施形態では、上記のように、フッ素領域26aおよび26bを、n型の高濃度不純物領域25bとpウェル領域14aとの接合界面およびp型の高濃度不純物領域35bとnウェル領域14bとの接合界面を跨ぐように形成することによって、第1実施形態と同様、ソース/ドレイン領域25および35を構成する高濃度不純物領域25bおよび35bの下部周辺(pn接合部分)の寄生容量を低減することができる。その結果、CMOSインバータの動作速度を向上させることができる。   In the second embodiment, as described above, the fluorine regions 26a and 26b are formed at the junction interface between the n-type high-concentration impurity region 25b and the p-well region 14a and at the p-type high-concentration impurity region 35b and the n-well region 14b. As in the first embodiment, the parasitic capacitance at the lower periphery (pn junction portion) of the high-concentration impurity regions 25b and 35b constituting the source / drain regions 25 and 35 is reduced, as in the first embodiment. can do. As a result, the operation speed of the CMOS inverter can be improved.

また、この第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様、フッ素の導入方法として、イオン注入法を用いているため、pウェル領域14aおよびnウェル領域14bの所定個所に精度よくフッ素を導入することができる。これにより、第1実施形態と同様に、ソース/ドレイン領域25および35のpn接合部分の寄生容量をばらつきなく低減することができる。   Also in the second embodiment, as in the first embodiment, since the ion implantation method is used as the method for introducing fluorine, fluorine is precisely injected into predetermined portions of the p-well region 14a and the n-well region 14b. Can be introduced. Thereby, similarly to the first embodiment, the parasitic capacitance at the pn junction of the source / drain regions 25 and 35 can be reduced without variation.

さらに、この第2実施形態でも、ゲート電極24aおよび24bをマスクとして行うフッ素のイオン注入の際に、ゲート電極24aおよび24bの厚みが薄いためにフッ素がゲート電極24aおよび24b下のチャネル領域21aおよび21bに到達したとしても、pチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧の変動により問題が生じることはない。したがって、CMOSインバータの信頼性を高めることができる。   Further, also in the second embodiment, when the ion implantation of fluorine is performed using the gate electrodes 24a and 24b as a mask, the fluorine is deposited on the channel regions 21a and 24b under the gate electrodes 24a and 24b because the thickness of the gate electrodes 24a and 24b is small. Even if the threshold voltage reaches 21b, no problem occurs due to the fluctuation of the threshold voltage of the p-channel MOS transistor. Therefore, the reliability of the CMOS inverter can be improved.

(第3実施形態)
図27は、本発明の第3実施形態による半導体装置を示した断面図である。図28は、図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置のMOSトランジスタ周辺の拡大図である。図27および図28を参照して、この第3実施形態では、サイドウォール絶縁膜にフッ素を導入することによりゲート電極とソース/ドレイン領域とのオーバーラップ容量を低減した例について説明する。
(Third embodiment)
FIG. 27 is a sectional view showing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 28 is an enlarged view around the MOS transistor of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. Referring to FIGS. 27 and 28, in the third embodiment, an example in which the overlap capacitance between the gate electrode and the source / drain region is reduced by introducing fluorine into the sidewall insulating film will be described.

第3実施形態による半導体装置では、図27に示すように、p型単結晶シリコン基板41の主表面の所定領域に、隣接する素子形成領域(活性領域)間を分離するためのSTI構造を有する素子分離42a、42bおよび42cが形成されている。また、p型単結晶シリコン基板41のnチャネルMOSトランジスタが形成される領域には、pウェル領域52aが形成されており、pチャネルMOSトランジスタが形成される領域には、nウェル領域52bが形成されている。また、pウェル領域52a内には、チャネル領域41aを挟むように、所定の間隔を隔てて、一対のn型のソース/ドレイン領域45が形成されている。   In the semiconductor device according to the third embodiment, as shown in FIG. 27, a predetermined region on the main surface of a p-type single crystal silicon substrate 41 has an STI structure for separating an adjacent element formation region (active region). Element isolations 42a, 42b and 42c are formed. A p-well region 52a is formed in a region of the p-type single crystal silicon substrate 41 where an n-channel MOS transistor is formed, and an n-well region 52b is formed in a region where a p-channel MOS transistor is formed. Have been. In the p well region 52a, a pair of n-type source / drain regions 45 are formed at predetermined intervals so as to sandwich the channel region 41a.

このn型のソース/ドレイン領域45は、n型の低濃度不純物領域45aとn型の高濃度不純物領域45bとからなるLDD構造を有する。チャネル領域41a上には、約2nm〜約10nmの厚みを有するシリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜43を介して、約150nm〜約200nmの多結晶シリコン層からなるゲート電極44aが形成されている。一対のn型のソース/ドレイン領域45と、ゲート絶縁膜43と、ゲート電極44aとによって、nチャネルMOSトランジスタが形成されている。   The n-type source / drain region 45 has an LDD structure including an n-type low concentration impurity region 45a and an n-type high concentration impurity region 45b. On the channel region 41a, a gate electrode 44a made of a polycrystalline silicon layer of about 150 nm to about 200 nm is formed via a gate insulating film 43 made of a silicon oxynitride film having a thickness of about 2 nm to about 10 nm. . The pair of n-type source / drain regions 45, the gate insulating film 43, and the gate electrode 44a form an n-channel MOS transistor.

また、nウェル領域52b内には、チャネル領域41bを挟むように、所定の間隔を隔てて、一対のp型のソース/ドレイン領域55が形成されている。このp型のソース/ドレイン領域55は、p型の低濃度不純物領域55aとp型の高濃度不純物領域55bとからなるLDD構造を有する。チャネル領域41b上には、約2nm〜約10nmの厚みを有するシリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜43を介して、約150nm〜約200nmの多結晶シリコン層からなるゲート電極44bが形成されている。一対のp型のソース/ドレイン領域55と、ゲート絶縁膜43と、ゲート電極44bとによって、pチャネルMOSトランジスタが形成されている。   In the n-well region 52b, a pair of p-type source / drain regions 55 are formed at predetermined intervals so as to sandwich the channel region 41b. The p-type source / drain region 55 has an LDD structure including a p-type low concentration impurity region 55a and a p-type high concentration impurity region 55b. A gate electrode 44b made of a polycrystalline silicon layer of about 150 nm to about 200 nm is formed on the channel region 41b via a gate insulating film 43 made of a silicon oxynitride film having a thickness of about 2 nm to about 10 nm. . A pair of p-type source / drain regions 55, gate insulating film 43, and gate electrode 44b form a p-channel MOS transistor.

また、nチャネルMOSトランジスタおよびpチャネルMOSトランジスタを構成するゲート電極44aおよび44bの側面には、シリコン酸化膜からなるサイドウォール絶縁膜46がそれぞれ形成されている。ゲート電極44aおよび44bの上面上および高濃度不純物領域45bおよび55bの上面上には、それぞれ、CoSiからなるシリサイド膜48aおよび48bが形成されている。 Further, sidewall insulating films 46 made of a silicon oxide film are formed on the side surfaces of the gate electrodes 44a and 44b constituting the n-channel MOS transistor and the p-channel MOS transistor, respectively. Silicide films 48a and 48b made of CoSi 2 are formed on the upper surfaces of the gate electrodes 44a and 44b and the upper surfaces of the high concentration impurity regions 45b and 55b, respectively.

また、全面を覆うように、約1000nmの厚みを有するシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜49が形成されている。この層間絶縁膜49は、それぞれ、シリサイド膜48aおよび48bに達するコンタクトホール49a、49b、49cおよび49dを有する。コンタクトホール49a、49b、49cおよび49d内には、それぞれ、タングステンからなるプラグ50a、50b、50cおよび50dが埋め込まれている。プラグ50a、50b、50cおよび50dにそれぞれ接続するように配線51aおよび51bが形成されている。なお、配線51aおよび51bは、下層から上層に向かって、約30nmの厚みを有するTi層と、約30nmの厚みを有するTiN層と、約400nmの厚みを有するAlCu層とからなる。   An interlayer insulating film 49 made of a silicon oxide film having a thickness of about 1000 nm is formed so as to cover the entire surface. This interlayer insulating film 49 has contact holes 49a, 49b, 49c and 49d reaching silicide films 48a and 48b, respectively. Plugs 50a, 50b, 50c and 50d made of tungsten are buried in the contact holes 49a, 49b, 49c and 49d, respectively. Wirings 51a and 51b are formed to connect to plugs 50a, 50b, 50c and 50d, respectively. The wirings 51a and 51b are composed of a Ti layer having a thickness of about 30 nm, a TiN layer having a thickness of about 30 nm, and an AlCu layer having a thickness of about 400 nm from the lower layer to the upper layer.

上記したnチャネルMOSトランジスタのn型のソース/ドレイン領域45と、pチャネルMOSトランジスタのp型のソース/ドレイン領域55とは、プラグ50bとプラグ50dと上層配線51bとを介して接続されている。また、nチャネルMOSトランジスタのゲート電極44aと、pチャネルMOSトランジスタのゲート電極44bとは、プラグ50a、プラグ50c、上層配線51a、および、さらに上層に位置する図示しない配線を介して接続されている。これにより、CMOSインバータが構成されている。   The above-described n-type source / drain region 45 of the n-channel MOS transistor and the p-type source / drain region 55 of the p-channel MOS transistor are connected via a plug 50b, a plug 50d, and an upper wiring 51b. . Further, the gate electrode 44a of the n-channel MOS transistor and the gate electrode 44b of the p-channel MOS transistor are connected via a plug 50a, a plug 50c, an upper layer wiring 51a, and a wiring (not shown) located in a further upper layer. . Thereby, a CMOS inverter is configured.

ここで、第3実施形態による半導体装置では、図28に示すように、nチャネルMOSトランジスタのサイドウォール絶縁膜46の内部と、n型のソース/ドレイン領域45を構成するn型の低濃度不純物領域45aおよびn型の高濃度不純物領域45bのゲート絶縁膜43の近傍領域とに、それぞれ、フッ素が導入されている。これにより、サイドウォール絶縁膜46の誘電率と、n型のソース/ドレイン領域45を構成するn型の低濃度不純物領域45aおよびn型の高濃度不純物領域45bのゲート絶縁膜43の周辺領域の誘電率とが、十分に小さくなる。また、pチャネルMOSトランジスタについても同様に、サイドウォール絶縁膜46の内部と、p型のソース/ドレイン領域55を構成するp型の低濃度不純物領域55aおよびp型の高濃度不純物領域55bのゲート絶縁膜43の近傍領域とに、それぞれフッ素が導入されている。このため、サイドウォール絶縁膜46の誘電率と、p型のソース/ドレイン領域55を構成するp型の低濃度不純物領域55aおよびp型の高濃度不純物領域55bのゲート絶縁膜43の周辺領域の誘電率とが、十分に小さくなる。   Here, in the semiconductor device according to the third embodiment, as shown in FIG. 28, the inside of the sidewall insulating film 46 of the n-channel MOS transistor and the n-type low-concentration impurities forming the n-type source / drain regions 45 Fluorine is introduced into each of the region 45a and the region near the gate insulating film 43 in the n-type high-concentration impurity region 45b. Accordingly, the dielectric constant of the sidewall insulating film 46 and the peripheral regions of the gate insulating film 43 of the n-type low-concentration impurity regions 45a and the n-type high-concentration impurity regions 45b forming the n-type source / drain regions 45 are formed. The dielectric constant becomes sufficiently small. Similarly, for the p-channel MOS transistor, the inside of the sidewall insulating film 46 and the gates of the p-type low-concentration impurity regions 55a and the p-type high-concentration impurity regions 55b forming the p-type source / drain regions 55 are formed. Fluorine is introduced into the region near the insulating film 43, respectively. For this reason, the dielectric constant of the sidewall insulating film 46 and the p-type low-concentration impurity region 55 a and the p-type high-concentration impurity region 55 b constituting the p-type source / drain region 55 around the gate insulating film 43. The dielectric constant becomes sufficiently small.

図29には、pチャネルMOSトランジスタのサイドウォール絶縁膜とソース/ドレイン領域周辺とに、フッ素を導入した場合とフッ素を導入しない場合との、ゲート電極とソース/ドレイン領域とのオーバーラップ容量を示す実測データが示されている。図29から分かるように、ゲート電極の周辺長が約13.4mm〜約130.4mmの範囲において、フッ素イオンを注入した場合のゲート電極とソース/ドレイン領域とのオーバーラップ容量は、フッ素イオンを注入しない場合のゲート電極とソース/ドレイン領域とのオーバーラップ容量と比較して約10%小さい。   FIG. 29 shows the overlap capacitance between the gate electrode and the source / drain region between the case where fluorine is introduced and the case where fluorine is not introduced around the sidewall insulating film and the source / drain region of the p-channel MOS transistor. The actual measurement data shown is shown. As can be seen from FIG. 29, when the peripheral length of the gate electrode is in the range of about 13.4 mm to about 130.4 mm, the overlap capacitance between the gate electrode and the source / drain region when fluorine ions are implanted is as follows. The overlap capacitance between the gate electrode and the source / drain region when no implantation is performed is smaller by about 10%.

上記のように、この第3実施形態による半導体装置では、nチャネルMOSトランジスタのソース/ドレイン領域45とゲート電極44aとの間のオーバーラップ容量と、pチャネルMOSトランジスタのソース/ドレイン領域55とゲート電極44bとの間に生じるオーバーラップ容量とをともに低減することができる。   As described above, in the semiconductor device according to the third embodiment, the overlap capacitance between the source / drain region 45 of the n-channel MOS transistor and the gate electrode 44a, and the source / drain region 55 and the gate of the p-channel MOS transistor It is possible to reduce both the overlap capacitance generated with the electrode 44b.

次に、図30〜図43は、図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。図27、図28および図30〜図43を参照して、第3実施形態による半導体装置(CMOSインバータ)の製造プロセスについて説明する。   Next, FIGS. 30 to 43 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. The manufacturing process of the semiconductor device (CMOS inverter) according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、図30に示すように、p型単結晶シリコン基板41の主表面の所定の領域に、活性領域を分離するためのSTI構造を有する素子分離42a、42bおよび42cを形成する。この後、p型単結晶シリコン基板41の表面を酸化することによって、シリコン酸化膜からなる犠牲酸化膜53を形成する。   First, as shown in FIG. 30, device isolations 42a, 42b and 42c having an STI structure for isolating an active region are formed in a predetermined region on the main surface of p-type single crystal silicon substrate 41. Thereafter, by oxidizing the surface of the p-type single crystal silicon substrate 41, a sacrificial oxide film 53 made of a silicon oxide film is formed.

次に、図31に示すように、nチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うように、リソグラフィ技術を用いてレジスト膜54aを形成する。この後、レジスト膜54aをマスクとして、犠牲酸化膜53を介して、p型単結晶シリコン基板41に、リン(P)を、約380keVの注入エネルギおよび約4×1013cm−2の注入量でイオン注入することによって、nウェル領域52bを形成する。さらに、砒素(As)を、約100keV〜約140keVの注入エネルギおよび約0.5×1012cm−2〜約1×1013cm−2の注入量でイオン注入することによって、チャネル領域41bの不純物濃度を調整する。これにより、しきい電圧の最適化を行う。この後、レジスト膜54aを除去する。 Next, as shown in FIG. 31, a resist film 54a is formed using lithography technology so as to cover a region where the n-channel MOS transistor is formed. Thereafter, using the resist film 54a as a mask, phosphorus (P) is implanted into the p-type single crystal silicon substrate 41 through the sacrificial oxide film 53 at an implantation energy of about 380 keV and an implantation amount of about 4 × 10 13 cm −2 . The n-well region 52b is formed by ion-implanting. Further, arsenic (As) is ion-implanted at an implantation energy of about 100 keV to about 140 keV and an implantation amount of about 0.5 × 10 12 cm −2 to about 1 × 10 13 cm −2 , so that the channel region 41 b is ion-implanted. Adjust the impurity concentration. Thereby, the threshold voltage is optimized. After that, the resist film 54a is removed.

次に、図32に示すように、pチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うように、リソグラフィ技術を用いてレジスト膜54bを形成する。この後、レジスト膜54bをマスクとして、犠牲酸化膜53を介して、p型単結晶シリコン基板41に、ボロン(B)を、約190keVの注入エネルギおよび約4×1013cm−2の注入量でイオン注入することによって、pウェル領域52aを形成する。さらに、ボロン(B)を、約10keV〜約30keVの注入エネルギおよび約1×1012cm−2〜約1×1013cm−2の注入量でイオン注入することによって、チャネル領域41aの不純物濃度を調整する。これにより、しきい値電圧の最適化を行う。この後、レジスト膜54bを除去する。 Next, as shown in FIG. 32, a resist film 54b is formed using lithography technology so as to cover a region where the p-channel MOS transistor is formed. Thereafter, using the resist film 54b as a mask, boron (B) is implanted into the p-type single-crystal silicon substrate 41 through the sacrificial oxide film 53 at an implantation energy of about 190 keV and an implantation amount of about 4 × 10 13 cm −2 . The p-well region 52a is formed by ion-implantation. Further, boron (B) is ion-implanted with an implantation energy of about 10 keV to about 30 keV and an implantation amount of about 1 × 10 12 cm −2 to about 1 × 10 13 cm −2 , whereby the impurity concentration of the channel region 41a is increased. To adjust. Thereby, the threshold voltage is optimized. Thereafter, the resist film 54b is removed.

次に、図33に示すように、酸化雰囲気中で熱処理を行うことによって単結晶シリコン基板41の表面に、約2nm〜約10nmの厚みでシリコン酸化膜を形成した後、NO雰囲気中でアニールすることにより、p型単結晶シリコン基板41の表面に、約2nm〜約10nmの厚みを有するシリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜43を形成する。この後、CVD法により、全面に多結晶シリコン膜(図示せず)を約150nm〜約200nmの厚みで堆積した後、通常のフォトリソグラフィー工程とRIEによるエッチング技術とを用いて、その多結晶シリコン膜をパターンニングする。これにより、多結晶シリコン膜からなるゲート電極44aおよび44bを形成する。上記したエッチングにより、ゲート絶縁膜43は、大きなダメージを受けるので、ゲート電極44aおよび44bの形成後に、ゲート絶縁膜43を再酸化する。   Next, as shown in FIG. 33, a silicon oxide film having a thickness of about 2 nm to about 10 nm is formed on the surface of the single crystal silicon substrate 41 by performing a heat treatment in an oxidizing atmosphere, and then annealing is performed in a NO atmosphere. Thus, a gate insulating film 43 made of a silicon oxynitride film having a thickness of about 2 nm to about 10 nm is formed on the surface of the p-type single crystal silicon substrate 41. Thereafter, a polycrystalline silicon film (not shown) is deposited on the entire surface to a thickness of about 150 nm to about 200 nm by a CVD method, and then the polycrystalline silicon film is formed using a normal photolithography process and an etching technique by RIE. Pattern the film. Thus, gate electrodes 44a and 44b made of a polycrystalline silicon film are formed. Since the gate insulating film 43 is greatly damaged by the above-described etching, the gate insulating film 43 is re-oxidized after forming the gate electrodes 44a and 44b.

次に、図34に示すように、pチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うようにレジスト膜56aを形成する。その後、レジスト膜56aをマスクとして、pウェル領域52aの主表面に、リン(P)を約30keVの注入エネルギ、約0.5×1013cm−2〜約5×1014cm−2の注入量、約7度の入射角で、p型単結晶シリコン基板41を90度ずつ回転させながら4回イオン注入する。これにより、n型の低濃度不純物領域(エクステンション領域)45aを形成する。この後、レジスト膜56aを除去する。 Next, as shown in FIG. 34, a resist film 56a is formed so as to cover a region where the p-channel MOS transistor is formed. Thereafter, using the resist film 56a as a mask, phosphorus (P) is implanted into the main surface of the p-well region 52a at an implantation energy of about 30 keV and an implantation energy of about 0.5 × 10 13 cm −2 to about 5 × 10 14 cm −2 . The ion implantation is performed four times at an incident angle of about 7 degrees while rotating the p-type single crystal silicon substrate 41 by 90 degrees. Thus, an n-type low concentration impurity region (extension region) 45a is formed. Thereafter, the resist film 56a is removed.

次に、図35に示すように、nチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うように、レジスト膜56bを形成する。その後、レジスト膜56bをマスクとして、nウェル領域52bの主表面に、2フッ化ホウ素(BF)を約15keVの注入エネルギ、約1×1013cm−2〜約5×1014cm−2の注入量、約7度の入射角で、p型単結晶シリコン基板41を90度ずつ回転させながら4回イオン注入する。これにより、p型の低濃度不純物領域55aを形成する。この後、レジスト膜56bを除去する。これによって、図36に示す状態となる。 Next, as shown in FIG. 35, a resist film 56b is formed so as to cover a region where the n-channel MOS transistor is formed. Thereafter, using the resist film 56b as a mask, boron difluoride (BF 2 ) is implanted into the main surface of the n-well region 52b at an implantation energy of about 15 keV and about 1 × 10 13 cm −2 to about 5 × 10 14 cm −2. The ion implantation is performed four times while rotating the p-type single crystal silicon substrate 41 by 90 degrees at an implantation amount of about 7 degrees. Thus, a p-type low concentration impurity region 55a is formed. After that, the resist film 56b is removed. This results in the state shown in FIG.

次に、図37に示すように、全面に、フッ素(F)を約10keVの注入エネルギおよび約3×1015cm−2の注入量でイオン注入する。これにより、ゲート電極44aおよび44bにフッ素イオンが注入されるとともに、pウェル領域52aおよびnウェル領域52bにフッ素が導入されたフッ素領域57が形成される。 Next, as shown in FIG. 37, fluorine (F) is ion-implanted into the entire surface at an implantation energy of about 10 keV and an implantation amount of about 3 × 10 15 cm −2 . Thus, fluorine ions are implanted into gate electrodes 44a and 44b, and fluorine regions 57 in which fluorine is introduced into p well region 52a and n well region 52b are formed.

次に、図38に示すように、熱CVD法を用いて、全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜46aを堆積する。この絶縁膜46aをRIEを用いてエッチバックすることによって、図39に示すように、ゲート電極44aおよび44bの側面に、シリコン酸化膜からなるサイドウォール絶縁膜46を形成する。なお、上記したエッチバックの際に、ゲート絶縁膜43のうち、ゲート電極44a、44bおよびサイドウォール絶縁膜46の直下にある領域以外は除去される。   Next, as shown in FIG. 38, an insulating film 46a made of a silicon oxide film is deposited on the entire surface by using a thermal CVD method. By etching back the insulating film 46a using RIE, a sidewall insulating film 46 made of a silicon oxide film is formed on the side surfaces of the gate electrodes 44a and 44b as shown in FIG. Note that, during the above-described etchback, the gate insulating film 43 is removed except for the region immediately below the gate electrodes 44a and 44b and the sidewall insulating film 46.

次に、図40に示すように、全面に約5nm〜約20nmの厚みを有するシリコン窒化膜47を堆積する。このシリコン窒化膜47は、後工程で行う高濃度不純物領域45bおよび55bを形成するためのイオン注入の際に、チャネリングを防止するため、および、後の熱処理時にフッ素が外方拡散することを抑制するために形成する。   Next, as shown in FIG. 40, a silicon nitride film 47 having a thickness of about 5 nm to about 20 nm is deposited on the entire surface. This silicon nitride film 47 prevents channeling during ion implantation for forming high-concentration impurity regions 45b and 55b performed in a later step, and suppresses outward diffusion of fluorine during a subsequent heat treatment. Formed in order to

次に、図41に示すように、pチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うように、レジスト膜58aを形成する。その後、レジスト膜58aをマスクとして、p型単結晶シリコン基板41に、砒素(As)を約45keVの注入エネルギ約1×1015cm−2〜約5×1015cm−2の注入量でイオン注入にする。これにより、nチャネルMOSトランジスタのソース/ドレイン領域45を構成するn型の高濃度不純物領域45bを形成する。この後、レジスト膜58aを除去する。 Next, as shown in FIG. 41, a resist film 58a is formed so as to cover a region where the p-channel MOS transistor is formed. Thereafter, using the resist film 58a as a mask, arsenic (As) is ion-implanted into the p-type single-crystal silicon substrate 41 at an implantation energy of about 45 keV at an implantation energy of about 1 × 10 15 cm −2 to about 5 × 10 15 cm −2. Inject. Thus, an n-type high-concentration impurity region 45b constituting source / drain region 45 of the n-channel MOS transistor is formed. Thereafter, the resist film 58a is removed.

次に、図42に示すように、nチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うように、レジスト膜58bを形成する。その後、レジスト膜58bをマスクとして、ボロン(B)を約7keVの注入エネルギおよび約1×1015cm−2〜約5×1015cm−2の注入量でイオン注入にすることにより、p型のソース/ドレイン領域55を構成するp型の高濃度不純物領域55bを形成する。この後、レジスト膜58bを除去する。そして、RTA法で約700℃〜約1100℃で、約0.1秒〜約60秒間の熱処理を行うことにより、注入した不純物を活性化する。 Next, as shown in FIG. 42, a resist film 58b is formed so as to cover a region where the n-channel MOS transistor is formed. Thereafter, using the resist film 58b as a mask, boron (B) is ion-implanted with an implantation energy of about 7 keV and an implantation amount of about 1 × 10 15 cm −2 to about 5 × 10 15 cm −2 , thereby forming a p-type. The p-type high-concentration impurity region 55b constituting the source / drain region 55 is formed. Thereafter, the resist film 58b is removed. Then, the implanted impurities are activated by performing a heat treatment at about 700 ° C. to about 1100 ° C. for about 0.1 seconds to about 60 seconds by the RTA method.

上記した低濃度不純物領域45aおよび55aと高濃度不純物領域45bおよび55bとによって、LDD構造の一対のソース/ドレイン領域45および55が構成される。   The low-concentration impurity regions 45a and 55a and the high-concentration impurity regions 45b and 55b form a pair of source / drain regions 45 and 55 having an LDD structure.

なお、上記したRTA法による熱処理により、ゲート電極44aおよび44bに存在するフッ素は、サイドウォール絶縁膜46内に拡散される。また、pウェル領域52aおよびnウェル領域52b内に存在するフッ素領域57のフッ素も、サイドウォール絶縁膜46および低濃度不純物領域45aおよび55aと、高濃度不純物領域45bおよび55bにおけるゲート絶縁膜43の近傍領域とに拡散される。このとき、シリコン窒化膜47により、フッ素がp型単結晶シリコン基板41の外に拡散されるのが防止される。これにより、nチャネルMOSトランジスタの少なくとも図28に示した領域にフッ素を導入することが可能となる。また、pチャネルMOSトランジスタにおけるフッ素の分布も同様である。この後、シリコン窒化膜47を除去する。   Note that fluorine existing in the gate electrodes 44a and 44b is diffused into the sidewall insulating film 46 by the above-described heat treatment by the RTA method. Further, the fluorine in the fluorine region 57 existing in the p-well region 52a and the n-well region 52b also depends on the side wall insulating film 46 and the low-concentration impurity regions 45a and 55a and the high-concentration impurity regions 45b and 55b in the gate insulating film 43. It is diffused to the neighboring area. At this time, the silicon nitride film 47 prevents fluorine from diffusing out of the p-type single crystal silicon substrate 41. This makes it possible to introduce fluorine into at least the region shown in FIG. 28 of the n-channel MOS transistor. The same applies to the distribution of fluorine in the p-channel MOS transistor. After that, the silicon nitride film 47 is removed.

次に、図43に示すように、サリサイドプロセスを用いて、多結晶シリコンからなるゲート電極44aおよび44bの上面上と、ソース/ドレイン領域45および55を構成する高濃度不純物領域45bおよび55bの上面上とに、それぞれ自己整合的に、コバルトシリサイド(CoSi)からなるシリサイド膜48aおよび48bを形成する。 Next, as shown in FIG. 43, the upper surfaces of gate electrodes 44a and 44b made of polycrystalline silicon and the upper surfaces of high-concentration impurity regions 45b and 55b forming source / drain regions 45 and 55 are formed using a salicide process. On the top, silicide films 48a and 48b made of cobalt silicide (CoSi 2 ) are formed in a self-aligned manner.

この後、図27に示したように、CVD法を用いて層間絶縁膜49を形成した後、所定領域に、フォトリソグラフィ技術とRIEなどのドライエッチング技術とを用いて、コンタクトホール49a、49b、49cおよび49dを形成する。このコンタクトホール49a、49b、49cおよび49d内に、CVD法を用いて、タングステンを埋め込むことにより、プラグ50a、50b、50cおよび50dを形成する。最後に、層間絶縁膜49の上面上に、下層から上層に向かって、約30nmの厚みを有するTi層と、約30nmの厚みを有するTiN層と、約400nmの厚みを有するAlCu層とからなる積層膜を形成した後、この積層膜をパターニングすることにより、上層配線51aおよび51bを形成する。このようにして、第3実施形態によるCMOSインバータ(半導体装置)が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 27, after an interlayer insulating film 49 is formed by using a CVD method, contact holes 49a, 49b, and 49b are formed in predetermined regions by using a photolithography technique and a dry etching technique such as RIE. 49c and 49d are formed. Plugs 50a, 50b, 50c and 50d are formed by burying tungsten in the contact holes 49a, 49b, 49c and 49d by using the CVD method. Finally, a Ti layer having a thickness of about 30 nm, a TiN layer having a thickness of about 30 nm, and an AlCu layer having a thickness of about 400 nm are formed on the upper surface of the interlayer insulating film 49 from the lower layer to the upper layer. After the formation of the laminated film, the upper wirings 51a and 51b are formed by patterning the laminated film. Thus, the CMOS inverter (semiconductor device) according to the third embodiment is formed.

第3実施形態では、上記のように、ゲート電極44aおよび44bにイオン注入したフッ素を、熱拡散により、nチャネルMOSトランジスタおよびpチャネルMOSトランジスタのシリコン酸化膜からなるサイドウォール絶縁膜46に拡散させることによって、サイドウォール絶縁膜46の誘電率を低減することができるため、nチャネルMOSトランジスタおよびpチャネルMOSトランジスタのゲート電極44aおよび44bとソース/ドレイン領域45および55との間に生じるオーバーラップ容量を十分に低減することができる。その結果、半導体装置(CMOSインバータ)の動作速度を向上させることができる。   In the third embodiment, as described above, fluorine ion-implanted into the gate electrodes 44a and 44b is diffused by thermal diffusion into the sidewall insulating film 46 made of the silicon oxide film of the n-channel MOS transistor and the p-channel MOS transistor. Thereby, the dielectric constant of sidewall insulating film 46 can be reduced, so that an overlap capacitance generated between gate electrodes 44a and 44b of n-channel MOS transistor and p-channel MOS transistor and source / drain regions 45 and 55 is formed. Can be sufficiently reduced. As a result, the operation speed of the semiconductor device (CMOS inverter) can be improved.

また、第3実施形態では、上記のように、pウェル領域52aおよびnウェル領域52b内に存在するフッ素領域57からも、フッ素をnチャネルMOSトランジスタおよびpチャネルMOSトランジスタのサイドウォール絶縁膜46に拡散させることによって、サイドウォール絶縁膜46の誘電率をさらに低減することができる。これにより、nチャネルMOSトランジスタおよびpチャネルMOSトランジスタのゲート電極44aおよび44bとソース/ドレイン領域45および55との間に生じるオーバーラップ容量をより十分に低減することができる。さらに、低濃度不純物領域45aおよび55aと、高濃度不純物領域45bおよび55bにおけるゲート絶縁膜43の近傍領域とにもフッ素が導入されていることにより、オーバーラップ容量をさらに低減することができる。その結果、半導体装置の動作速度をより向上させることができる。   In the third embodiment, as described above, fluorine is also supplied to the sidewall insulating films 46 of the n-channel MOS transistor and the p-channel MOS transistor from the fluorine region 57 existing in the p-well region 52a and the n-well region 52b. By the diffusion, the dielectric constant of the sidewall insulating film 46 can be further reduced. Thus, the overlap capacitance generated between gate electrodes 44a and 44b of n-channel MOS transistor and p-channel MOS transistor and source / drain regions 45 and 55 can be reduced more sufficiently. Further, since fluorine is also introduced into the low-concentration impurity regions 45a and 55a and the regions near the gate insulating film 43 in the high-concentration impurity regions 45b and 55b, the overlap capacitance can be further reduced. As a result, the operation speed of the semiconductor device can be further improved.

さらに、第3実施形態では、サイドウォール絶縁膜46の形成後に、全面にシリコン窒化膜47を形成することによって、ゲート電極44aおよび44bにイオン注入されたフッ素を、熱処理によりサイドウォール絶縁膜46内に拡散させる際に、フッ素がサイドウォール絶縁膜46の外に拡散されるのを防止することができる。これにより、サイドウォール絶縁膜46を構成するシリコン酸化膜の誘電率を十分に低減することができるため、nチャネルMOSトランジスタおよびpチャネルMOSトランジスタのソース/ドレイン領域45および55ゲート電極44aおよび44bとの間に生じるオーバーラップ容量をさらに十分に低減することができる。その結果、半導体装置の動作速度をさらに向上させることができる。   Further, in the third embodiment, a silicon nitride film 47 is formed on the entire surface after the formation of the sidewall insulating film 46, so that fluorine ion-implanted into the gate electrodes 44a and 44b can be treated by heat treatment in the sidewall insulating film 46. Can be prevented from diffusing out of the side wall insulating film 46 when diffusing. Thereby, the dielectric constant of the silicon oxide film forming side wall insulating film 46 can be sufficiently reduced, so that source / drain regions 45 and 55 of n-channel MOS transistor and p-channel MOS transistor and gate electrodes 44a and 44b are formed. , The overlap capacity generated between them can be further reduced sufficiently. As a result, the operation speed of the semiconductor device can be further improved.

(第4実施形態)
図44は、本発明の第4実施形態による半導体装置を示した断面図である。図44を参照して、この第4実施形態では、ゲート絶縁膜およびゲート絶縁膜とチャネル領域の中央部との界面に、ダングリングボンドを終端させるためのフッ素を導入する例について説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 44 is a sectional view showing the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 44, in the fourth embodiment, an example will be described in which fluorine for terminating dangling bonds is introduced into the gate insulating film and the interface between the gate insulating film and the center of the channel region.

この第4実施形態による半導体装置では、図44に示すように、p型単結晶シリコン基板61の主表面の所定領域に、隣接する素子形成領域(活性領域)間を分離するためのSTI構造を有する素子分離62a、62bおよび62cが形成されている。また、p型単結晶シリコン基板61のnチャネルMOSトランジスタが形成される領域には、pウェル領域73が形成されており、pチャネルMOSトランジスタが形成される領域には、nウェル領域74が形成されている。なお、pウェル領域73およびnウェル領域74は、本発明の「半導体領域」の一例である。また、pウェル領域73内には、チャネル領域61aを挟むように、所定の間隔を隔て、一対のn型のソース/ドレイン領域65が形成されている。このn型のソース/ドレイン領域65は、n型の低濃度不純物領域(エクステンション領域)65aとn型の高濃度不純物領域65bとからなるLDD構造を有する。なお、このn型のソース/ドレイン領域65は、本発明の「不純物領域」の一例である。また、チャネル領域61a上には、シリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜63を介して、多結晶シリコンからなるゲート電極64aが形成されている。一対のn型のソース/ドレイン領域65と、ゲート絶縁膜63と、ゲート電極64aとによって、nチャネルMOSトランジスタが形成されている。   In the semiconductor device according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 44, an STI structure for separating an adjacent element formation region (active region) is formed in a predetermined region on a main surface of a p-type single crystal silicon substrate 61. Element isolations 62a, 62b and 62c having the same are formed. A p-well region 73 is formed in a region of the p-type single crystal silicon substrate 61 where an n-channel MOS transistor is formed, and an n-well region 74 is formed in a region where a p-channel MOS transistor is formed. Have been. Note that the p-well region 73 and the n-well region 74 are examples of the “semiconductor region” of the present invention. In the p well region 73, a pair of n-type source / drain regions 65 are formed at predetermined intervals so as to sandwich the channel region 61a. The n-type source / drain region 65 has an LDD structure including an n-type low concentration impurity region (extension region) 65a and an n-type high concentration impurity region 65b. The n-type source / drain region 65 is an example of the “impurity region” of the present invention. On the channel region 61a, a gate electrode 64a made of polycrystalline silicon is formed via a gate insulating film 63 made of a silicon oxynitride film. The pair of n-type source / drain regions 65, the gate insulating film 63, and the gate electrode 64a form an n-channel MOS transistor.

また、nウェル領域74内には、チャネル領域61bを挟むように、所定の間隔を隔てて、一対のp型のソース/ドレイン領域75が形成されている。このp型のソース/ドレイン領域75は、p型の低濃度不純物領域(エクステンション領域)75aとp型の高濃度不純物領域75bとからなるLDD構造を有する。なお、このp型のソース/ドレイン領域75は、本発明の「不純物領域」の一例である。チャネル領域61b上には、シリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜63を介して、多結晶シリコン層からなるゲート電極64bが形成されている。一対のp型のソース/ドレイン領域75と、ゲート絶縁膜63と、ゲート電極64bとによって、pチャネルMOSトランジスタが形成されている。   In the n-well region 74, a pair of p-type source / drain regions 75 are formed at predetermined intervals so as to sandwich the channel region 61b. The p-type source / drain region 75 has an LDD structure including a p-type low concentration impurity region (extension region) 75a and a p-type high concentration impurity region 75b. The p-type source / drain region 75 is an example of the “impurity region” of the present invention. On the channel region 61b, a gate electrode 64b made of a polycrystalline silicon layer is formed via a gate insulating film 63 made of a silicon oxynitride film. A pair of p-type source / drain regions 75, gate insulating film 63, and gate electrode 64b form a p-channel MOS transistor.

ここで、この第4実施形態では、ゲート絶縁膜63中と、ゲート絶縁膜とチャネル領域61aおよび61bの全体の領域との界面とに、フッ素が導入されている。   Here, in the fourth embodiment, fluorine is introduced into the gate insulating film 63 and the interface between the gate insulating film and the entire region of the channel regions 61a and 61b.

また、nチャネルMOSトランジスタおよびpチャネルMOSトランジスタを構成するゲート電極64aおよび64bの側面には、シリコン酸化膜などからなるサイドウォール絶縁膜66が形成されている。ゲート電極64aおよび64bの上面上と、ソース/ドレイン領域65および75を構成する高濃度不純物領域65bおよび75bの上面上には、それぞれ、CoSiからなるシリサイド膜67aおよび67bが形成されている。 A sidewall insulating film 66 made of a silicon oxide film or the like is formed on side surfaces of the gate electrodes 64a and 64b constituting the n-channel MOS transistor and the p-channel MOS transistor. Silicide films 67a and 67b made of CoSi 2 are formed on the upper surfaces of the gate electrodes 64a and 64b and on the upper surfaces of the high-concentration impurity regions 65b and 75b forming the source / drain regions 65 and 75, respectively.

また、全面を覆うように、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜68が形成されている。この層間絶縁膜68は、それぞれ、シリサイド膜67aおよび67bに達するコンタクトホール68a、68b、68cおよび68dを有する。コンタクトホール68a、68b、68cおよび68d内には、それぞれ、タングステンからなるプラグ69a、69b、69cおよび69dが埋め込まれている。プラグ69a、69b、69cおよび69dにそれぞれ接続するように、配線70a、70b、70cおよび70dが形成されている。   Further, an interlayer insulating film 68 made of a silicon oxide film is formed so as to cover the entire surface. This interlayer insulating film 68 has contact holes 68a, 68b, 68c and 68d reaching the silicide films 67a and 67b, respectively. Plugs 69a, 69b, 69c and 69d made of tungsten are buried in the contact holes 68a, 68b, 68c and 68d, respectively. Wirings 70a, 70b, 70c and 70d are formed to be connected to plugs 69a, 69b, 69c and 69d, respectively.

この第4実施形態による半導体装置では、上記のように、ゲート絶縁膜とチャネル領域61aおよび61bの全域との界面にわたってフッ素を導入することによって、そのフッ素によりチャネル領域61aおよび61bの全域にわたってダングリングボンドを終端させることができる。また、ゲート絶縁膜63中にもフッ素を導入することによって、ゲート絶縁膜63中のダングリングボンドもフッ素により終端することができる。これにより、ダングリングボンドに起因するしきい値電圧の変動を抑制することができる。また、ダングリングボンドに起因する飽和電流の変化も抑制することができる。   In the semiconductor device according to the fourth embodiment, as described above, fluorine is introduced over the interface between the gate insulating film and the entire region of the channel regions 61a and 61b, so that the dangling is caused by the fluorine over the entire region of the channel regions 61a and 61b. The bond can be terminated. Further, by introducing fluorine into the gate insulating film 63, dangling bonds in the gate insulating film 63 can also be terminated by fluorine. Thereby, the fluctuation of the threshold voltage due to the dangling bond can be suppressed. In addition, a change in saturation current due to dangling bonds can be suppressed.

また、第4実施形態では、上記のように、水素よりも強い結合エネルギーでシリコン原子と結合するフッ素イオンを用いてダングリングボンドの終端を行っているため、長期にわたってトランジスタの特性を安定化させることができる。   Further, in the fourth embodiment, as described above, the termination of the dangling bond is performed by using the fluorine ion that bonds to the silicon atom with a binding energy stronger than that of hydrogen, so that the characteristics of the transistor are stabilized for a long time. be able to.

次に、図45〜図52は、図44に示した本発明の第4実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。図53は、フッ素イオンのドーズ量とPMOSFETのNBTI寿命との関係を示す相関図である。図54は、電圧の印加時間としきい値電圧の変化量との関係を示した相関図である。図45〜図54を参照して、第4実施形態による半導体装置の製造プロセスについて説明する。   Next, FIGS. 45 to 52 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. FIG. 53 is a correlation diagram showing the relationship between the dose of fluorine ions and the NBTI lifetime of the PMOSFET. FIG. 54 is a correlation diagram showing the relationship between the voltage application time and the amount of change in the threshold voltage. The manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment will be explained with reference to FIGS.

まず、図45に示すように、p型単結晶シリコン基板61上に、STIによる素子分離62a、62bおよび62cを形成する。そして、nチャネルMOSトランジスタが形成される領域上に、レジスト膜76を形成する。レジスト膜76をマスクとして、リン(P)をp型単結晶シリコン基板61にイオン注入することによって、nウェル領域74を形成する。さらに、レジスト膜76をマスクとして、しきい値電圧の調整のために、nウェル領域74の上方から砒素(As)をイオン注入する。このときの砒素(As)の注入条件としては、注入量:約0.5×1012cm−2〜約1×1013cm−2、注入エネルギー:約120keVである。この後、レジスト膜76を除去する。 First, as shown in FIG. 45, element isolations 62a, 62b and 62c are formed on a p-type single crystal silicon substrate 61 by STI. Then, a resist film 76 is formed on the region where the n-channel MOS transistor is formed. Using resist film 76 as a mask, phosphorus (P) is ion-implanted into p-type single-crystal silicon substrate 61 to form n-well region 74. Further, using resist film 76 as a mask, arsenic (As) is ion-implanted from above n-well region 74 to adjust the threshold voltage. At this time, the implantation conditions of arsenic (As) are as follows: implantation amount: about 0.5 × 10 12 cm −2 to about 1 × 10 13 cm −2 , and implantation energy: about 120 keV. After that, the resist film 76 is removed.

次に、図46に示すように、pチャネルMOSトランジスタの形成領域を覆うように、レジスト膜77を形成する。レジスト膜77をマスクとして、ホウ素(B)をp型単結晶シリコン基板61にイオン注入することによって、pウェル領域73を形成する。そして、レジスト膜77をマスクとして、しきい値電圧の調整のために、pウェル領域73の表面にホウ素(B)をイオン注入する。このときのホウ素(B)の注入条件としては、注入量:約1×1012cm−2〜約1×1013cm−2、注入エネルギー:約20keVである。この後、レジスト膜77を除去する。 Next, as shown in FIG. 46, a resist film 77 is formed so as to cover the formation region of the p-channel MOS transistor. Using the resist film 77 as a mask, boron (B) is ion-implanted into the p-type single-crystal silicon substrate 61 to form a p-well region 73. Then, using the resist film 77 as a mask, boron (B) ions are implanted into the surface of the p-well region 73 to adjust the threshold voltage. At this time, the implantation conditions of boron (B) are as follows: implantation amount: about 1 × 10 12 cm −2 to about 1 × 10 13 cm −2 , and implantation energy: about 20 keV. After that, the resist film 77 is removed.

次に、図47に示すように、酸化雰囲気中で熱処理を行うことによってp型単結晶シリコン基板61の表面に約2nm〜約10nmの厚みでシリコン酸化膜を形成した後、NO雰囲気中でアニールすることにより、p型単結晶シリコン基板61の表面に、約2nm〜約10nmの厚みを有するシリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜63を形成する。この後、CVD法を用いて、全面に多結晶シリコン膜(図示せず)を約150nm〜約200nmの厚みで堆積した後、通常のフォトリソグラフィ工程とRIEによるエッチング技術とを用いて、その多結晶シリコン膜をパターニングする。これにより、多結晶シリコン膜からなるゲート電極64aおよび64bを形成する。なお、この第4実施形態におけるゲート電極64aおよび64bは、約200nmの厚みと、約0.3μm〜約1μmのゲート長を有するように形成する。   Next, as shown in FIG. 47, a heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to form a silicon oxide film with a thickness of about 2 nm to about 10 nm on the surface of the p-type single crystal silicon substrate 61. This forms a gate insulating film 63 made of a silicon oxynitride film having a thickness of about 2 nm to about 10 nm on the surface of the p-type single crystal silicon substrate 61. Thereafter, a polycrystalline silicon film (not shown) is deposited on the entire surface to a thickness of about 150 nm to about 200 nm using a CVD method, and then the polycrystalline silicon film is formed using a normal photolithography process and an etching technique by RIE. The crystalline silicon film is patterned. Thus, gate electrodes 64a and 64b made of a polycrystalline silicon film are formed. The gate electrodes 64a and 64b according to the fourth embodiment are formed so as to have a thickness of about 200 nm and a gate length of about 0.3 μm to about 1 μm.

なお、ゲート電極64aおよび64bを形成する際のエッチングによって、ゲート絶縁膜63は大きなダメージを受けるので、ゲート電極64aおよび64bの形成後に、ゲート絶縁膜63を再酸化する。   Note that since the gate insulating film 63 is greatly damaged by etching when forming the gate electrodes 64a and 64b, the gate insulating film 63 is re-oxidized after forming the gate electrodes 64a and 64b.

次に、図48に示すように、pチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うように、レジスト膜78を形成する。レジスト膜78をマスクとして、リン(P)を、約30keVの注入エネルギー、約0.5×1013cm−2〜約5×1014cm−2の注入量、約7度の入射角で、p型単結晶シリコン基板61を90度ずつ回転させながら4回イオン注入する。これにより、n型の低濃度不純物領域65aを形成する。この後、レジスト膜78を除去する。 Next, as shown in FIG. 48, a resist film 78 is formed so as to cover the region where the p-channel MOS transistor is formed. Using the resist film 78 as a mask, phosphorus (P) is implanted at an implantation energy of about 30 keV, an implantation amount of about 0.5 × 10 13 cm −2 to about 5 × 10 14 cm −2 , and an incident angle of about 7 degrees. Ion implantation is performed four times while rotating the p-type single crystal silicon substrate 61 by 90 degrees. Thus, an n-type low concentration impurity region 65a is formed. Thereafter, the resist film 78 is removed.

次に、図49に示すように、nチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うように、レジスト膜79を形成する。その後、pウェル領域74の主表面に2フッ化ホウ素(BF)を約15keVの注入エネルギー、約1×1013cm−2〜約5×1014cm−2の注入量、約7度の入射角で、p型単結晶シリコン基板61を90度ずつ回転させながら4回イオン注入する。これにより、p型の低濃度不純物領域75aを形成する。 Next, as shown in FIG. 49, a resist film 79 is formed so as to cover a region where the n-channel MOS transistor is formed. Then, boron difluoride (BF 2 ) is implanted into the main surface of the p-well region 74 at an implantation energy of about 15 keV, an implantation amount of about 1 × 10 13 cm −2 to about 5 × 10 14 cm −2, and an implantation amount of about 7 degrees. The ion implantation is performed four times while rotating the p-type single-crystal silicon substrate 61 at an angle of 90 degrees. Thus, a p-type low concentration impurity region 75a is formed.

次に、図50に示すように、レジスト膜79をマスクとして、pチャネルMOSトランジスタを構成する低濃度不純物領域75aおよびゲート電極64bにフッ素(F)を、約20keVの注入エネルギーおよび約3×1015cm−2〜約5×1015cm−2の注入量でイオン注入する。このフッ素の注入条件は、フッ素イオンがゲート電極64bを貫通してゲート絶縁膜63にまで到達しないように設定されている。したがって、フッ素イオンは、ゲート電極64b中のゲート絶縁膜63の近傍位置にまで注入される。 Then, as shown in FIG. 50, using resist film 79 as a mask, fluorine (F) is implanted into low-concentration impurity region 75a and gate electrode 64b constituting the p-channel MOS transistor with an implantation energy of about 20 keV and about 3 × 10 Ion implantation is performed at an implantation amount of 15 cm −2 to about 5 × 10 15 cm −2 . The conditions for the fluorine implantation are set so that the fluorine ions do not penetrate through the gate electrode 64b and reach the gate insulating film 63. Therefore, the fluorine ions are implanted into the gate electrode 64b to a position near the gate insulating film 63.

次に、図51に示すように、CVD法を用いて全面にシリコン酸化膜などからなる絶縁膜(図示せず)を堆積した後、その絶縁膜をRIE法を用いてエッチバックすることによって、ゲート電極64aおよび64bの側面にサイドウォール絶縁膜66を形成する。その後、pMOSトランジスタの形成領域を覆うように、レジスト膜80を形成した後、そのレジスト膜80をマスクとして、pウェル領域73の主表面にヒ素(As)を約45keVの注入エネルギーおよび約1×1015cm−2〜約5×1015cm−2の注入量でイオン注入する。これにより、n型のソース/ドレイン領域65を構成するn型の高濃度不純物領域65bを形成する。この後、レジスト膜80を除去する。 Next, as shown in FIG. 51, an insulating film (not shown) made of a silicon oxide film or the like is deposited on the entire surface by using the CVD method, and the insulating film is etched back by using the RIE method. A sidewall insulating film 66 is formed on side surfaces of the gate electrodes 64a and 64b. Thereafter, a resist film 80 is formed so as to cover the formation region of the pMOS transistor. Then, using the resist film 80 as a mask, arsenic (As) is implanted into the main surface of the p-well region 73 at an implantation energy of about 45 keV and about 1 ×. Ion implantation is performed at a dose of 10 15 cm −2 to about 5 × 10 15 cm −2 . Thus, an n-type high-concentration impurity region 65b constituting the n-type source / drain region 65 is formed. After that, the resist film 80 is removed.

次に、図52に示すように、nチャネルMOSトランジスタが形成される領域を覆うように、レジスト膜81を形成する。レジスト膜81をマスクとして、ボロン(B)を約7keVの注入エネルギーおよび約5×1015cm−2の注入量でイオン注入することにより、p型のソース/ドレイン領域75を構成するp型の高濃度不純物領域75bを形成する。この後、レジスト膜81を除去する。 Next, as shown in FIG. 52, a resist film 81 is formed so as to cover a region where the n-channel MOS transistor is formed. Using the resist film 81 as a mask, boron (B) is ion-implanted with an implantation energy of about 7 keV and an implantation amount of about 5 × 10 15 cm −2 , thereby forming a p-type source / drain region 75 constituting the p-type source / drain region 75. A high concentration impurity region 75b is formed. After that, the resist film 81 is removed.

この後、注入した不純物を活性化するとともに、ゲート電極64bに注入したフッ素を拡散させるために、RTAによる熱処理を行う。このRTAによる熱処理は、約1050℃の雰囲気温度で約5秒間行う。このRTAによる熱処理によって、フッ素がゲート電極64bおよび低濃度不純物領域75aから拡散される。フッ素の拡散スピードは、ゲート電極64bの内部の方がp型シリコン基板61の内部よりも早い。したがって、フッ素は、ゲート電極64bからゲート絶縁膜63を介して、ゲート絶縁膜63とnウェル領域74との界面に位置するチャネル領域61bに拡散される。また、この時、低濃度不純物領域75aからも徐々にチャネル領域61bの中央領域に向かってフッ素が拡散される。   Thereafter, a heat treatment by RTA is performed to activate the implanted impurities and diffuse the fluorine implanted into the gate electrode 64b. This heat treatment by RTA is performed at an ambient temperature of about 1050 ° C. for about 5 seconds. By the heat treatment by the RTA, fluorine is diffused from the gate electrode 64b and the low-concentration impurity regions 75a. The diffusion speed of fluorine is faster inside the gate electrode 64b than inside the p-type silicon substrate 61. Therefore, fluorine is diffused from the gate electrode 64b via the gate insulating film 63 to the channel region 61b located at the interface between the gate insulating film 63 and the n-well region 74. At this time, fluorine is diffused gradually from the low-concentration impurity region 75a toward the central region of the channel region 61b.

このようにゲート電極64bからゲート絶縁膜63を介してゲート絶縁膜とチャネル領域61bとの界面にフッ素を拡散させることによって、pチャネルMOSトランジスタのチャネル長が長い場合にも、容易にチャネル領域61bの全域にわたってフッ素を拡散させることができる。この場合に、ゲート電極64bからゲート絶縁膜63とp型単結晶シリコン基板61との界面にフッ素を拡散させるのに要する時間は、低濃度不純物領域75aのみからフッ素を拡散させる時間に比べて極めて短い。また、一回のRTAによる熱処理によってフッ素をゲート電極64bと低濃度不純物領域75aとから拡散させることができるため、製造プロセスを簡略化することができる。   By diffusing fluorine from the gate electrode 64b to the interface between the gate insulating film and the channel region 61b via the gate insulating film 63, even if the channel length of the p-channel MOS transistor is long, the channel region 61b can be easily formed. Can be diffused over the entire region. In this case, the time required for diffusing fluorine from the gate electrode 64b to the interface between the gate insulating film 63 and the p-type single crystal silicon substrate 61 is much longer than the time required for diffusing fluorine only from the low concentration impurity region 75a. short. Further, fluorine can be diffused from the gate electrode 64b and the low-concentration impurity region 75a by one heat treatment by RTA, so that the manufacturing process can be simplified.

そして、図44に示したように、サリサイドプロセスを用いて、多結晶シリコンからなるゲート電極64aおよび64bの上面上と、高濃度不純物領域65bおよび75bの上面上とに、それぞれ、自己整合的に、コバルトシリサイド(CoSi)膜67aおよび67bを形成する。そして、CVD法を用いて層間絶縁膜68を形成した後、所定領域に、フォトリソグラフィ技術とRIEなどのドライエッチング技術とを用いて、コンタクトホール68a、68b、68cおよび68dを形成する。このコンタクトホール68a、68b、68cおよび68d内にCVD法を用いてタングステンを埋め込むことにより、プラグ69a、69b、69cおよび69dを形成する。最後に、層間絶縁膜68の上面上に、プラグ69a、69b、69cおよび69dとそれぞれ接続するように、アルミなどからなる上層配線70a、70b、70cおよび70dを形成する。 As shown in FIG. 44, the salicide process is used to self-align on the upper surfaces of polycrystalline silicon gate electrodes 64a and 64b and the upper surfaces of high concentration impurity regions 65b and 75b, respectively. Then, cobalt silicide (CoSi 2 ) films 67a and 67b are formed. Then, after the interlayer insulating film 68 is formed by using the CVD method, contact holes 68a, 68b, 68c, and 68d are formed in predetermined regions by using a photolithography technique and a dry etching technique such as RIE. Plugs 69a, 69b, 69c and 69d are formed by embedding tungsten in the contact holes 68a, 68b, 68c and 68d using the CVD method. Finally, upper wirings 70a, 70b, 70c and 70d made of aluminum or the like are formed on the upper surface of the interlayer insulating film 68 so as to be connected to the plugs 69a, 69b, 69c and 69d, respectively.

図53には、フッ素イオンのドーズ量(注入量)と、NBTI(Negative Bias Temperature Instability)寿命との関係が示されている。なお、NBTIとは、高温で基板に対して負の電圧をゲート電極に印加しつづけるとトランジスタの特性が変動する現象をいう。図53の横軸には、フッ素イオンのドーズ量(atom/cm)がとられており、縦軸には、時間(半導体装置の特性劣化までの寿命)がとられている。図53を参照して、測定した範囲において、フッ素イオンのドーズ量(注入量)が多くなるほど半導体装置の特性劣化までの寿命が長くなることが分かる。 FIG. 53 shows the relationship between the dose (implantation amount) of fluorine ions and the life of NBTI (Negative Bias Temperature Instability). Note that NBTI refers to a phenomenon in which the characteristics of a transistor fluctuate when a negative voltage is continuously applied to a gate electrode with respect to a substrate at a high temperature. The horizontal axis of FIG. 53 shows the dose (atom / cm 2 ) of fluorine ions, and the vertical axis shows time (lifetime until the characteristic deterioration of the semiconductor device). Referring to FIG. 53, it can be seen that in the measured range, the life of the semiconductor device up to the characteristic deterioration becomes longer as the dose amount (implantation amount) of fluorine ions increases.

また、図54には、半導体装置における電圧の印加時間を(T)に伴うしきい値電圧の変化量(ΔVt)が示されている。図54の横軸には、時間がとられ、縦軸には、しきい値電圧の変化量(ΔVt)がとられている。なお、しきい値電圧の変化量(ΔVt)は、pチャネルMOSトランジスタのソース/ドレイン領域および基板に0V、ゲート電極に−4.6Vの電圧を印加して測定した値である。図54を参照して、フッ素が注入される第4実施形態による半導体装置は、フッ素が注入されない従来の半導体装置に比べてしきい値電圧の変化量(ΔVt)が少なくなっていることが分かる。これにより、フッ素注入を行うことによって、しきい値電圧の変化量(ΔVt)を減少させることができることを確認することができた。   FIG. 54 shows the change amount (ΔVt) of the threshold voltage with the voltage application time (T) in the semiconductor device. In FIG. 54, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the amount of change in threshold voltage (ΔVt). The change in threshold voltage (ΔVt) is a value measured by applying a voltage of 0 V to the source / drain regions and the substrate of the p-channel MOS transistor and applying a voltage of −4.6 V to the gate electrode. Referring to FIG. 54, it can be seen that the semiconductor device according to the fourth embodiment in which fluorine is implanted has a smaller threshold voltage change (ΔVt) than the conventional semiconductor device in which fluorine is not implanted. . Thus, it was confirmed that the amount of change in the threshold voltage (ΔVt) can be reduced by performing fluorine implantation.

上記した第4実施形態による半導体装置の製造プロセスでは、ゲート電極64bのフッ素をゲート絶縁膜63を介して、チャネル領域61bに拡散させるとともに、低濃度不純物領域75aのフッ素をチャネル領域61bに拡散させることによって、ゲート絶縁膜63中にフッ素を拡散させることができるとともに、チャネル領域61bの全体により多くのフッ素を拡散させることができる。これにより、フッ素により、ゲート絶縁膜63中およびチャネル領域61bの全体に存在するより多くのダングリングボンドを終端することができる。その結果、ゲート絶縁膜63中のダングリングボンドおよびゲート長(チャネル長)が大きい場合のゲート絶縁膜とチャネル領域61bの中央領域との界面のダングリングボンドに起因してpチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧が大きく変動するのをより抑制することができる。   In the manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment, the fluorine of the gate electrode 64b is diffused into the channel region 61b via the gate insulating film 63, and the fluorine of the low concentration impurity region 75a is diffused into the channel region 61b. Thus, fluorine can be diffused into the gate insulating film 63 and more fluorine can be diffused into the entire channel region 61b. Thereby, more dangling bonds existing in the gate insulating film 63 and in the entire channel region 61b can be terminated by fluorine. As a result, due to the dangling bond in the gate insulating film 63 and the dangling bond at the interface between the gate insulating film and the central region of the channel region 61b when the gate length (channel length) is large, the formation of the p-channel MOS transistor is reduced. A large fluctuation of the threshold voltage can be further suppressed.

なお、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。   It should be noted that the embodiments disclosed this time are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description of the embodiments, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

たとえば、上記第1実施形態では、pチャネルMOSトランジスタの形成方法について説明したが、本発明はこれに限らず、nチャネルMOSトランジスタについて、本発明を適用してもよい。   For example, in the first embodiment, a method of forming a p-channel MOS transistor has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention may be applied to an n-channel MOS transistor.

また、上記第1および第2実施形態では、フッ素を導入することによりソース/ドレイン領域のpn接合界面に生じる寄生容量を低減したが、本発明はこれに限らず、炭素を導入してもよい。炭素は、フッ素と同様、シリコンと結合を形成する元素であり、シリコンよりも質量が軽く、さらにドナーやアクセプタにならないため、シリコン基板の比誘電率を低減することができる。実際、SiCの比誘電率は、7程度であり、Siの比誘電率11程度よりも低い。したがって、pn接合に生じる寄生容量を低減することができる。さらに、フッ素と炭素との両方を導入しても、同様の効果を得ることができる。   In the first and second embodiments, the parasitic capacitance generated at the pn junction interface of the source / drain region is reduced by introducing fluorine. However, the present invention is not limited to this, and carbon may be introduced. . Carbon, like fluorine, is an element that forms a bond with silicon. Since carbon is lighter than silicon and does not serve as a donor or an acceptor, the relative dielectric constant of the silicon substrate can be reduced. Actually, the relative dielectric constant of SiC is about 7, which is lower than the relative dielectric constant of Si of about 11. Therefore, the parasitic capacitance generated at the pn junction can be reduced. Further, the same effect can be obtained by introducing both fluorine and carbon.

また、上記第1および第2実施形態では、フッ素を約20keVの注入エネルギおよび約3×1015cm−2の注入量でイオン注入することによってフッ素が導入されたフッ素領域を形成したが、約5keV〜約30keVの注入エネルギおよび約1.5×1015cm−2〜約3.0×1015cm−2の注入量でイオン注入することによってフッ素領域を形成するようにしてもよい。このようにすれば、しきい値電圧が許容範囲を超えて変動することはない。 In the first and second embodiments, the fluorine region into which fluorine is introduced is formed by ion-implanting fluorine at an implantation energy of about 20 keV and an implantation amount of about 3 × 10 15 cm −2. The fluorine region may be formed by ion implantation at an implantation energy of 5 keV to about 30 keV and an implantation amount of about 1.5 × 10 15 cm −2 to about 3.0 × 10 15 cm −2 . In this way, the threshold voltage does not fluctuate beyond the allowable range.

また、上記第1実施形態では、図7に示すように低濃度不純物領域5aの形成後に、全面にフッ素をイオン注入しているが、低濃度不純物領域5a形成後以外の段階でイオン注入を行ってもよい。たとえば、図3に示す素子分離2aおよび2bの形成前でも良く、図4に示すしきい値電圧の調整のための砒素(As)をイオン注入する前、または、イオン注入した後でもよい。さらに、図5に示すゲート電極4の形成前、または、図10に示す高濃度不純物領域5bの形成後でもよい。全面にフッ素をイオン注入する以外にも、イオン注入マスクを形成してn型単結晶シリコン基板1の一部にイオン注入してもよい。   In the first embodiment, as shown in FIG. 7, fluorine is ion-implanted on the entire surface after the formation of the low-concentration impurity region 5a, but the ion implantation is performed at a stage other than after the formation of the low-concentration impurity region 5a. May be. For example, it may be before the formation of the element isolations 2a and 2b shown in FIG. 3, before the ion implantation of arsenic (As) for adjusting the threshold voltage shown in FIG. 4, or after the ion implantation. Further, it may be before forming the gate electrode 4 shown in FIG. 5 or after forming the high-concentration impurity region 5b shown in FIG. Instead of ion-implanting fluorine into the entire surface, an ion-implantation mask may be formed and ion-implanted into a part of the n-type single crystal silicon substrate 1.

また、第2実施形態では、図21に示すように低濃度不純物領域25aおよび35a形成後に、全面にフッ素をイオン注入しているが、低濃度不純物領域25aおよび35a形成後以外の段階でイオン注入してもよい。たとえば、図14に示す素子分離22a、22bおよび22cの形成前でも良く、犠牲酸化膜36の形成後でもよい。また、図15に示すnウェル領域14bおよび図16に示すpウェル領域14aを形成するためのイオン注入前またはイオン注入後にフッ素をイオン注入してもよい。さらに、図15に示すしきい値電圧の調整のための砒素(As)のイオン注入前またはイオン注入後、図16に示すしきい値電圧の調整のためのボロン(B)のイオン注入前またはイオン注入後でもよい。これ以外でも、図17に示すゲート電極24aおよび24bの形成前、図24に示すn型の高濃度不純物領域25bの形成後、または図25に示すp型の高濃度不純物領域35bの形成後でもよい。   In the second embodiment, as shown in FIG. 21, fluorine is ion-implanted on the entire surface after the low-concentration impurity regions 25a and 35a are formed, but the ion-implantation is performed at a stage other than after the low-concentration impurity regions 25a and 35a are formed. May be. For example, it may be before forming the element isolations 22a, 22b and 22c shown in FIG. 14, or after forming the sacrificial oxide film 36. Further, fluorine may be ion-implanted before or after ion implantation for forming n-well region 14b shown in FIG. 15 and p-well region 14a shown in FIG. Further, before or after ion implantation of arsenic (As) for adjusting the threshold voltage shown in FIG. 15, before ion implantation of boron (B) for adjusting the threshold voltage shown in FIG. It may be after ion implantation. In addition, even before the formation of the gate electrodes 24a and 24b shown in FIG. 17, after the formation of the n-type high-concentration impurity region 25b shown in FIG. 24, or even after the formation of the p-type high-concentration impurity region 35b shown in FIG. Good.

また、上記第1〜第4実施形態では、コンタクトホール内に、タングステンからなるプラグを直接埋め込んだが、タングステンからなるプラグを埋め込む前に、約10nmの厚みを有するTi層と約10nmの厚みを有するTiN層とからなるバリア層を形成するようにしてもよい。   In the first to fourth embodiments, the plug made of tungsten is directly buried in the contact hole. However, before the plug made of tungsten is buried, a Ti layer having a thickness of about 10 nm and a Ti layer having a thickness of about 10 nm are formed. A barrier layer composed of a TiN layer may be formed.

また、上記第3実施形態では、CMOSインバータのサイドウォール絶縁膜にフッ素を導入する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、nチャネルMOSトランジスタまたはpチャネルMOSトランジスタのいずれか一方のサイドウォール絶縁膜にフッ素を導入するようにしてもよい。   In the third embodiment, the case where fluorine is introduced into the sidewall insulating film of the CMOS inverter has been described. However, the present invention is not limited to this, and one of the n-channel MOS transistor and the p-channel MOS transistor may be used. Fluorine may be introduced into the wall insulating film.

また、上記第3実施形態では、フッ素を導入することによりゲート電極とソース/ドレイン領域との間のオーバーラップ容量を低減したが、本発明はこれに限らず、フッ素以外の誘電率を低減する元素を導入しても、同様の効果を得ることができる。フッ素以外の誘電率を低減する元素としては、たとえば、炭素が考えられる。   In the third embodiment, the overlap capacitance between the gate electrode and the source / drain region is reduced by introducing fluorine. However, the present invention is not limited to this, and the dielectric constant other than fluorine is reduced. Even if an element is introduced, a similar effect can be obtained. As an element for reducing the dielectric constant other than fluorine, for example, carbon can be considered.

また、上記第3実施形態では、熱CVD法を用いてサイドウォール絶縁膜を構成するシリコン酸化膜(絶縁膜)を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、プラズマCVD法を用いてサイドウォール絶縁膜を形成した後、約400℃の温度で熱処理を行ってもよい。このようにしても、ゲート電極中のフッ素をサイドウォール絶縁膜に拡散することが可能である。   Further, in the third embodiment, the example in which the silicon oxide film (insulating film) forming the sidewall insulating film is formed by using the thermal CVD method has been described. However, the present invention is not limited to this, and the plasma CVD method is used. After the formation of the sidewall insulating film, heat treatment may be performed at a temperature of about 400 ° C. Even in this case, it is possible to diffuse fluorine in the gate electrode into the sidewall insulating film.

また、上記第3実施形態では、フッ素が導入されたサイドウォール絶縁膜を構成する材料として、シリコン酸化膜を用いたが、本発明はこれに限らず、シリコン酸化膜以外のSiを含む絶縁膜からなるサイドウォール絶縁膜にフッ素を導入するようにしてもよい。また、Siを含まない絶縁膜からなるサイドウォール絶縁膜にフッ素を導入するようにしてもよい。   Further, in the third embodiment, a silicon oxide film is used as a material forming the sidewall insulating film into which fluorine is introduced. However, the present invention is not limited to this, and an insulating film containing Si other than the silicon oxide film may be used. Fluorine may be introduced into the sidewall insulating film made of. Further, fluorine may be introduced into a sidewall insulating film made of an insulating film containing no Si.

また、上記第3実施形態では、フッ素を約10keVの注入エネルギおよび約3×1015cm−2の注入量でイオン注入したが、約5keV〜約30keVの注入エネルギおよび約1.5×1015cm−2〜約5.0×1015cm−2の注入量でフッ素をイオン注入するようにしてもよい。 In the third embodiment, fluorine is ion-implanted at an implantation energy of about 10 keV and an implantation amount of about 3 × 10 15 cm −2 , but is implanted at an implantation energy of about 5 keV to about 30 keV and about 1.5 × 10 15 cm −2. Fluorine may be ion-implanted at a dose of cm −2 to about 5.0 × 10 15 cm −2 .

また、上記第3実施形態では、図43に示したようにサリサイドプロセスにおいて、シリコン窒化膜47(図42参照)を全て除去したが、シリサイドの形成が不要な領域のシリコン窒化膜47を残してもよい。この場合、図42におけるレジスト膜58bを除去した後、CVD法で全面にシリコン酸化膜を形成する。そして、シリサイド膜の形成が不要な領域にシリコン窒化膜47とシリコン酸化膜との積層膜を残すように、フォトリソグラフィ技術とウェットエッチング技術とを用いてパターニングする。これにより、サリサイド工程において、シリコン窒化膜47とシリコン酸化膜の積層膜が残っている部分にシリサイド膜を形成しないようにすることができる。このように、図42に示したようにシリコン窒化膜47が全て除去される領域およびシリコン窒化膜47が全て残っている領域(図示せず)を形成してもよい。   In the third embodiment, as shown in FIG. 43, in the salicide process, all of the silicon nitride film 47 (see FIG. 42) is removed, but the silicon nitride film 47 in a region where formation of silicide is unnecessary is left. Is also good. In this case, after removing the resist film 58b in FIG. 42, a silicon oxide film is formed on the entire surface by the CVD method. Then, patterning is performed using a photolithography technique and a wet etching technique so that a stacked film of the silicon nitride film 47 and the silicon oxide film is left in a region where the formation of the silicide film is unnecessary. Thus, in the salicide process, it is possible to prevent the silicide film from being formed in a portion where the stacked film of the silicon nitride film 47 and the silicon oxide film remains. In this manner, as shown in FIG. 42, a region where the silicon nitride film 47 is entirely removed and a region where the silicon nitride film 47 is entirely left (not shown) may be formed.

また、上記第1〜4実施形態では、フッ素注入の不純物の活性化をRTAによる熱処理により行ったが、本発明はこれに限らず、炉アニールによって行ってもよい。その場合の処理条件は、たとえば、加熱温度:約700℃〜約900℃、処理温度:約30分〜約60分である。   In the above-described first to fourth embodiments, the activation of the impurity for fluorine implantation is performed by the heat treatment using the RTA. However, the present invention is not limited to this, and may be performed by furnace annealing. The processing conditions in that case are, for example, heating temperature: about 700 ° C. to about 900 ° C., and processing temperature: about 30 minutes to about 60 minutes.

また、上記第4実施形態では、チャネル領域61bのダングリングボンドをフッ素により終端する例を示したが、本発明はこれに限らず、フッ素以外のハロゲン元素によりダングリングボンドを終端するようにしてもよい。   Further, in the fourth embodiment, an example in which the dangling bond in the channel region 61b is terminated by fluorine has been described, but the present invention is not limited to this, and the dangling bond is terminated by a halogen element other than fluorine. Is also good.

また、上記第4実施形態では、フッ素を約20KeVの注入エネルギーおよび約3×1015cm−2の注入量でイオン注入したが、本発明はこれに限らず、約10Kev〜約20KeVの注入エネルギーおよび約1.5×1015cm−2〜約5.0×1015cm−2の注入量でフッ素をイオン注入するようにしてもよい。 Further, in the fourth embodiment, fluorine is ion-implanted at an implantation energy of about 20 KeV and an implantation amount of about 3 × 10 15 cm −2 , but the present invention is not limited to this, and an implantation energy of about 10 KeV to about 20 KeV is used. Fluorine may be ion-implanted at a dose of about 1.5 × 10 15 cm −2 to about 5.0 × 10 15 cm −2 .

また、上記実施形態では、ソース/ドレイン領域を、低濃度不純物領域と高濃度不純物領域とによって構成したが、本発明はこれに限らず、低濃度不純物領域を有しないソース/ドレイン領域に適用することも可能である。   Further, in the above embodiment, the source / drain region is constituted by the low-concentration impurity region and the high-concentration impurity region. It is also possible.

また、上記第1および第2実施形態と、第3実施形態と、第4実施形態とでは、それぞれ、半導体基板(ウェル領域)とソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域と、サイドウォール絶縁膜と、チャネル領域およびゲート絶縁膜とにフッ素を導入した例を示したが、本発明はこれに限らず、半導体基板(ウェル領域)とソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域と、サイドウォール絶縁膜と、ゲート絶縁膜とチャネル領域との界面およびゲート絶縁膜との全てにフッ素を導入するようにしてもよい。また、半導体基板(ウェル領域)とソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域と、サイドウォール絶縁膜と、ゲート絶縁膜とチャネル領域との界面およびゲート絶縁膜と、のうちのいずれか2つにフッ素を導入するようにしてもよい。また、半導体基板(ウェル領域)とソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域と、サイドウォール絶縁膜との両方に、フッ素または炭素のいずれか一方を導入するようにしてもよい。   In each of the first and second embodiments, the third embodiment, and the fourth embodiment, a region that straddles a junction interface between a semiconductor substrate (well region) and a source / drain region, and a sidewall insulating film is formed. Although an example in which fluorine is introduced into the film, the channel region, and the gate insulating film has been described, the present invention is not limited to this, and a region straddling the junction interface between the semiconductor substrate (well region) and the source / drain region, Fluorine may be introduced into the entire wall insulating film, the interface between the gate insulating film and the channel region, and the gate insulating film. In addition, any one of a region extending over a junction interface between the semiconductor substrate (well region) and the source / drain region, a sidewall insulating film, an interface between a gate insulating film and a channel region, and a gate insulating film You may make it introduce | transduce fluorine. Further, either fluorine or carbon may be introduced into both the region over the junction interface between the semiconductor substrate (well region) and the source / drain region and the sidewall insulating film.

本発明の第1実施形態による半導体装置を示した断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. pn接合近傍へのフッ素イオンの注入量と、pn接合近傍に生じる寄生容量との関係を示す相関図である。FIG. 7 is a correlation diagram showing a relationship between the amount of fluorine ions implanted near the pn junction and the parasitic capacitance generated near the pn junction. 図1に示した本発明の第1実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1. 図1に示した本発明の第1実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1. 図1に示した本発明の第1実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1. 図1に示した本発明の第1実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1. 図1に示した本発明の第1実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1. 図1に示した本発明の第1実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1. 図1に示した本発明の第1実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1. 図1に示した本発明の第1実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1. 図1に示した本発明の第1実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1. pn接合近傍へのフッ素イオンの注入量と、pチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧との関係を示す相関図である。FIG. 4 is a correlation diagram showing a relationship between the amount of fluorine ions implanted near a pn junction and the threshold voltage of a p-channel MOS transistor. 本発明の第2実施形態による半導体装置を示した断面図である。FIG. 5 is a sectional view illustrating a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. 図13に示した本発明の第2実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 図13に示した本発明の第2実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 図13に示した本発明の第2実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 図13に示した本発明の第2実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 図13に示した本発明の第2実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 図13に示した本発明の第2実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 図13に示した本発明の第2実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 図13に示した本発明の第2実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 図13に示した本発明の第2実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 図13に示した本発明の第2実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 図13に示した本発明の第2実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 図13に示した本発明の第2実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 図13に示した本発明の第2実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 本発明の第3実施形態による半導体装置を示した断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置のMOSトランジスタ周辺の拡大図である。28 is an enlarged view around a MOS transistor of the semiconductor device according to the third embodiment shown in FIG. 27. FIG. フッ素イオンを注入した場合と、注入しない場合とにおける、ゲート電極の周辺長とゲート電極−ソース/ドレイン間に生じるオーバーラップ容量との関係を示す相関図である。FIG. 4 is a correlation diagram showing a relationship between a peripheral length of a gate electrode and an overlap capacitance generated between a gate electrode and a source / drain when fluorine ions are implanted and when they are not implanted. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 27. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 27. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 27. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 27. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 27. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 27. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 27. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 27. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 27. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 27. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 27. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 27. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 27. 図27に示した本発明の第3実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 27. 本発明の第4実施形態による半導体装置を示した断面図である。FIG. 11 is a sectional view illustrating a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. 図44に示した本発明の第4実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 45 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device according to the fourth embodiment shown in FIG. 44. 図44に示した本発明の第4実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 45 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device according to the fourth embodiment shown in FIG. 44. 図44に示した本発明の第4実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 45 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device according to the fourth embodiment shown in FIG. 44. 図44に示した本発明の第4実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 45 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device according to the fourth embodiment shown in FIG. 44. 図44に示した本発明の第4実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 45 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device according to the fourth embodiment shown in FIG. 44. 図44に示した本発明の第4実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 45 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device according to the fourth embodiment shown in FIG. 44. 図44に示した本発明の第4実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 45 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device according to the fourth embodiment shown in FIG. 44. 図44に示した本発明の第4実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。FIG. 45 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process for the semiconductor device according to the fourth embodiment shown in FIG. 44. フッ素イオンのドーズ量とPMOSFETのNBTI寿命との関係を示す相関図である。FIG. 4 is a correlation diagram showing a relationship between a dose amount of fluorine ions and an NBTI lifetime of a PMOSFET. 電圧の印加時間としきい値電圧の変化量との関係を示した相関図である。FIG. 6 is a correlation diagram showing a relationship between a voltage application time and a threshold voltage change amount.

符号の説明Explanation of reference numerals

1 n型単結晶シリコン基板(第1導電型の半導体領域)
1a、21a、21b、41a、41b、61a、61b チャネル領域
3、23、43、63 ゲート絶縁膜
4、24a、24b、44a、44b、64a、64b ゲート電極
5、25、35、65、75 ソース/ドレイン領域(不純物領域)
5a、25a、35a、45a、55a、65a、75a 低濃度不純物領域
5b、25b、35b、45b、55b、65b、75b 高濃度不純物領域
6、26a、26b、57 フッ素領域
7、27、46、66 サイドウォール絶縁膜
10、30、49、68 層間絶縁膜
14a、73 pウェル領域(半導体領域)
14b、74 nウェル領域(半導体領域)
21、41、61 p型単結晶シリコン基板
45、55 ソース/ドレイン領域
52a pウェル領域
52b nウェル領域
1 n-type single crystal silicon substrate (first conductivity type semiconductor region)
1a, 21a, 21b, 41a, 41b, 61a, 61b Channel region 3, 23, 43, 63 Gate insulating film 4, 24a, 24b, 44a, 44b, 64a, 64b Gate electrode 5, 25, 35, 65, 75 Source / Drain region (impurity region)
5a, 25a, 35a, 45a, 55a, 65a, 75a Low concentration impurity region 5b, 25b, 35b, 45b, 55b, 65b, 75b High concentration impurity region 6, 26a, 26b, 57 Fluorine region 7, 27, 46, 66 Sidewall insulating film 10, 30, 49, 68 Interlayer insulating film 14a, 73 p-well region (semiconductor region)
14b, 74 n-well region (semiconductor region)
21, 41, 61 p-type single-crystal silicon substrate 45, 55 source / drain region 52a p-well region 52b n-well region

Claims (13)

主表面を有する第1導電型の半導体領域と、
前記半導体領域の主表面に所定の間隔を隔ててチャネル領域を挟むように形成された第2導電型のソース/ドレイン領域と、
前記チャネル領域上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の側面に形成されたサイドウォール絶縁膜とを備え、
前記第1導電型の半導体領域と前記第2導電型のソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域と、前記ゲート絶縁膜と前記チャネル領域の少なくとも中央領域との界面および前記ゲート絶縁膜と、前記サイドウォール絶縁膜と、のうちの少なくとも1つに、フッ素が導入されている、半導体装置。
A first conductivity type semiconductor region having a main surface;
A second conductivity type source / drain region formed on a main surface of the semiconductor region at a predetermined interval to sandwich a channel region;
A gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film;
A sidewall insulating film formed on a side surface of the gate electrode,
A region extending over a junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the source / drain region of the second conductivity type, an interface between the gate insulating film and at least a central region of the channel region, and the gate insulating film; A semiconductor device, wherein fluorine is introduced into at least one of the sidewall insulating film.
主表面を有する第1導電型の半導体領域と、
前記半導体領域の主表面に形成された第2導電型の不純物領域とを備え、
前記第1導電型の半導体領域と前記第2導電型の不純物領域との接合界面を跨ぐ領域に、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素が導入されている、半導体装置。
A first conductivity type semiconductor region having a main surface;
A second conductivity type impurity region formed on a main surface of the semiconductor region;
A semiconductor device, wherein at least one element of fluorine and carbon is introduced into a region straddling a junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the impurity region of the second conductivity type.
前記不純物領域は、低濃度不純物領域と高濃度不純物領域とを含み、
前記フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素は、少なくとも前記第1導電型の半導体領域と前記高濃度不純物領域との接合界面を跨ぐ領域に導入されている、請求項2に記載の半導体装置。
The impurity region includes a low concentration impurity region and a high concentration impurity region,
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein at least one element of fluorine and carbon is introduced into at least a region across a junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the high-concentration impurity region. 4.
主表面を有する第1導電型の半導体領域と、
前記半導体領域の主表面に所定の間隔を隔ててチャネル領域を挟むように形成された第2導電型のソース/ドレイン領域と、
前記チャネル領域上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の側面に形成されたサイドウォール絶縁膜とを備え、
前記サイドウォール絶縁膜には、誘電率を低減する元素が導入されている、半導体装置。
A first conductivity type semiconductor region having a main surface;
A second conductivity type source / drain region formed on a main surface of the semiconductor region at a predetermined interval to sandwich a channel region;
A gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film;
A sidewall insulating film formed on a side surface of the gate electrode,
A semiconductor device, wherein an element for reducing a dielectric constant is introduced into the sidewall insulating film.
前記誘電率を低減する元素は、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素を含む、請求項4に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 4, wherein the element that reduces the dielectric constant includes at least one element of fluorine and carbon. 主表面を有する第1導電型の半導体領域と、
前記半導体領域の主表面に所定の間隔を隔ててチャネル領域を挟むように形成された第2導電型のソース/ドレイン領域と、
前記チャネル領域上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを備え、
前記ゲート絶縁膜と前記チャネル領域の少なくとも中央領域との界面および前記ゲート絶縁膜に、ハロゲン元素が導入されている、半導体装置。
A first conductivity type semiconductor region having a main surface;
A second conductivity type source / drain region formed on a main surface of the semiconductor region at a predetermined interval to sandwich a channel region;
A gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film;
A semiconductor device in which a halogen element is introduced into an interface between the gate insulating film and at least a central region of the channel region and the gate insulating film.
前記ハロゲン元素は、フッ素である、請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the halogen element is fluorine. 第1導電型の半導体領域の主表面に所定の間隔を隔ててチャネル領域を挟むように第2導電型のソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記チャネル領域上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の側面にサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、
前記第1導電型の半導体領域と前記第2導電型のソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域と、前記ゲート絶縁膜と前記チャネル領域の少なくとも中央領域との界面および前記ゲート絶縁膜と、前記サイドウォール絶縁膜とのうちの少なくとも1つに、フッ素を導入する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
Forming source / drain regions of the second conductivity type on the main surface of the semiconductor region of the first conductivity type so as to sandwich the channel region at a predetermined interval;
Forming a gate electrode on the channel region via a gate insulating film;
Forming a sidewall insulating film on a side surface of the gate electrode;
A region extending over a junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the source / drain region of the second conductivity type, an interface between the gate insulating film and at least a central region of the channel region, and the gate insulating film; A step of introducing fluorine into at least one of the sidewall insulating films.
前記フッ素を導入する工程は、
前記ゲート電極に前記フッ素をイオン注入した後、熱処理することによって、前記ゲート電極から前記サイドウォール絶縁膜に前記フッ素を拡散させるとともに、前記ゲート電極から前記ゲート絶縁膜および前記ゲート絶縁膜と前記チャネル領域の少なくとも中央領域との界面に前記フッ素を拡散させる工程を含む、請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
The step of introducing fluorine,
After the fluorine is ion-implanted into the gate electrode, the fluorine is diffused from the gate electrode to the sidewall insulating film by performing a heat treatment, and the gate insulating film and the gate insulating film and the channel are diffused from the gate electrode. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising a step of diffusing the fluorine into an interface with at least a central region of the region.
前記フッ素を導入する工程は、
前記第1導電型の半導体領域と前記第2導電型のソース/ドレイン領域との接合界面を跨ぐ領域にフッ素をイオン注入する工程を含む、請求項8または9に記載の半導体装置の製造方法。
The step of introducing fluorine,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising a step of ion-implanting fluorine into a region straddling a junction interface between the semiconductor region of the first conductivity type and the source / drain region of the second conductivity type.
第1導電型の半導体領域の主表面に第2導電型の不純物領域を形成する工程と、
前記第2導電型の不純物領域と前記第1導電型の半導体領域との接合界面を跨ぐ領域に、フッ素および炭素の少なくともいずれか1つの元素をイオン注入する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
Forming an impurity region of the second conductivity type on the main surface of the semiconductor region of the first conductivity type;
A step of ion-implanting at least one element of fluorine and carbon into a region straddling a junction interface between the impurity region of the second conductivity type and the semiconductor region of the first conductivity type. Method.
第1導電型の半導体領域の表面上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
少なくとも前記ゲート電極に、誘電率を低減する元素をイオン注入する工程と、
前記ゲート電極の側面にサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、
少なくとも前記サイドウォール絶縁膜の上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
熱処理により前記誘電率を低減する元素を前記ゲート電極から前記サイドウォール絶縁膜に拡散させる工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
Forming a gate electrode on the surface of the semiconductor region of the first conductivity type via a gate insulating film;
Ion-implanting at least the gate electrode with an element that reduces the dielectric constant,
Forming a sidewall insulating film on a side surface of the gate electrode;
Forming a silicon nitride film on at least the sidewall insulating film;
Diffusing an element for reducing the dielectric constant from the gate electrode into the sidewall insulating film by heat treatment.
シリコン基板の主表面上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極にハロゲン元素をイオン注入する工程と、
前記シリコン基板を熱処理することによって、前記ゲート電極中のハロゲン元素を、ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜とシリコン基板との界面とに拡散させる工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
Forming a gate electrode on the main surface of the silicon substrate via a gate insulating film;
A step of ion-implanting a halogen element into the gate electrode;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: diffusing a halogen element in the gate electrode into a gate insulating film and an interface between the gate insulating film and the silicon substrate by heat-treating the silicon substrate.
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