JP2005086087A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特にSOI(Silicon On Insulator)基板に形成されるエレベートS/D(ソース/ドレイン)トランジスタを含む半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention particularly relates to a semiconductor device including an elevated S / D (source / drain) transistor formed on an SOI (Silicon On Insulator) substrate and a method for manufacturing the same.
エレベートS/D(ソース/ドレイン)トランジスタは、MOSFETの短チャネル効果の問題を改善するための浅いS/D領域の形成、良好なコンタクト性を実現する。すなわち、S/D領域の形成にシリコンの選択エピタキシャル技術を用い、S/D領域の表面をチャネル領域から迫り上げて高くする。これにより、S/D領域は、その接合深さが浅く、かつコンタクトの突き抜けや高抵抗を防ぐ厚みを確保できる。 Elevated S / D (source / drain) transistors achieve the formation of shallow S / D regions and good contact properties to improve the short channel effect problem of MOSFETs. That is, the selective epitaxial technique of silicon is used to form the S / D region, and the surface of the S / D region is pushed up from the channel region to be high. As a result, the S / D region has a shallow junction depth and can secure a thickness that prevents contact penetration and high resistance.
S/D領域表面は、エピタキシャル成長前、エピタキシャル成長し易い表面とするため清浄化することが重要である。従来、MOSFET形成時において、サイドウォールのエッチング形成後、CF4/O2プラズマ等、CF系のケミカルドライエッチ処理により、Si表面のダメージ領域を除去する。つまり、レジストのカーボン成分や酸素を含むエピタキシャル成長し難い表面層を削り取るようにしていた(例えば、特許文献1参照)。
上記サイドウォールエッチ時、及びケミカルドライエッチ時のプラズマ不均一性、プロセス揺らぎによってはS/D領域表面内で不純物が残留する領域があり、正常にエピタキシャル成長しない箇所が発生する。また、S/D領域表面のSiを削り取るため、SOI(Silicon On Insulator)層ではS/D領域におけるSi層の厚みが減少する。特にSOI層が数十nmになる完全空乏型のSOI層(FDSOI)では、S/D領域のSi層が完全になくなり得る。こうなると、下地結晶がなくなるためエピタキシャル成長は起こらなくなる。 Depending on the plasma non-uniformity and process fluctuation during the sidewall etching and chemical dry etching, there is a region where impurities remain in the surface of the S / D region, and a portion where normal epitaxial growth does not occur. Further, since the Si on the surface of the S / D region is scraped, the thickness of the Si layer in the S / D region is reduced in the SOI (Silicon On Insulator) layer. In particular, in a fully depleted SOI layer (FDSOI) in which the SOI layer has a thickness of several tens of nm, the Si layer in the S / D region can be completely eliminated. In this case, epitaxial growth does not occur because the base crystal disappears.
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、SOI層においてもMOSFETのサイドウォール形成に伴うS/D領域のSi層の汚染、厚み減少を抑制する半導体装置及びその製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a semiconductor device and a method of manufacturing the same for suppressing contamination and thickness reduction of the Si layer in the S / D region accompanying the formation of the sidewall of the MOSFET also in the SOI layer. It is something to be offered.
本発明に係る半導体装置は、絶縁層上の第1導電型のシリコン単結晶基体と、前記シリコン単結晶基体上のゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上のゲート電極と、前記ゲート電極のサイドウォールを構成する第1、第2の絶縁膜と、前記サイドウォールの両側に配されたシリコンエピタキシャル層を含む第2導電型の不純物領域と、を具備し、前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜の下層に位置し前記第2の絶縁膜加工時のストッパ層であると共に前記シリコン単結晶基体の保護層となることを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention includes a first conductivity type silicon single crystal substrate on an insulating layer, a gate insulating film on the silicon single crystal substrate, a gate electrode on the gate insulating film, and a side of the gate electrode. First and second insulating films constituting a wall, and a second conductivity type impurity region including a silicon epitaxial layer disposed on both sides of the sidewall, wherein the first insulating film includes the first insulating film, It is located under the second insulating film and serves as a stopper layer for processing the second insulating film and also serves as a protective layer for the silicon single crystal substrate.
本発明に係る半導体装置は、絶縁層上の第1導電型のシリコン単結晶基体と、前記シリコン単結晶基体上のゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上のゲート電極と、前記ゲート電極のサイドウォールを構成する第1、第2の絶縁膜と、前記サイドウォールの両側に配されたシリコンエピタキシャル層を含む第2導電型の不純物領域と、を具備し、前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜に対して下層でより内側にえぐれるように配されていることを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention includes a first conductivity type silicon single crystal substrate on an insulating layer, a gate insulating film on the silicon single crystal substrate, a gate electrode on the gate insulating film, and a side of the gate electrode. First and second insulating films constituting a wall, and a second conductivity type impurity region including a silicon epitaxial layer disposed on both sides of the sidewall, wherein the first insulating film includes the first insulating film, The second insulating film is characterized in that it is arranged so as to be penetrated further in the lower layer.
上記それぞれ本発明に係る半導体装置によれば、サイドウォールは第1、第2の絶縁膜で構成される。第1の絶縁膜は、第2の絶縁膜加工時のストッパ層であり、そして、ソース/ドレインを形成するシリコン単結晶基体の保護層となる。これにより、薄いシリコン単結晶基体であっても必要な厚さを保つことができる。第1の絶縁膜の残留形態は、第2の絶縁膜に対して下層でより内側にえぐれるように配された形態となる。
なお、上記それぞれ本発明に係る半導体装置において、前記シリコンエピタキシャル層上のシリサイド化物をさらに具備したことを特徴とする。
According to each of the above semiconductor devices according to the present invention, the sidewall is constituted by the first and second insulating films. The first insulating film is a stopper layer at the time of processing the second insulating film, and serves as a protective layer for the silicon single crystal substrate forming the source / drain. As a result, the required thickness can be maintained even with a thin silicon single crystal substrate. The remaining form of the first insulating film is a form in which the first insulating film is disposed so as to be more inwardly in the lower layer with respect to the second insulating film.
Each of the semiconductor devices according to the present invention further includes a silicide on the silicon epitaxial layer.
本発明に係る半導体装置は、半導体基体と、前記半導体基体上のゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上のゲート電極と、前記ゲート電極のサイドウォールを構成する第1、第2の絶縁膜と、前記サイドウォールの両側に配されたエピタキシャル層を含むソース/ドレイン領域と、を具備し、前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜の下層に位置し前記第2の絶縁膜加工時のストッパ層であると共に前記半導体基体の保護層となることを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a gate insulating film on the semiconductor substrate, a gate electrode on the gate insulating film, and first and second insulating films constituting sidewalls of the gate electrode, And a source / drain region including an epitaxial layer disposed on both sides of the sidewall, wherein the first insulating film is located under the second insulating film and is processed in the second insulating film And a protective layer for the semiconductor substrate.
本発明に係る半導体装置は、半導体基体と、前記半導体基体上のゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上のゲート電極と、前記ゲート電極のサイドウォールを構成する第1、第2の絶縁膜と、前記サイドウォールの両側に配されたエピタキシャル成長層を含むソース/ドレイン領域と、を具備し、前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜に対して下層でより内側にえぐれるように配されていることを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a gate insulating film on the semiconductor substrate, a gate electrode on the gate insulating film, and first and second insulating films constituting sidewalls of the gate electrode, And a source / drain region including an epitaxial growth layer disposed on both sides of the sidewall, and the first insulating film is more inwardly formed in a lower layer than the second insulating film. It is arranged.
上記それぞれ本発明に係る半導体装置によれば、サイドウォールは第1、第2の絶縁膜で構成される。第1の絶縁膜は、第2の絶縁膜加工時のストッパ層であり、そして、ソース/ドレイン領域が形成される表面の保護層となる。これにより、薄いシリコン単結晶基体であっても必要な厚さを保つことができる。第1の絶縁膜の残留形態は、第2の絶縁膜に対して下層でより内側にえぐれるように配された形態となる。
なお、上記それぞれ本発明に係る半導体装置において、前記エピタキシャル成長層上のシリサイド化物をさらに具備したことを特徴とする。
According to each of the above semiconductor devices according to the present invention, the sidewall is constituted by the first and second insulating films. The first insulating film serves as a stopper layer for processing the second insulating film, and serves as a protective layer on the surface where the source / drain regions are formed. As a result, the required thickness can be maintained even with a thin silicon single crystal substrate. The remaining form of the first insulating film is a form in which the first insulating film is disposed so as to be more inwardly in the lower layer with respect to the second insulating film.
Each of the semiconductor devices according to the present invention further includes a silicide on the epitaxial growth layer.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、第1導電型のシリコン単結晶基体上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の領域をマスクとし前記シリコン単結晶基体上に第2導電型の不純物を導入する工程と、前記ゲート電極及び前記シリコン単結晶基体上を覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上にエッチング選択比の異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜を選択的に異方性エッチングし前記ゲート電極のサイドウォールを形成する工程と、前記第1の絶縁膜を選択的にウェットエッチングし前記サイドウォール部分にのみ残留させる工程と、シリコンの選択エピタキシャル成長によりエピタキシャル層を形成する工程と、を具備したことを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a gate insulating film on a first conductivity type silicon single crystal substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a region of the gate electrode. Using the mask as a mask, introducing a second conductivity type impurity onto the silicon single crystal substrate, forming a first insulating film covering the gate electrode and the silicon single crystal substrate, and the first insulation Forming a second insulating film having a different etching selectivity on the film; selectively anisotropically etching the second insulating film to form a sidewall of the gate electrode; and A step of selectively wet-etching the insulating film to leave only the sidewall portion; and a step of forming an epitaxial layer by selective epitaxial growth of silicon. And butterflies.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、第1導電型のシリコン単結晶基体上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極及び前記シリコン単結晶基体上を覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上にエッチング選択比の異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜を選択的に異方性エッチングし前記ゲート電極のサイドウォールを形成する工程と、前記第1の絶縁膜を選択的にウェットエッチングし前記サイドウォール部分にのみ残留させる工程と、シリコンの選択エピタキシャル成長によりエピタキシャル層を形成する工程と、前記ゲート電極及び前記サイドウォールの領域をマスクとし前記シリコン単結晶基体上に第2導電型の不純物を導入する工程と、を具備したことを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a gate insulating film on a first conductivity type silicon single crystal substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, the gate electrode, Forming a first insulating film covering the silicon single crystal substrate; forming a second insulating film having a different etching selectivity on the first insulating film; and selecting the second insulating film Forming a sidewall of the gate electrode by anisotropic etching, a step of selectively wet-etching the first insulating film to leave only the sidewall portion, and an epitaxial layer formed by selective epitaxial growth of silicon. And a step of introducing a second conductivity type impurity onto the silicon single crystal substrate using the gate electrode and the sidewall region as a mask. When, characterized by comprising a.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、第1導電型のシリコン単結晶基体上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極及び前記シリコン単結晶基体上を覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上にエッチング選択比の異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜を選択的に異方性エッチングし前記ゲート電極のサイドウォールを形成する工程と、前記第1の絶縁膜を選択的にウェットエッチングし前記サイドウォール部分にのみ残留させる工程と、シリコンの選択エピタキシャル成長によりエピタキシャル層を形成する工程と、前記ゲート電極及び前記サイドウォールの領域をマスクとし前記シリコン単結晶基体上に第2導電型の不純物を導入する工程と、を具備したことを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a gate insulating film on a first conductivity type silicon single crystal substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, the gate electrode, Forming a first insulating film covering the silicon single crystal substrate; forming a second insulating film having a different etching selectivity on the first insulating film; and selecting the second insulating film Forming a sidewall of the gate electrode by anisotropic etching, a step of selectively wet-etching the first insulating film to leave only the sidewall portion, and an epitaxial layer formed by selective epitaxial growth of silicon. And a step of introducing a second conductivity type impurity onto the silicon single crystal substrate using the gate electrode and the sidewall region as a mask. When, characterized by comprising a.
上記それぞれ本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第2の絶縁膜によるサイドウォールの形成時、エッチング選択比の異なる第1の絶縁膜が下地となってシリコン単結晶基体上を覆っている。その後、第1の絶縁膜は選択的にウェットエッチングするのでシリコン単結晶基体を保護すると共に清浄に保つことができる。
なお、上記それぞれ本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記第1導電型のシリコン単結晶基体は絶縁層上に形成されたSOI基板を用いることを特徴とする。また、前記エピタキシャル層表面をシリサイド化する工程をさらに具備したことを特徴とする。
According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, when the sidewall is formed by the second insulating film, the first insulating film having a different etching selectivity is used as a base to cover the silicon single crystal substrate. Yes. Thereafter, the first insulating film is selectively wet etched, so that the silicon single crystal substrate can be protected and kept clean.
In each of the above semiconductor device manufacturing methods according to the present invention, the first conductivity type silicon single crystal substrate uses an SOI substrate formed on an insulating layer. The method further includes the step of siliciding the surface of the epitaxial layer.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基体上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の領域をマスクとし前記半導体基体上にソース/ドレインとなる第1の不純物領域を形成する工程と、前記ゲート電極及び前記半導体基体上を覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上にエッチング選択比の異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜を選択的に異方性エッチングし前記ゲート電極のサイドウォールを形成する工程と、前記第1の絶縁膜を選択的にウェットエッチングし前記サイドウォール部分にのみ残留させる工程と、エピタキシャル成長層を形成するエピタキシャル成長工程と、前記ゲート電極及び前記サイドウォールの領域をマスクとし前記半導体基体上に前記ソース/ドレインとなる第2の不純物領域を形成する工程と、を具備したことを特徴とする A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a region of the gate electrode as a mask on the semiconductor substrate. Forming a first impurity region to be a source / drain, a step of forming a first insulating film covering the gate electrode and the semiconductor substrate, and an etching selectivity ratio on the first insulating film. Forming a different second insulating film; selectively anisotropically etching the second insulating film to form sidewalls of the gate electrode; and selectively wet the first insulating film. Etching and remaining only in the sidewall portion; epitaxial growth step of forming an epitaxial growth layer; and masking the gate electrode and the sidewall region. Characterized by comprising a step of forming a second impurity region serving as the source / drain over the semiconductor substrate and
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基体上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の領域をマスクとし前記半導体基体上にソース/ドレインとなる不純物領域を形成する工程と、前記ゲート電極及び前記半導体基体上を覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上にエッチング選択比の異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜を選択的に異方性エッチングし前記ゲート電極のサイドウォールを形成する工程と、前記第1の絶縁膜を選択的にウェットエッチングし前記サイドウォール部分にのみ残留させる工程と、エピタキシャル成長層を形成するエピタキシャル成長工程とを具備したことを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a region of the gate electrode as a mask on the semiconductor substrate. Forming a source / drain impurity region on the gate, forming a first insulating film covering the gate electrode and the semiconductor substrate, and a second etching selectivity ratio on the first insulating film. Forming a second insulating film, selectively anisotropically etching the second insulating film to form sidewalls of the gate electrode, selectively wet-etching the first insulating film, and The method includes a step of remaining only in the sidewall portion and an epitaxial growth step of forming an epitaxial growth layer.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基体上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極及び前記半導体基体上を覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上にエッチング選択比の異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜を選択的に異方性エッチングし前記ゲート電極のサイドウォールを形成する工程と、前記第1の絶縁膜を選択的にウェットエッチングし前記サイドウォール部分にのみ残留させる工程と、エピタキシャル成長層を形成するエピタキシャル成長工程と、前記ゲート電極及び前記サイドウォールの領域をマスクとし前記半導体基体上に前記ソース/ドレインとなる不純物領域を形成する工程と、を具備したことを特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a first covering the gate electrode and the semiconductor substrate. Forming a second insulating film, forming a second insulating film having a different etching selectivity on the first insulating film, and selectively anisotropically etching the second insulating film to form the gate A step of forming a sidewall of the electrode, a step of selectively wet-etching the first insulating film to leave only the sidewall portion, an epitaxial growth step of forming an epitaxial growth layer, the gate electrode and the sidewall Forming an impurity region to be the source / drain on the semiconductor substrate using the region as a mask.
上記それぞれ本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第2の絶縁膜によるサイドウォールの形成時、エッチング選択比の異なる第1の絶縁膜が下地となって半導体基体上を覆っている。その後、第1の絶縁膜は選択的にウェットエッチングするので半導体基体を保護すると共に清浄に保つことができる。
なお、上記それぞれ本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記エピタキシャル成長層表面をシリサイド化する工程をさらに具備したことを特徴とする。
According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, when the sidewall is formed by the second insulating film, the first insulating film having a different etching selectivity covers the semiconductor substrate as a base. Thereafter, the first insulating film is selectively wet etched, so that the semiconductor substrate can be protected and kept clean.
The semiconductor device manufacturing method according to the present invention further includes a step of siliciding the surface of the epitaxial growth layer.
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。SOI基板11は、図示しないベース基板等に設けられた埋め込み絶縁膜10上にシリコン単結晶基体を配している。SOI基板11の素子領域は、素子分離領域12に囲まれている。ここでのSOI基板11は、比較的低濃度のP型の不純物が導入されたボディーとしてのP−領域13で構成されている。P−領域13上にゲート絶縁膜14が形成されている。ゲート絶縁膜14上にゲート電極15が形成されている。ゲート電極15にはサイドウォール16が形成されている。このサイドウォール16は、エッチング選択比の取れる下層絶縁膜161、上層絶縁膜162からなる2層構造である。ゲート電極15の両側の基板11にはエレベートS/D(ソース/ドレイン)領域17が形成されている。ここでのエレベートS/D領域17は、比較的低濃度でN型のN−領域171及び高濃度N型のN+領域172を有する周知のLDD(Lightly Doped Drain )構造、及びサイドウォール16の両側に配されたN+領域172上のシリコンエピタキシャル層173を含む。シリコンエピタキシャル層173は、ポリシリコンでなるゲート電極15上にも形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The
上記サイドウォール16について、下層絶縁膜161は、上層絶縁膜162のドライエッチ加工時のストッパ層であると共にSOI基板11の保護層となる。下層絶縁膜161は、上層絶縁膜162のサイドウォール形状加工後に選択的にウェットエッチされたものである。これにより、下層絶縁膜161は、上層絶縁膜162に対してより内側にえぐれるように配されている。
With respect to the
このような下層絶縁膜161、上層絶縁膜162の組み合わせについては限定されないが、上述の製法に適う物質を選べばよい。例えば、下層絶縁膜161としてSiN膜、上層絶縁膜162としてSiO2膜が考えられる。この場合、下層のSiN膜は熱リン酸で選択的にウェットエッチング可能である。また、逆に、下層絶縁膜161としてSiO2膜、上層絶縁膜162としてSiN膜が考えられる。この場合、下層のSiO2膜はDHF(希釈フッ酸)で選択的にウェットエッチング可能である。
A combination of the lower insulating
上記実施形態の構成によれば、サイドウォール16は2層構造となっている。しかも下層絶縁膜161は、上層絶縁膜162ドライエッチ加工時のストッパ層であり、そして、S/D領域を形成するシリコン単結晶基体(SOI基板11)の保護層となる。これにより、薄いSOI基板11であっても必要な厚さを保つことができる。例えばPD(部分空乏型)SOI MOSFETや、さらにSOI層の薄いSOI層が数十nmのFD(完全空乏型)SOI MOSFETにも対応可能である。下層絶縁膜161の残留形態は、ウェットエッチングされることから上層絶縁膜162に対して下層でより内側にえぐれるように配された形態となる。
According to the configuration of the above embodiment, the
図2〜図4は、それぞれ本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を工程順に示す断面図である。前記図1の構成を実現するための一例方法であり、図1と同様の箇所には同一の符号を付して説明する。
図2に示すように、埋め込み絶縁膜10上にボディーとしてP−領域13を有するSOI基板11が形成されている。P−領域13はウェル領域として形成されることも考えられる。SOI基板11に対し、埋め込み形の素子分離領域12を形成する。素子分離領域12は、例えば窒化膜等を含むマスク部材を伴い、所定パターンのトレンチを形成する。次に、トレンチ内の側壁酸化工程を経て高密度プラズマを利用したCVD(化学的気相成長)技術によりCVD酸化膜を堆積する。その後、CMP(化学的機械的研磨)技術を利用した平坦化処理及びウェットエッチングを用いたマスク部材の除去を経る。このような素子分離領域12は、SOI基板11に素子領域を確立させるものである。また、埋め込み形の素子分離領域12でなく、LOCOS(選択酸化)分離によって素子分離領域を形成してもよい。
2 to 4 are cross-sectional views showing the main part of the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps. This is an example method for realizing the configuration shown in FIG. 1, and the same parts as those in FIG.
As shown in FIG. 2, an
次に、図示しない犠牲酸化膜の形成後、しきい値(Vth)調整を兼ねた所定導電型のチャネルイオン注入をする。ここではNチャネル用のイオン注入である。次いで、ウェットエッチング等で犠牲酸化膜を除去した後、ウェット酸化法等を用いゲート絶縁膜14を形成する。次いで、例えばCVD法等によりポリシリコン膜を堆積する。次いで、所定の導電性を得るためのイオン注入を経た後、ポリシリコン電極としてパターニングする。これにより、ゲート電極15を形成する。
Next, after forming a sacrificial oxide film (not shown), channel ion implantation of a predetermined conductivity type that also serves as a threshold (Vth) adjustment is performed. Here, ion implantation for N channel is performed. Next, after removing the sacrificial oxide film by wet etching or the like, the
次に、ゲート電極15の領域をマスクにLDD構造いわゆるエクステンション領域としての所定条件で不純物イオンを注入する。これにより、図ではS/D領域における低濃度N−領域171が形成される。次に、CVD法によりゲート電極15上を覆うように下層絶縁膜161、例えばSiN膜を、さらに上層絶縁膜162、例えばSiO2膜を堆積する。次に、下層絶縁膜161と十分なエッチング選択比が取れるCF系のガスを選び、上層絶縁膜162の異方性ドライエッチングを実施する。これにより、サイドウォール形状(16)を形成する。
Next, impurity ions are implanted under a predetermined condition as an LDD structure so-called extension region using the region of the
次に、図3に示すように、熱リン酸によるウェットエッチング処理を施す。これにより、露出していた下層絶縁膜161が選択的に除去され、サイドウォール16部分にのみ残留する。このようなサイドウォール16の形成により、上層絶縁膜162に対して下層でより内側にえぐれるように配された形態となる(16U)。その後、洗浄処理を経る。
Next, as shown in FIG. 3, a wet etching process using hot phosphoric acid is performed. As a result, the exposed lower insulating
次に、図4に示すように、ガスソースCVD法等により、シリコンの選択エピタキシャル成長を施す。これにより、エピタキシャル層173を形成する。次に、ゲート電極15の領域及びサイドウォール16をマスクにしてS/D領域として所定条件で不純物イオン注入を実施する。これにより、図では高濃度N+領域172が形成される。
Next, as shown in FIG. 4, selective epitaxial growth of silicon is performed by a gas source CVD method or the like. Thereby, the
上記実施形態の方法によれば、上層絶縁膜162の加工によるサイドウォール形成時、エッチング選択比の異なる下層絶縁膜161が下地となってシリコン単結晶基体のSOI基板11表面を覆っている。その後、下層絶縁膜161は選択的にウェットエッチングするのでSOI基板11を保護すると共に清浄に保つことができる。
According to the method of the above embodiment, when the sidewall is formed by processing the upper insulating
図5は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す断面図であり、前記図1の構成にさらにサリサイドプロセスを経た構成である。すなわち、ゲート電極15及びS/D領域のシリコンエピタキシャル層173上を自己整合的にシリサイド化するサリサイドプロセスを経る。これにより、低抵抗化層(シリサイド層)20を形成する。デバイスの低抵抗化、高速動作に寄与する。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the main configuration of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, which is a configuration obtained by further performing a salicide process on the configuration of FIG. That is, a salicide process is performed in which the
図6は、本発明の第4実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。前記第1または第2実施形態に比べて、S/D領域における低濃度N−領域171の形成を省略した構成となっている。これにより、シリコンエピタキシャル層173の形成後、S/D領域として所定条件で不純物イオン注入を実施し、必要な濃度のN型領域272を形成する。このような構成についても、図示しないが上記図5に示したようなサリサイドプロセスを経る構成としてもよい。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main configuration of a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. Compared with the first or second embodiment, the formation of the low concentration N − region 171 in the S / D region is omitted. Thus, after the formation of the
図7は、本発明の第5実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。また、図8は、図7の構成を得るための途中工程を示す断面図である。前記第1または第2実施形態に比べ、S/D領域として、前記図4に示すシリコンエピタキシャル層173形成後のイオン注入(172)を行わない構成である。例えば、ゲート電極15を形成した段階で、低濃度N−領域171に準ずる所定条件で不純物イオン注入を実施し、必要な濃度のN型領域271を形成する。その後、前記第2実施形態の方法と同様に、下層絶縁膜161、上層絶縁膜162で構成されるサイドウォール16を形成する(図8)。次に、シリコンエピタキシャル層(例えばノンドープ層)273を形成する。その後、前記図5に示したようなサリサイドプロセスを経てシリコンエピタキシャル層273をすべてシリサイド化する(図7)。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the main configuration of a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view showing an intermediate step for obtaining the configuration of FIG. Compared to the first or second embodiment, the ion implantation (172) after the formation of the
図9は、本発明の第6実施形態に係る半導体装置の要部構成を示す断面図である。例えばバルクMOSFET31のソース領域またはドレイン領域となる不純物領域32が示されている。図1と同様の下層絶縁膜161、上層絶縁膜162によるサイドウォール16が形成されている。すなわち、上層絶縁膜162の加工によるサイドウォール形成時、エッチング選択比の異なる下層絶縁膜161が下地となって半導体基体30表面が保護される。不純物領域32が浅い場合、不純物領域32の厚みが維持でき、後のエピタキシャル成長、さらにはシリサイド化に対して高信頼性が得られる。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the main configuration of a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. For example, an
以上説明したように、各実施形態の構成及び方法によれば、サイドウォールは2層構造とし、しかも下層絶縁膜は、上層絶縁膜ドライエッチ加工時のストッパ層であると共に、S/D領域を形成するシリコン単結晶基体(SOI基板)の保護層となる。すなわち、サイドウォール加工のドライエッチ時にSi表面を削り取ることはない。しかも、SOI基板を清浄に保つことができる。従って、PD(部分空乏型)SOI MOSFETや、さらにSOI層の薄いSOI層が数十nmのFD(完全空乏型)SOI MOSFETの形成工程に十分対応できる。なお、上記各実施形態では、NチャネルMOSFETについて示したがPチャネルMOSFETについても同様の効果が得られる。
また、エピタキシャル成長層はシリコンに限ったことではなく、シリコンゲルマニウムもあり得るので、シリコン単結晶に限らず、他の半導体基体を用いてもよい。また、SOI基板に限らず、バルク技術においても本発明を適用することができる。特に、浅いソース/ドレイン領域を有するバルクMOSFETには有用である。
このような考察の結果、SOI層においてもMOSFETのサイドウォール形成に伴うS/D領域のSi層の汚染、厚み減少を抑制する半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
As described above, according to the configuration and method of each embodiment, the sidewall has a two-layer structure, and the lower insulating film is a stopper layer in the upper insulating film dry etching process, and the S / D region is It becomes a protective layer of the silicon single crystal substrate (SOI substrate) to be formed. That is, the Si surface is not scraped off during the dry etching of the sidewall processing. In addition, the SOI substrate can be kept clean. Therefore, a PD (partially depleted type) SOI MOSFET and a thin SOI layer of an SOI layer can sufficiently cope with a process of forming an FD (fully depleted type) SOI MOSFET having several tens of nm. In each of the above embodiments, the N-channel MOSFET is shown, but the same effect can be obtained with the P-channel MOSFET.
Further, the epitaxial growth layer is not limited to silicon, and silicon germanium may be used. Therefore, the semiconductor substrate is not limited to a silicon single crystal, and other semiconductor substrates may be used. Further, the present invention can be applied not only to SOI substrates but also to bulk technologies. It is particularly useful for bulk MOSFETs having shallow source / drain regions.
As a result of such consideration, it is possible to provide a semiconductor device that suppresses contamination and thickness reduction of the Si layer in the S / D region accompanying the formation of the sidewall of the MOSFET in the SOI layer, and a manufacturing method thereof.
10…埋め込み絶縁膜、11…SOI基板、12…素子分離領域、13…P−領域、14…ゲート絶縁膜、15…ゲート電極、16…サイドウォール、161…下層絶縁膜、162…上層絶縁膜、17…エレベートS/D領域、171…N−領域、172…N+領域、173,273…シリコンエピタキシャル層、20…低抵抗化層(シリサイド層)、271,272…N型領域、30…半導体基体、31…バルクMOSFET、32…不純物領域。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記シリコン単結晶基体上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上のゲート電極と、
前記ゲート電極のサイドウォールを構成する第1、第2の絶縁膜と、
前記サイドウォールの両側に配されたシリコンエピタキシャル層を含む第2導電型の不純物領域と、
を具備し、
前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜の下層に位置し前記第2の絶縁膜加工時のストッパ層であると共に前記シリコン単結晶基体の保護層となることを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type silicon single crystal substrate on an insulating layer;
A gate insulating film on the silicon single crystal substrate;
A gate electrode on the gate insulating film;
First and second insulating films constituting sidewalls of the gate electrode;
A second conductivity type impurity region including a silicon epitaxial layer disposed on both sides of the sidewall;
Comprising
The first insulating film is located below the second insulating film, serves as a stopper layer for processing the second insulating film, and serves as a protective layer for the silicon single crystal substrate. .
前記シリコン単結晶基体上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上のゲート電極と、
前記ゲート電極のサイドウォールを構成する第1、第2の絶縁膜と、
前記サイドウォールの両側に配されたシリコンエピタキシャル層を含む第2導電型の不純物領域と、
を具備し、
前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜に対して下層でより内側にえぐれるように配されていることを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type silicon single crystal substrate on an insulating layer;
A gate insulating film on the silicon single crystal substrate;
A gate electrode on the gate insulating film;
First and second insulating films constituting sidewalls of the gate electrode;
A second conductivity type impurity region including a silicon epitaxial layer disposed on both sides of the sidewall;
Comprising
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film is arranged so as to be further inwardly formed in a lower layer with respect to the second insulating film.
前記半導体基体上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上のゲート電極と、
前記ゲート電極のサイドウォールを構成する第1、第2の絶縁膜と、
前記サイドウォールの両側に配されたエピタキシャル層を含むソース/ドレイン領域と、
を具備し、
前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜の下層に位置し前記第2の絶縁膜加工時のストッパ層であると共に前記半導体基体の保護層となることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A gate insulating film on the semiconductor substrate;
A gate electrode on the gate insulating film;
First and second insulating films constituting sidewalls of the gate electrode;
A source / drain region including an epitaxial layer disposed on both sides of the sidewall;
Comprising
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film is positioned below the second insulating film, serves as a stopper layer for processing the second insulating film, and serves as a protective layer for the semiconductor substrate.
前記半導体基体上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上のゲート電極と、
前記ゲート電極のサイドウォールを構成する第1、第2の絶縁膜と、
前記サイドウォールの両側に配されたエピタキシャル成長層を含むソース/ドレイン領域と、
を具備し、
前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜に対して下層でより内側にえぐれるように配されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A gate insulating film on the semiconductor substrate;
A gate electrode on the gate insulating film;
First and second insulating films constituting sidewalls of the gate electrode;
A source / drain region including an epitaxial growth layer disposed on both sides of the sidewall;
Comprising
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film is arranged so as to be further inwardly formed in a lower layer with respect to the second insulating film.
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の領域をマスクとし前記シリコン単結晶基体上に第2導電型の不純物を導入する工程と、
前記ゲート電極及び前記シリコン単結晶基体上を覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上にエッチング選択比の異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜を選択的に異方性エッチングし前記ゲート電極のサイドウォールを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜を選択的にウェットエッチングし前記サイドウォール部分にのみ残留させる工程と、
シリコンの選択エピタキシャル成長によりエピタキシャル層を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記サイドウォールの領域をマスクとし前記シリコン単結晶基体上に第2導電型の不純物を導入する工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a gate insulating film on the first conductivity type silicon single crystal substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Introducing a second conductivity type impurity onto the silicon single crystal substrate using the gate electrode region as a mask;
Forming a first insulating film covering the gate electrode and the silicon single crystal substrate;
Forming a second insulating film having a different etching selectivity on the first insulating film;
Selectively anisotropically etching the second insulating film to form sidewalls of the gate electrode;
Selectively wet-etching the first insulating film to leave only the sidewall portion;
Forming an epitaxial layer by selective epitaxial growth of silicon;
Introducing a second conductivity type impurity onto the silicon single crystal substrate using the gate electrode and the sidewall region as a mask;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の領域をマスクとし前記シリコン単結晶基体上に第2導電型の不純物を導入する工程と、
前記ゲート電極及び前記シリコン単結晶基体上を覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上にエッチング選択比の異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜を選択的に異方性エッチングし前記ゲート電極のサイドウォールを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜を選択的にウェットエッチングし前記サイドウォール部分にのみ残留させる工程と、
シリコンの選択エピタキシャル成長によりエピタキシャル層を形成する工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a gate insulating film on the first conductivity type silicon single crystal substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Introducing a second conductivity type impurity onto the silicon single crystal substrate using the gate electrode region as a mask;
Forming a first insulating film covering the gate electrode and the silicon single crystal substrate;
Forming a second insulating film having a different etching selectivity on the first insulating film;
Selectively anisotropically etching the second insulating film to form sidewalls of the gate electrode;
Selectively wet-etching the first insulating film to leave only the sidewall portion;
Forming an epitaxial layer by selective epitaxial growth of silicon;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記シリコン単結晶基体上を覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上にエッチング選択比の異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜を選択的に異方性エッチングし前記ゲート電極のサイドウォールを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜を選択的にウェットエッチングし前記サイドウォール部分にのみ残留させる工程と、
シリコンの選択エピタキシャル成長によりエピタキシャル層を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記サイドウォールの領域をマスクとし前記シリコン単結晶基体上に第2導電型の不純物を導入する工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a gate insulating film on the first conductivity type silicon single crystal substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a first insulating film covering the gate electrode and the silicon single crystal substrate;
Forming a second insulating film having a different etching selectivity on the first insulating film;
Selectively anisotropically etching the second insulating film to form sidewalls of the gate electrode;
Selectively wet-etching the first insulating film to leave only the sidewall portion;
Forming an epitaxial layer by selective epitaxial growth of silicon;
Introducing a second conductivity type impurity onto the silicon single crystal substrate using the gate electrode and the sidewall region as a mask;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の領域をマスクとし前記半導体基体上にソース/ドレインとなる第1の不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記半導体基体上を覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上にエッチング選択比の異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜を選択的に異方性エッチングし前記ゲート電極のサイドウォールを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜を選択的にウェットエッチングし前記サイドウォール部分にのみ残留させる工程と、
エピタキシャル層を形成するエピタキシャル成長工程と、
前記ゲート電極及び前記サイドウォールの領域をマスクとし前記半導体基体上に前記ソース/ドレインとなる第2の不純物領域を形成する工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a first impurity region to be a source / drain on the semiconductor substrate using the gate electrode region as a mask;
Forming a first insulating film covering the gate electrode and the semiconductor substrate;
Forming a second insulating film having a different etching selectivity on the first insulating film;
Selectively anisotropically etching the second insulating film to form sidewalls of the gate electrode;
Selectively wet-etching the first insulating film to leave only the sidewall portion;
An epitaxial growth step for forming an epitaxial layer;
Forming a second impurity region to be the source / drain on the semiconductor substrate using the gate electrode and the sidewall region as a mask;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の領域をマスクとし前記半導体基体上にソース/ドレインとなる不純物領域を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記半導体基体上を覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上にエッチング選択比の異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜を選択的に異方性エッチングし前記ゲート電極のサイドウォールを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜を選択的にウェットエッチングし前記サイドウォール部分にのみ残留させる工程と、
エピタキシャル層を形成するエピタキシャル成長工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a source / drain impurity region on the semiconductor substrate using the gate electrode region as a mask;
Forming a first insulating film covering the gate electrode and the semiconductor substrate;
Forming a second insulating film having a different etching selectivity on the first insulating film;
Selectively anisotropically etching the second insulating film to form sidewalls of the gate electrode;
Selectively wet-etching the first insulating film to leave only the sidewall portion;
An epitaxial growth step for forming an epitaxial layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記半導体基体上を覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上にエッチング選択比の異なる第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜を選択的に異方性エッチングし前記ゲート電極のサイドウォールを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜を選択的にウェットエッチングし前記サイドウォール部分にのみ残留させる工程と、
エピタキシャル層を形成するエピタキシャル成長工程と、
前記ゲート電極及び前記サイドウォールの領域をマスクとし前記半導体基体上に前記ソース/ドレインとなる不純物領域を形成する工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a first insulating film covering the gate electrode and the semiconductor substrate;
Forming a second insulating film having a different etching selectivity on the first insulating film;
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Selectively wet-etching the first insulating film to leave only the sidewall portion;
An epitaxial growth step for forming an epitaxial layer;
Forming an impurity region to be the source / drain on the semiconductor substrate using the gate electrode and the sidewall region as a mask;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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