JP2005191145A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置に関し、特に、ゲート絶縁膜が薄膜化されたp型トランジスタに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a p-type transistor having a thin gate insulating film.
MOS(Metal Oxide Semiconductor;金属-酸化物-半導体)トランジスタ構造を有する半導体装置は、基板となるシリコン(=半導体)の酸化物であるシリコン酸化膜がゲート酸化膜として良好な絶縁特性を有することから、広く電子デバイスに用いられている。このMOSトランジスタの高性能化には、トランジスタのゲート長縮小とゲート酸化膜の薄膜化(スケーリング)が効果的であり、近年、このスケーリングが加速化している。 In a semiconductor device having a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor structure, a silicon oxide film which is an oxide of silicon (= semiconductor) serving as a substrate has good insulating properties as a gate oxide film. Widely used in electronic devices. In order to improve the performance of this MOS transistor, it is effective to reduce the gate length of the transistor and thin the gate oxide film (scaling). In recent years, this scaling has been accelerated.
ゲート酸化膜の薄膜化に伴って、PMOSトランジスタにおいては、半導体プロセス中の熱処理により、ゲート電極中のボロン(p型不純物)がゲート酸化膜又はシリコン基板へ拡散する(ボロンの突き抜け)現象が生じ、その結果、トランジスタ特性が変動してしまう。このボロンの突き抜け現象への対策としては、ゲート酸化膜中に窒素を導入する酸窒化プロセスによって形成されたゲート酸窒化膜が広く用いられている。 Along with the thinning of the gate oxide film, in the PMOS transistor, the phenomenon that boron (p-type impurities) in the gate electrode diffuses into the gate oxide film or the silicon substrate (boron penetration) occurs due to the heat treatment during the semiconductor process. As a result, the transistor characteristics fluctuate. As a countermeasure against the boron penetration phenomenon, a gate oxynitride film formed by an oxynitride process in which nitrogen is introduced into the gate oxide film is widely used.
また近年、PMOSトランジスタの特性変動をもたらす現象として、NBTI(Negative Bias Temperature Instability)が指摘されている。NBTIは、高温下におけるPMOSトランジスタのゲート電極に負電圧を印加すると、ゲート絶縁膜と基板との界面近傍に存在する窒素に起因する正の固定電荷の影響により、トランジスタ特性が変動する現象である。このNBTI対策として、ゲート絶縁膜における基板側ではなくゲート電極側の領域に窒素濃度をピークにするプラズマ窒化プロセスが広く利用されている。 In recent years, NBTI (Negative Bias Temperature Instability) has been pointed out as a phenomenon that causes fluctuations in characteristics of PMOS transistors. NBTI is a phenomenon in which transistor characteristics fluctuate when a negative voltage is applied to the gate electrode of a PMOS transistor at high temperatures due to the influence of positive fixed charges due to nitrogen existing near the interface between the gate insulating film and the substrate . As a measure against this NBTI, a plasma nitridation process in which the nitrogen concentration is peaked in a region on the gate electrode side instead of the substrate side in the gate insulating film is widely used.
以下に、プラズマ窒化プロセスを用いた従来のp型トランジスタの作製プロセスについて、図15(a) 〜(d) を参照しながら説明する。 Hereinafter, a conventional process for manufacturing a p-type transistor using a plasma nitriding process will be described with reference to FIGS. 15 (a) to 15 (d).
まず、図15(a) に示すように、半導体基板101上にゲート酸化膜103を形成する。
First, as shown in FIG. 15A, a
次に、図15(b) に示すように、ゲート酸化膜103にプラズマ201による窒化処理を施すことにより、ゲート酸化膜103中に窒素202を導入してゲート絶縁膜103aを形成する。
Next, as shown in FIG. 15B, the
次に、図15(c) に示すように、ゲート絶縁膜103aの上にポリシリコン膜を堆積した後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、該ポリシリコン膜をパターニングしてゲート電極104を形成する。
Next, as shown in FIG. 15C, after depositing a polysilicon film on the
次に、図15(d) に示すように、B(ボロン)イオン203を注入することにより、ソース領域又はドレイン領域となるエクステンション領域(以下、S/Dエクステンション領域という)105を形成する。
Next, as shown in FIG. 15 (d), B (boron)
次に、図16(a) に示すようにサイドウォール110を形成した後に、Bイオン204をイオン注入することにより、ソース・ドレイン拡散層106を形成する。このようにして、p型トランジスタを作製することができる。
Next, as shown in FIG. 16A, after the
上記従来のp型トランジスタの作製プロセスにおいては、ゲート絶縁膜103aにおけるゲート電極104側の領域にN(窒素)原子濃度がピークとなるゲート絶縁膜103aが形成されている。ここで、一般に、ゲート電極に導入されているB(ボロン)原子は、ソース領域又はドレイン領域を形成するための活性化アニ−ルの際にゲート絶縁膜を突き抜け、デバイス特性の変動をもたらすことが知られているが、前記従来例においては、ゲート絶縁膜103aにおけるN原子がB原子の突き抜けを防止している。このように、窒素濃度ピークがゲート絶縁膜における該ゲート絶縁膜と基板との界面に存在するこれまでの酸窒化膜と比べると、前記従来例において窒素プラズマ処理で形成された酸窒化膜はNBTI特性に優れている。
In the conventional process for manufacturing a p-type transistor, a
このように、プラズマ窒化プロセスを用いたゲート絶縁膜の形成は、ゲート電極に導入されているB(ボロン)の突き抜け現象を抑制すると共に、NBTI特性に対する信頼性を確保することができる。このため、プラズマ窒化プロセスを用いたゲート絶縁膜の形成は、今後広く一般的に用いられるようになると思われる。 As described above, the formation of the gate insulating film using the plasma nitriding process can suppress the penetration phenomenon of B (boron) introduced into the gate electrode and ensure the reliability of the NBTI characteristic. For this reason, the formation of the gate insulating film using the plasma nitriding process is expected to be widely used in the future.
また、スケーリングルールにしたがって、近年ではゲート長は65nmまで縮小されると共に、ゲート絶縁膜の膜厚についても2nm以下にまで薄膜化してきている。したがって、近年においては、ゲート絶縁膜の電気特性、すなわちゲートリーク電流値又は長期信頼性に対して注目が集まっている。
しかしながら、ゲート絶縁膜の薄膜化が進行すると、図16(b) に示すように、S/Dエクステンション領域105に存在するB(ボロン)原子がゲート絶縁膜103aに進入することにより、ゲート絶縁膜に対する信頼性を劣化させる。S/Dエクステンション領域105に存在しているB原子がゲート絶縁膜103aに進入するメカニズムは完全には解明されていないが、ゲート絶縁膜103aがラジカル窒化膜よりなる場合、ゲート絶縁膜103aとシリコン基板101との界面においてはN(窒素)濃度が低いことと、さらに、図16(c) に示すように、後工程でシリサイド形成領域を定義するために用いる絶縁膜107によって、大きな力学的なストレスがゲート絶縁膜103aに印加されることとによって、S/Dエクステンション領域105に存在しているB原子がゲート絶縁膜103aへ侵入することを促進させていると考えられている。
However, when the gate insulating film is made thinner, B (boron) atoms existing in the S /
図17は、p型不純物拡散層における不純物としてB(ボロン)を用いたp型トランジスタのゲート電極のエッジ近傍についての拡大断面図を示している。図17に示すように、ゲート電極からのB原子の進入は、ゲート絶縁膜におけるゲート電極側の窒素密度が高い領域によって阻止することができるが、シリコン基板に形成されているS/Dエクステンション領域のうちゲート絶縁膜の直下に位置する領域からのB原子はゲート絶縁膜に拡散する。これにより、ゲート絶縁膜におけるシリコンと酸素とのネットワークに欠陥が発生して絶縁特性が劣化する。その結果、ゲート絶縁膜におけるゲートリーク電流値が増大すると共に、ゲート絶縁膜の長期信頼性の指標の1つであるTDDB寿命(Time Dependent Dielectric Breakdown)が短くなる。 FIG. 17 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the edge of the gate electrode of the p-type transistor using B (boron) as an impurity in the p-type impurity diffusion layer. As shown in FIG. 17, the entry of B atoms from the gate electrode can be prevented by a region having a high nitrogen density on the gate electrode side in the gate insulating film, but the S / D extension region formed in the silicon substrate. Of these, B atoms from the region located directly below the gate insulating film diffuse into the gate insulating film. As a result, defects occur in the network of silicon and oxygen in the gate insulating film, and the insulating characteristics deteriorate. As a result, the gate leakage current value in the gate insulating film increases, and the TDDB life (Time Dependent Dielectric Breakdown), which is one of the indicators of long-term reliability of the gate insulating film, is shortened.
図18は、ゲート絶縁膜のゲートリーク電流値の増大を示すグラフであり、縦軸に単位ゲート幅当たりのゲートリーク電流値を示すと共に、横軸にゲート寸法を示している。 FIG. 18 is a graph showing an increase in the gate leakage current value of the gate insulating film, where the vertical axis shows the gate leakage current value per unit gate width and the horizontal axis shows the gate dimension.
図18から明らかなように、n型MOSトランジスタの場合、ゲート寸法が短くなるに連れて、ゲートリーク電流値は線形的に減少している。これに対して、p型MOSトランジスタの場合、ゲート寸法が0.1μmを切ったあたりから、ゲートリーク電流値は増加に転じている。このことは全体のリーク電流値に占めるゲート電極のエッジ付近のゲート絶縁膜におけるゲートリーク電流値の増加を示唆しており、前述したメカニズムの正当性をサポートするものと考えられる。 As is apparent from FIG. 18, in the case of an n-type MOS transistor, the gate leakage current value decreases linearly as the gate dimension becomes shorter. On the other hand, in the case of a p-type MOS transistor, the gate leakage current value has started to increase since the gate dimension has cut below 0.1 μm. This suggests that the gate leakage current value in the gate insulating film near the edge of the gate electrode occupies the total leakage current value, and supports the validity of the mechanism described above.
このように、従来例に示したp型の半導体装置においては、ゲート電極におけるエッジ付近においてB(ボロン)原子がゲート絶縁膜中へ侵入することにより、ゲートリーク電流値が増大し、その結果、LSIの消費電力が増大するという問題が発生し、さらには、TDDB寿命についても劣化が生じる。 As described above, in the p-type semiconductor device shown in the conventional example, B (boron) atoms enter the gate insulating film near the edge of the gate electrode, thereby increasing the gate leakage current value. There is a problem that the power consumption of the LSI increases, and further, the TDDB life is also deteriorated.
前記に鑑み、本発明の目的は、p型不純物がゲート絶縁膜に進入することを防止して、ゲート電極のエッジ付近に位置するゲート絶縁膜のリーク電流の増大を防止すると共にゲート絶縁膜の寿命を改善するp型の半導体装置及びその製造方法を提供することである。 In view of the above, an object of the present invention is to prevent p-type impurities from entering the gate insulating film, to prevent an increase in leakage current of the gate insulating film located near the edge of the gate electrode, and to improve the gate insulating film. It is an object of the present invention to provide a p-type semiconductor device that improves the lifetime and a manufacturing method thereof.
前記の目的を達成するため、本発明に係る第1の半導体装置の製造方法は、基板上に、下から順に形成されたゲート絶縁膜とゲート電極とからなる積層構造を形成する工程と、積層構造におけるゲート絶縁膜の周縁部に窒素を導入する工程と、基板における少なくとも積層構造の下側に位置する領域にp型不純物拡散層を形成する工程と、p型不純物拡散層を形成した後に、熱処理を行なう工程とを備え、ゲート絶縁膜の膜厚は、2.4nm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In order to achieve the above object, a first method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: a step of forming a stacked structure including a gate insulating film and a gate electrode formed on a substrate in order from the bottom; A step of introducing nitrogen into the peripheral portion of the gate insulating film in the structure, a step of forming a p-type impurity diffusion layer in a region at least below the stacked structure in the substrate, and after forming the p-type impurity diffusion layer, And a step of performing a heat treatment, wherein the thickness of the gate insulating film is 2.4 nm or less.
第1の半導体装置の製造方法によると、積層構造におけるゲート絶縁膜の周縁部に窒素を導入しておくことによって、積層構造におけるゲート絶縁膜の下側に位置する領域に形成されているp型不純物拡散層からのp型不純物が、熱処理工程においてゲート絶縁膜に侵入することを防止できる。これにより、ゲートリーク電流を抑制できると共にゲート絶縁膜の寿命劣化等の信頼性を確保することができる。 According to the first method for manufacturing a semiconductor device, the p-type formed in the region located below the gate insulating film in the stacked structure by introducing nitrogen into the peripheral portion of the gate insulating film in the stacked structure. The p-type impurity from the impurity diffusion layer can be prevented from entering the gate insulating film in the heat treatment step. Thereby, gate leakage current can be suppressed and reliability such as life deterioration of the gate insulating film can be secured.
本発明の第2の半導体装置の製造方法は、基板上に、下から順に形成されたゲート絶縁膜とゲート電極とからなる積層構造を形成する工程と、積層構造の周縁部と上部に積層構造が形成されていない基板表面とに窒素を導入することにより、積層構造の周縁部と基板表面との各々に窒素含有領域を形成する工程と、基板における少なくとも積層構造の下側に位置する領域にp型不純物拡散層を形成する工程と、積層構造の周縁部に形成された窒素含有領域の側面に、酸化膜よりなるL形状を有する第1のサイドウォールを形成する工程と、第1のサイドウォールの表面を覆うように、絶縁膜よりなる第2のサイドウォールを形成する工程と、第2のサイドウォールを形成した後に、熱処理を行なう工程とを備え、ゲート絶縁膜の膜厚は、2.4nm以下であることを特徴とする。 The second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a laminated structure including a gate insulating film and a gate electrode formed in order from the bottom on a substrate, and a laminated structure on a peripheral portion and an upper portion of the laminated structure. Introducing nitrogen into the substrate surface where no substrate is formed forms a nitrogen-containing region in each of the peripheral portion of the laminated structure and the substrate surface, and at least in a region located below the laminated structure in the substrate a step of forming a p-type impurity diffusion layer, a step of forming a first sidewall having an L shape made of an oxide film on a side surface of a nitrogen-containing region formed in a peripheral portion of the stacked structure, and a first side A step of forming a second sidewall made of an insulating film so as to cover the surface of the wall; and a step of performing a heat treatment after the formation of the second sidewall. The thickness of the gate insulating film is 2 . Wherein the nm or less.
第2の半導体装置の製造方法によると、積層構造におけるゲート絶縁膜の周縁部に窒素含有領域を形成しているので、積層構造におけるゲート絶縁膜の下側に位置する領域に形成されているp型不純物拡散層からのp型不純物が、熱処理工程においてゲート絶縁膜に侵入することを防止できる。さらに、積層構造におけるゲート電極及び基板表面にも窒素含有領域を形成しているので、ゲート電極内のp型不純物拡散層からのp型不純物及び第1のサイドウォールの下部に形成されているp型不純物拡散層からのp型不純物が、第1のサイドウォールを介して、熱処理工程においてゲート絶縁膜に侵入することを防止できる。これにより、ゲートリーク電流を抑制できると共にゲート絶縁膜の寿命劣化等の信頼性を確保することができる。 According to the second method for manufacturing a semiconductor device, since the nitrogen-containing region is formed in the peripheral portion of the gate insulating film in the stacked structure, the p formed in the region located below the gate insulating film in the stacked structure. The p-type impurity from the type impurity diffusion layer can be prevented from entering the gate insulating film in the heat treatment step. Further, since the nitrogen-containing region is also formed on the gate electrode and the substrate surface in the stacked structure, the p-type impurity from the p-type impurity diffusion layer in the gate electrode and the p formed under the first sidewall. The p-type impurity from the type impurity diffusion layer can be prevented from entering the gate insulating film in the heat treatment step through the first sidewall. Thereby, gate leakage current can be suppressed and reliability such as life deterioration of the gate insulating film can be secured.
第3の半導体装置の製造方法は、基板上に、下から順に形成されたゲート絶縁膜とゲート電極とからなる積層構造を形成する工程と、積層構造の周縁部と上部に積層構造が形成されていない基板表面とに窒素を導入することにより、積層構造の周縁部と基板表面との各々に窒素含有領域を形成する工程と、積層構造の周縁部に形成された窒素含有領域の側面に、酸化膜よりなるスペーサ層を形成する工程と、基板における少なくとも積層構造の下側に位置する領域にp型不純物拡散層を形成する工程と、p型不純物拡散層を形成した後に、熱処理を行なう工程とを備え、ゲート絶縁膜の膜厚は、2.4nm以下であることを特徴とする。 According to a third method of manufacturing a semiconductor device, a stacked structure is formed on a substrate, the stacked structure including a gate insulating film and a gate electrode formed in order from the bottom, and the stacked structure is formed on the periphery and the top of the stacked structure. Introducing nitrogen into the non-substrate surface, forming a nitrogen-containing region in each of the peripheral portion of the laminated structure and the substrate surface, and on the side surface of the nitrogen-containing region formed in the peripheral portion of the laminated structure, A step of forming a spacer layer made of an oxide film, a step of forming a p-type impurity diffusion layer in a region located at least on the lower side of the stacked structure in the substrate, and a step of performing a heat treatment after forming the p-type impurity diffusion layer And the thickness of the gate insulating film is 2.4 nm or less.
第3の半導体装置の製造方法によると、積層構造におけるゲート絶縁膜の周縁部に窒素含有領域を形成しているので、積層構造におけるゲート絶縁膜の下側に位置する領域に形成されているp型不純物拡散層からのp型不純物が、熱処理工程においてゲート絶縁膜に侵入することを防止できる。さらに、積層構造におけるゲート電極及び基板表面にも窒素含有領域を形成しているので、ゲート電極内のp型不純物拡散層からのp型不純物及びスペーサ層の下部に形成されているp型不純物拡散層からのp型不純物が、スペーサ層を介して、熱処理工程においてゲート絶縁膜に侵入することを防止できる。これにより、ゲートリーク電流を抑制できると共にゲート絶縁膜の寿命劣化等の信頼性を確保することができる。 According to the third method for manufacturing a semiconductor device, since the nitrogen-containing region is formed at the peripheral portion of the gate insulating film in the stacked structure, the p formed in the region located below the gate insulating film in the stacked structure. The p-type impurity from the type impurity diffusion layer can be prevented from entering the gate insulating film in the heat treatment step. Further, since the nitrogen-containing region is also formed on the gate electrode and the substrate surface in the laminated structure, the p-type impurity diffused from the p-type impurity from the p-type impurity diffusion layer in the gate electrode and the spacer layer is formed. P-type impurities from the layer can be prevented from entering the gate insulating film through the spacer layer in the heat treatment step. Thereby, gate leakage current can be suppressed and reliability such as life deterioration of the gate insulating film can be secured.
第1〜第3の半導体装置の製造方法において、ゲート電極にはp型の不純物が含まれており、ゲート絶縁膜を形成した後に、ゲート絶縁膜に対して窒化処理を行なうことが好ましい。 In the first to third semiconductor device manufacturing methods, the gate electrode contains p-type impurities, and it is preferable to perform nitriding treatment on the gate insulating film after forming the gate insulating film.
このようにすると、ゲート絶縁膜における該ゲート電極とゲート絶縁膜との界面に窒素濃度が高い領域が形成されているので、ゲート電極からゲート絶縁膜へp型の不純物が進入することをさらに防止できる。 In this case, since a region having a high nitrogen concentration is formed at the interface between the gate electrode and the gate insulating film in the gate insulating film, p-type impurities can be further prevented from entering the gate insulating film from the gate electrode. it can.
第1又は第2の半導体装置の製造方法において、ゲート電極の側面を覆うように、窒化物を含有するサイドウォールが形成されていることが好ましい。 In the first or second method for manufacturing a semiconductor device, it is preferable that a sidewall containing nitride is formed so as to cover a side surface of the gate electrode.
第1〜第3の半導体装置の製造方法において、ゲート絶縁膜には、ゲート絶縁膜における積層構造を構成する端部から積層構造の中心の下部へ向かうに連れて濃度が小さくなるような窒素の濃度勾配が存在している。 In the first to third methods of manufacturing a semiconductor device, the gate insulating film includes nitrogen that has a concentration that decreases from an end of the gate insulating film constituting the stacked structure toward a lower portion of the center of the stacked structure. A concentration gradient exists.
第1〜第3の半導体装置の製造方法において、基板にソース領域及びドレイン領域を形成した後に、ソース領域及びドレイン領域を絶縁膜によって被覆してから活性化のためのアニール処理を行なうことが好ましい。 In the first to third semiconductor device manufacturing methods, it is preferable that after forming the source region and the drain region on the substrate, the source region and the drain region are covered with an insulating film and then annealed for activation. .
本発明に係る半導体装置は、基板上に、下から順に形成されたゲート絶縁膜とp型不純物を含有するゲート電極とからなる積層構造と、ゲート絶縁膜における該ゲート絶縁膜とゲート電極との界面側の領域に形成された第1の窒素含有領域と、積層構造におけるゲート絶縁膜の周縁部に形成されており、周縁部の周端部付近において窒素濃度がピークとなる第2の窒素含有領域と、基板における少なくとも積層構造の下側に位置する領域に形成されたp型不純物拡散層とを備え、ゲート絶縁膜の膜厚は、2.4nm以下であることを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention includes a stacked structure including a gate insulating film formed on a substrate in order from the bottom and a gate electrode containing a p-type impurity, and the gate insulating film and the gate electrode in the gate insulating film. A first nitrogen-containing region formed in the interface-side region and a second nitrogen-containing region that is formed in the peripheral portion of the gate insulating film in the stacked structure and has a peak nitrogen concentration near the peripheral edge of the peripheral portion And a p-type impurity diffusion layer formed in a region located at least on the lower side of the stacked structure in the substrate, and the thickness of the gate insulating film is 2.4 nm or less.
本発明に係る半導体装置によると、積層構造におけるゲート絶縁膜の周縁部に第2の窒素含有領域が形成されているので、積層構造におけるゲート絶縁膜の下側に位置する領域に形成されているp型不純物拡散層からのp型不純物が、ゲート絶縁膜に侵入することを防止できる。さらに、ゲート絶縁膜における該ゲート電極とゲート絶縁膜との界面に第1の窒素含有領域が形成されているので、ゲート電極からゲート絶縁膜へp型の不純物が進入することを防止できる。これにより、ゲートリーク電流を抑制できると共にゲート絶縁膜の寿命劣化等の信頼性を確保することができる。 According to the semiconductor device of the present invention, since the second nitrogen-containing region is formed at the peripheral portion of the gate insulating film in the stacked structure, it is formed in the region located below the gate insulating film in the stacked structure. It is possible to prevent p-type impurities from the p-type impurity diffusion layer from entering the gate insulating film. Further, since the first nitrogen-containing region is formed at the interface between the gate electrode and the gate insulating film in the gate insulating film, it is possible to prevent p-type impurities from entering the gate insulating film from the gate electrode. Thereby, gate leakage current can be suppressed and reliability such as life deterioration of the gate insulating film can be secured.
本発明に係る半導体装置において、積層構造におけるゲート電極の周縁部に形成された第3の窒素含有領域と、基板上に、第3の窒素含有領域と接するように形成された、酸化物よりなるL形状を有する第1のサイドウォールと、第1のサイドウォールの表面を覆うように形成された第2のサイドウォールとをさらに備え、第1のサイドウォールの下部には、p型不純物拡散層が形成されていることが好ましい。 In the semiconductor device according to the present invention, the third nitrogen-containing region formed in the peripheral portion of the gate electrode in the stacked structure and the oxide formed on the substrate so as to be in contact with the third nitrogen-containing region A first sidewall having an L shape; and a second sidewall formed so as to cover the surface of the first sidewall. A p-type impurity diffusion layer is provided below the first sidewall. Is preferably formed.
このようにすると、積層構造におけるゲート電極の周縁部に第3の窒素含有領域が形成されているので、ゲート電極内のp型不純物拡散層からのp型不純物及び第1のサイドウォールの下部に形成されているp型不純物拡散層からのp型不純物が、第1のサイドウォールを介して、ゲート絶縁膜に侵入することをさらに防止できる。 In this case, since the third nitrogen-containing region is formed in the peripheral portion of the gate electrode in the stacked structure, the p-type impurity from the p-type impurity diffusion layer in the gate electrode and the lower portion of the first sidewall are formed. P-type impurities from the formed p-type impurity diffusion layer can be further prevented from entering the gate insulating film through the first sidewall.
本発明に係る半導体装置において、積層構造におけるゲート電極の周縁部に形成された第3の窒素含有領域と、第3の窒素含有領域と接するように形成された、酸化膜よりなるスペーサ層と、スペーサ層の下部には、p型不純物拡散層が形成されていることが好ましい。 In the semiconductor device according to the present invention, a third nitrogen-containing region formed in the peripheral portion of the gate electrode in the stacked structure, a spacer layer made of an oxide film formed so as to be in contact with the third nitrogen-containing region, A p-type impurity diffusion layer is preferably formed below the spacer layer.
このようにすると、積層構造におけるゲート電極の周縁部に第3の窒素含有領域が形成されているので、ゲート電極内のp型不純物拡散層からのp型不純物及びスペーサ層の下部に形成されているp型不純物拡散層からのp型不純物が、スペーサ層を介して、ゲート絶縁膜に侵入することをさらに防止できる。 In this case, since the third nitrogen-containing region is formed in the peripheral portion of the gate electrode in the stacked structure, the p-type impurity from the p-type impurity diffusion layer in the gate electrode and the lower part of the spacer layer are formed. The p-type impurities from the p-type impurity diffusion layer can further be prevented from entering the gate insulating film through the spacer layer.
本発明に係る半導体装置において、ゲート絶縁膜には、ゲート絶縁膜における積層構造を構成する端部から前記積層構造の中心の下部に向かうに連れて濃度が小さくなるような窒素の濃度勾配が存在している。 In the semiconductor device according to the present invention, the gate insulating film has a nitrogen concentration gradient such that the concentration decreases from an end of the gate insulating film constituting the stacked structure toward a lower portion of the center of the stacked structure. doing.
本発明に係る第1の半導体装置の製造方法によると、積層構造におけるゲート絶縁膜の周縁部に窒素を導入しておくことによって、積層構造におけるゲート絶縁膜の下側に位置する領域に形成されているp型不純物拡散領層からのp型不純物が、熱処理工程においてゲート絶縁膜に侵入することを防止できる。これにより、ゲートリーク電流を抑制できると共にゲート絶縁膜の寿命劣化等の信頼性を確保することができる。 According to the first method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, nitrogen is introduced into the peripheral portion of the gate insulating film in the stacked structure to form the region located below the gate insulating film in the stacked structure. It is possible to prevent p-type impurities from the p-type impurity diffusion region from entering the gate insulating film in the heat treatment step. Thereby, gate leakage current can be suppressed and reliability such as life deterioration of the gate insulating film can be secured.
本発明に係る第2の半導体装置の製造方法によると、積層構造におけるゲート絶縁膜の周縁部に窒素含有領域を形成しているので、積層構造におけるゲート絶縁膜の下側に位置する領域に形成されているp型不純物拡散層からのp型不純物が、熱処理工程においてゲート絶縁膜に侵入することを防止できる。さらに、積層構造におけるゲート電極及び基板表面にも窒素含有領域を形成しているので、ゲート電極からのp型不純物及び第1のサイドウォールの下部に形成されているp型不純物拡散層からのp型不純物が、第1のサイドウォールを介して、熱処理工程においてゲート絶縁膜に侵入することを防止できる。これにより、ゲートリーク電流を抑制できると共にゲート絶縁膜の寿命劣化等の信頼性を確保することができる。 According to the second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the nitrogen-containing region is formed in the peripheral portion of the gate insulating film in the stacked structure, and therefore formed in the region located below the gate insulating film in the stacked structure. The p-type impurity from the p-type impurity diffusion layer thus formed can be prevented from entering the gate insulating film in the heat treatment step. Further, since the nitrogen-containing region is also formed on the gate electrode and the substrate surface in the stacked structure, the p-type impurity from the gate electrode and the p-type impurity diffused layer formed below the first sidewall are formed. The type impurity can be prevented from entering the gate insulating film in the heat treatment step through the first sidewall. Thereby, gate leakage current can be suppressed and reliability such as life deterioration of the gate insulating film can be secured.
本発明に係る第3の半導体装置の製造方法によると、積層構造におけるゲート絶縁膜の周縁部に窒素含有領域を形成しているので、積層構造におけるゲート絶縁膜の下側に位置する領域に形成されているp型不純物拡散層からのp型不純物が、熱処理工程においてゲート絶縁膜に侵入することを防止できる。さらに、積層構造におけるゲート電極及び基板表面にも窒素含有領域を形成しているので、ゲート電極からのp型不純物及びスペーサ層の下部に形成されているp型不純物拡散層からのp型不純物が、スペーサ層を介して、熱処理工程においてゲート絶縁膜に侵入することを防止できる。これにより、ゲートリーク電流を抑制できると共にゲート絶縁膜の寿命劣化等の信頼性を確保することができる。 According to the third method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, since the nitrogen-containing region is formed at the peripheral portion of the gate insulating film in the stacked structure, it is formed in the region located below the gate insulating film in the stacked structure. The p-type impurity from the p-type impurity diffusion layer thus formed can be prevented from entering the gate insulating film in the heat treatment step. Furthermore, since the nitrogen-containing region is also formed on the gate electrode and the substrate surface in the stacked structure, the p-type impurity from the gate electrode and the p-type impurity from the p-type impurity diffusion layer formed below the spacer layer are present. Through the spacer layer, the gate insulating film can be prevented from entering in the heat treatment step. Thereby, gate leakage current can be suppressed and reliability such as life deterioration of the gate insulating film can be secured.
本発明に係る半導体装置によると、積層構造におけるゲート絶縁膜の周縁部に第2の窒素含有領域が形成されているので、積層構造におけるゲート絶縁膜の下側に位置する領域に形成されているp型不純物拡散層からのp型不純物が、ゲート絶縁膜に侵入することを防止できる。さらに、ゲート絶縁膜における該ゲート電極とゲート絶縁膜との界面に第1の窒素含有領域が形成されているので、ゲート電極からゲート絶縁膜へp型の不純物が進入することを防止できる。これにより、ゲートリーク電流を抑制できると共にゲート絶縁膜の寿命劣化等の信頼性を確保することができる。 According to the semiconductor device of the present invention, since the second nitrogen-containing region is formed at the peripheral portion of the gate insulating film in the stacked structure, it is formed in the region located below the gate insulating film in the stacked structure. It is possible to prevent p-type impurities from the p-type impurity diffusion layer from entering the gate insulating film. Further, since the first nitrogen-containing region is formed at the interface between the gate electrode and the gate insulating film in the gate insulating film, it is possible to prevent p-type impurities from entering the gate insulating film from the gate electrode. Thereby, gate leakage current can be suppressed and reliability such as life deterioration of the gate insulating film can be secured.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の例として、p型MISトランジスタの製造方法について図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, as an example of the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, a method of manufacturing a p-type MIS transistor will be described with reference to the drawings.
まず、図1(a) に示すように、シリコンよりなる半導体基板101の上に、1.8nmの膜厚を有するSiO2 よりなるゲート酸化膜103を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a
次に、図1(b) に示すように、ゲート酸化膜103に対して、プラズマ201による窒化処理(ピーク窒素濃度:5〜10%)を行なうことにより、ゲート酸化膜103中に窒素202を導入して、ゲート絶縁膜103aを形成する。このとき、プラズマ201によってゲート酸化膜103中に導入された窒素は、ゲート絶縁膜103aの上面付近、つまり、ゲート絶縁膜103aにおける該ゲート絶縁膜と後述するゲート電極との界面側の領域に存在するので、ゲート電極からゲート絶縁膜103a中への不純物の拡散を防止することができる。
Next, as shown in FIG. 1B, the
次に、図1(c) に示すように、CVD法により、ゲート絶縁膜103aの上に、160nmの膜厚を有するボロンが添加されたポリシリコン膜を堆積した後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、堆積されたポリシリコン膜をパターニングすることにより、ボロンが添加されたp型のポリシリコン膜よりなるゲート長が70nmのゲート電極104を形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, a polysilicon film doped with boron having a thickness of 160 nm is deposited on the
次に、図1(d) に示すように、ゲート電極104及びゲート絶縁膜103aに対して、プラズマ窒化処理(ピーク窒素濃度:7〜15%)を行なうことにより、ゲート電極104の端部における局所的な領域301aに、高濃度窒素含有領域を形成する。
Next, as shown in FIG. 1D, plasma nitriding treatment (peak nitrogen concentration: 7 to 15%) is performed on the
ここで、高濃度窒素含有領域について、図2(a) を参照しながら説明する。 Here, the high concentration nitrogen-containing region will be described with reference to FIG.
図2(a) は、ゲート電極104の端部における局所的な領域301a付近の拡大断面図である。
FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view near the
図2(a) に示すように、窒素は、前記プラズマ窒化処理により、ゲート電極104の直下に形成されているゲート絶縁膜103aとゲート電極104の周縁部とに導入される。これにより、膜中においてチャネル方向、すなわち水平方向に窒素濃度勾配を有するゲート絶縁膜103bとなる。窒素濃度は、ゲート絶縁膜103bにおけるゲート電極104の端部の下に位置する領域からゲート電極104の中心の下部に位置する領域へ向かって1nm程度入った領域においてピークを有しており、このように、ゲート絶縁膜103bの水平方向に窒素濃度勾配が形成されている。なお、ゲート絶縁膜103bの形成と共に、図2(a) に示すように、上部にゲート電極104が形成されていない領域であるゲート電極104の外側の領域にゲート絶縁膜103cが形成されている。このゲート絶縁膜103cに関して言えば、ゲート電極104の外側の領域にはゲート絶縁膜103bが形成されないようにしてもかまわない。すなわち、ゲート電極104を形成するエッチング時に、ゲート電極104の外側の領域に形成されているゲート絶縁膜103cをエッチングして、ゲート電極104の外側の領域では、半導体基板101が露出された状態であってもかまわない。この場合は、プラズマ窒化処理によって、ゲート電極104の外側の領域に露出している半導体基板101中に窒素が導入される。いずれの場合であっても、ゲート絶縁膜103bにおけるゲート電極104の端部の下に存在している領域には窒素が導入され、ゲート電極104の端部の下に位置する領域からゲート電極104の中心の下部に位置する領域に向かって窒素濃度が低下するような窒素濃度勾配が形成される。
As shown in FIG. 2A, nitrogen is introduced into the
また、図2(a) には詳細に図示していないが、プラズマ窒化処理によりゲート電極104の周縁部にも窒素が導入され、高濃度窒素含有領域が形成される(後述する図8(a) 及び図12(a) 参照)。
Although not shown in detail in FIG. 2A, nitrogen is also introduced into the peripheral portion of the
次に、図2(b) に示すように、ゲート電極104をマスクとして、B(ボロン)イオン203のイオン注入(エネルギー:1keV 以下、ドーズ量:4〜7×1014 cm-2 )を行なうことにより、S/D(ソース/ドレイン)エクステンション領域105を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, ion implantation of B (boron) ions 203 (energy: 1 keV or less, dose: 4 to 7 × 10 14 cm −2 ) is performed using the
次に、図2(c) に示すように、ゲート電極104の側壁に窒化シリコン(SiN)よりなる絶縁膜から構成されるサイドウォール110を形成した後、B(ボロン)イオン204のイオン注入(エネルギー:2〜4keV 、ドーズ量:3〜6×1015 cm-2 )を行なって、ソース・ドレイン拡散層106を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, a
次に、図3(a) に示すように、ソース・ドレイン拡散層106に対して活性化アニ−ル(温度:1050℃)を施して、ソース及びドレイン構造を形成する。
Next, as shown in FIG. 3A, activation annealing (temperature: 1050 ° C.) is applied to the source /
または、図3(b) に示すように、シリサイド領域を定義するための二酸化シリコンよりなる絶縁膜107を形成した後、ソース・ドレイン拡散層106に対する活性化アニ−ル(温度:1050℃)を施してもよい。この場合は、その後、シリサイドを形成する。
Alternatively, as shown in FIG. 3B, after forming an insulating
図3(a) 及び図3(b) に示したいずれの工程を行なう場合であっても、1000℃を越える高温下での活性化アニ−ル時の熱によって、S/Dエクステンション領域105からB(ボロン)原子がゲート絶縁膜103bへ拡散しようとする。しかしながら、ゲート絶縁膜103a中に予め導入しておいたN(窒素)原子によって、S/Dエクステンション領域105からゲート絶縁膜103bへのB原子の拡散を抑制することができる。その結果、電気特性の劣化を防止することができる。
In any of the steps shown in FIG. 3 (a) and FIG. 3 (b), the S /
図4は、本実施形態に係るp型MISトランジスタを構成するゲート絶縁膜の信頼性指標であるTDDB寿命の評価結果を示している。 FIG. 4 shows an evaluation result of the TDDB life, which is a reliability index of the gate insulating film constituting the p-type MIS transistor according to the present embodiment.
なお、評価対象としたp型MISトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚は1.8nm、ゲート長は65nm、ゲート幅は1μmとしている。また、p型MISトランジスタを10000個アレーに配置したものに対する評価結果を示している。さらに、印加するゲート電圧はー3.0V、基板温度は125℃としている。図4はこれらの場合におけるワイブルプロットである。 Note that the thickness of the gate insulating film of the p-type MIS transistor to be evaluated is 1.8 nm, the gate length is 65 nm, and the gate width is 1 μm. In addition, the evaluation results for those in which 10,000 p-type MIS transistors are arranged in an array are shown. Furthermore, the gate voltage to be applied is −3.0 V, and the substrate temperature is 125 ° C. FIG. 4 is a Weibull plot in these cases.
また、縦軸はワイブル累積不良を示していると共に、横軸はゲート絶縁膜破壊までの時間を示している。なお、図4においては、従来例(●)、本実施例(▲)、及び比較例(◆)が示されている。 The vertical axis indicates Weibull cumulative failure, and the horizontal axis indicates the time until gate insulating film breakdown. In FIG. 4, a conventional example (●), a present example (▲), and a comparative example (♦) are shown.
図4から明らかなように、本実施例(▲)によると、従来例(●)に比べて、TDDB寿命が一桁以上改善していることが分かる。 As is apparent from FIG. 4, according to the present embodiment (▲), it can be seen that the TDDB life is improved by an order of magnitude or more compared to the conventional example (●).
一方、サイドウォール110として、成膜温度が従来の低温条件(580 〜620 ℃)から高温条件(680 〜730 ℃)に上げて形成されたSiN膜を用いる場合、又は、コンタクト形成時にエッチングストッパー膜108として高温条件下で形成されたSiN膜を用いる場合においても、TDDB寿命が改善する効果が得られることは確認している。
On the other hand, when the SiN film formed by raising the film forming temperature from the conventional low temperature condition (580 to 620 ° C.) to the high temperature condition (680 to 730 ° C.) is used as the
図3(c) に示すように、図3(b) の工程の後に、シリサイド領域を定義するためのSiO2 よりなる絶縁膜107を除去した後、シリサイド111を形成し、高温条件下で形成されたSiN膜よりなるエッチングストッパー膜108を形成する。
As shown in FIG. 3 (c), after the step of FIG. 3 (b), after removing the insulating
前記図4から明らかなように、比較例(HT Nitride(◆))は、前述の通り高温条件下で形成したSiN膜よりなるサイドウォール110を形成した場合を示している。この比較例の場合についても、TDDB寿命が一桁改善している。しかしながら、図5において示すように、高温条件下で形成されたSiN膜を用いる場合には、デバイス特性が劣化することが分かっている。
As is apparent from FIG. 4, the comparative example (HT Nitride (♦)) shows a case where the
すなわち、図5は、横軸にデバイスの駆動力(Ids)を示すと共に、縦軸にTDDB寿命を示している。また、図5においては、図4と同様に、従来例(●)、本実施例(▲)、及び比較例(◆)が示されている。 That is, FIG. 5 shows the driving force (Ids) of the device on the horizontal axis and the TDDB life on the vertical axis. Further, in FIG. 5, similarly to FIG. 4, a conventional example (●), a present example (▲), and a comparative example (♦) are shown.
図5から明らかなように、比較例(HT Nitride(◆))に示される高温条件下で形成されたSiN膜のよりなるサイドウォール110を用いた場合、その駆動力は、本実施例(▲)に示されるゲート電極104の形成後にプラズマ窒化処理を施した場合よりも低下していることが分かる。また、本図から明らかなように、本実施例(●)に係るp型MISトランジスタは、特性劣化することなく良好な信頼性が得られ、p型MISトランジスタの代わりにn型MISトランジスタに本実施形態に係る製造方法を適用した場合であっても、p型MISトランジスタの場合と同様の特性を得ることができる。
As is clear from FIG. 5, when the
以上のように、第1の実施形態によると、以下の構成を有するトランジスタを実現することができる。すなわち、ゲート絶縁膜中の窒素濃度がチャネル方向に勾配を有し、特に、ゲート絶縁膜は、ゲート絶縁膜におけるゲート電極の端部の下に位置する領域(ゲートエッジ)で窒素濃度が高くなる勾配を有している。 As described above, according to the first embodiment, a transistor having the following configuration can be realized. That is, the nitrogen concentration in the gate insulating film has a gradient in the channel direction. In particular, the gate insulating film has a high nitrogen concentration in a region (gate edge) located below the end of the gate electrode in the gate insulating film. Has a gradient.
図6は、第1の実施形態における窒化膜系単層サイドウォール構造において、S/Dエクステンション領域からのB(ボロン)原子の拡散阻止について説明する概念図であって、具体的には、ゲート絶縁膜におけるゲート電極の端部の下に位置する領域(ゲートエッジ)で、S/Dエクステンション領域からのB原子の拡散阻止を説明する図を示している。 FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the prevention of diffusion of B (boron) atoms from the S / D extension region in the nitride-based single-layer sidewall structure according to the first embodiment. FIG. 4 is a diagram illustrating the prevention of diffusion of B atoms from the S / D extension region in a region (gate edge) located below the end of the gate electrode in the insulating film.
図6から明らかなように、前記図17で説明したのと同様に、ゲート電極からゲート絶縁膜へのB(ボロン)原子の進入は、ゲート絶縁膜におけるゲート電極側の窒素密度が高い領域によって阻止することができる。 As is apparent from FIG. 6, as described with reference to FIG. 17, the entry of B (boron) atoms from the gate electrode to the gate insulating film is caused by the region having a high nitrogen density on the gate electrode side in the gate insulating film. Can be blocked.
さらに、本実施形態では、図6に示すように、ゲート絶縁膜は、ゲート絶縁膜の周縁部のゲートエッジ付近において窒素濃度のピークを有し、ゲート絶縁膜におけるゲート電極の中心の下部に位置する領域に向かって窒素濃度が低くなるような窒素濃度の勾配を有している。このため、ゲート絶縁膜が2.4nm以下の薄膜化したトランジスタにおいて、ゲート絶縁膜中の窒素によりS/Dエクステンション領域からゲート絶縁膜中へのB(ボロン)の拡散を抑制することができる。したがって、例えば、シリサイド保護用の酸化膜を堆積した状態、又は通常の状態において、1000℃を越える高温下での活性化RTA処理を行なった場合であっても、ゲート絶縁膜中へのボロンの拡散を抑制することができるので、ゲートリークの抑制及びゲート絶縁膜のTDDB寿命の劣化抑制に対して効果的である。 Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the gate insulating film has a nitrogen concentration peak in the vicinity of the gate edge at the peripheral edge of the gate insulating film, and is positioned below the center of the gate electrode in the gate insulating film. The gradient of the nitrogen concentration is such that the nitrogen concentration becomes lower toward the region to be processed. Therefore, in a transistor whose gate insulating film is thinned to 2.4 nm or less, diffusion of B (boron) from the S / D extension region into the gate insulating film can be suppressed by nitrogen in the gate insulating film. Therefore, for example, even when an activation RTA process is performed at a high temperature exceeding 1000 ° C. in a state where an oxide film for protecting a silicide is deposited or in a normal state, boron in the gate insulating film Since diffusion can be suppressed, it is effective for suppressing gate leakage and suppressing deterioration of the TDDB life of the gate insulating film.
このように、例えば、シリサイド保護用の酸化膜を堆積した状態、又は通常の状態において、1000℃を越える高温下での活性化RTA処理を行なった場合であっても、ゲート絶縁膜中へのB(ボロン)の拡散を抑制することができるので、ゲートリークを抑制できると共に及びゲート絶縁膜のTDDB寿命の劣化を抑制することができる。 Thus, for example, even when an activation RTA process is performed at a high temperature exceeding 1000 ° C. in a state where an oxide film for protecting a silicide is deposited or in a normal state, Since diffusion of B (boron) can be suppressed, gate leakage can be suppressed and deterioration of the TDDB life of the gate insulating film can be suppressed.
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の例として、p型MISトランジスタの製造方法について図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, as an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, a method for manufacturing a p-type MIS transistor will be described with reference to the drawings.
まず、図7(a) に示すように、シリコンよりなる半導体基板101の上に、1.8nmの膜厚を有するSiO2 よりなるゲート酸化膜103を形成する。
First, as shown in FIG. 7A, a
次に、図7(b) に示すように、ゲート酸化膜103に対して、プラズマ201による窒化処理(ピーク窒素濃度:5〜10%)を行なうことにより、ゲート酸化膜103中に窒素202を導入して、ゲート絶縁膜103aを形成する。このとき、プラズマ201によってゲート酸化膜103中に導入された窒素は、ゲート絶縁膜103aの上面、つまり、ゲート絶縁膜103aにおける該ゲート絶縁膜と後述するゲート電極との界面側の領域に存在するので、ゲート電極からゲート絶縁膜103a中への不純物の拡散を防止することができる。
Next, as shown in FIG. 7B, the
次に、図7(c) に示すように、CVD法により、ゲート絶縁膜103aの上に、160nmの膜厚を有するボロンが添加されたポリシリコン膜を堆積した後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、堆積されたポリシリコン膜をパターニングすることにより、ボロンが添加されたp型のポリシリコン膜よりなるゲート長が70nmのゲート電極104を形成する。なお、図7(c) においては、ゲート絶縁膜103aは、ゲート電極104と同じ形にパターニングされている。
Next, as shown in FIG. 7C, after depositing a polysilicon film to which boron having a thickness of 160 nm is added on the
次に、図7(d) に示すように、ゲート電極104、ゲート絶縁膜103a及び半導体基板101に対して、プラズマ窒化処理(ピーク窒素濃度:7〜15%)を行なうことにより、ゲート電極104の端部における局所的な領域301aに、高濃度窒素含有領域を形成する。
Next, as shown in FIG. 7D, plasma nitriding treatment (peak nitrogen concentration: 7 to 15%) is performed on the
ここで、高濃度窒素含有領域について、図8(a) を参照しながら説明する。 Here, the high concentration nitrogen-containing region will be described with reference to FIG.
図8(a) は、ゲート電極104の端部における局所的な領域301a付近の拡大断面図である。
FIG. 8A is an enlarged cross-sectional view near the
図8(a) に示すように、窒素は、前記プラズマ窒化処理により、ゲート電極104の直下に形成されているゲート絶縁膜103aの周縁部とゲート電極104の周縁部とに導入されると共に、半導体基板101における露出した表面部分に導入される。これにより、膜中においてチャネル方向、すなわち水平方向に窒素濃度勾配を有するゲート絶縁膜103bとなり、該ゲート絶縁膜103bの端部付近において、高濃度不純物含有領域122が形成される。具体的には、窒素濃度は、ゲート絶縁膜103bにおけるゲート電極104の端部の下に位置する領域からゲート電極104の中心の下部に位置する領域へ向かって1nm程度入った領域にピークを有しており、このように、ゲート絶縁膜103aの水平方向に窒素濃度勾配が形成されている。
As shown in FIG. 8A, nitrogen is introduced into the peripheral portion of the
また、ゲート電極104の周縁部にも高濃度窒素含有領域121が形成されると共に、半導体基板101における露出した表面にも高濃度窒素含有領域120が形成される。
A high concentration nitrogen-containing
次に、図8(b) に示すように、ゲート電極104aをマスクとして、B(ボロン)イオン203のイオン注入(エネルギー:1keV 以下、ドーズ量:4〜7×1014 cm-2 )を行なうことにより、S/D(ソース/ドレイン)エクステンション領域105を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, ion implantation of B (boron) ions 203 (energy: 1 keV or less, dose amount: 4 to 7 × 10 14 cm −2 ) is performed using the
次に、図8(c) に示すように、ゲート電極104aの側壁に、SiO2 よりなる酸化膜110aとSiNよりなる絶縁膜110とから構成される積層サイドウォールを形成する。酸化膜110aはゲート電極104aの側面に形成されたL型の形状を有するサイドウォールであり、絶縁膜110は該L型のサイドウォール110a上に形成され、L型のサイドウォール110aをカバーするように設けられている。このとき、半導体基板101の表面における積層サイドウォールの直下の領域には、高濃度窒素含有領域120aが残存している。
Next, as shown in FIG. 8C, a laminated sidewall made of an
次に、B(ボロン)イオン204のイオン注入(エネルギー:2〜4keV 、ドーズ量:3〜6×1015 cm-2 )を行なって、ソース・ドレイン拡散層106を形成する。
Next, ion implantation (energy: 2 to 4 keV, dose: 3 to 6 × 10 15 cm −2 ) of B (boron)
次に、図9(a) に示すように、ソース・ドレイン拡散層106に対して活性化アニ−ル(温度;1050℃)を施して、ソース及びドレイン構造を形成する。
Next, as shown in FIG. 9A, activation annealing (temperature: 1050 ° C.) is applied to the source /
または、図9(b) に示すように、シリサイド領域を定義するためのSiO2 よりなる絶縁膜107を形成した後、ソース・ドレイン拡散層に対する活性化アニ−ル(温度:1050℃)を施してもよい。この場合は、その後、シリサイドを形成する。
Alternatively, as shown in FIG. 9B, after forming an insulating
図9(a) 及び図9(b) に示したいずれの工程を行なう場合であっても、1000℃を越える高温下での活性化アニ−ル時の熱によって、S/Dエクステンション領域105からB(ボロン)原子がゲート絶縁膜103bへ拡散しようとする。しかしながら、ゲート絶縁膜103aの中に予め導入しておいたN(窒素)原子によって、S/Dエクステンション領域105からゲート絶縁膜103bへのB(ボロン)原子の拡散を抑制できる。さらに、ゲート絶縁膜103aの周縁部における高濃度窒素含有領域122、ゲート電極104aの側面にに形成された高濃度窒素含有領域121、及び半導体基板101の表面におけるサイドウォール110aの直下に存在する高濃度窒素含有領域120aによって、ゲート電極104a及びS/Dエクステンション領域105からL型のサイドウォール110aを介してのゲート絶縁膜103bへのB原子の拡散を抑制することができる。その結果、第1の実施形態と同様に、電気特性の劣化を防止することができる。
In any of the steps shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), the S /
図9(c) に示すように、図9(b) の工程の後に、シリサイド領域を定義するためのSiO2 よりなる絶縁膜107を除去した後、シリサイド111を形成し、SiN膜よりなるエッチングストッパー膜108を形成することもできる。
As shown in FIG. 9 (c), after the step of FIG. 9 (b), after removing the insulating
以上のように、第2の実施形態によると、以下の構成を有する半導体装置を実現することができる。すなわち、ゲート絶縁膜中の窒素濃度がチャネル方向に勾配を有し、特に、ゲート絶縁膜は、ゲート絶縁膜におけるゲート電極の端部の下に位置する領域(ゲートエッジ)で窒素濃度が高くなる勾配を有している。さらに、ゲート電極の側面及び半導体基板におけるサイドウォールの直下に存在している領域で窒素濃度が高くなっている。 As described above, according to the second embodiment, a semiconductor device having the following configuration can be realized. That is, the nitrogen concentration in the gate insulating film has a gradient in the channel direction. In particular, the gate insulating film has a high nitrogen concentration in a region (gate edge) located below the end of the gate electrode in the gate insulating film. Has a gradient. Further, the nitrogen concentration is high in the side surface of the gate electrode and the region existing directly under the sidewall in the semiconductor substrate.
図10(a) 及び(b) は、第2の実施形態における積層サイドウォール構造において、S/Dエクステンション領域からのB原子の拡散阻止について説明する概念図であって、具体的には、ゲート絶縁膜におけるゲート電極の端部の下に位置する領域(ゲートエッジ)で、S/Dエクステンション領域からのB原子の拡散阻止を説明する図を示している。 FIGS. 10A and 10B are conceptual diagrams illustrating the diffusion prevention of B atoms from the S / D extension region in the stacked sidewall structure according to the second embodiment. Specifically, FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating the prevention of diffusion of B atoms from the S / D extension region in a region (gate edge) located below the end of the gate electrode in the insulating film.
まず、図10(a) に示すように、ゲート絶縁膜におけるゲート電極側の領域においてのみ高い窒素濃度領域が形成されている場合には、ゲート電極からゲート絶縁膜へのB原子の進入を阻止することはできるが、S/Dエクステンション領域からゲート絶縁膜中へのボロンの拡散を抑制することはできない。 First, as shown in FIG. 10A, when a high nitrogen concentration region is formed only in the region on the gate electrode side in the gate insulating film, entry of B atoms from the gate electrode into the gate insulating film is prevented. Although it is possible, diffusion of boron from the S / D extension region into the gate insulating film cannot be suppressed.
しかしながら、本実施形態によると、図10(b) に示すように、ゲート絶縁膜はゲートエッジ付近で窒素濃度のピークを有し、ゲート絶縁膜におけるゲート電極の中心の下部に位置する領域に向かって窒素濃度が低くなるような窒素濃度の勾配を有している。このため、ゲート絶縁膜が2.4nm以下の薄膜化したトランジスタにおいて、ゲート絶縁膜中の窒素によりS/Dエクステンション領域からゲート絶縁膜中へのB(ボロン)の拡散を抑制することができる。また、B(ボロン)が添加されたゲート電極についても、該ゲート電極の側面において高濃度窒素含有領域121が形成されているため、ゲート電極中のボロンが酸化膜よりなるL型のサイドウォールを介してゲート絶縁膜に拡散することを防止することができる。さらに、半導体基板にも高濃度不純物領域120aが形成されているので、S/Dエクステンション領域のボロンが酸化膜よりなるL型のサイドウォールを介してゲート絶縁膜に拡散することを防止することができる。
However, according to the present embodiment, as shown in FIG. 10B, the gate insulating film has a nitrogen concentration peak near the gate edge, and is directed to a region located below the center of the gate electrode in the gate insulating film. Thus, the nitrogen concentration gradient is such that the nitrogen concentration becomes low. Therefore, in a transistor whose gate insulating film is thinned to 2.4 nm or less, diffusion of B (boron) from the S / D extension region into the gate insulating film can be suppressed by nitrogen in the gate insulating film. In addition, the gate electrode to which B (boron) is added also has an L-type sidewall made of an oxide film formed from boron in the gate electrode because the high concentration nitrogen-containing
このように、例えば、シリサイド保護用の酸化膜を堆積した状態、又は通常の状態において、1000℃を越える高温下での活性化RTA処理を行なった場合であっても、ゲート絶縁膜中へのボロンの拡散を抑制することができるので、ゲートリークを抑制できると共に及びゲート絶縁膜のTDDB寿命の劣化を抑制することができる。 Thus, for example, even when an activation RTA process is performed at a high temperature exceeding 1000 ° C. in a state where an oxide film for protecting a silicide is deposited or in a normal state, Since boron diffusion can be suppressed, gate leakage can be suppressed and deterioration of the TDDB life of the gate insulating film can be suppressed.
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法の例として、p型MISトランジスタの製造方法について図面を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, as an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, a method for manufacturing a p-type MIS transistor will be described with reference to the drawings.
まず、図11(a) に示すように、シリコンよりなる半導体基板101の上に、1.8nmの膜厚を有するSiO2 よりなるゲート酸化膜103を形成する。
First, as shown in FIG. 11A, a
次に、図11(b) に示すように、ゲート酸化膜103に対して、プラズマ201による窒化処理(ピーク窒素濃度:5〜10%)を行なうことにより、ゲート酸化膜103中に窒素202を導入して、ゲート絶縁膜103aを形成する。このとき、プラズマ201によりゲート酸化膜103中に導入された窒素は、ゲート絶縁膜103aの上面、つまり、ゲート絶縁膜103aにおける該ゲート絶縁膜103aと後述するゲート電極との界面側の領域に存在するので、ゲート電極からゲート絶縁膜103a中への不純物の拡散を防止することができる。
Next, as shown in FIG. 11 (b), the
次に、図11(c) に示すように、CVD法により、ゲート絶縁膜103aの上に、160nmの膜厚を有するボロンが添加されたポリシリコン膜を堆積した後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、堆積されたポリシリコン膜をパターニングすることにより、ボロンが添加されたp型のポリシリコン膜よりなるゲート長が70nmのゲート電極104を形成する。なお、図11(c) においては、ゲート絶縁膜10aは、ゲート電極104と同じ形にパターニングされている。
Next, as shown in FIG. 11C, after depositing a polysilicon film doped with boron having a thickness of 160 nm on the
次に、図11(d) に示すように、ゲート電極104、ゲート絶縁膜103a及び半導体基板101に対して、プラズマ窒化処理(ピーク窒素濃度:7〜15%)を行なうことにより、ゲート電極104の端部における局所的な領域301aに、高濃度窒素含有領域を形成する。
Next, as shown in FIG. 11D, plasma nitriding treatment (peak nitrogen concentration: 7 to 15%) is performed on the
ここで、高濃度窒素含有領域について、図12(a) を参照しながら説明する。 Here, the high concentration nitrogen-containing region will be described with reference to FIG.
図12(a) は、ゲート電極104の端部における局所的な領域301a付近の拡大断面図である。
FIG. 12A is an enlarged cross-sectional view near the
図12(a) に示すように、窒素は、前記プラズマ窒化処理により、ゲート電極104の直下に形成されているゲート絶縁膜103aの周縁部とゲート電極104の周縁部とに導入されると共に、半導体基板101における露出した表面部分に導入される。これにより、膜中においてチャネル方向、すなわち水平方向に窒素濃度勾配を有するゲート絶縁膜103bとなり、該ゲート絶縁膜103bの端部において、高濃度不純物含有領域122が形成される。具体的には、窒素濃度は、ゲート絶縁膜103bにおけるゲート電極104の端部の下に位置する領域からゲート電極104の中心の下部に位置する領域へ向かって1nm程度入った領域にピークを有しており、このように、ゲート絶縁膜103aの水平方向に窒素濃度勾配が形成される。また、ゲート電極104の周縁部にも高濃度窒素含有領域121が形成されると共に、半導体基板101における露出した表面にも高濃度窒素含有領域120aが形成される。
As shown in FIG. 12 (a), nitrogen is introduced into the peripheral portion of the
次に、図12(b) に示すように、p型不純物が導入されたp型ポリシリコンよりなるゲート電極104aの側壁に、SiO2 よりなるオフセット・スペーサ用の酸化膜109を形成する。このとき、半導体基板101におけるオフセット・スペーサ用の酸化膜109の直下に存在する領域には、窒化プラズマ処理によって形成された高濃度窒素含有領域120aが残存している。
Next, as shown in FIG. 12B, an
次に、ゲート電極104a及びオフセット・スペーサ用の酸化膜109をマスクとしてB(ボロン)イオン203のイオン注入(エネルギー:1keV以下、ドーズ量:4〜7×1014 cm-2 )を行なって、S/Dエクステンション領域105を形成する。
Next, ion implantation of B (boron) ions 203 (energy: 1 keV or less, dose: 4 to 7 × 10 14 cm −2 ) is performed using the
次に、図12(c) に示すように、絶縁膜110よりなるサイドウォールを形成した後、B(ボロン)イオン204のイオン注入(エネルギー:2〜4keV 、ドーズ量:3〜6×1015 cm-2 )を行なって、ソース・ドレイン拡散層106を形成する。
Next, as shown in FIG. 12C, after forming a sidewall made of the insulating
次に、図13(a) に示すように、ソース・ドレイン拡散層106に対して活性化アニ−ル(温度:1050℃)を施して、ソース及びドレイン構造を形成する。
Next, as shown in FIG. 13A, activation annealing (temperature: 1050 ° C.) is applied to the source /
または、図13(b) に示すように、シリサイド領域を定義するためのSiO2 よりなる絶縁膜107を形成した後、ソース・ドレイン拡散層に対する活性化アニ−ル(温度:1050℃)を施してもよい。この場合は、その後、シリサイドを形成する。
Alternatively, as shown in FIG. 13B, after forming an insulating
図13(a) 及び図13(b) に示したいずれの工程を行なう場合であっても、1000℃を越える高温下での活性化アニ−ル時の熱によって、S/Dエクステンション領域105からB(ボロン)原子がゲート絶縁膜103bへ拡散しようとする。しかしながら、ゲート絶縁膜103aの中に予め導入しておいたN(窒素)原子によって、S/Dエクステンション領域105からゲート絶縁膜103bへのB(ボロン)原子の拡散を抑制できる。さらに、ゲート絶縁膜103aの端部における高濃度窒素含有領域122、ゲート電極104aの側面に形成された高濃度窒素含有領域121、及び半導体基板101の表面におけるサイドウォールの直下に存在する高濃度窒素含有領域120aによって、ゲート電極104a及びS/Dエクステンション領域105からゲート絶縁膜103bへのB原子の拡散を抑制することができる。その結果、第1の実施形態と同様に、電気特性の劣化を防止することができる。
In any of the steps shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b), the S /
図13(c) に示すように、図13(b) の工程の後に、シリサイド領域を定義するためのSiO2 よりなる絶縁膜107を除去した後、シリサイド111を形成し、SiN膜よりなるエッチングストッパー膜108を形成することもできる。
As shown in FIG. 13C, after the step of FIG. 13B, after the insulating
以上のように、第3実施形態によると、以下の構成を有する半導体装置を実現することができる。すなわち、ゲート絶縁膜中の窒素濃度がチャネル方向に勾配を有し、特に、ゲート絶縁膜は、ゲート絶縁膜におけるゲート電極の端部の下に位置する領域(ゲートエッジ)で窒素濃度が高くなる勾配を有している。さらに、ゲート電極の周縁部及び半導体基板におけるオフセット・スペーサの直下に存在している領域で窒素濃度が高くなっている。 As described above, according to the third embodiment, a semiconductor device having the following configuration can be realized. That is, the nitrogen concentration in the gate insulating film has a gradient in the channel direction. In particular, the gate insulating film has a high nitrogen concentration in a region (gate edge) located below the end of the gate electrode in the gate insulating film. Has a gradient. Further, the nitrogen concentration is high in the peripheral portion of the gate electrode and in the region existing directly under the offset spacer in the semiconductor substrate.
図14(a) 及び(b) は、第3の実施形態における酸化膜よりなるオフセット・スペーサ付きサイドウォール構造において、S/Dエクステンション領域からのB原子の拡散阻止について説明する概念図であって、具体的には、ゲート絶縁膜におけるゲート電極の端部の下に位置する領域(ゲートエッジ)で、S/Dエクステンション領域からのB原子の拡散阻止を説明する図を示している。 FIGS. 14A and 14B are conceptual diagrams for explaining the diffusion prevention of B atoms from the S / D extension region in the sidewall structure with an offset spacer made of an oxide film in the third embodiment. Specifically, a diagram for explaining diffusion prevention of B atoms from the S / D extension region in a region (gate edge) located under the end of the gate electrode in the gate insulating film is shown.
まず、図14(a) に示すように、ゲート絶縁膜におけるゲート電極側の領域においてのみ高い窒素濃度領域が形成されている場合には、ゲート電極からゲート絶縁膜へのB原子の進入を阻止することはできるが、S/Dエクステンション領域からゲート絶縁膜中へのB(ボロン)の拡散を抑制することはできない。 First, as shown in FIG. 14A, when a high nitrogen concentration region is formed only in the region on the gate electrode side in the gate insulating film, entry of B atoms from the gate electrode into the gate insulating film is prevented. Although it is possible, diffusion of B (boron) from the S / D extension region into the gate insulating film cannot be suppressed.
しかしながら、本実施形態によると、図14(b) に示すように、ゲート絶縁膜はゲートエッジ付近で窒素濃度のピークを有し、ゲート絶縁膜におけるゲート電極の中心の下部に位置する領域に向かって窒素濃度が低くなるような窒素濃度の勾配を有している。このため、ゲート絶縁膜が2.4nm以下の薄膜化したトランジスタにおいて、ゲート絶縁膜中の窒素によりS/Dエクステンション領域からゲート絶縁膜中へのボロンの拡散を抑制することができる。また、B(ボロン)が添加されたゲート電極についても、該ゲート電極の周縁部に高濃度窒素含有領域121が形成されているため、ゲート電極中のボロンが酸化膜よりなるオフセット・スペーサを介してゲート絶縁膜に拡散することを防止することができる。さらに、半導体基板にも高濃度不純物領域120aが形成されているため、S/Dエクステンション領域のボロンが酸化膜よりなるオフセット・スペーサを介してゲート絶縁膜に拡散することを防止することができる。
However, according to the present embodiment, as shown in FIG. 14B, the gate insulating film has a nitrogen concentration peak in the vicinity of the gate edge, and is directed to a region located below the center of the gate electrode in the gate insulating film. Thus, the nitrogen concentration gradient is such that the nitrogen concentration becomes low. For this reason, in a transistor whose gate insulating film is made thinner than 2.4 nm, diffusion of boron from the S / D extension region into the gate insulating film can be suppressed by nitrogen in the gate insulating film. In addition, the gate electrode to which B (boron) is added also has a high-concentration nitrogen-containing
このように、例えば、シリサイド保護用の酸化膜を堆積した状態、又は通常の状態において、1000℃を越える高温下での活性化RTA処理を行なった場合であっても、ゲート絶縁膜中へのボロンの拡散を抑制することができるので、ゲートリークを抑制できると共に及びゲート絶縁膜のTDDB寿命の劣化を抑制することができる。 Thus, for example, even when an activation RTA process is performed at a high temperature exceeding 1000 ° C. in a state where an oxide film for protecting a silicide is deposited or in a normal state, Since boron diffusion can be suppressed, gate leakage can be suppressed and deterioration of the TDDB life of the gate insulating film can be suppressed.
以上のように、第1〜第3の実施形態によると、S/Dエクステンション領域の形成前に導入された窒素により、ゲート絶縁膜内に濃度勾配をもつ窒素のプロファイルが形成されるので、S/Dエクステンション領域からゲート絶縁膜中へのボロンの拡散を抑制することができる。 As described above, according to the first to third embodiments, a nitrogen profile having a concentration gradient is formed in the gate insulating film by nitrogen introduced before the formation of the S / D extension region. Boron diffusion from the / D extension region into the gate insulating film can be suppressed.
また、S/Dエクステンション領域の形成前に導入された窒素により、S/Dエクステンション領域からのボロンの拡散のみならず、ゲート電極の周縁部に導入された窒素により、ゲート電極の周縁部に形成された酸化膜を介してゲート電極からゲート絶縁膜へのボロンの拡散を抑制することができる。これによち、ゲートリークの増大を抑制できると共にTDDB寿命等に対する信頼性低下を抑制することができる。 In addition to the diffusion of boron from the S / D extension region by the nitrogen introduced before the formation of the S / D extension region, it is formed at the peripheral portion of the gate electrode by the nitrogen introduced into the peripheral portion of the gate electrode. Boron diffusion from the gate electrode to the gate insulating film can be suppressed through the formed oxide film. As a result, an increase in gate leakage can be suppressed and a decrease in reliability with respect to the TDDB life can be suppressed.
また、後工程で形成されるシリサイド領域を定義するための絶縁膜形成に伴う力学的ストレス増大に対しても、ゲートリークの増大を抑制できると共にTDDB寿命の低下を抑制することができる。 In addition, an increase in gate leakage can be suppressed and a decrease in TDDB life can be suppressed against an increase in mechanical stress associated with the formation of an insulating film for defining a silicide region formed in a later process.
以上のように、本発明は半導体装置及びその製造方法に有用であり、特に、p型の半導体装置及びその製造方法に好適である。 As described above, the present invention is useful for a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and is particularly suitable for a p-type semiconductor device and a manufacturing method thereof.
101 半導体基板
103 ゲート酸化膜
103a、103b、103c 窒素を含有するゲート絶縁膜
104、104a ゲートポリシリコン膜
105 S/Dエクステンション
106 ソース・ドレイン拡散層
107 シリサイド領域を定義するための絶縁膜
108 エッチングストッパー膜としての絶縁膜
109 オフセット・スペーサ用の酸化膜
110 サイドウォール
110a 積層サイドウォールの下層酸化膜
111 CoSi2
120、120a 窒素を含有するシリコン領域
121 窒素を含有するポリシリコン領域
122 窒素を含有するゲート絶縁膜
201 窒素プラズマ
202 Nイオン、Nラジカル
203、204 Bイオン
301 ゲート電極の端部における領域
DESCRIPTION OF
120, 120a Ni-containing
Claims (11)
前記積層構造における前記ゲート絶縁膜の周縁部に窒素を導入する工程と、
前記基板における少なくとも前記積層構造の下側に位置する領域にp型不純物拡散層を形成する工程と、
前記p型不純物拡散層を形成した後に、熱処理を行なう工程とを備え、
前記ゲート絶縁膜の膜厚は、2.4nm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a laminated structure including a gate insulating film and a gate electrode formed in order from the bottom on the substrate;
Introducing nitrogen into a peripheral portion of the gate insulating film in the stacked structure;
Forming a p-type impurity diffusion layer at least in a region located on the lower side of the stacked structure in the substrate;
And a step of performing a heat treatment after forming the p-type impurity diffusion layer,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the gate insulating film has a thickness of 2.4 nm or less.
前記積層構造の周縁部と上部に前記積層構造が形成されていない前記基板表面とに窒素を導入することにより、前記積層構造の周縁部と前記基板表面との各々に窒素含有領域を形成する工程と、
前記基板における少なくとも前記積層構造の下側に位置する領域にp型不純物拡散層を形成する工程と、
前記積層構造の周縁部に形成された前記窒素含有領域の側面に、酸化膜よりなるL形状を有する第1のサイドウォールを形成する工程と、
前記第1のサイドウォールの表面を覆うように、絶縁膜よりなる第2のサイドウォールを形成する工程と、
前記第2のサイドウォールを形成した後に、熱処理を行なう工程とを備え、
前記ゲート絶縁膜の膜厚は、2.4nm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a laminated structure including a gate insulating film and a gate electrode formed in order from the bottom on the substrate;
A step of forming a nitrogen-containing region in each of the peripheral edge of the multilayer structure and the substrate surface by introducing nitrogen into the peripheral edge of the multilayer structure and the substrate surface on which the multilayer structure is not formed; When,
Forming a p-type impurity diffusion layer in at least a region of the substrate located below the stacked structure;
Forming a first sidewall having an L shape made of an oxide film on a side surface of the nitrogen-containing region formed in a peripheral portion of the laminated structure;
Forming a second sidewall made of an insulating film so as to cover the surface of the first sidewall;
And a step of performing a heat treatment after forming the second sidewall,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the gate insulating film has a thickness of 2.4 nm or less.
前記積層構造の周縁部と上部に前記積層構造が形成されていない前記基板表面とに窒素を導入することにより、前記積層構造の周縁部と前記基板表面との各々に窒素含有領域を形成する工程と、
前記積層構造の周縁部に形成された前記窒素含有領域の側面に、酸化膜よりなるスペーサ層を形成する工程と、
前記基板における少なくとも前記積層構造の下側に位置する領域にp型不純物拡散層を形成する工程と、
前記p型不純物拡散層を形成した後に、熱処理を行なう工程とを備え、
前記ゲート絶縁膜の膜厚は、2.4nm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a laminated structure including a gate insulating film and a gate electrode formed in order from the bottom on the substrate;
A step of forming a nitrogen-containing region in each of the peripheral edge of the multilayer structure and the substrate surface by introducing nitrogen into the peripheral edge of the multilayer structure and the substrate surface on which the multilayer structure is not formed; When,
Forming a spacer layer made of an oxide film on a side surface of the nitrogen-containing region formed at the peripheral edge of the laminated structure;
Forming a p-type impurity diffusion layer in at least a region of the substrate located below the stacked structure;
And a step of performing a heat treatment after forming the p-type impurity diffusion layer,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the gate insulating film has a thickness of 2.4 nm or less.
前記ゲート絶縁膜を形成した後に、前記ゲート絶縁膜に対して窒化処理を行なうことを特徴とする請求項1、2又は3に記載の半導体装置の製造方法。 The gate electrode contains p-type impurities,
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein nitriding treatment is performed on the gate insulating film after forming the gate insulating film.
前記ゲート絶縁膜における該ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との界面側の領域に形成された第1の窒素含有領域と、
前記積層構造における前記ゲート絶縁膜の周縁部に形成されており、前記周縁部の周端部付近において窒素濃度がピークとなる第2の窒素含有領域と、
前記基板における少なくとも前記積層構造の下側に位置する領域に形成されたp型不純物拡散層とを備え、
前記ゲート絶縁膜の膜厚は、2.4nm以下であることを特徴とする半導体装置。 A laminated structure comprising a gate insulating film formed in order from the bottom on the substrate and a gate electrode containing a p-type impurity;
A first nitrogen-containing region formed in a region of the gate insulating film on the interface side between the gate insulating film and the gate electrode;
A second nitrogen-containing region that is formed at a peripheral portion of the gate insulating film in the stacked structure and has a peak nitrogen concentration in the vicinity of the peripheral edge of the peripheral portion;
A p-type impurity diffusion layer formed in a region located at least on the lower side of the stacked structure in the substrate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate insulating film has a thickness of 2.4 nm or less.
前記基板上に、前記第3の窒素含有領域と接するように形成された、酸化物よりなるL形状を有する第1のサイドウォールと、
前記第1のサイドウォールの表面を覆うように形成された第2のサイドウォールとをさらに備え、
前記第1のサイドウォールの下部には、前記p型不純物拡散層が形成されていることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 A third nitrogen-containing region formed at the peripheral edge of the gate electrode in the stacked structure;
A first sidewall having an L shape made of an oxide formed on the substrate so as to be in contact with the third nitrogen-containing region;
A second sidewall formed so as to cover the surface of the first sidewall;
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the p-type impurity diffusion layer is formed below the first sidewall.
前記第3の窒素含有領域と接するように形成された、酸化膜よりなるスペーサ層と、
前記スペーサ層の下部には、前記p型不純物拡散層が形成されていることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 A third nitrogen-containing region formed at the peripheral edge of the gate electrode in the stacked structure;
A spacer layer formed of an oxide film so as to be in contact with the third nitrogen-containing region;
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the p-type impurity diffusion layer is formed under the spacer layer.
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