JP2005302883A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、イオン注入により形成したソース、ドレイン領域を備えたMISFETを有する半導体装置の製造技術に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a technology that is effective when applied to a technology for manufacturing a semiconductor device having a MISFET having source and drain regions formed by ion implantation.
半導体基板上にウエル領域を形成し、ウエル領域の表面にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、ゲート電極の両側のウエル領域にイオン注入により不純物を導入してソース、ドレインとしての不純物拡散層を形成することで、MISFETが形成される。イオン注入を行った後には、導入した不純物を活性化させるためにアニール処理が行われる。このアニール処理としては、一般に、ランプアニールのようなRTA(Rapid Thermal Annealing)が行われる。 A well region is formed on a semiconductor substrate, a gate insulating film is formed on the surface of the well region, a gate electrode is formed on the gate insulating film, and impurities are introduced into the well region on both sides of the gate electrode by ion implantation to form a source By forming an impurity diffusion layer as a drain, a MISFET is formed. After ion implantation, an annealing process is performed to activate the introduced impurities. As this annealing treatment, generally, RTA (Rapid Thermal Annealing) such as lamp annealing is performed.
特開平10−261792号公報には、垂直入射からゲート電極側に30°傾けてイオン注入することにより、ゲート電極に整合された浅いソース/ドレイン拡散層を形成し、950℃、5秒の短時間アニール(RTA)を行い、ゲートサイドウォールスペーサを形成後、イオン注入によりゲートサイドウォールスペーサに整合された深いソース/ドレイン拡散層を形成し、再び950℃、5秒の短時間アニール(RTA)を行う技術が記載されている(特許文献1参照)。 In Japanese Patent Laid-Open No. 10-261792, a shallow source / drain diffusion layer aligned with the gate electrode is formed by injecting ions at an angle of 30 ° from the vertical incidence toward the gate electrode side. After performing time annealing (RTA) to form a gate sidewall spacer, a deep source / drain diffusion layer aligned with the gate sidewall spacer is formed by ion implantation, and again annealed at 950 ° C. for 5 seconds for a short time (RTA). The technique which performs is described (refer patent document 1).
特開2000−77541号公報には、イオン注入後に、窒素雰囲気中で1000度10秒程度のRTA処理を行う技術が記載されている(特許文献2参照)。
本発明者の検討によれば、次のような問題があることを見出した。 According to the study of the present inventor, it has been found that there are the following problems.
LSIを高集積化するためには、MISFETのソース、ドレインとエクステンション拡散層を低抵抗でかつ薄くすることが要求される。例えば、ゲート長が65nm以下のトランジスタにおいては、接合深さを20nm程度、抵抗値は300〜400Ω/sq程度にすることが求められる。 In order to achieve high integration of LSI, it is required to make the source and drain of MISFET and the extension diffusion layer thin with low resistance. For example, a transistor having a gate length of 65 nm or less is required to have a junction depth of about 20 nm and a resistance value of about 300 to 400 Ω / sq.
イオン注入後のアニール処理をランプアニールのようなRTAによって行った場合、導入した不純物がアニール中に拡散してしまう。不純物が拡散すると、形成される不純物拡散層の接合深さが深くなってしまう。これは、半導体装置(半導体集積回路装置)の小型化や高集積化に不利となる。このため、不純物の拡散を考慮すると、形成される不純物拡散層(ソース、ドレインやそのエクステンション拡散層)の接合深さを浅くするためには、イオン注入時のドーズ量を減少させる必要があるが、これは、形成される不純物拡散層の抵抗を上昇させ、半導体装置の性能を低下させる可能性がある。 When the annealing process after ion implantation is performed by RTA such as lamp annealing, the introduced impurities are diffused during the annealing. When the impurities diffuse, the junction depth of the formed impurity diffusion layer becomes deep. This is disadvantageous for miniaturization and high integration of the semiconductor device (semiconductor integrated circuit device). For this reason, in consideration of impurity diffusion, it is necessary to reduce the dose during ion implantation in order to reduce the junction depth of the formed impurity diffusion layer (source, drain and its extension diffusion layer). This increases the resistance of the impurity diffusion layer to be formed and may reduce the performance of the semiconductor device.
本発明の目的は、半導体装置の性能を向上させることができる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the performance of a semiconductor device.
また、本発明の目的は、半導体装置の小型化や高集積化を可能とする技術を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a technique that enables a semiconductor device to be miniaturized and highly integrated.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明は、半導体基板の主面に対して斜め方向にイオン注入を行って、一部がゲート電極の下部に位置する半導体領域を形成する工程と、ゲート電極の側壁上に側壁絶縁膜を形成してからイオン注入を行って、端部がゲート電極の側壁下部から離間する半導体領域を形成する工程と、導入された不純物を活性化させるために波長が3μm以上の長波長レーザアニールを行う工程とを有するものである。 In the present invention, ion implantation is performed obliquely with respect to the main surface of a semiconductor substrate to form a semiconductor region partially located below the gate electrode, and a sidewall insulating film is formed on the sidewall of the gate electrode. Then, ion implantation is performed to form a semiconductor region whose end is separated from the lower portion of the side wall of the gate electrode, and a step of performing long-wavelength laser annealing with a wavelength of 3 μm or more to activate the introduced impurity It has.
また、本発明は、半導体基板の主面に対して斜め方向にイオン注入を行ってソース・ドレインのエクステンション拡散層を形成し、ゲート電極の側壁上に側壁絶縁膜を形成してからイオン注入を行ってソース・ドレイン領域を形成し、導入された不純物を活性化させるために波長が3μm以上の長波長レーザアニールを行うものである。 In the present invention, ion implantation is performed obliquely with respect to the main surface of the semiconductor substrate to form a source / drain extension diffusion layer, and after forming a sidewall insulating film on the sidewall of the gate electrode, the ion implantation is performed. In order to form source / drain regions and activate the introduced impurities, long-wavelength laser annealing with a wavelength of 3 μm or more is performed.
また、本発明は、ゲート電極の側壁上に側壁絶縁膜を形成してからイオン注入を行ってソース・ドレイン領域を形成し、側壁絶縁膜を除去してから半導体基板の主面に対して斜め方向にイオン注入を行ってソース・ドレインのエクステンション拡散層を形成し、導入された不純物を活性化させるために波長が3μm以上の長波長レーザアニールを行うものである。 In the present invention, a sidewall insulating film is formed on the sidewall of the gate electrode, and then ion implantation is performed to form a source / drain region, and the sidewall insulating film is removed and then oblique to the main surface of the semiconductor substrate. Ion implantation is performed in the direction to form source / drain extension diffusion layers, and in order to activate the introduced impurities, long wavelength laser annealing with a wavelength of 3 μm or more is performed.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
不純物拡散層の浅接合化と低抵抗化の両立が可能になる。 It is possible to achieve both shallow junction and low resistance of the impurity diffusion layer.
また、半導体装置の性能を向上することができる。 In addition, the performance of the semiconductor device can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。 In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.
(実施の形態1)
本実施の形態の半導体装置(半導体集積回路装置)の製造工程を図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施の形態である半導体装置、例えばMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)、の製造工程を示すプロセスフロー図である。図2〜図5は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
(Embodiment 1)
A manufacturing process of the semiconductor device (semiconductor integrated circuit device) of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process flow diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, for example, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor). 2 to 5 are main-portion cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.
図2に示されるように、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)1を準備し(ステップS1)、半導体基板1の主面に素子分離領域2を形成する(ステップS2)。素子分離領域2は酸化シリコンなどからなり、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法またはLOCOS(Local Oxidization of Silicon )法などにより形成される。
As shown in FIG. 2, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1 made of, for example, p-type single crystal silicon having a specific resistance of about 1 to 10 Ωcm is prepared (step S1), and an element is formed on the main surface of the
次に、半導体基板1のnチャネル型MISFETを形成する領域にp型ウエル3を形成する(ステップS3)。p型ウエル3は、例えばホウ素(B)などのp型の不純物をイオン注入することなどによって形成される。その後、必要に応じて、p型ウエル3の表層部に、後で形成されるMISFETのしきい値電圧調整用のイオン注入および導入された不純物の活性化用熱処理を行うこともできる。
Next, the p-
次に、p型ウエル3の表面にゲート絶縁膜4を形成する(ステップS4)。ゲート絶縁膜4は、例えば薄い酸化シリコン膜などからなり、例えば熱酸化法などによって形成することができる。また、熱酸化膜の表面をNOガスなどを用いて窒化し、酸化シリコン膜およびその上の窒化シリコン膜の積層膜によりゲート絶縁膜4を形成することもできる。また、酸窒化シリコン膜によりゲート絶縁膜4を形成することもできる。
Next, the
次に、p型ウエル3のゲート絶縁膜4上にゲート電極5を形成する(ステップS5)。例えば、半導体基板1上に多結晶シリコン膜と絶縁膜6(例えば酸化シリコン膜)とをCVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて順に形成し、イオン注入などにより多結晶シリコン膜中にリン(P)などのn型の不純物を導入し、絶縁膜6および多結晶シリコン膜をドライエッチングによってパターニングすることにより、n型の不純物を導入した多結晶シリコン膜からなるゲート電極5を形成することができる。ゲート電極5上には、絶縁膜6が形成されており、この絶縁膜6はゲート電極5の保護膜として機能することができる。
Next, the
次に、図3に示されるように、p型ウエル3のゲート電極5の両側の領域にヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入(イオン打ち込み)することにより、(一対の)n-型半導体領域(不純物拡散層、ソース・ドレインのエクステンション拡散層)7を形成する(ステップS6)。
Next, as shown in FIG. 3, n-type impurities such as arsenic (As) are ion-implanted (ion-implanted) into regions on both sides of the
ステップS6のイオン注入7aは、図3にも模式的に示されるように、半導体基板1の主面に対して斜め方向から不純物をイオン注入する斜めイオン注入法を用いる。すなわち、ステップS6のイオン注入7aは、半導体基板1の主面に垂直な方向(半導体基板1の主面の法線方向)から所定の角度傾斜した方向からp型ウエル3のゲート電極5の両側の領域に不純物をイオン注入する。これにより、半導体基板1の主面に垂直な方向から所定の角度傾斜した方向から不純物イオンが半導体基板1の主面に入射し、p型ウエル3内に導入される。
As schematically illustrated in FIG. 3, the
ステップS6のイオン注入7aの方向(導入すべき不純物イオンの進行方向、加速方向、入射方向)を、半導体基板1の主面に垂直な方向から1度(1°)以上傾斜させる(すなわち半導体基板1の主面への不純物イオンの入射角を89度(89°)以下とする)ことが好ましく、4度(4°)以上傾斜させれば(すなわち半導体基板1の主面への不純物イオンの入射角を86度(86°)以下とすれば)更に好ましい。ステップS6のイオン注入では、ゲート電極5および絶縁膜6が注入阻止マスクとして機能することができる。ステップS6のイオン注入7aの条件は、加速エネルギーが例えば3keV程度であり、注入量(ドーズ量)は例えば1×1015/cm2程度とすることができる。
In step S6, the direction of
また、ステップS6のイオン注入工程では、イオン注入の方向に対して半導体基板1の主面の法線方向が傾斜するように半導体基板1を配置し、イオン注入とその後で半導体基板を回転させるという操作を複数回繰り返す(例えばイオン注入して半導体基板を90度回転させるという操作を4回繰り返す)。あるいは、イオン注入7aの方向に対して半導体基板1の主面の法線方向が傾斜するように半導体基板1を配置し、半導体基板1を回転させながらイオン注入を行う。これにより、ゲート電極5の両端部の下のp型ウエル3にも不純物が導入される。
Further, in the ion implantation process of step S6, the
本実施の形態では、ステップS6のイオン注入7aを半導体基板1の主面に対して斜め方向から行うことで、不純物が注入された領域(n-型半導体領域7)とゲート電極5とがオーバーラップし、ゲート電極5の端部の下のp型ウエル3にも不純物が導入される。このため、n-型半導体領域7は、ゲート電極5の端部の下方にも延在する。すなわち、ゲート電極5の両側に形成されたn-型半導体領域7の一部は、ゲート電極5とオーバーラップし、ゲート電極5の下に位置することになる。不純物が注入された領域(n-型半導体領域7)とゲート電極5とのオーバーラップ長は、イオン注入7aの角度などを調節することにより制御することができる。
In the present embodiment, by performing the
また、ステップS6のイオン注入工程では、ゲート電極5および絶縁膜6が注入阻止マスクとして機能することができるので、n-型半導体領域7は、ゲート電極5に対して自己整合的に形成される。このため、ゲート電極の両側に、MISFETのチャネル領域に接するようにn-型半導体領域7が形成され、n-型半導体領域7の一部がゲート電極5とオーバーラップしてゲート電極5の下に位置することになる。
Further, in the ion implantation process of step S6, since the
また、ステップS6のイオン注入の後、比較的低温で秒オーダーのアニール処理を行って、不純物が注入された領域(n-型半導体領域7)とゲート電極5とのオーバーラップ領域の活性化やオーバーラップ長の調整、あるいは不純物濃度の均一化を図ることができる。このアニール処理を行う場合は、アニール温度を800℃以下とする。アニール温度が高すぎると、不純物が拡散し過ぎる可能性がある。本実施の形態では、後述するように、不純物の拡散をできるだけ少なくすることが好ましいので、この段階でのアニール温度を800℃以下として、不純物の拡散を抑制する。また、このアニール処理は省略することもできる。
In addition, after the ion implantation in step S6, an annealing process in the order of seconds is performed at a relatively low temperature to activate the overlap region between the impurity-implanted region (n − type semiconductor region 7) and the
次に、図4に示されるように、ゲート電極5の側壁上に、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコンあるいはそれらの積層膜などの絶縁膜からなるサイドウォール(側壁スペーサ、側壁絶縁膜)8を形成する(ステップS7)。サイドウォール8は、例えば、半導体基板1上に絶縁膜(酸化シリコン膜または窒化シリコン膜あるいはそれらの積層膜)を堆積し、この絶縁膜を異方性エッチングすることによって形成することができる。
Next, as shown in FIG. 4, a sidewall (sidewall spacer, sidewall insulating film) 8 made of an insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, or a laminated film thereof is formed on the sidewall of the
次に、図5に示されるように、p型ウエル3のゲート電極5およびサイドウォール8の両側の領域にヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入(イオン打ち込み)することにより、(一対の)n+型半導体領域9(ソース、ドレイン)を形成する(ステップS8)。ステップS8のイオン注入9aは、図5にも模式的に示されるように、半導体基板1の主面に対して垂直な方向からp型ウエル3のゲート電極5およびサイドウォール8の両側の領域に不純物をイオン注入することができる。
Next, as shown in FIG. 5, n-type impurities such as arsenic (As) are ion-implanted (ion-implanted) into regions on both sides of the
n+型半導体領域9は、n-型半導体領域7よりも不純物濃度が高い。また、n+型半導体領域9の接合深さ(半導体基板1の主面に垂直な方向の深さまたは厚み)は、n-型半導体領域7の接合深さ(半導体基板1の主面に垂直な方向の深さまたは厚み)よりも深い(厚い)。すなわち、n-型半導体領域7は、n+型半導体領域9に比べて、不純物濃度が低く、かつ浅く形成されている。例えば、ステップS6のイオン注入7aの加速エネルギーをステップS8のイオン注入9aの加速エネルギーよりも低くすることで、n-型半導体領域7の接合深さを、n+型半導体領域9の接合深さよりも浅くすることができる。
The n +
また、ステップS8のイオン注入工程では、ゲート電極5、絶縁膜6およびサイドウォール8が注入阻止マスクとして機能することができるので、n+型半導体領域9はサイドウォール8に対して自己整合的に形成される。このため、n+型半導体領域9の端部がゲート電極5の側壁下部から離間し、MISFETのチャネル領域からn-型半導体領域7を介して離間するように、n-型半導体領域7に連結するn+型半導体領域9がゲート電極5の両側に形成される。
In the ion implantation process of step S8, since the
次に、ステップS6およびステップS8のイオン注入によりn-型半導体領域7およびn+型半導体領域9に導入された不純物を活性化させるため、長波長レーザアニール処理を行う(ステップS9)。
Next, in order to activate the impurities introduced into the n −
ステップS9の長波長レーザアニール処理は、長波長のレーザ(laser、レーザー)を用いたアニール処理(熱処理)であり、用いるレーザ(レーザ光)の波長は3μm以上であることが好ましく、5μm以上であればより好ましく、8μm以上であれば更に好ましい。例えばCO2ガスレーザ(波長10.6μm)を用いてステップS9のアニール処理を行うことができる。半導体基板1の主面(の所定の領域)に長波長レーザを照射することで、アニール対象領域を所望のアニール温度に加熱することができる。本実施の形態では、不純物の活性化のためのアニール処理に、長波長レーザアニールを用いることで、ランプアニールのようなRTAに比べて、より高い温度により短い時間で昇降温することができ、高温・短時間のアニールが可能になる。これにより、活性化された不純物拡散層(n-型半導体領域7およびn+型半導体領域9)の低抵抗化が可能になり、また導入された不純物の拡散を抑制でき、不純物拡散層(n-型半導体領域7およびn+型半導体領域9、特にn-型半導体領域7)の接合深さを浅くすること、すなわち浅い接合を形成することが可能になる。このため、半導体装置(半導体集積回路装置)の小型化や高集積化に有利となる。
The long wavelength laser annealing process in step S9 is an annealing process (heat treatment) using a long wavelength laser (laser), and the wavelength of the laser (laser light) used is preferably 3 μm or more, preferably 5 μm or more. More preferably, it is more preferably 8 μm or more. For example, the annealing process in step S9 can be performed using a CO 2 gas laser (wavelength 10.6 μm). By irradiating the main surface (predetermined region) of the
ステップS9のアニール温度は、1000℃以上であることが好ましく、1100℃以上であればより好ましく、1200℃以上であれば更に好ましい。また、ステップS9のアニール時間は、100msec(100ミリ秒)以下であることが好ましく、10msec(10ミリ秒)以下であればより好ましく、1msec(1ミリ秒)以下であれば更に好ましい。また、ステップS9のアニール処理は、例えば窒素(N2)雰囲気中で行うことができるが、他のガス種(例えば不活性ガス)を用いることも可能である。 The annealing temperature in step S9 is preferably 1000 ° C. or higher, more preferably 1100 ° C. or higher, and even more preferably 1200 ° C. or higher. The annealing time in step S9 is preferably 100 msec (100 milliseconds) or less, more preferably 10 msec (10 milliseconds) or less, and even more preferably 1 msec (1 milliseconds) or less. The annealing process in step S9 can be performed, for example, in a nitrogen (N 2 ) atmosphere, but other gas species (for example, an inert gas) can also be used.
このようにして、nチャネル型MISFETのソースまたはドレインとして機能するn型の半導体領域(不純物拡散層)が、n+型半導体領域9およびn-型半導体領域7により形成され、p型ウエル3にnチャネル型のMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)11が形成される。n+型半導体領域9(またはn+型半導体領域9およびn-型半導体領域7)はnチャネル型のMISFET11のソースまたはドレインとして機能することができる。n-型半導体領域7はソースまたはドレインのエクステンション拡散層(エクステンション領域)として機能することができる。
In this way, an n-type semiconductor region (impurity diffusion layer) functioning as a source or drain of the n-channel MISFET is formed by the n + -
なお、本実施の形態では、nチャネル型のMISFET11を形成する場合について説明したが、n型とp型の導電型を逆にして、pチャネル型のMISFETを形成することもできる。また、nチャネル型のMISFETとpチャネル型のMISFETとを形成してCMISFET(Complementary Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を形成することもできる。
In the present embodiment, the case where the n-
nチャネル型のMISFET11が形成された後の工程(ステップS9の後の工程)について説明する。図6は、図5に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
A process after the n-
図6に示されるように、ゲート電極5およびn+型半導体領域9の表面を露出させ、例えばコバルト(Co)膜を堆積して熱処理することによって、ゲート電極5とn+型半導体領域9との表面に、それぞれシリサイド膜(コバルトシリサイド膜、例えばCoSi2膜)12aおよびシリサイド膜(コバルトシリサイド膜、例えばCoSi2膜)12bを形成する。これにより、n+型半導体領域9の拡散抵抗と、コンタクト抵抗とを低抵抗化することができる。その後、未反応のコバルト膜は除去する。
As shown in FIG. 6, to expose the surface of the
次に、半導体基板1上に、ゲート電極5を覆うように、絶縁膜(層間絶縁膜)13を形成する。絶縁膜13は、例えば、相対的に薄い窒化シリコン膜と、その上の相対的に厚い酸化シリコン膜との積層膜などからなる。
Next, an insulating film (interlayer insulating film) 13 is formed on the
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて絶縁膜13をドライエッチングすることにより、n+型半導体領域(ソース、ドレイン)9の上部などにコンタクトホール(開口部)14を形成する。コンタクトホール14の底部では、半導体基板1の主面の一部、例えばn+型半導体領域9(の表面上のシリサイド膜12b)の一部、やゲート電極5(の表面上のシリサイド膜12a)の一部などが露出される。
Next, the contact hole (opening) 14 is formed in the upper part of the n + type semiconductor region (source, drain) 9 by dry etching the insulating
次に、コンタクトホール14内に、タングステン(W)などからなるプラグ15を形成する。プラグ15は、例えば、コンタクトホール14の内部を含む絶縁膜13上に例えば窒化チタン膜などのバリア膜15aを形成した後、タングステン膜をCVD法によってバリア膜15a上にコンタクトホール14を埋めるように形成し、絶縁膜13上の不要なタングステン膜およびバリア膜15aをCMP(Chemical Mechanical Polishing)法またはエッチバック法などによって除去することにより形成される。プラグ15は、n+型半導体領域9またはゲート電極5と電気的に接続している。
Next, a
次に、プラグ15が埋め込まれた絶縁膜13上に、第1層配線として配線16を形成する。例えば、チタン膜16a、窒化チタン膜16b、アルミニウム膜(アルミニウム合金膜)16c、チタン膜16dおよび窒化チタン膜16eをスパッタリング法などによって順に形成し、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法などを用いてパターン化することで、配線16を形成することができる。配線16はプラグ15を介して、nチャネル型のMISFET11のソースまたはドレイン用のn+型半導体領域9やゲート電極5などと電気的に接続されている。配線16は、アルミニウム配線に限定されず種々変更可能であり、例えばタングステン配線により形成しても良い。
Next, a
次に、絶縁膜13上に、配線16を覆うように、絶縁膜(層間絶縁膜)17が形成される。その後、配線16に電気的に接続される第2層配線などが形成されるが、ここではその説明は省略する。第2層配線以降はダマシン法により形成した埋込銅配線とすることもできる。
Next, an insulating film (interlayer insulating film) 17 is formed on the insulating
上記のように、本実施の形態では、ステップS6およびステップS8のイオン注入を行った後には、導入した不純物を活性化するためにステップS9で長波長レーザアニール処理(熱処理)を行う。これにより、半導体基板1(n-型半導体領域7およびn+型半導体領域9)中に導入された不純物が活性化されて、nチャネル型のMISFET11のソースまたはドレインとして機能するn-型半導体領域7およびn+型半導体領域9が形成される。
As described above, in the present embodiment, after performing the ion implantation in step S6 and step S8, a long wavelength laser annealing process (heat treatment) is performed in step S9 in order to activate the introduced impurities. As a result, the impurities introduced into the semiconductor substrate 1 (the n −
本実施の形態とは異なり、イオン注入後のアニール処理(ステップS9のアニール処理)にランプ加熱(ランプアニール)を用いることも考えられる。しかしながら、Si(シリコン)への吸収が悪い(吸収係数が低い)ような波長を用いたランプ加熱の場合、半導体基板を所定のアニール温度まで昇温させるのに時間がかかり、アニール時間(ランプ光照射時間)が長くなってしまう。また、たとえSi(シリコン)への吸収が良い(吸収係数が高い)ような波長を用いたフラッシュランプアニールであっても、ランプ加熱方式の場合はランプ光を発する際のランプの立ち上がりに時間がかかり、レーザ方式に比べてアニール時間(ランプ光照射時間)が長くなってしまう。また、ランプ光の短時間の照射を制御するのは容易ではなく、ランプ光の照射時間を短くすると、アニール温度のばらつきが大きくなる可能性がある。また、ランプ加熱方式の場合、レーザ方式に比べて、ランプ光の波長に幅があり、半導体ウエハの面内でアニール温度にむら(不均一な温度分布)が生じる可能性がある。また、昇温可能なアニール温度にも限界がある。 Unlike this embodiment, it is also conceivable to use lamp heating (lamp annealing) for the annealing treatment after ion implantation (annealing treatment in step S9). However, in the case of lamp heating using a wavelength such that absorption into Si (silicon) is poor (absorption coefficient is low), it takes time to raise the temperature of the semiconductor substrate to a predetermined annealing temperature. Irradiation time) becomes longer. In addition, even in the case of flash lamp annealing using a wavelength such that absorption into Si (silicon) is good (absorption coefficient is high), in the lamp heating method, it takes time to start up the lamp when emitting lamp light. Therefore, the annealing time (lamp light irradiation time) is longer than that of the laser method. Further, it is not easy to control the short-time irradiation of the lamp light, and if the irradiation time of the lamp light is shortened, there is a possibility that the variation in the annealing temperature becomes large. Further, in the case of the lamp heating method, the wavelength of the lamp light is wider than that of the laser method, and there is a possibility that uneven annealing temperature (nonuniform temperature distribution) occurs in the surface of the semiconductor wafer. There is also a limit to the annealing temperature that can raise the temperature.
アニール時間が長くなると、導入した不純物がアニール中に拡散してしまう。不純物が拡散すると、形成される不純物拡散層の接合深さが深くなってしまう。これは、半導体装置(半導体集積回路装置)の高集積化に不利となる。このため、不純物の拡散を考慮すると、形成される不純物拡散層(ソース、ドレインやそのエクステンション拡散層)の接合深さを浅くするためには、イオン注入時のドーズ量を減少させる必要がある。これは、形成される不純物拡散層の抵抗を上昇させ、例えば2000〜3000Ω/sq(2000〜3000Ω/□)のような高いシート抵抗値となってしまう可能性がある。 When the annealing time becomes long, the introduced impurities diffuse during the annealing. When the impurities diffuse, the junction depth of the formed impurity diffusion layer becomes deep. This is disadvantageous for high integration of the semiconductor device (semiconductor integrated circuit device). For this reason, in consideration of impurity diffusion, it is necessary to reduce the dose during ion implantation in order to reduce the junction depth of the formed impurity diffusion layers (source, drain and its extension diffusion layer). This increases the resistance of the impurity diffusion layer to be formed, and may result in a high sheet resistance value such as 2000 to 3000 Ω / sq (2000 to 3000 Ω / □).
それに対して、本実施の形態では、イオン注入後のステップS9のアニール処理に長波長レーザアニール処理を用いる。レーザ方式のアニール処理であるレーザアニールは、レーザ光を照射することによって局所的に温度を上昇させることができ、レーザ光の集束性を利用しているため、限られた領域を瞬間的に昇温することができる。このため、レーザアニールは、ランプ加熱方式などに比べて、アニール時間(加熱時間、レーザ光照射時間)を短くすることが可能である。アニール時間を短くすることができるので、導入した不純物がアニール中に拡散するのを抑制または防止することができる。このため、形成される不純物拡散層の接合深さを浅くすることができる。また、レーザ方式なので、レーザ光の短時間の照射を制御するのは容易であり、レーザ光の照射時間が短くても、アニール温度のばらつきを比較的小さくすることができる。 In contrast, in this embodiment, a long wavelength laser annealing process is used for the annealing process in step S9 after ion implantation. Laser annealing, which is a laser-type annealing process, can raise the temperature locally by irradiating laser light, and uses the focusing property of the laser light. Can be warmed. For this reason, laser annealing can shorten the annealing time (heating time, laser light irradiation time) as compared with a lamp heating method or the like. Since the annealing time can be shortened, it is possible to suppress or prevent the introduced impurities from diffusing during the annealing. For this reason, the junction depth of the formed impurity diffusion layer can be reduced. Further, since the laser method is used, it is easy to control the short-time irradiation of the laser light, and even if the irradiation time of the laser light is short, the variation in the annealing temperature can be made relatively small.
また、本実施の形態とは異なり、ステップS9のアニール処理にエキシマレーザ(例えば波長308nm)のような短波長レーザを用いることも考えられる。この場合、エキシマレーザの波長の光は酸化膜に対して透過性を有するため、(1)素子分離領域2の下のシリコン領域を溶解する、(2)多結晶シリコンなどの半導体材料で構成されるゲート電極5も溶解してしまう、(3)パターン(ゲート電極5のパターン)の粗密差や、下地材料(シリコン(アクティブ領域)上か酸化膜(素子分離領域)上か)に対する依存性が生じる、などの問題点が生じる可能性がある。これらの問題点のため、n-型半導体領域7およびn+型半導体領域9中に導入した不純物をエキシマレーザのような短波長レーザで活性化することは容易ではない。
Further, unlike the present embodiment, it is conceivable to use a short wavelength laser such as an excimer laser (for example, wavelength 308 nm) for the annealing process in step S9. In this case, since the light having the wavelength of the excimer laser is transparent to the oxide film, (1) the silicon region under the
図7は、シリコン(Si)の吸収係数の波長依存性を示すグラフである。また、図8は、内因性吸収(Intrinsic absorption)の説明図であり、図9は、自由電子吸収(Free carrier absorption)の説明図である。図7のグラフの横軸は、入射光の波長に対応し、図7のグラフの縦軸は、シリコン(Si)の吸収係数(Absorption coefficients)に対応する。また、図7のグラフには、シリコン中の不純物濃度を変えた場合、ここでは不純物濃度pが1017/cm3、1018/cm3および1019/cm3の3つのケースについて、シリコン(不純物を導入したシリコン)の吸収係数の入射光波長依存性が示されている。 FIG. 7 is a graph showing the wavelength dependence of the absorption coefficient of silicon (Si). FIG. 8 is an explanatory diagram of intrinsic absorption, and FIG. 9 is an explanatory diagram of free carrier absorption. The horizontal axis of the graph of FIG. 7 corresponds to the wavelength of incident light, and the vertical axis of the graph of FIG. 7 corresponds to the absorption coefficient (Absorption coefficients) of silicon (Si). Further, in the graph of FIG. 7, when the impurity concentration in silicon is changed, here, for the three cases where the impurity concentration p is 10 17 / cm 3 , 10 18 / cm 3 and 10 19 / cm 3 , silicon ( The dependence of the absorption coefficient of silicon (in which impurities are introduced) on the incident light wavelength is shown.
図7のグラフからも分かるように、入射光の波長が比較的短い領域では、図8のような内因性吸収が生じ、入射光の波長が短い方が吸収係数が高くなってシリコンが加熱されやすくなり、入射光が長くなると吸収係数が低くなってシリコンが加熱されにくくなる傾向にある。一方、入射光の波長が比較的長い領域では、図9のような自由電子吸収が生じ、入射光の波長が短い方が吸収係数が低くなってシリコンが加熱されにくく、入射光が長くなると吸収係数が高くなってシリコンが加熱されやすくなる傾向にある。また、図7のグラフからも分かるように、内因性吸収による吸収係数(入射光波長が比較的短い領域の吸収係数に相当)はシリコン中の不純物濃度に依存しないが、自由電子吸収による吸収係数(入射光波長が比較的長い領域の吸収係数に相当)はシリコン中の不純物濃度に依存し、不純物濃度が高くなるほど吸収係数が大きくなる傾向にある。 As can be seen from the graph of FIG. 7, in the region where the wavelength of the incident light is relatively short, intrinsic absorption as shown in FIG. 8 occurs, and the shorter the wavelength of the incident light, the higher the absorption coefficient and the silicon is heated. As the incident light becomes longer, the absorption coefficient becomes lower and the silicon tends not to be heated. On the other hand, in the region where the wavelength of the incident light is relatively long, free electron absorption occurs as shown in FIG. 9, and the shorter the wavelength of the incident light, the lower the absorption coefficient is, making it difficult for the silicon to be heated. The coefficient tends to be high and silicon tends to be easily heated. Further, as can be seen from the graph of FIG. 7, the absorption coefficient due to intrinsic absorption (corresponding to the absorption coefficient in the region where the incident light wavelength is relatively short) does not depend on the impurity concentration in silicon, but the absorption coefficient due to free electron absorption. (Corresponding to the absorption coefficient in a region where the incident light wavelength is relatively long) depends on the impurity concentration in silicon, and the absorption coefficient tends to increase as the impurity concentration increases.
本実施の形態では、イオン注入後のステップS9のアニール処理に、自由電子吸収により吸収係数が比較的高くなる領域の波長、すなわち長波長のレーザを用いる。用いるレーザの波長は3μm以上であることが好ましく、5μm以上であればより好ましく、8μm以上であれば更に好ましい。例えばCO2ガスレーザ(波長10.6μm)を用いてステップS9のアニール処理を行うことができる。長波長のレーザを用いることで、エキシマレーザのような短波長レーザを用いた場合に生じ得る上記不具合(上記(1)〜(3))をなくすことができる。また、レーザ光の波長を好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上、更に好ましくは8μm以上とすることで、自由電子吸収を生じやすくして吸収係数を比較的高くすることができ、アニール時間(レーザ光照射時間)を短くすることが可能になる。また、アニール温度を高くすることも可能になる。 In this embodiment, a laser having a wavelength in a region where the absorption coefficient is relatively high due to free electron absorption, that is, a long wavelength laser is used for the annealing process in step S9 after ion implantation. The wavelength of the laser used is preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and even more preferably 8 μm or more. For example, the annealing process in step S9 can be performed using a CO 2 gas laser (wavelength 10.6 μm). By using a long wavelength laser, the above-mentioned problems (above (1) to (3)) that may occur when a short wavelength laser such as an excimer laser is used can be eliminated. Further, by setting the wavelength of the laser beam to preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and even more preferably 8 μm or more, free electron absorption can easily occur and the absorption coefficient can be made relatively high, and the annealing time ( Laser light irradiation time) can be shortened. Also, the annealing temperature can be increased.
このように、イオン注入後のステップS9のアニール処理に長波長レーザアニールを用いることで、ランプ加熱方式などに比べて、より高い温度により短い時間で昇降温することができる。アニール時間を短くすることができるので、導入した不純物がアニール中に拡散するのを抑制または防止することができる。このため、形成される不純物拡散層の接合深さを浅くすることができ、半導体装置(半導体集積回路装置)の小型化や高集積化に有利となる。ステップS9の長波長レーザアニールによるアニール時間は、100msec(100ミリ秒)以下であることが好ましく、10msec(10ミリ秒)以下であればより好ましく、1msec(1ミリ秒)以下であれば更に好ましく、これにより、導入した不純物がアニール中に拡散するのをより的確に抑制または防止することができる。また、アニール温度を高くすることができるので、シリコン中に導入された不純物の固溶度(固溶限)を高めることができ、アニール処理(不純物の活性化)後の不純物拡散層の抵抗(抵抗率)を低減することができる。ステップS9の長波長レーザアニールのアニール温度は、1000℃以上であることが好ましく、1100℃以上であればより好ましく、1200℃以上であれば更に好ましく、これにより、アニール処理(不純物の活性化)後の不純物拡散層の抵抗(抵抗率)をより的確に低減することができる。 Thus, by using the long wavelength laser annealing for the annealing process in step S9 after the ion implantation, the temperature can be raised and lowered in a shorter time at a higher temperature than in the lamp heating method or the like. Since the annealing time can be shortened, it is possible to suppress or prevent the introduced impurities from diffusing during the annealing. Therefore, the junction depth of the formed impurity diffusion layer can be reduced, which is advantageous for downsizing and high integration of the semiconductor device (semiconductor integrated circuit device). The annealing time by the long wavelength laser annealing in step S9 is preferably 100 msec (100 milliseconds) or less, more preferably 10 msec (10 milliseconds) or less, and even more preferably 1 msec (1 milliseconds) or less. Thereby, it is possible to more accurately suppress or prevent the introduced impurities from diffusing during annealing. In addition, since the annealing temperature can be increased, the solid solubility (solid solubility limit) of the impurities introduced into the silicon can be increased, and the resistance of the impurity diffusion layer after the annealing treatment (impurity activation) ( Resistivity) can be reduced. The annealing temperature of the long wavelength laser annealing in step S9 is preferably 1000 ° C. or higher, more preferably 1100 ° C. or higher, and further preferably 1200 ° C. or higher, thereby annealing treatment (impurity activation). The resistance (resistivity) of the subsequent impurity diffusion layer can be reduced more accurately.
また、ステップS9の長波長レーザアニールにより活性化する領域(n-型半導体領域7および/またはn+型半導体領域9)の不純物濃度は、1018/cm3以上であれば好ましく、1019/cm3以上であればより好ましく、1020/cm3以上であれば更に好ましい。図7のグラフからも分かるように、自由電子吸収による吸収係数(入射光波長が比較的長い領域の吸収係数に相当)はシリコン中の不純物濃度に依存し、不純物濃度が高くなるほど吸収係数が大きくなる傾向にある。長波長レーザを照射して加熱する領域の不純物濃度を好ましくは1018/cm3以上、より好ましくは1019/cm3以上、更に好ましくは1020/cm3以上とすることで、自由電子吸収を生じやすくして吸収係数をより高くすることができ、アニール時間(レーザ光照射時間)の短縮やアニール温度の高温化がより容易になる。
The impurity concentration in the region (n −
図10は、アニール前後の不純物濃度分布を示すグラフである。図10のグラフの横軸は、半導体基板表面からの深さに対応し、図10のグラフの縦軸は、不純物濃度に対応する。図10のグラフには、イオン注入後でアニール前の状態(図10のグラフの「as−impla」に対応)と、イオン注入しその後に長波長レーザアニール処理を行った状態(図10のグラフの「長波長レーザアニール(照射強度小)」および「長波長レーザアニール(照射強度大)」に対応し、括弧内の大小はレーザ照射強度に対応)と、イオン注入しその後にランプアニール処理を行った状態(図10のグラフの「RTA(ランプアニール)」に対応)とが示されている。 FIG. 10 is a graph showing the impurity concentration distribution before and after annealing. The horizontal axis of the graph of FIG. 10 corresponds to the depth from the surface of the semiconductor substrate, and the vertical axis of the graph of FIG. 10 corresponds to the impurity concentration. The graph of FIG. 10 shows a state after ion implantation and before annealing (corresponding to “as-impla” in the graph of FIG. 10), and a state after ion implantation and long wavelength laser annealing treatment (graph of FIG. 10). Corresponds to “Long wavelength laser annealing (low irradiation intensity)” and “Long wavelength laser annealing (high irradiation intensity)”, and the size in parentheses corresponds to laser irradiation intensity), followed by ion annealing and lamp annealing treatment. The state of being performed (corresponding to “RTA (lamp annealing)” in the graph of FIG. 10) is shown.
図10のグラフからも分かるように、イオン注入後にランプアニールを行うと、アニール時間(ランプ光照射時間)が比較的長いので、アニール中に不純物が拡散してしまい、イオン注入時の不純物濃度分布(図10のグラフの「as−impla」に対応)を維持することができず、ランプアニール後の不純物濃度分布は、イオン注入時の不純物濃度分布とかなり異なるものになってしまう。それに対して、イオン注入後に長波長レーザアニールを行うと、アニール時間を短くアニール温度を高くすることができ、不純物はほとんど拡散せず、イオン注入時の不純物濃度分布を維持することができる。すなわち、長波長レーザアニール後の不純物濃度分布は、イオン注入時の不純物濃度分布とほとんど同じにすることができる。 As can be seen from the graph of FIG. 10, when lamp annealing is performed after ion implantation, the annealing time (lamp light irradiation time) is relatively long, so that impurities diffuse during the annealing, and the impurity concentration distribution at the time of ion implantation. (Corresponding to “as-impla” in the graph of FIG. 10) cannot be maintained, and the impurity concentration distribution after lamp annealing is considerably different from the impurity concentration distribution during ion implantation. On the other hand, if long-wavelength laser annealing is performed after ion implantation, the annealing time can be shortened and the annealing temperature can be increased, impurities are hardly diffused, and the impurity concentration distribution during ion implantation can be maintained. That is, the impurity concentration distribution after the long wavelength laser annealing can be made almost the same as the impurity concentration distribution at the time of ion implantation.
図11は、イオン注入およびその後の各種アニールによって形成された不純物拡散層の接合深さとシート抵抗との相関を示すグラフである。図12は、イオン注入およびその後のアニールによって形成された不純物拡散層のシート抵抗を示すグラフである。図11のグラフの横軸は、形成された不純物拡散層の接合深さ(ここでは不純物濃度1018/cm3での接合深さ)に対応し、図11のグラフの縦軸は、形成された不純物拡散層のシート抵抗に対応する。また、図12のグラフの横軸は、長波長レーザアニールのレーザ出力(arbitrary unit:任意単位)に対応し、図12のグラフの縦軸は、形成された不純物拡散層のシート抵抗に対応する。図11のグラフでは、本実施の形態のようにイオン注入後に長波長レーザアニールを行った場合(図11のグラフの「長波長レーザアニール」に対応)と、本実施の形態とは異なりイオン注入後にランプアニールによるRTA(Rapid Thermal Annealing)を行った比較例(図11のグラフの「RTA(ランプアニール)」に対応)と、本実施の形態とは異なりイオン注入後にフラッシュランプアニールを行った比較例(図11のグラフの「フラッシュランプアニール」に対応)とが示されている。また、図12のグラフでは、本実施の形態のようにイオン注入後に長波長レーザアニールを行った場合(図12のグラフの「長波長レーザアニール」に対応)のシート抵抗値のレーザ出力依存性が示されており、また比較例として、イオン注入後にランプアニールによるRTAを行った場合(図12のグラフの「RTA(ランプアニール)」に対応)のシート抵抗も、図12のグラフにプロットしてある。 FIG. 11 is a graph showing the correlation between the junction depth of the impurity diffusion layer formed by ion implantation and subsequent various annealings and the sheet resistance. FIG. 12 is a graph showing the sheet resistance of the impurity diffusion layer formed by ion implantation and subsequent annealing. The horizontal axis of the graph of FIG. 11 corresponds to the junction depth of the formed impurity diffusion layer (here, the junction depth at an impurity concentration of 10 18 / cm 3 ), and the vertical axis of the graph of FIG. This corresponds to the sheet resistance of the impurity diffusion layer. The horizontal axis of the graph of FIG. 12 corresponds to the laser output (arbitrary unit: arbitrary unit) of the long wavelength laser annealing, and the vertical axis of the graph of FIG. 12 corresponds to the sheet resistance of the formed impurity diffusion layer. . In the graph of FIG. 11, unlike the case of the present embodiment, when the long wavelength laser annealing is performed after the ion implantation as in the present embodiment (corresponding to “long wavelength laser annealing” in the graph of FIG. 11), the ion implantation is different. Comparative example (corresponding to “RTA (ramp annealing)” in the graph of FIG. 11) in which RTA (Rapid Thermal Annealing) was performed later by lamp annealing and comparison in which flash lamp annealing was performed after ion implantation unlike this embodiment An example (corresponding to “flash lamp annealing” in the graph of FIG. 11) is shown. Further, in the graph of FIG. 12, the sheet resistance value dependency of the laser output when long-wavelength laser annealing is performed after ion implantation (corresponding to “long-wavelength laser annealing” in the graph of FIG. 12) as in the present embodiment. As a comparative example, the sheet resistance when RTA by lamp annealing is performed after ion implantation (corresponding to “RTA (ramp annealing)” in the graph of FIG. 12) is also plotted in the graph of FIG. It is.
図11および図12のグラフから分かるように、イオン注入後に長波長レーザアニールを行うことで、形成される不純物拡散層のシート抵抗を低減することができる。また、図11のグラフからも分かるように、イオン注入後に長波長レーザアニールを行うことで、形成される不純物拡散層の浅接合化とシート抵抗の低減(低抵抗化)との両立が可能になる。このため、半導体装置の性能を向上でき、また、半導体装置の小型化や高集積化が可能になる。 As can be seen from the graphs of FIGS. 11 and 12, the sheet resistance of the impurity diffusion layer to be formed can be reduced by performing the long wavelength laser annealing after the ion implantation. In addition, as can be seen from the graph of FIG. 11, by performing long wavelength laser annealing after ion implantation, it is possible to achieve both shallow junction of the impurity diffusion layer to be formed and reduction of sheet resistance (low resistance). Become. Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved, and the semiconductor device can be miniaturized and highly integrated.
本実施の形態では、イオン注入後のステップS9のアニール処理に長波長レーザアニール処理を用いているので、アニール中の不純物の拡散が抑制される。このため、イオン注入時の不純物濃度分布をステップS9のアニール処理後にも維持することができ、深さ方向(半導体基板1の主面に垂直な方向)の不純物濃度分布を理想的な不純物濃度分布にすることが可能である。しかしながら、導入された不純物は、ステップS9のアニール処理で半導体基板1の横方向(半導体基板1の主面に平行な方向、MISFET11のチャネル長方向)にも拡散されない。
In this embodiment, since the long wavelength laser annealing process is used for the annealing process in step S9 after the ion implantation, the diffusion of impurities during the annealing is suppressed. For this reason, the impurity concentration distribution at the time of ion implantation can be maintained even after the annealing process of step S9, and the impurity concentration distribution in the depth direction (direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1) is the ideal impurity concentration distribution. It is possible to However, the introduced impurities are not diffused in the lateral direction of the semiconductor substrate 1 (the direction parallel to the main surface of the
このため、ステップS6のn-型半導体領域(ソース・ドレインのエクステンション拡散層)7を形成するためのイオン注入工程において、本実施の形態とは異なり、半導体基板1の主面に対して垂直な方向にイオン注入を行った場合、不純物が注入された領域(n-型半導体領域7)とゲート電極5とがオーバーラップせず、ゲート電極5の端部の下のp型ウエル3に不純物が導入されない。その後のステップS9の長波長レーザアニール処理で不純物はほとんど拡散しないので、ステップS9の長波長レーザアニール処理後に、n-型半導体領域7とゲート電極5とはオーバーラップせず、n-型半導体領域7はゲート電極5の端部の下方には延在しないことになる。これは、形成されるnチャネル型のMISFET11の特性を低下させ、例えばドレイン電流を低下させる。
Therefore, unlike the present embodiment, the ion implantation process for forming the n − type semiconductor region (source / drain extension diffusion layer) 7 in step S6 is perpendicular to the main surface of the
それに対して、本実施の形態では、ステップS6のn-型半導体領域(ソース・ドレインのエクステンション拡散層)7を形成するためのイオン注入工程で、半導体基板1の主面に対して斜め方向(半導体基板1の主面に垂直な方向から所定の角度傾斜した方向)にイオン注入する。イオン注入を半導体基板1の主面に対して斜め方向から行うことで、不純物が注入された領域(n-型半導体領域7)とゲート電極5とがオーバーラップし、ゲート電極5の端部の下のp型ウエル3にも不純物が導入される。その後のステップS9の長波長レーザアニール処理で不純物はほとんど拡散しないが、ステップS6のn-型半導体領域7を形成するためのイオン注入工程で既にゲート電極5の端部の下のp型ウエル3にも不純物を導入しているので、ステップS9の長波長レーザアニール処理後に、n-型半導体領域7とゲート電極5とがオーバーラップし、n-型半導体領域7はゲート電極5の端部の下方にも延在することになる。これにより、形成されるnチャネル型のMISFET11の特性を向上させることができ、例えばドレイン電流を高めることができる。n-型半導体領域7とゲート電極5とのオーバーラップ領域のチャネル長方向の長さは1nm以上あることが好ましく、これにより、より的確にnチャネル型のMISFET11の特性を向上させることができる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。
On the other hand, in the present embodiment, in the ion implantation step for forming the n − type semiconductor region (source / drain extension diffusion layer) 7 in
図13は、nチャネル型のMISFETのIoff−Ion特性を示すグラフである。図13のグラフの横軸は、MISFETをオン状態にしたときのソース・ドレイン間の電流Ionに対応し、図13のグラフの縦軸は、MISFETをオフ状態にしたときのソース・ドレイン間の電流Ioff(リーク電流)に対応する。また、図13のグラフには、ステップS6のn-型半導体領域7を形成するためのイオン注入工程で、本実施の形態のようにイオン注入を半導体基板1の主面に対して斜め方向に行った場合(図13のグラフの「斜めイオン注入」に対応)と、本実施の形態とは異なりイオン注入を半導体基板1の主面に対して垂直な方向に行った比較例の場合(図13のグラフの「垂直イオン注入」に対応)とが示されており、これら両ケースは、ステップS6のイオン注入工程以外はほぼ同様の製造工程でMISFETを形成している。
FIG. 13 is a graph showing I off -I on characteristics of an n-channel MISFET. The horizontal axis of the graph of FIG. 13 corresponds to the current I on between the source and the drain when the MISFET is turned on , and the vertical axis of the graph of FIG. 13 is between the source and the drain when the MISFET is turned off. Current I off (leakage current). Further, in the graph of FIG. 13, in the ion implantation process for forming the n −
図13のグラフに示されるように、ステップS6のn-型半導体領域7を形成するためのイオン注入を、半導体基板1の主面に対して垂直な方向に行った比較例の場合よりも、本実施の形態のように半導体基板1の主面に対して斜め方向に行った場合の方が、同じIoffのときのIonの値は大きくなる。ステップS6のn-型半導体領域7を形成するためのイオン注入を、半導体基板1の主面に対して斜め方向に行うことで、n-型半導体領域7とゲート電極5とをオーバーラップさせることができ、MISFETのリーク電流(Ioff)を低減し、MISFETのソース・ドレイン電流(Ion)を増大させることができる。
As shown in the graph of FIG. 13, compared to the comparative example in which the ion implantation for forming the n −
このように、ステップS6のn-型半導体領域7を形成するためのイオン注入を、半導体基板1の主面に対して斜め方向に行うことと、ステップ9のn-型半導体領域7およびn+型半導体領域9の不純物を活性化させるためのアニール処理を、長波長レーザアニールにより行うこととを組み合わせることが重要である。本実施の形態では、ステップS6のn-型半導体領域7を形成するためのイオン注入を、半導体基板1の主面に対して斜め方向に行うことで、ゲート電極5の端部の下のp型ウエル3にも不純物を導入してn-型半導体領域7とゲート電極5とをオーバーラップさせ、ステップ9のn-型半導体領域7およびn+型半導体領域9の不純物を活性化させるためのアニール処理では、長波長レーザアニールにより行うことにより、導入された不純物がアニール中に拡散するのを抑制または防止する。ステップS6およびステップS8のイオン注入時の不純物濃度分布をステップS9のアニール処理後も維持することができるので、ステップS6およびステップS8のイオン注入の条件を調節することにより、n-型半導体領域7およびn+型半導体領域9の不純物濃度分布を制御することができ、所望の不純物濃度分布を容易かつ的確に得ることができる。また、ステップS6のn-型半導体領域7を形成するためのイオン注入7aの条件(例えばイオン注入7aの角度)を調節することにより、ゲート電極5とソース・ドレインのエクステンション拡散層(n-型半導体領域7)とのオーバーラップ長を精度良く制御することができる。
In this manner, ion implantation for forming the n −
ソース・ドレインのエクステンション拡散層(n-型半導体領域7)のように何らかのマスク(ここではゲート電極5および絶縁膜6)を用いてイオン注入を行う場合、半導体基板1の主面に垂直な方向にイオン注入を行うと、1次元(半導体基板1の主面に垂直な方向、深さ方向、デバイス縦方向)的にはイオン注入自体により生じる不純物濃度分布により低抵抗でかつ浅い接合(不純物拡散層)を形成することができるが、長波長レーザアニール処理ではアニール時間(レーザ照射時間)が短いため2次元(半導体基板1の主面に平行な方向、横方向、デバイス横方向)的には不純物が十分拡散せず、ゲート電極5とソース・ドレインのエクステンション拡散層(n-型半導体領域7)とのオーバーラップ領域が形成されず、ドレイン電流(ソース・ドレイン電流)の低下を招く。本実施の形態のように、ソース・ドレインのエクステンション拡散層(n-型半導体領域7)形成のためのイオン注入(ステップS6のイオン注入)を、半導体基板1の主面に対して斜め方向に行うことで、ゲート電極5とソース・ドレインのエクステンション拡散層(n-型半導体領域7)との必要なオーバーラップ領域を確保でき、この領域の拡散層抵抗を減少させ、ドレイン電流(ソース・ドレイン電流)の低下を防止でき、ホットキャリアの劣化を防止することができる。
When ion implantation is performed using any mask (here, the
このように、本実施の形態では、ゲート電極5とソース・ドレインのエクステンション拡散層(n-型半導体領域7)とのオーバーラップ長を精度良く制御することと、接合自体の高活性化すなわち低抵抗化や、縦および横方向の不純物濃度分布の急峻化(浅接合化)との両立が可能である。このため、半導体装置の性能を向上でき、また、半導体装置(半導体集積回路装置)の小型化や高集積化も可能になる。
As described above, in the present embodiment, the overlap length between the
(実施の形態2)
図14は、本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造工程を示すプロセスフロー図である。図15および図16は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図2(のステップS5)までの製造工程は上記実施の形態1と同様であるので、ここではその説明は省略し、それ以降の製造工程について説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 14 is a process flow diagram showing manufacturing steps of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. 15 and 16 are fragmentary cross-sectional views of the semiconductor device of the present embodiment during the manufacturing process. Since the manufacturing process up to (step S5 in FIG. 2) is the same as that in the first embodiment, the description thereof is omitted here, and the subsequent manufacturing process will be described.
上記実施の形態1と同様にしてステップS1〜S5の工程を行って図2に示される構造が形成された後、図15に示されるように、ゲート電極5の側壁上に、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコンなどの薄い絶縁膜からなるサイドウォール(オフセットスペーサ、側壁スペーサ、側壁絶縁膜)20を形成する(ステップS21)。サイドウォール20は、サイドウォール8と同様に、半導体基板1上に酸化シリコン膜などの絶縁膜を堆積し、この絶縁膜を異方性エッチングすることによって形成することができる。サイドウォール20の厚みは、サイドウォール8の厚みよりも薄くする。
After the steps S1 to S5 are performed in the same manner as in the first embodiment to form the structure shown in FIG. 2, as shown in FIG. 15, on the side wall of the
以降の工程は、上記実施の形態1と同様である。すなわち、図16に示されるように、p型ウエル3のゲート電極5の両側の領域にヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することにより、(一対の)n-型半導体領域7を形成する(ステップS6)。このステップS6のイオン注入7aは、上記実施の形態1と同様に、半導体基板1の主面に対して斜め方向にイオンを注入する。更に、上記実施の形態1と同様にしてステップS7およびそれ以降の工程を行うが、ここではその説明は省略する。
The subsequent steps are the same as those in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 16, (a pair of) n − -
本実施の形態でも、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。更に、本実施の形態では、ゲート電極5の側壁にサイドウォール20を形成した状態で、ステップS6のイオン注入を行う。このため、ステップS6で、半導体基板1の主面に対して斜め方向にイオンを注入しても、ゲート電極5がイオン注入によりダメージを受けるのを防止することができる。従って、形成されるMISFET11の特性や信頼性をより向上させることができる。また、上記実施の形態1のように、サイドウォール20の形成を省略した場合は、製造工程数を低減でき、製造時間の短縮や製造コストの低減が可能になる。
Also in this embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Furthermore, in the present embodiment, ion implantation in step S6 is performed with the
(実施の形態3)
図17は、本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造工程を示すプロセスフロー図である。図18および図19は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図2(のステップS5)までの製造工程は上記実施の形態1と同様であるので、ここではその説明は省略し、それ以降の製造工程について説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 17 is a process flow diagram showing a manufacturing process of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. 18 and 19 are fragmentary cross-sectional views of the semiconductor device of the present embodiment during the manufacturing process. Since the manufacturing process up to (step S5 in FIG. 2) is the same as that in the first embodiment, the description thereof is omitted here, and the subsequent manufacturing process will be described.
上記実施の形態1と同様にしてステップS1〜S5の工程を行って図2に示される構造が形成された後、ステップS6のイオン注入7aを行う前に、図18に示されるように、p型ウエル3のゲート電極5の両側の領域にGe(ゲルマニウム)を高濃度でイオン注入し、半導体基板1(p型ウエル3)の表面から例えば約20nmの深さのアモルファス層30を形成する(ステップS31)。このステップS31のイオン注入(プレアモルファス化イオン注入)30aは、加速エネルギーを例えば10keV程度とし、ドーズ量(注入量)を例えば1014/cm2以上とすることができる。ステップS31のイオン注入30aも、上記実施の形態1のステップS6のイオン注入7aと同様に、半導体基板1の主面に対して斜め方向、すなわち半導体基板1の主面に垂直な方向から所定の角度傾斜した方向に不純物イオンを入射して注入することもできる。ステップS31のイオン注入30aとして、Ge以外にもSi(シリコン)のイオン注入を用いることもできる。
As shown in FIG. 18, after the steps S1 to S5 are performed in the same manner as in the first embodiment to form the structure shown in FIG. 2 and before the
以降の工程は、上記実施の形態1と同様である。すなわち、図19に示されるように、p型ウエル3のゲート電極5の両側の領域にヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することにより、(一対の)n-型半導体領域7を形成する(ステップS6)。このステップS6のイオン注入7aは、上記実施の形態1と同様に、半導体基板1の主面に対して斜め方向にイオンを注入する。更に、上記実施の形態1と同様にしてステップS7およびそれ以降の工程を行うが、ここではその説明は省略する。また、上記実施の形態2のステップS21のようにゲート電極5の側壁上にサイドウォール20を形成してから、本実施の形態のステップS31のGeのイオン注入を行うこともできる。また、ステップS31のイオン注入30aによってアモルファス化していた領域(アモルファス層30)は、ステップS9の長波長レーザアニール処理の際に再結晶化される。
The subsequent steps are the same as those in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 19, by ion-implanting n-type impurities such as arsenic (As) into regions on both sides of the
図20は、nチャネル型のMISFETのしきい値電圧を示すグラフである。図20のグラフの横軸は、ゲート長に対応し、図20のグラフの縦軸はしきい値電圧Vthに対応する。図20のグラフには、プレアモルファス化のためのイオン注入30aを行った本実施の形態の場合(図20のグラフの「プレアモルファス化イオン注入あり」に対応)と、プレアモルファス化のためのイオン注入30aを行わなかった実施の形態1の場合(図20のグラフの「プレアモルファス化イオン注入なし」に対応)とが示されており、これらは上記のように長波長レーザアニール処理が行われている。更に比較例として、ステップS9のアニール処理をランプアニールのようなRTAにより行った場合(図20のグラフの「RTA(ランプアニール)」に対応)も図20のグラフに示されている。
FIG. 20 is a graph showing the threshold voltage of an n-channel type MISFET. The horizontal axis of the graph of FIG. 20 corresponds to the gate length, and the vertical axis of the graph of FIG. 20 corresponds to the threshold voltage Vth . The graph of FIG. 20 shows the case of this embodiment in which
図20のグラフにも示されるように、上記実施の形態1のようにステップS6の斜めイオン注入とステップS9の長波長レーザアニールを行うことにより、ゲート長を短くしたときのMISFETのしきい値電圧の低下(短チャネル効果)を抑制することができるが、本実施の形態のようにステップS31のプレアモルファス化のイオン注入30aを行うことで、ゲート長を短くしたときのMISFETのしきい値電圧の低下(短チャネル効果)を更に抑制することが可能になる。このため、MISFETのゲート長を短くすることが可能になり、半導体装置(半導体集積回路装置)の小型化や高集積化に有利になる。
As shown in the graph of FIG. 20, the threshold value of the MISFET when the gate length is shortened by performing the oblique ion implantation in step S6 and the long wavelength laser annealing in step S9 as in the first embodiment. Although the voltage drop (short channel effect) can be suppressed, the threshold value of the MISFET when the gate length is shortened by performing the
また、ステップS31のプレアモルファス化のためのイオン注入工程後で、ステップ9の長波長レーザアニール工程前の工程(すなわちステップS31とステップS9の間の工程)では、プロセス温度(半導体基板の温度)が450℃を超えないことが好ましい。例えば、ステップS7のサイドウォール8を形成するための絶縁膜の成膜温度(CVD成膜温度)を450℃以下にすることが好ましい。これにより、p型ウエル3のゲート電極5の両側の領域の表層部分(例えば表面から約20nmの深さまでの領域、アモルファス層30)がアモルファス化した状態を、ステップS9の長波長レーザアニール工程まで維持することができ、上記のようなゲート長を短くしたときのMISFETのしきい値電圧の低下の抑制効果をより的確に得ることができる。
In addition, after the ion implantation process for pre-amorphization in step S31 and before the long-wavelength laser annealing process in step 9 (that is, the process between step S31 and step S9), the process temperature (the temperature of the semiconductor substrate) Preferably does not exceed 450 ° C. For example, it is preferable that the film formation temperature (CVD film formation temperature) of the insulating film for forming the
(実施の形態4)
図21は、本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造工程を示すプロセスフロー図である。図22〜図24は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図2(のステップS5)までの製造工程は上記実施の形態1と同様であるので、ここではその説明は省略し、それ以降の製造工程について説明する。
(Embodiment 4)
FIG. 21 is a process flow diagram showing manufacturing steps of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. 22 to 24 are main-portion cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. Since the manufacturing process up to (step S5 in FIG. 2) is the same as that in the first embodiment, the description thereof is omitted here, and the subsequent manufacturing process will be described.
上記実施の形態1と同様にしてステップS1〜S5の工程を行って図2に示される構造が形成された後、ステップS6のイオン注入7aを行う前に、本実施の形態では、図22に示されるように、上記実施の形態1のステップS7と同様にして、ゲート電極5の側壁上にサイドウォール8を形成する。それから、上記実施の形態1のステップS8と同様にして、p型ウエル3のゲート電極5およびサイドウォール8の両側の領域にヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することにより、(一対の)n+型半導体領域9を形成する。また、このn+型半導体領域9を形成するためのイオン注入の後、1050℃で1秒程度アニール処理を行うこともでき、それにより、n+型半導体領域9中の不純物濃度分布を均一化させることもできる。
After the steps S1 to S5 are performed in the same manner as in the first embodiment and the structure shown in FIG. 2 is formed, before the
次に、図23に示されるように、サイドウォール8を除去する(ステップS41)。それから、上記実施の形態1のステップS6と同様にして、p型ウエル3のゲート電極5の両側の領域にヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することにより、(一対の)n-型半導体領域7を形成する。このイオン注入7aは、上記実施の形態1と同様に、半導体基板1の主面に対して斜め方向にイオンを注入する。
Next, as shown in FIG. 23, the
次に、上記実施の形態1のステップS9と同様にして、n-型半導体領域7およびn+型半導体領域9に導入された不純物を活性化させるため、長波長レーザアニール処理を行う。
Next, in the same manner as in step S9 in the first embodiment, a long wavelength laser annealing process is performed in order to activate the impurities introduced into the n −
次に、図24に示されるように、ゲート電極5の側壁上に、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコンあるいはそれらの積層膜などの絶縁膜からなるサイドウォール(側壁スペーサ、側壁絶縁膜)8aを形成する(ステップS42)。サイドウォール8aは、サイドウォール8と同様にして形成することができる。サイドウォール8aを形成することで、その後シリサイド膜12a,12bを形成したときに、n+型半導体領域9上のシリサイド膜12bがゲート電極5と接触するのを防止することができる。
Next, as shown in FIG. 24, a sidewall (sidewall spacer, sidewall insulating film) 8a made of an insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, or a laminated film thereof is formed on the sidewall of the
以降の工程は、上記実施の形態1と同様である。すなわち、シリサイド膜12a,12b、絶縁膜13、コンタクトホール14、プラグ15、配線16および絶縁膜17などが形成されるが、ここではその説明は省略する。また、ステップS41でサイドウォール8を除去した後、上記実施の形態2のステップS21のようにゲート電極5の側壁上にサイドウォール20を形成してから、本実施の形態のステップS6のイオン注入7aを行うこともできる。また、ステップS41でサイドウォール8を除去した後、上記実施の形態3のステップS31のようにプレアモルファス化のためのイオン注入30aを行ってから、本実施の形態のステップS6のイオン注入7aを行うこともできる。
The subsequent steps are the same as those in the first embodiment. That is, the
本実施の形態でも、上記実施の形態1〜3とほぼ同様の効果を得ることができる。更に、本実施の形態では、ステップS9の長波長レーザアニール処理において、n-型半導体領域7上にサイドウォール8が存在しない。このため、長波長レーザアニール処理のアニール時間が短くても、n-型半導体領域7およびn+型半導体領域9をより均一に加熱することができる。
Also in this embodiment, substantially the same effect as in the first to third embodiments can be obtained. Further, in the present embodiment, the
(実施の形態5)
図25は、本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造工程を示すプロセスフロー図である。図26および図27は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図5(のステップS8)までの製造工程は上記実施の形態1と同様であるので、ここではその説明は省略し、それ以降の製造工程について説明する。
(Embodiment 5)
FIG. 25 is a process flow diagram showing manufacturing steps of the semiconductor device according to another embodiment of the present invention. 26 and 27 are fragmentary cross-sectional views of the semiconductor device of the present embodiment during the manufacturing process. Since the manufacturing process up to (step S8) in FIG. 5 is the same as that in the first embodiment, the description thereof will be omitted here, and the subsequent manufacturing process will be described.
上記実施の形態1〜3と同様にしてステップS1〜S8の工程を行って図5に示される構造が形成された後、ステップS9の長波長レーザアニール処理を行う前に、本実施の形態では、図26に示されるように、サイドウォール8を除去する(ステップS51)。サイドウォール8を除去した後、上記実施の形態1のステップS9と同様にして、n-型半導体領域7およびn+型半導体領域9に導入された不純物を活性化させるため、長波長レーザアニール処理を行う。
After the structure shown in FIG. 5 is formed by performing steps S1 to S8 in the same manner as in the first to third embodiments, before the long wavelength laser annealing process in step S9 is performed, in this embodiment, As shown in FIG. 26, the
次に、図27に示されるように、ゲート電極5の側壁上に、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコンあるいはそれらの積層膜などの絶縁膜からなるサイドウォール(側壁スペーサ、側壁絶縁膜)8bを形成する(ステップS52)。サイドウォール8bは、サイドウォール8と同様にして形成することができる。サイドウォール8bを形成することで、その後シリサイド膜12a,12bを形成したときに、n+型半導体領域9上のシリサイド膜12bがゲート電極5と接触するのを防止することができる。
Next, as shown in FIG. 27, on the side wall of the
以降の工程は、上記実施の形態1と同様である。すなわち、シリサイド膜12a,12b、絶縁膜13、コンタクトホール14、プラグ15、配線16および絶縁膜17などが形成されるが、ここではその説明は省略する。
The subsequent steps are the same as those in the first embodiment. That is, the
本実施の形態でも、上記実施の形態1〜3とほぼ同様の効果を得ることができる。更に、本実施の形態では、ステップS9の長波長レーザアニール処理において、n-型半導体領域7上にサイドウォール8が存在しない。このため、長波長レーザアニール処理のアニール時間が短くても、n-型半導体領域7およびn+型半導体領域9をより均一に加熱することができる。
Also in this embodiment, substantially the same effect as in the first to third embodiments can be obtained. Further, in the present embodiment, the
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、MISFETを有する半導体装置の製造方法に適用して有効である。 The present invention is effective when applied to a method of manufacturing a semiconductor device having a MISFET.
1 半導体基板
2 素子分離領域
3 p型ウエル
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 絶縁膜
7 n-型半導体領域
7a イオン注入
8 サイドウォール
8a サイドウォール
8b サイドウォール
9 n+型半導体領域
9a イオン注入
11 MISFET
12a シリサイド膜
12b シリサイド膜
13 絶縁膜
14 コンタクトホール
15 プラグ
15a バリア膜
16 配線
16a チタン膜
16b 窒化チタン膜
16c アルミニウム膜
16d チタン膜
16e 窒化チタン膜
17 絶縁膜
20 サイドウォール
30a イオン注入
30 アモルファス層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
(a)第1導電型の第1半導体領域を有する半導体基板を準備する工程、
(b)前記第1半導体領域上にゲート絶縁膜を形成する工程、
(c)前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程、
(d)その一部が前記ゲート電極の下部に位置する第2導電型の第2半導体領域を前記ゲート電極の両側の前記第1半導体領域に形成するために、前記半導体基板の主面に対して斜め方向にイオン注入を行って不純物を導入する工程、
(e)前記ゲート電極の側壁上に側壁絶縁膜を形成する工程、
(f)前記(e)工程後に、その端部が前記ゲート電極の側壁下部から離間する第2導電型の第3半導体領域を前記ゲート電極の両側の前記第1半導体領域に形成するために、イオン注入を行って不純物を導入する工程、
(g)前記(d)および(f)工程で導入された不純物を活性化させるために、波長が3μm以上の長波長レーザアニールを行う工程。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
(A) preparing a semiconductor substrate having a first semiconductor region of a first conductivity type;
(B) forming a gate insulating film on the first semiconductor region;
(C) forming a gate electrode on the gate insulating film;
(D) In order to form a second semiconductor region of a second conductivity type, a part of which is located below the gate electrode, in the first semiconductor region on both sides of the gate electrode, A process of introducing impurities by performing ion implantation in an oblique direction,
(E) forming a sidewall insulating film on the sidewall of the gate electrode;
(F) After the step (e), in order to form second conductive type third semiconductor regions whose end portions are separated from the lower portions of the side walls of the gate electrode in the first semiconductor regions on both sides of the gate electrode, A step of introducing impurities by performing ion implantation;
(G) A step of performing long-wavelength laser annealing with a wavelength of 3 μm or more in order to activate the impurities introduced in the steps (d) and (f).
(a)第1導電型の第1半導体領域を有する半導体基板を準備する工程、
(b)前記第1半導体領域上にゲート絶縁膜を形成する工程、
(c)前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程、
(d)前記ゲート電極の側壁上に第1側壁絶縁膜を形成する工程、
(e)その一部が前記ゲート電極の下部に位置する第2導電型の第2半導体領域を前記ゲート電極の両側の前記第1半導体領域に形成するために、前記半導体基板の主面に対して斜め方向にイオン注入を行って不純物を導入する工程、
(f)前記ゲート電極の側壁上に第2側壁絶縁膜を形成する工程、
(g)前記(f)工程後に、その端部が前記ゲート電極の側壁下部から離間する第2導電型の第3半導体領域を前記ゲート電極の両側の前記第1半導体領域に形成するために、イオン注入を行って不純物を導入する工程、
(h)前記(e)および(g)工程で導入された不純物を活性化させるために、波長が3μm以上の長波長レーザアニールを行う工程。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
(A) preparing a semiconductor substrate having a first semiconductor region of a first conductivity type;
(B) forming a gate insulating film on the first semiconductor region;
(C) forming a gate electrode on the gate insulating film;
(D) forming a first sidewall insulating film on the sidewall of the gate electrode;
(E) In order to form a second semiconductor region of a second conductivity type, a part of which is located below the gate electrode, in the first semiconductor region on both sides of the gate electrode, A process of introducing impurities by performing ion implantation in an oblique direction,
(F) forming a second sidewall insulating film on the sidewall of the gate electrode;
(G) After the step (f), in order to form second conductive type third semiconductor regions whose end portions are separated from the lower portions of the side walls of the gate electrode in the first semiconductor regions on both sides of the gate electrode, A step of introducing impurities by performing ion implantation;
(H) A step of performing long wavelength laser annealing with a wavelength of 3 μm or more in order to activate the impurities introduced in the steps (e) and (g).
(a)第1導電型の第1半導体領域を有する半導体基板を準備する工程、
(b)前記第1半導体領域上にゲート絶縁膜を形成する工程、
(c)前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程、
(d)GeまたはSiのイオン注入を行って前記ゲート電極の両側の前記第1半導体領域をアモルファス化する工程、
(e)前記(d)工程後に、その一部が前記ゲート電極の下部に位置する第2導電型の第2半導体領域を前記ゲート電極の両側の前記第1半導体領域に形成するために、前記半導体基板の主面に対して斜め方向にイオン注入を行って不純物を導入する工程、
(f)前記ゲート電極の側壁上に側壁絶縁膜を形成する工程、
(g)前記(f)工程後に、その端部が前記ゲート電極の側壁下部から離間する第2導電型の第3半導体領域を前記ゲート電極の両側の前記第1半導体領域に形成するために、イオン注入を行って不純物を導入する工程、
(h)前記(e)および(g)工程で導入された不純物を活性化させるために、波長が3μm以上の長波長レーザアニールを行う工程。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
(A) preparing a semiconductor substrate having a first semiconductor region of a first conductivity type;
(B) forming a gate insulating film on the first semiconductor region;
(C) forming a gate electrode on the gate insulating film;
(D) performing an ion implantation of Ge or Si to amorphize the first semiconductor region on both sides of the gate electrode;
(E) After the step (d), in order to form a second semiconductor region of a second conductivity type, a part of which is located below the gate electrode, in the first semiconductor region on both sides of the gate electrode, A process of introducing impurities by implanting ions in an oblique direction with respect to the main surface of the semiconductor substrate;
(F) forming a sidewall insulating film on the sidewall of the gate electrode;
(G) After the step (f), in order to form second conductive type third semiconductor regions whose end portions are separated from the lower portions of the side walls of the gate electrode in the first semiconductor regions on both sides of the gate electrode, A step of introducing impurities by performing ion implantation;
(H) A step of performing long wavelength laser annealing with a wavelength of 3 μm or more in order to activate the impurities introduced in the steps (e) and (g).
(a)第1導電型の第1半導体領域を有する半導体基板を準備する工程、
(b)前記第1半導体領域上にゲート絶縁膜を形成する工程、
(c)前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程、
(d)前記ゲート電極の側壁上に側壁絶縁膜を形成する工程、
(e)前記(d)工程後に、その端部が前記ゲート電極の側壁下部から離間する第2導電型の第2半導体領域を前記ゲート電極の両側の前記第1半導体領域に形成するために、イオン注入を行って不純物を導入する工程、
(f)前記(e)工程後に、前記側壁絶縁膜を除去する工程、
(g)前記(f)工程後に、その一部が前記ゲート電極の下部に位置する第2導電型の第3半導体領域を前記ゲート電極の両側の前記第1半導体領域に形成するために、前記半導体基板の主面に対して斜め方向にイオン注入を行って不純物を導入する工程、
(h)前記(e)および(g)工程で導入された不純物を活性化させるために、波長が3μm以上の長波長レーザアニールを行う工程。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
(A) preparing a semiconductor substrate having a first semiconductor region of a first conductivity type;
(B) forming a gate insulating film on the first semiconductor region;
(C) forming a gate electrode on the gate insulating film;
(D) forming a sidewall insulating film on the sidewall of the gate electrode;
(E) After the step (d), in order to form a second conductivity type second semiconductor region whose end is separated from the lower side of the side wall of the gate electrode in the first semiconductor region on both sides of the gate electrode, A step of introducing impurities by performing ion implantation;
(F) The step of removing the sidewall insulating film after the step (e),
(G) After the step (f), in order to form a second conductivity type third semiconductor region, a part of which is located below the gate electrode, in the first semiconductor region on both sides of the gate electrode, A process of introducing impurities by implanting ions in an oblique direction with respect to the main surface of the semiconductor substrate;
(H) A step of performing long wavelength laser annealing with a wavelength of 3 μm or more in order to activate the impurities introduced in the steps (e) and (g).
(a)第1導電型の第1半導体領域を有する半導体基板を準備する工程、
(b)前記第1半導体領域上にゲート絶縁膜を形成する工程、
(c)前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程、
(d)その一部が前記ゲート電極の下部に位置する第2導電型の第2半導体領域を前記ゲート電極の両側の前記第1半導体領域に形成するために、前記半導体基板の主面に対して斜め方向にイオン注入を行って不純物を導入する工程、
(e)前記ゲート電極の側壁上に側壁絶縁膜を形成する工程、
(f)前記(e)工程後に、その端部が前記ゲート電極の側壁下部から離間する第2導電型の第3半導体領域を前記ゲート電極の両側の前記第1半導体領域に形成するために、イオン注入を行って不純物を導入する工程、
(g)前記(f)工程後に、前記側壁絶縁膜を除去する工程、
(h)前記(g)工程後に、前記(d)および(f)工程で導入された不純物を活性化させるために、波長が3μm以上の長波長レーザアニールを行う工程。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
(A) preparing a semiconductor substrate having a first semiconductor region of a first conductivity type;
(B) forming a gate insulating film on the first semiconductor region;
(C) forming a gate electrode on the gate insulating film;
(D) In order to form a second semiconductor region of a second conductivity type, a part of which is located below the gate electrode, in the first semiconductor region on both sides of the gate electrode, A process of introducing impurities by performing ion implantation in an oblique direction,
(E) forming a sidewall insulating film on the sidewall of the gate electrode;
(F) After the step (e), in order to form second conductive type third semiconductor regions whose end portions are separated from the lower portions of the side walls of the gate electrode in the first semiconductor regions on both sides of the gate electrode, A step of introducing impurities by performing ion implantation;
(G) a step of removing the sidewall insulating film after the step (f);
(H) A step of performing long-wavelength laser annealing with a wavelength of 3 μm or more in order to activate the impurities introduced in the steps (d) and (f) after the step (g).
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