JP2005333060A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、素子分離酸化膜の膜減りを低減させる方法に適用して好適なものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and is particularly suitable for application to a method for reducing the reduction in element isolation oxide film thickness.
従来の半導体装置では、素子分離を安定して行うためにLOCOS構造を用いる方法がある。また、例えば、特許文献1には、積層された2層ゲート電極を有するメモリセルとの混載プロセスにおいて、フィールド酸化膜上に窒化シリコン膜を含む絶縁膜を形成することにより、その後の洗浄工程やエッチング工程でのフィールド酸化膜の膜減りを低減させる方法が開示されている。
しかしながら、素子分離酸化膜を形成した後の洗浄工程やエッチング工程において、素子分離酸化膜の膜減りが発生し、半導体製造プロセスの進行に伴って素子分離酸化膜が除々に薄くなる。このため、フィールド耐圧の低下やフィールド反転を引き起こしたり、寄生容量の増大を招いたりして、半導体装置の信頼性が劣化するという問題があった。
また、特許文献1に開示された方法では、フィールド酸化膜上に窒化シリコン膜を含む絶縁膜を形成するために、絶縁膜のデポジション、フォトリソグラフィーおよびエッチングを行う必要があり、工程増を招くという問題があった。また、窒化シリコン膜を含む絶縁膜をエッチングする際に、素子形成領域もエッチングされ、素子形成領域にダメージが及ぶという問題があった。
However, in the cleaning process and the etching process after the element isolation oxide film is formed, the element isolation oxide film is reduced, and the element isolation oxide film gradually becomes thinner as the semiconductor manufacturing process progresses. For this reason, there has been a problem that the reliability of the semiconductor device deteriorates due to a decrease in field breakdown voltage, field inversion, or an increase in parasitic capacitance.
Further, in the method disclosed in
そこで、本発明の目的は、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、素子分離酸化膜の膜減りを低減させることが可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can reduce the reduction of the element isolation oxide film while suppressing the complexity of the manufacturing process.
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、半導体上の素子分離領域に形成された素子分離酸化膜と、前記素子分離酸化膜の表層に自己整合的に形成された酸窒化膜と、前記素子分離酸化膜で素子分離された半導体上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置されるようにして前記半導体に形成されたソース/ドレイン層とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, according to a semiconductor device of one embodiment of the present invention, an element isolation oxide film formed in an element isolation region on a semiconductor and a surface layer of the element isolation oxide film are self-aligned. The formed oxynitride film, the gate electrode formed on the semiconductor element separated by the element isolation oxide film, and the source / drain formed on the semiconductor so as to be disposed on both sides of the gate electrode, respectively. And a layer.
これにより、N+イオンが注入された素子分離酸化膜の熱処理を行うことにより、素子分離酸化膜の表層に酸窒化膜を形成することができる。このため、窒化シリコン膜を含む絶縁膜のデポジションおよびエッチングを行うことなく、素子分離酸化膜を形成した後の洗浄工程やエッチング工程での素子分離酸化膜の膜減りを低減させることが可能となる。この結果、工程数の増大を抑制しつつ、素子分離酸化膜として必要な膜厚を残すことが可能となり、フィールド耐圧の低下やフィールド反転を防止することが可能となるとともに、素子形成領域のエッチングダメージを抑制することが可能となる。 Thus, the oxynitride film can be formed on the surface layer of the element isolation oxide film by performing a heat treatment on the element isolation oxide film implanted with N + ions. Therefore, it is possible to reduce the thickness of the element isolation oxide film in the cleaning process and the etching process after forming the element isolation oxide film without performing deposition and etching of the insulating film including the silicon nitride film. Become. As a result, it is possible to leave a film thickness necessary as an element isolation oxide film while suppressing an increase in the number of processes, and it is possible to prevent a decrease in field breakdown voltage and a field inversion and to etch an element formation region. Damage can be suppressed.
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、絶縁層上の一部の領域に形成された半導体層と、前記半導体層から露出された前記絶縁層の表層に自己整合的に形成された酸窒化膜と、前記半導体層上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置されるようにして前記半導体層に形成されたソース/ドレイン層とを備えることを特徴とする。 In addition, according to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the semiconductor device is formed in a self-aligned manner on the semiconductor layer formed in a partial region on the insulating layer and the surface layer of the insulating layer exposed from the semiconductor layer. And an oxynitride film, a gate electrode formed on the semiconductor layer, and a source / drain layer formed on the semiconductor layer so as to be disposed on both sides of the gate electrode, respectively. .
これにより、N+イオンが注入された絶縁層の熱処理を行うことにより、絶縁層の表層に酸窒化膜を形成することができる。このため、SOI基板にメサ素子分離構造を形成した場合においても、工程数の増大を抑制しつつ、SOI基板の絶縁層の膜減りを低減させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、絶縁体上の一部の領域に形成された半導体層と、前記半導体層の周囲を埋め込むようにして前記絶縁体上に形成された素子分離酸化膜と、前記素子分離酸化膜の表層に自己整合的に形成された酸窒化膜と、前記半導体層上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置されるようにして前記半導体層に形成されたソース/ドレイン層とを備えることを特徴とする。
Thus, an oxynitride film can be formed on the surface of the insulating layer by performing heat treatment on the insulating layer into which N + ions are implanted. For this reason, even when the mesa element isolation structure is formed on the SOI substrate, it is possible to reduce the decrease in the thickness of the insulating layer of the SOI substrate while suppressing an increase in the number of steps.
In addition, according to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the semiconductor layer formed in a partial region over the insulator and the element formed over the insulator so as to embed the periphery of the semiconductor layer An isolation oxide film, an oxynitride film formed in a self-aligned manner on a surface layer of the element isolation oxide film, a gate electrode formed on the semiconductor layer, and both sides of the gate electrode And a source / drain layer formed on the semiconductor layer.
これにより、N+イオンが注入された素子分離酸化膜の熱処理を行うことにより、素子分離酸化膜の表層に酸窒化膜を形成することができる。このため、SOI基板にSTI構造を形成した場合においても、工程数の増大を抑制しつつ、素子分離酸化膜の膜減りを低減させることが可能となる。
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体上の素子形成領域に酸化防止膜を形成する工程と、前記酸化防止膜をマスクとして前記半導体の熱酸化を行うことにより、前記素子形成領域の素子分離を行う素子分離酸化膜を形成する工程と、前記酸化防止膜をマスクとして前記素子分離酸化膜の表層にN+イオンをイオン注入することにより、前記素子分離酸化膜の表層に窒素イオン注入層を形成する工程と、前記半導体上の酸化防止膜を除去する工程と、前記窒素イオン注入層の熱処理を行うことにより、前記素子分離酸化膜の表層に酸窒化膜を形成する工程と、前記素子分離酸化膜で素子分離された半導体上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置されたソース/ドレイン層を前記半導体に形成する工程とを備えることを特徴とする。
Thus, the oxynitride film can be formed on the surface layer of the element isolation oxide film by performing a heat treatment on the element isolation oxide film implanted with N + ions. Therefore, even when the STI structure is formed on the SOI substrate, it is possible to reduce the reduction in the element isolation oxide film while suppressing the increase in the number of processes.
In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the step of forming an antioxidant film in the element formation region on the semiconductor and the thermal oxidation of the semiconductor using the antioxidant film as a mask are performed. Forming an element isolation oxide film for element isolation in the element formation region, and implanting N + ions into a surface layer of the element isolation oxide film using the antioxidant film as a mask, thereby forming the element isolation oxide film Forming a nitrogen ion-implanted layer on the surface layer, removing the antioxidant film on the semiconductor, and heat-treating the nitrogen ion-implanted layer, thereby forming an oxynitride film on the surface of the element isolation oxide film Forming a gate electrode on the semiconductor element separated by the element isolation oxide film, and forming source / drain layers respectively disposed on both sides of the gate electrode in the half. Characterized in that it comprises a step of forming the body.
これにより、窒素イオン注入層が形成された素子分離酸化膜の熱処理を行うことにより、素子分離酸化膜の表層に酸窒化膜を形成することが可能となるとともに、半導体層の熱酸化を選択的に行うための酸化防止膜を用いることにより、素子分離酸化膜に窒素イオン注入を選択的に行うことができる。このため、窒化シリコン膜を含む絶縁膜のデポジションおよびエッチングを行うことなく、素子分離酸化膜を形成した後の洗浄工程やエッチング工程での素子分離酸化膜の膜減りを低減させることが可能となり、工程数の増大を抑制しつつ、フィールド耐圧の低下やフィールド反転を防止することが可能となる。 As a result, it is possible to form an oxynitride film on the surface of the element isolation oxide film by performing heat treatment on the element isolation oxide film on which the nitrogen ion implanted layer is formed, and to selectively perform thermal oxidation of the semiconductor layer. By using the antioxidant film for performing this process, nitrogen ion implantation can be selectively performed on the element isolation oxide film. For this reason, it is possible to reduce the film loss of the element isolation oxide film in the cleaning process and the etching process after forming the element isolation oxide film without performing the deposition and etching of the insulating film including the silicon nitride film. Thus, it is possible to prevent a decrease in field breakdown voltage and field inversion while suppressing an increase in the number of processes.
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、絶縁体上の半導体層の一部を覆うレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして前記半導体層のメサ加工を行うことにより、前記半導体層の素子分離を行う工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記半導体層から露出した絶縁体の表層にN+イオンをイオン注入することにより、前記絶縁体の表層に窒素イオン注入層を形成する工程と、前記半導体上のレジストパターンを除去する工程と、前記窒素イオン注入層の熱処理を行うことにより、前記半導体層から露出した絶縁体の表層に酸窒化膜を形成する工程と、前記メサ加工された半導体層上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置されたソース/ドレイン層を前記半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする。 In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a step of forming a resist pattern that covers part of the semiconductor layer over the insulator, and mesa processing of the semiconductor layer using the resist pattern as a mask A step of isolating the semiconductor layer, and implanting nitrogen ions into the surface of the insulator by implanting N + ions into the surface of the insulator exposed from the semiconductor layer using the resist pattern as a mask. A step of forming a layer; a step of removing a resist pattern on the semiconductor; and a step of forming an oxynitride film on a surface layer of an insulator exposed from the semiconductor layer by performing a heat treatment of the nitrogen ion implantation layer; Forming a gate electrode on the mesa-processed semiconductor layer, and forming a source / drain layer respectively disposed on both sides of the gate electrode. Characterized in that it comprises a step of forming the semiconductor layer.
これにより、N+イオンが注入された絶縁層の熱処理を行うことにより、絶縁層の表層に酸窒化膜を形成することが可能となるとともに、メサ素子分離構造を形成するためのレジストパターンを用いることにより、絶縁層に窒素イオン注入を選択的に行うことができる。このため、SOI基板にメサ素子分離構造を形成した場合においても、工程数の増大を抑制しつつ、SOI基板の絶縁層の膜減りを低減させることが可能となる。 As a result, by performing heat treatment of the insulating layer implanted with N + ions, it becomes possible to form an oxynitride film on the surface layer of the insulating layer and to use a resist pattern for forming a mesa element isolation structure Thus, nitrogen ion implantation can be selectively performed in the insulating layer. For this reason, even when the mesa element isolation structure is formed on the SOI substrate, it is possible to reduce the decrease in the thickness of the insulating layer of the SOI substrate while suppressing an increase in the number of steps.
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、絶縁体上に形成された半導体層のメサ加工を行うことにより、前記半導体層の素子分離を行う工程と、前記半導体層の周囲を埋め込む酸化膜を前記絶縁体上に形成する工程と、前記酸化膜の表層にN+イオンをイオン注入することにより、前記酸化膜の表層に窒素イオン注入層を形成する工程と、前記窒素イオン注入層の熱処理を行うことにより、前記酸化膜の表層に酸窒化膜を形成する工程と、前記素子分離された半導体層上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置されたソース/ドレイン層を前記半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする。 In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the step of element isolation of the semiconductor layer by performing mesa processing on the semiconductor layer formed over the insulator; Forming a buried oxide film on the insulator; forming a nitrogen ion implanted layer on the surface of the oxide film by implanting N + ions into the surface of the oxide film; and A process of forming an oxynitride film on a surface layer of the oxide film by performing a heat treatment of the ion implantation layer, a process of forming a gate electrode on the semiconductor layer separated from the element, and arranged on both sides of the gate electrode, respectively Forming a source / drain layer formed on the semiconductor layer.
これにより、素子分離酸化膜の表層に酸窒化膜を形成することができ、SOI基板にSTI構造を形成した場合においても、工程数の増大を抑制しつつ、素子分離酸化膜の膜減りを低減させることが可能となる。 As a result, an oxynitride film can be formed on the surface layer of the element isolation oxide film, and even when the STI structure is formed on the SOI substrate, the increase in the number of processes is suppressed and the decrease in the film thickness of the element isolation oxide film is reduced. It becomes possible to make it.
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
図1および図2は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図1(a)において、半導体基板1の熱酸化を行うことにより、半導体基板1上に犠牲酸化膜2を形成する。なお、半導体基板1の材質としては、例えば、Si、Ge、SiGe、SiC、SiSn、PbS、GaAs、InP、GaP、GaN、ZnSeなどを用いることができる。そして、半導体基板1上に犠牲酸化膜2を形成した後、CVDなどの方法により、半導体基板1上に酸化防止膜3を成膜する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて酸化防止膜3および犠牲酸化膜2をパターニングすることにより、素子分離領域E2上の酸化防止膜3および犠牲酸化膜2を除去する。なお、酸化防止膜3としては、例えば、シリコン窒化膜を用いることができる。
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1A, a
次に、図1(b)に示すように、酸化防止膜3をマスクとして半導体基板1の選択酸化を行うことにより、素子分離領域E2に素子分離酸化膜4を形成する。
次に、図1(c)に示すように、酸化防止膜3をマスクとして、素子分離酸化膜4の表層にN+イオンのイオン注入P1を行うことにより、素子分離酸化膜4の表層に窒素イオン注入層5を形成する。なお、イオン注入P1の条件は、エネルギーが10〜100keV程度、ドーズ量が1E+15〜1E+17cm-2程度とすることができる。
Next, as shown in FIG. 1B, the element
Next, as shown in FIG. 1C, by using the
次に、図2(a)に示すように、半導体基板1上の酸化防止膜3および犠牲酸化膜2を除去する。なお、酸化防止膜3としてシリコン窒化膜を用いた場合、熱燐酸をエッチング液とするウェットエッチングにて酸化防止膜3を除去することができる。
次に、図2(b)に示すように、窒素イオン注入層5の熱処理を行うことにより、窒素イオン注入層5を酸窒化膜6に変化させ、素子分離酸化膜4上に酸窒化膜6を形成する。なお、窒素イオン注入層5の熱処理条件としては、窒素雰囲気中または酸化雰囲気中で温度を1000℃程度に設定することができる。
Next, as shown in FIG. 2A, the
Next, as shown in FIG. 2B, the nitrogen
次に、図2(c)に示すように、半導体基板1の熱酸化を行うことにより、素子形成領域E1の半導体基板1の表面にゲート絶縁膜7を形成する。そして、CVDなどの方法により、ゲート絶縁膜7が形成された半導体基板1上に多結晶シリコン層を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて多結晶シリコン層をパターニングすることにより、半導体基板1上にゲート電極8を形成する。そして、ゲート電極8をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を半導体基板1内にイオン注入することにより、ゲート電極8の両側にそれぞれ配置された低濃度不純物導入層からなるLDD層9を半導体基板1に形成する。
Next, as illustrated in FIG. 2C, the gate
そして、CVDなどの方法により、LDD層9が形成された半導体基板1上に絶縁層を形成し、RIEなどの異方性エッチングを用いて絶縁層をエッチバックすることにより、ゲート電極8の側壁にサイドウォール10をそれぞれ形成する。そして、ゲート電極8およびサイドウォール10をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を半導体基板1内にイオン注入することにより、サイドウォール10の側方にそれぞれ配置された高濃度不純物導入層からなるソース/ドレイン層11を半導体基板1に形成する。
Then, an insulating layer is formed on the
ここで、窒素イオン注入層5の熱処理にて素子分離酸化膜4上に酸窒化膜6を形成することにより、窒化シリコン膜を含む絶縁膜のデポジションおよびエッチングを行うことなく、素子分離絶縁膜4を保護することができる。このため、素子分離絶縁膜4形成後の洗浄工程やゲート電極8およびサイドウォール10を形成するためのエッチング工程において、素子分離絶縁膜4の薄膜化を抑制することができ、フィールド耐圧の低下やフィールド反転を防止することが可能となるとともに、素子形成領域E1のエッチングダメージを抑制することが可能となる。
Here, by forming the
また、半導体基板1の熱酸化を選択的に行うための酸化防止膜3を用いて、素子分離酸化膜4の表層にN+イオンのイオン注入P1を行うことにより、窒素イオン注入層5が形成される領域と素子分離領域E2との位置合わせを精度よく行うことができる。このため、窒素イオン注入層5が形成される領域と素子分離領域E2との間における位置合わせマージンを不要とすることができ、集積度の劣化を防止することが可能となるとともに、工程数の増大を抑制することができる。
Further, by using the
なお、上述した実施形態では、酸化防止膜3をマスクとして素子分離酸化膜4の表層にN+イオンのイオン注入P1を行う方法について説明したが、素子形成領域E1に形成されたレジストパターンをマスクとして素子分離酸化膜4の表層にN+イオンのイオン注入P1を行うようにしてもよい。
図3および図4は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
In the above-described embodiment, the method of performing the ion implantation P1 of N + ions on the surface layer of the element
3 and 4 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
図3(a)において、支持基板21上にはBOX層22が形成され、BOX層22上には、半導体層23が形成されている。なお、支持基板21としては、Si、Ge、SiGe、GaAs、InP、GaP、GaN、SiCなどの半導体基板を用いるようにしてもよく、ガラス、サファイアまたはセラミックなどの絶縁性基板を用いるようにしてもよい。また、半導体層23の材質としては、例えば、Si、Ge、SiGe、SiC、SiSn、PbS、GaAs、InP、GaP、GaN、ZnSeなどを用いることができ、BOX層22としては、例えば、SiO2、SiONまたはSi3N4などの絶縁層または埋め込み絶縁膜を用いることができる。また、半導体層23がBOX層22上に形成された半導体基板としては、例えば、SOI基板を用いることができ、SOI基板としては、SIMOX(Separation by Implanted Oxgen)基板、貼り合わせ基板またはレーザアニール基板などを用いることができる。また、半導体層23としては、単結晶半導体層、多結晶半導体層あるいはアモルファス半導体層を用いるようにしてもよい。
In FIG. 3A, a
そして、フォトリソグラフィー技術を用いることにより、素子形成領域E11の半導体層23を覆うとともに、素子分離領域E12の半導体層23を露出させるレジストパターンR1を形成する。
次に、図3(b)に示すように、レジストパターンR1をマスクとして半導体層23のエッチングを行うことにより、素子分離領域E12の半導体層23を除去し、メサ素子分離構造を形成する。
Then, by using a photolithography technique, a resist pattern R1 that covers the
Next, as shown in FIG. 3B, the
次に、図3(c)に示すように、レジストパターンR1をマスクとして、BOX層22の表層にN+イオンのイオン注入P2を行うことにより、BOX層22の表層に窒素イオン注入層25を形成する。
次に、図4(a)に示すように、半導体層23上のレジストパターンR1を除去する。そして、図4(b)に示すように、窒素イオン注入層25の熱処理を行うことにより、窒素イオン注入層25を酸窒化膜26に変化させ、BOX層22上に酸窒化膜26を形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, N + ion implantation P2 is performed on the surface layer of the
Next, as shown in FIG. 4A, the resist pattern R1 on the
次に、図4(c)に示すように、半導体層23の熱酸化を行うことにより、素子形成領域E11の半導体層23の表面にゲート絶縁膜27を形成する。そして、CVDなどの方法により、ゲート絶縁膜27が形成された半導体層23上に多結晶シリコン層を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて多結晶シリコン層をパターニングすることにより、半導体層23上にゲート電極28を形成する。そして、ゲート電極28をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を半導体層23内にイオン注入することにより、ゲート電極28の両側にそれぞれ配置された低濃度不純物導入層からなるLDD層29を半導体層23に形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, the
そして、CVDなどの方法により、LDD層29が形成された半導体層23上に絶縁層を形成し、RIEなどの異方性エッチングを用いて絶縁層をエッチバックすることにより、ゲート電極28の側壁にサイドウォール30をそれぞれ形成する。そして、ゲート電極28およびサイドウォール30をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を半導体層23内にイオン注入することにより、サイドウォール30の側方にそれぞれ配置された高濃度不純物導入層からなるソース/ドレイン層31を半導体層23に形成する。
Then, an insulating layer is formed on the
ここで、BOX層22上に酸窒化膜26を形成することにより、メサ素子分離構造形成後の洗浄工程やゲート電極28およびサイドウォール30を形成するためのエッチング工程において、BOX層22の薄膜化を抑制することができる。また、メサ素子分離構造を形成するためのレジストパターンR1を用いて、BOX層22の表層にN+イオンのイオン注入P2を行うことにより、窒素イオン注入層25が形成される領域と素子分離領域E12との位置合わせを精度よく行うことができる。このため、窒素イオン注入層25が形成される領域と素子分離領域E12との間における位置合わせマージンを不要とすることができ、集積度の劣化を防止することが可能となるとともに、工程数の増大を抑制することができる。
Here, by forming the
図5および図6は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図5(a)において、支持基板41上にはBOX層42が形成されている。そして、BOX層42上の素子形成領域E21には半導体層43が形成されるとともに、素子分離領域E22のBOX層42は露出されている。
5 and 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
In FIG. 5A, a
次に、図5(b)に示すようにCVDなどの方法により、半導体層43が形成されたBOX層42上の全面に酸化膜44を堆積する。
次に、図5(c)に示すように、酸化膜44内にN+イオンのイオン注入P3を行うことにより、酸化膜44内に窒素イオン注入層45を形成する。ここで、N+イオンの注入の深さは、酸化膜44の平坦化を行って半導体層43を露出させた時に、窒素イオン注入層45が酸化膜44の表層に配置されるように設定することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 5B, an
Next, as shown in FIG. 5C, N + ion implantation P < b > 3 is performed in the
次に、図6(a)に示すように、酸化膜44を平坦化することにより半導体層43を露出させ、半導体層43の周囲に酸化膜44を埋め込む。ここで、酸化膜44を平坦化する方法としては、例えば、CMP(化学的機械的研磨)を用いることができる。
次に、図6(b)に示すように、窒素イオン注入層45の熱処理を行うことにより、窒素イオン注入層45を酸窒化膜46に変化させ、酸化膜44の表層に酸窒化膜46を形成する。
Next, as shown in FIG. 6A, the
Next, as shown in FIG. 6B, the nitrogen ion implanted
次に、図6(c)に示すように、半導体層43の熱酸化を行うことにより、素子形成領域E21の半導体層43の表面にゲート絶縁膜47を形成する。そして、CVDなどの方法により、ゲート絶縁膜47が形成された半導体層43上に多結晶シリコン層を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて多結晶シリコン層をパターニングすることにより、半導体層43上にゲート電極48を形成する。そして、ゲート電極48をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を半導体層43内にイオン注入することにより、ゲート電極48の両側にそれぞれ配置された低濃度不純物導入層からなるLDD層49を半導体層43に形成する。
Next, as illustrated in FIG. 6C, the
そして、CVDなどの方法により、LDD層49が形成された半導体層43上に絶縁層を形成し、RIEなどの異方性エッチングを用いて絶縁層をエッチバックすることにより、ゲート電極48の側壁にサイドウォール50をそれぞれ形成する。そして、ゲート電極48およびサイドウォール50をマスクとして、As、P、Bなどの不純物を半導体層43内にイオン注入することにより、サイドウォール50の側方にそれぞれ配置された高濃度不純物導入層からなるソース/ドレイン層51を半導体層43に形成する。
Then, an insulating layer is formed on the
これにより、酸化膜44を酸窒化膜46で保護することができ、SOI基板にSTI構造を形成した場合においても、工程数の増大を抑制しつつ、酸化膜44の膜減りを低減させることが可能となる。
As a result, the
E1、E11、E21 素子形成領域、E2、E12、E22 素子分離領域、1 半導体基板、2 犠牲酸化膜、3 酸化防止膜、4 素子分離酸化膜、5、25、45 窒素イオン注入層、6、26、46 酸窒化膜、7、27、47 ゲート絶縁膜、8、28、48 ゲート電極、9、29、49 LDD層、10、30、50 サイドウォールスペーサ、11、31、51 ソース/ドレイン層、21、41 支持基板、22、42 BOX層、23、43 単結晶半導体層、44 酸化膜、R1 レジストパターン、P1〜P3 イオン注入 E1, E11, E21 Device formation region, E2, E12, E22 Device isolation region, 1 Semiconductor substrate, 2 Sacrificial oxide film, 3 Antioxidation film, 4 Device isolation oxide film, 5, 25, 45 Nitrogen ion implantation layer, 6, 26, 46 Oxynitride film, 7, 27, 47 Gate insulating film, 8, 28, 48 Gate electrode, 9, 29, 49 LDD layer, 10, 30, 50 Side wall spacer, 11, 31, 51 Source / drain layer , 21, 41 Support substrate, 22, 42 BOX layer, 23, 43 Single crystal semiconductor layer, 44 Oxide film, R1 resist pattern, P1-P3 ion implantation
Claims (6)
前記素子分離酸化膜の表層に自己整合的に形成された酸窒化膜と、
前記素子分離酸化膜で素子分離された半導体上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置されるようにして前記半導体に形成されたソース/ドレイン層とを備えることを特徴とする半導体装置。 An element isolation oxide film formed in an element isolation region on a semiconductor;
An oxynitride film formed in a self-aligned manner on a surface layer of the element isolation oxide film;
A gate electrode formed on the semiconductor element isolated by the element isolation oxide film;
A semiconductor device comprising: a source / drain layer formed on the semiconductor so as to be disposed on both sides of the gate electrode.
前記半導体層から露出された前記絶縁層の表層に自己整合的に形成された酸窒化膜と、
前記半導体層上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置されるようにして前記半導体層に形成されたソース/ドレイン層とを備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor layer formed in a partial region on the insulating layer;
An oxynitride film formed in a self-aligned manner on a surface layer of the insulating layer exposed from the semiconductor layer;
A gate electrode formed on the semiconductor layer;
A semiconductor device comprising: a source / drain layer formed on the semiconductor layer so as to be disposed on both sides of the gate electrode.
前記半導体層の周囲を埋め込むようにして前記絶縁体上に形成された素子分離酸化膜と、
前記素子分離酸化膜の表層に自己整合的に形成された酸窒化膜と、
前記半導体層上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置されるようにして前記半導体層に形成されたソース/ドレイン層とを備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor layer formed in a partial region on the insulator;
An element isolation oxide film formed on the insulator so as to embed the periphery of the semiconductor layer;
An oxynitride film formed in a self-aligned manner on a surface layer of the element isolation oxide film;
A gate electrode formed on the semiconductor layer;
A semiconductor device comprising: a source / drain layer formed on the semiconductor layer so as to be disposed on both sides of the gate electrode.
前記酸化防止膜をマスクとして前記半導体の熱酸化を行うことにより、前記素子形成領域の素子分離を行う素子分離酸化膜を形成する工程と、
前記酸化防止膜をマスクとして前記素子分離酸化膜の表層にN+イオンをイオン注入することにより、前記素子分離酸化膜の表層に窒素イオン注入層を形成する工程と、
前記半導体上の酸化防止膜を除去する工程と、
前記窒素イオン注入層の熱処理を行うことにより、前記素子分離酸化膜の表層に酸窒化膜を形成する工程と、
前記素子分離酸化膜で素子分離された半導体上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置されたソース/ドレイン層を前記半導体に形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an antioxidant film in an element formation region on the semiconductor;
Forming an element isolation oxide film for element isolation of the element formation region by performing thermal oxidation of the semiconductor using the antioxidant film as a mask;
Forming a nitrogen ion-implanted layer on the surface of the element isolation oxide film by implanting N + ions into the surface layer of the element isolation oxide film using the antioxidant film as a mask;
Removing the antioxidant film on the semiconductor;
Forming a oxynitride film on a surface layer of the element isolation oxide film by performing a heat treatment of the nitrogen ion implanted layer;
Forming a gate electrode on the semiconductor element separated by the element isolation oxide film;
Forming a source / drain layer respectively disposed on both sides of the gate electrode on the semiconductor.
レジストパターンをマスクとして前記半導体層のメサ加工を行うことにより、前記半導体層の素子分離を行う工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記半導体層から露出した絶縁体の表層にN+イオンをイオン注入することにより、前記絶縁体の表層に窒素イオン注入層を形成する工程と、
前記半導体上のレジストパターンを除去する工程と、
前記窒素イオン注入層の熱処理を行うことにより、前記半導体層から露出した絶縁体の表層に酸窒化膜を形成する工程と、
前記メサ加工された半導体層上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置されたソース/ドレイン層を前記半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a resist pattern covering a part of the semiconductor layer on the insulator;
Performing a mesa process of the semiconductor layer using a resist pattern as a mask, thereby performing element isolation of the semiconductor layer;
Forming a nitrogen ion implanted layer on the surface of the insulator by implanting N + ions into the surface of the insulator exposed from the semiconductor layer using the resist pattern as a mask;
Removing the resist pattern on the semiconductor;
Forming a oxynitride film on a surface layer of the insulator exposed from the semiconductor layer by performing a heat treatment of the nitrogen ion implanted layer;
Forming a gate electrode on the mesa-processed semiconductor layer;
Forming a source / drain layer respectively disposed on both sides of the gate electrode in the semiconductor layer.
前記半導体層の周囲を埋め込む酸化膜を前記絶縁体上に形成する工程と、
前記酸化膜の表層にN+イオンをイオン注入することにより、前記酸化膜の表層に窒素イオン注入層を形成する工程と、
前記窒素イオン注入層の熱処理を行うことにより、前記酸化膜の表層に酸窒化膜を形成する工程と、
前記素子分離された半導体層上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の両側にそれぞれ配置されたソース/ドレイン層を前記半導体層に形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step of performing element isolation of the semiconductor layer by performing mesa processing of the semiconductor layer formed on the insulator;
Forming an oxide film filling the periphery of the semiconductor layer on the insulator;
Forming a nitrogen ion implanted layer on the surface of the oxide film by implanting N + ions into the surface of the oxide film;
Forming a oxynitride film on a surface layer of the oxide film by performing a heat treatment of the nitrogen ion implanted layer;
Forming a gate electrode on the element-isolated semiconductor layer;
Forming a source / drain layer respectively disposed on both sides of the gate electrode in the semiconductor layer.
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WO2012141122A1 (en) * | 2011-04-14 | 2012-10-18 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor integrated circuit device and method for manufacturing semiconductor integrated circuit device |
JP2017168671A (en) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
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