JP2006059843A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置とその製造方法に係り、特に、ショートチャネル抑制効果の高いソース/ドレイン領域の構造、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a structure of a source / drain region having a high short channel suppressing effect and a manufacturing method thereof.
近年、LSI技術では、集積化と素子動作の高速化に伴い、ゲート長の短距離化、ソース/ドレイン領域の接合深さのシャロー化が進められている。 In recent years, in the LSI technology, with the integration and the speeding up of the device operation, the gate length is shortened and the junction depth of the source / drain regions is shallowed.
従来、MOSトランジスタの製造工程におけるソース/ドレイン領域の形成のためには次のようなプロセスが使用されている。すなわち、ゲート電極を形成した後、このゲート電極パターンをマスクとして、不純物イオンの注入を行い、ソース/ドレイン領域のエクステンション部分に相当する浅い不純物イオン注入領域を形成し、アニール処理を行う。次に、ゲート電極の側壁に酸化膜でサイドウォールを形成し、このサイドウォール及びゲート電極をマスクとして、2度目の不純物イオン注入を行い、深い不純物イオン注入領域を形成する。さらに、2回のイオン注入工程で形成された浅いイオン注入領域と深いイオン注入領域に形成された結晶欠陥の回復と活性化を行うため、再びアニール処理を行う。 Conventionally, the following process is used for forming source / drain regions in the manufacturing process of a MOS transistor. That is, after forming the gate electrode, impurity ions are implanted using this gate electrode pattern as a mask to form a shallow impurity ion implantation region corresponding to the extension portion of the source / drain region, and an annealing process is performed. Next, a sidewall is formed of an oxide film on the side wall of the gate electrode, and a second impurity ion implantation is performed using the sidewall and the gate electrode as a mask to form a deep impurity ion implantation region. Further, in order to recover and activate the crystal defects formed in the shallow ion implantation region and the deep ion implantation region formed by the two ion implantation steps, the annealing process is performed again.
一般に、PMOSFET(Pchannel MOSField Effect Transistor)を形成する場合には、不純物イオンとして活性化率が高いボロン(B)が使用され、NMOSFET(N channel MOSField Effect Transistor)を形成する場合には、ヒ素(As)が使用されている(特許文献1)。 In general, when forming a PMOSFET (Pchannel MOS Field Effect Transistor), boron (B) having a high activation rate is used as impurity ions, and when forming an NMOSFET (N channel MOS Field Effect Transistor), arsenic (As ) Is used (Patent Document 1).
しかしながら、上述のように従来の方法でソース/ドレイン領域を形成する場合、PMOSFETでは、注入する不純物元素としてNMOSFETで使用されるヒ素に比べ、拡散係数が大きいボロンが使用されているため、アニール時により深く拡散しやすい。特に、ボロンイオンは、アニール時において格子間に存在するシリコンとペアとなることで増速拡散を引き起こすことが指摘されており、PMOSFETにおいてMOSFETと同等の浅い接合を形成することは困難である。 However, when the source / drain regions are formed by the conventional method as described above, the PMOSFET uses boron having a larger diffusion coefficient than the arsenic used in the NMOSFET as the impurity element to be implanted. Easier to diffuse deeper. In particular, it has been pointed out that boron ions cause accelerated diffusion by pairing with silicon existing between lattices during annealing, and it is difficult to form a shallow junction equivalent to a MOSFET in a PMOSFET.
最近では、アニール時に生じる深い拡散を抑制するため、1000℃以上の高温で、数秒程度の短時間アニール処理を行う方法(Rapid Thermal Annealing:RTA処理)が検討されている。しかし、このようなRTA処理を採用しても、上述する格子間シリコンと対となって引き起こすボロンの増速拡散を十分抑制することはできない。 Recently, a method (Rapid Thermal Annealing: RTA treatment) in which annealing is performed for a short time of about several seconds at a high temperature of 1000 ° C. or higher has been studied in order to suppress deep diffusion occurring during annealing. However, even if such an RTA process is adopted, the accelerated diffusion of boron caused in a pair with the interstitial silicon described above cannot be sufficiently suppressed.
よって、PMOSFETでは、NMOSFETに比べ、同等の接合の深さを得ようとすると、ゲート端でのソース/ドレイン領域、即ちエクステンション部の浅い不純物拡散領域において、横方向の拡散領域が広がる結果、ゲート電極とソース/ドレイン領域間でのオーバラップ領域が増え、ゲート電極下の横方向の拡散領域端部の不純物プロファイルの急峻性が劣る。このため、NMOSFETに比べ、ショートチャネル効果の制御が困難であり、寄生抵抗の増大を招く虞れが高い。
現在開発が進んでいるゲート長が30nm以下の微細なCMOSFETの実用化するためには、上述するPMOSFETのエクステンション部分のボロンの横方向拡散を抑制することが望まれている。 In order to put into practical use a fine CMOSFET having a gate length of 30 nm or less, which is currently under development, it is desired to suppress the lateral diffusion of boron in the extension portion of the PMOSFET described above.
そこで、本発明の課題は、PMOSFETにおいて、ショートチャネル効果を抑制でき、より微細なPMOSFETの動作を確保できるよう、ソース/ドレイン領域のエクステンション部のボロンの拡散が抑制された半導体装置及びその製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which diffusion of boron in an extension portion of a source / drain region is suppressed and a method for manufacturing the same so that a short channel effect can be suppressed and a finer PMOSFET operation can be secured in the PMOSFET. Is to provide.
本発明の半導体装置の特徴は、半導体基板に形成されたnウエル領域と、nウェル領域上に形成されたゲート電極と、ゲート電極の両端部のnウェルの表面層に形成されたボロン拡散領域と、ボロン拡散領域より少なくともゲート電極下の横方向においてボロン拡散領域を包含する、フッ素、窒素、及び炭素からなる群から選択される少なくともいずれか一の拡散抑制元素が拡散された拡散抑制元素拡散領域と、ボロン拡散領域より深く、かつ、横方向端部がボロン拡散領域の横方向端部よりゲート電極端から離れた位置にある、p型不純物拡散領域とを有することである。 The semiconductor device of the present invention is characterized by an n-well region formed in a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the n-well region, and a boron diffusion region formed in the surface layer of the n-well at both ends of the gate electrode. A diffusion suppressing element diffusion in which at least one diffusion suppressing element selected from the group consisting of fluorine, nitrogen, and carbon including the boron diffusion region in the lateral direction at least under the gate electrode from the boron diffusion region is diffused And a p-type impurity diffusion region which is deeper than the boron diffusion region and whose lateral end is located farther from the gate electrode end than the lateral end of the boron diffusion region.
本発明の半導体装置の製造方法の特徴は、半導体基板の基板表面層にnウェル領域を形成する工程と、nウェル領域上にゲート酸化膜及びゲート電極を形成する工程と、nウェル領域の表面層に、フッ素、窒素、及び炭素からなる群から選択される少なくともいずれか一の拡散抑制元素をイオン注入し、拡散抑制元素イオン注入領域を形成する工程と、拡散抑制元素イオン注入領域をアニールし、拡散抑制元素拡散領域を形成する工程と、拡散抑制元素イオン注入領域形成後、nウェル領域の表面層に、ボロンまたはボロン化合物をイオン注入し、拡散抑制元素拡散領域内に包含されるボロンイオン注入領域を形成する工程と、ボロンイオン注入領域をアニールする工程とゲート電極の側面に絶縁膜でサイドウォールを形成する工程と、ゲート電極とサイドウォールを注入マスクとして用いて、p型不純物イオンを注入し、ボロンイオン注入領域より深いp型不純物イオン注入領域を形成する工程と、p型不純物イオン注入領域をアニールする工程とを有することである。 The semiconductor device manufacturing method of the present invention is characterized in that an n-well region is formed on a substrate surface layer of a semiconductor substrate, a gate oxide film and a gate electrode are formed on the n-well region, and a surface of the n-well region. Ion implantation of at least one diffusion suppressing element selected from the group consisting of fluorine, nitrogen, and carbon into the layer to form a diffusion suppressing element ion implantation region, and annealing the diffusion suppressing element ion implantation region After forming the diffusion suppressing element diffusion region and forming the diffusion suppressing element ion implantation region, boron ions or boron compounds are ion-implanted into the surface layer of the n-well region, and boron ions included in the diffusion suppressing element diffusion region are formed. A step of forming an implantation region, a step of annealing the boron ion implantation region, a step of forming a sidewall with an insulating film on the side surface of the gate electrode, Using the electrodes and sidewalls as an implantation mask, p-type impurity ions are implanted to form a p-type impurity ion implantation region deeper than the boron ion implantation region, and a step of annealing the p-type impurity ion implantation region. That is.
なお、上記本発明の半導体装置の製造方法において、特に記載されていない工程の順番については、限定されない。 In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the order of steps not particularly described is not limited.
本発明の半導体装置によれば、フッ素、窒素及び炭素からなる群から選択された少なくとも一の元素を拡散した、拡散抑制元素拡散領域内に、PMOSFETのエクステンション部分となるボロン拡散領域を含めることにより、ゲート電極下における横方向のボロンの拡散を抑制できるため、ショートチャネル効果の制御性が高い微細なPMOSFETを提供できる。 According to the semiconductor device of the present invention, a boron diffusion region serving as an extension portion of the PMOSFET is included in the diffusion suppressing element diffusion region in which at least one element selected from the group consisting of fluorine, nitrogen, and carbon is diffused. Since the diffusion of boron in the lateral direction under the gate electrode can be suppressed, a fine PMOSFET with high controllability of the short channel effect can be provided.
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、ボロンイオン注入領域を形成する前に、フッ素、窒素及び炭素からなる群から選択された少なくとも一のイオンを注入する工程を有することにより、アニール時のボロンイオンの拡散が抑制されるため、PMOSFETのエクステンション部分となるボロン拡散領域のゲート電極下における横方向の拡散を抑制できる。よって、より微細なPMOSFETにおいて、ショートチャネル効果の発生を抑制できる。 In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, annealing may be performed by implanting at least one ion selected from the group consisting of fluorine, nitrogen, and carbon before forming the boron ion implantation region. Since the diffusion of boron ions at the time is suppressed, it is possible to suppress the lateral diffusion under the gate electrode in the boron diffusion region that becomes the extension portion of the PMOSFET. Therefore, the occurrence of the short channel effect can be suppressed in a finer PMOSFET.
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態は、CMOSFET構造を有する半導体装置及びその製造方法に関し、PMOSFETのソース/ドレイン領域のエクステンション部分を形成する前に、予め拡散抑制元素であるフッ素(F)イオン注入を行い、フッ素イオン注入領域(拡散抑制元素イオン注入流域)もしくはフッ素拡散領域(拡散抑制元素拡散領域)を形成することで、アニール工程時のボロンイオンの拡散を抑制し、フッ素拡散領域20b内に留まるボロン拡散領域22bを備える。
(First embodiment)
The first embodiment relates to a semiconductor device having a CMOSFET structure and a method for manufacturing the same, and before forming an extension portion of a source / drain region of a PMOSFET, fluorine (F) ions as a diffusion suppressing element are implanted in advance. Boron diffusion that remains in the
以下、図面を参照しながら、第1の実施の形態に係るCMOSFETについて説明する。 The CMOSFET according to the first embodiment will be described below with reference to the drawings.
なお、本明細書において、イオン注入によって生じる「イオン注入領域」をアニールした後の領域については「拡散領域」と呼んで区別している。 In the present specification, the “ion implantation region” generated by ion implantation is distinguished from the region after annealing by referring to the “diffusion region”.
図1に示すように、第1の実施の形態に係るCMOSFETは、素子分離領域15aで画定された各素子形成領域のシリコン基板10の表面層にpウェル16及びnウェル17が形成されており、pウェル16上にはNMOSFET、nウェル17上にはPMOSFETがそれぞれ形成されている。
As shown in FIG. 1, in the CMOSFET according to the first embodiment, a p-
PMOSFETでは、nウェル17表面上に、ゲート絶縁膜18が形成され、さらにこのゲート絶縁膜18上にゲート電極19が形成されている。また、ゲート電極19の側壁には絶縁膜でサイドウォール25が形成されている。ゲート電極19の両側のnウェル17にはソース/ドレイン領域が形成されており、ここには、ゲート電極19の近傍にエクステンション部分である浅いボロン拡散領域22bと、その外側に形成されたボロン拡散領域22bより不純物濃度が高く、深いn型不純物拡散領域27とが形成されている。
In the PMOSFET, a
また、ゲート電極19及びソース/ドレイン領域の表面には、好ましくはサリサイド領域28が形成され低抵抗化が図られており、各サリサイド領域28は、層間絶縁層29に形成された配線31及び層間絶縁層29上に形成された配線32により外部の必要な配線に接続されている。
Further,
第1の実施の形態に係るPMOSFETでは、上述するMOSFETの構成に加えて、ボロン拡散領域22bの周囲にボロンの拡散を抑制する効果を有するフッ素拡散領域20bを有していることを特徴とする。すなわち、このフッ素拡散領域20bは、ボロン拡散領域20bより少なくともゲート電極19下における横方向においてボロン拡散領域20bを内包している。このフッ素の存在により、図1に示す第1の実施の形態に係るPMOSFETでは、ゲート電極19下に伸びる横方向のボロンの拡散が抑制され、ゲート電極の下のオーバラップ長が短縮され、急峻な不純物濃度変化を持つ。従来より短いゲート長でショートチャネル効果の発生が防止できるものである。
The PMOSFET according to the first embodiment has a
NMOSFETもPMOSFETとほぼ同様な構造を備えている。すなわち、ゲート電極19の両端下部のpウェル16にはソース/ドレイン領域が形成されており、ゲート電極19近傍にはエクステンション部分であるヒ素拡散領域21bが形成されており、その外側にヒ素拡散領域21bより不純物濃度が高く、深いn型不純物拡散領域26が形成されている。なお、図1に示すように、ヒ素拡散領域21bの周囲にフッ素拡散領域20bが形成されているが、NMOSFETにおいてはこのフッ素拡散領域20bの存在は必ずしも必要とするものではない。NMOSFETにおいて不純物元素として使用されるヒ素は、PMOSFETで不純物元素として使用されるボロンに比較し、拡散性が低いため、横方向の拡散による寄生抵抗の発生等の問題が少ないからである。その他のNMOSFETの構造は、PMOSFETとほぼ同様な構造を備える。
NMOSFET also has almost the same structure as PMOSFET. That is, a source / drain region is formed in the p-
次に、図2(a)〜図5(m)を参照し、第1の実施の形態に係るCMOSFETの製造方法について説明する。 Next, a manufacturing method of the CMOSFET according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、シリコン基板10を準備する。使用するシリコン基板10はp型でもn型でも構わないが、例えばCZ(チョクラルスキー)法で作製された比抵抗1〜5Ωcm程度のp型シリコン基板を使用する。
First, the
次に、シリコン基板10上に素子分離領域15aを形成する。素子分離領域の形成工程に特に限定はないが、例えば図2(a)〜図2(d)に示す手順で形成することができる。すなわち、図2(a)に示すように、シリコン基板10表面を熱酸化し、膜厚約2〜20nmのシリコン酸化膜11を形成し、さらにこの酸化膜11上にLPCVD(減圧CVD)法等を用いて約100nmのシリコン窒化膜12を形成する。次に、素子形成領域に相当するシリコン窒化膜12上をレジスト膜で覆い、このレジスト膜をエッチングマスクとしてシリコン窒化膜12及びシリコン酸化膜11をRIE法を用いてエッチングする。さらに、残ったシリコン窒化膜12をエッチングマスクとして用いて、シリコン基板10をRIE法でエッチングし、図2(b)に示すようなトレンチを形成する。トレンチの深さは、デザインルールの1倍から2倍程度の深さに設定することが好ましく、例えば約300nm程度の深さのトレンチを形成する。なお、好ましくは、同図に示すように、熱酸化法を用いてこのトレンチの底面及び側面に膜厚約5〜10nm程度の酸化膜14を形成する。なお、この酸化膜14は必ずしも必要ではない。
Next, an
続いて、LPCVD法或いはHDP法(高密度プラズマを用いる堆積方法)を用いて、シリコン酸化膜を堆積し、先に形成したトレンチ内を酸化膜15で埋める。堆積膜厚は、トレンチの深さと、マスク材として用いるシリコン窒化膜12の厚さの和程度とする。その後に、CMP法(化学的機械研磨法)により、シリコン窒化膜12の表面が露出するまで、基板表面を研磨し、表面の平坦化を図る。こうして、図2(c)に示す構造を得る。
Subsequently, a silicon oxide film is deposited by LPCVD method or HDP method (deposition method using high density plasma), and the previously formed trench is filled with the oxide film 15. The deposited film thickness is about the sum of the depth of the trench and the thickness of the
その後、素子分離領域の酸化膜15と素子形成領域のシリコン基板表面の高さを調整するため、フッ化アンモニウム(NH4F)を用いてエッチング処理を行った後、素子形成領域を覆っているシリコン窒化膜12を例えば、ホット燐酸を用いてエッチング除去する。こうして、図2(d)に示す素子分離領域15aを得る。
Thereafter, in order to adjust the height of the oxide film 15 in the element isolation region and the surface of the silicon substrate in the element formation region, an etching process is performed using ammonium fluoride (NH 4 F), and then the element formation region is covered. The
なお、素子分離領域15aの形成方法としては、上述するトレンチを埋め込む方法以外にも、素子形成領域を窒化シリコン膜で覆った状態で酸化を行う、いわゆる選択後酸化法を用いてもよい。
As a method for forming the
続いて、表面に残っているシリコン酸化膜11をNH4F溶液によってエッチング除去し、再度シリコン基板10表面を熱酸化法により約5nm〜10nm酸化し、ダミーゲート酸化膜を形成する。その後、一対の素子形成領域の一方にはボロンを加速電圧250KeV〜350KeV、ドーズ量5×1012 cm-2〜2×1013 cm-2程度イオン注入し、pウェル16を形成し、もう一方の素子形成領域には、リンを加速電圧約300KeV〜500KeV、5×1012 cm-2〜2×1013 cm-2程度イオン注入し、nウェル17を形成する。続いて作製したダミーゲート酸化膜を、希HF溶液を用いて剥離する。この後、再び厚さ0.6nm〜4nm程度のゲート酸化膜18を形成する。ゲート絶縁膜18の形成方法としては、通常の縦型の拡散炉をもちいて、750℃程度の酸素雰囲気で熱酸化処理を行ってもよく、あるいは、高速昇高温炉(RTO装置)を用いて1000℃程度の高温酸素雰囲気中で熱酸化処理を行ってもよい。なお、ゲート絶縁膜18として、ここでは酸化膜を形成しているが、窒化膜や、高誘電体膜等の種々の絶縁膜を形成してもよい。また、プラズマプロセスを用いて、窒素等をゲート絶縁膜18に導入しても良い。さらに、ゲート絶縁膜18上にゲート電極19を形成する。こうして、図2(d)に示す構造を得る。
Subsequently, the silicon oxide film 11 remaining on the surface is removed by etching with an NH 4 F solution, and the surface of the
ゲート電極19の形成方法としては、例えば、LPCVD法により約30nmから200nmのポリSi若しくは、アモルファスSiを堆積した後に、その上にレジスト膜をコーティングし、フォトリソグラフィ法や、電子ビーム露光法によりゲート電極パターンに対応するレジストパターンを形成する。その後、このレジストパターンをエッチングマスクとして、ポリSi若しくはアモルファスSiをRIE法を用いてエッチングする。エッチングガスとしてはハロゲン化物を使用できる。こうして、例えば最小ゲート長が10nm〜30nm程度のゲートパターンを形成する。この後、残ったレジストパターンを除去する。
As a method for forming the
ゲート電極19形成後、熱酸化法を用いて、ゲート電極19表面および、シリコン基板表面をゲート絶縁膜18の耐圧を改善するために0.5nm〜10nm程度酸化してもよい。なお、この工程は省略することも可能である。
After forming the
また、図示していないが、ゲート電極19を形成する前に、PMOSFET、及びNMOSFETの各トランジスタのしきい値電圧を制御するため、チャネル領域にイオン注入を行ってもよい。例えば、pウェル16のチャネル領域には、ボロンを加速電圧20KeVにて、1×1013cm-2 程度イオン注入する。なお、ボロンの代わりにインジウムを注入してもよい。また、nウェル17のチャネル領域には、ヒ素を加速電圧100KeVにて、1012 cm-2〜1×1013cm-2イオン注入する。
Although not shown, before the
次に、図3(e)〜図4(j)に示す手順に従い、拡散抑制元素拡散領域及びソース/ドレイン領域を形成する。まず、図3(e)に示すように、ゲート電極19をイオン注入マスクとして用いて、拡散抑制元素となるフッ素のイオン注入を行い、フッ素イオン注入領域20aを形成する。なお、好ましくは、基板垂線に対し斜めから、好ましくは30〜45度の角度(θ)からフッ素の斜めイオン注入を行う。また、斜めイオン注入を行う場合は複数方向からイオン注入を行うことが好ましい。例えば、基板面内で90度づつローテンションし、四方向から注入を行う。斜めイオン注入を行うことにより、ゲート電極19下のより内側に入り込んだフッ素イオン注入領域20aを形成できる。フッ素イオンの注入条件としては、例えばイオン加速電圧を1KeV〜20KeV、好ましくは3KeV、ドーズ量を1E14cm-2〜2E15cm-2、より好ましくは1E15cm-2とする。続けて、フッ素イオン注入領域20aをアニール処理し、イオン注入時に導入された結晶欠陥を回復させたフッ素拡散領域20bを形成する。アニール条件としては、例えばRTA(Rapid Thermal Anneal)法を用いて900℃で10秒間加熱する条件を使用できる。なお、ここでは、NMOSFET領域及びPMOSFET領域の両方にフッ素イオン注入領域20aを形成しているが、PMOSFET領域のみにフッ素イオンの注入を行ってもよい。
Next, a diffusion suppressing element diffusion region and source / drain regions are formed according to the procedure shown in FIGS. First, as shown in FIG. 3E, fluorine
続いて、図3(f)に示すように、ソース/ドレイン領域のエクステンション部分を形成するため、pウェル16及びnウェル17の各ウェルに不純物イオンを注入し、浅い不純物イオン注入領域を形成する。すなわち、NMOSFET領域には、ゲート電極19をマスクとして用い、イオン注入法により、例えばヒ素(As)イオンを注入し、ヒ素イオン注入領域21aを形成する。注入条件としては、加速電圧を1.5KeV〜0.5KeV、ドーズ量を1×1014 cm-2〜1015cm-2程度とする。
Subsequently, as shown in FIG. 3F, impurity ions are implanted into each well of the p well 16 and the n well 17 to form a shallow impurity ion implanted region in order to form extension portions of the source / drain regions. . That is, for example, arsenic (As) ions are implanted into the NMOSFET region by an ion implantation method using the
また、PMOSFET領域には、ゲート電極19をマスクとして用い、イオン注入法により、例えばボロン(B)若しくはフッ化ボロン(BF2)イオンを注入し、ボロンイオン注入領域22aを形成する。注入条件としては、例えばボロンを注入する場合は、実効的に加わるエネルギー換算で100eV 〜1KeVとし、ドーズ量を1×1014 cm-2〜1015cm-2程度とする。なお、ここで、PMOSFET領域において形成されるボロンの不純物イオン注入領域22aは、先の工程で形成したフッ素拡散領域20b内に包含されるよう形成することが望ましい。ボロンイオン注入領域22aがフッ素拡散領域20bより広がっている場合は、フッ素拡散領域20bに包含されていない領域のボロンの拡散についてはアニール時の拡散抑制効果が期待できないためである。
Further, in the PMOSFET region, for example, boron (B) or boron fluoride (BF 2 ) ions are implanted by an ion implantation method using the
よって、各不純物イオンの注入は、斜めイオン注入は行わずに、通常通り基板表面にほぼ垂直な方向からイオン注入を行うことが望ましい。このように注入角度を変えることにより、ゲート電極19下の横方向については、ボロンイオン注入領域22a端部をより確実にフッ素拡散領域20b内に包含させることができる。
Therefore, it is desirable to implant each impurity ion from a direction substantially perpendicular to the substrate surface as usual without performing oblique ion implantation. By changing the implantation angle in this way, the end of the boron
続いて、図3(g)及び図4(h)に示すように、ヒ素イオン注入領域21a及びボロンイオン注入領域22aをアニールし、活性化を行い、ヒ素拡散領域21b及びボロン拡散領域22bを形成する。アニール処理としては例えばRTA法を用い、900℃で約10秒行う。このアニール処理により、イオン注入により生じた結晶欠陥が回復するとともに、不純物イオンの拡散が生じるが、先の工程で注入されたフッ素の存在により、不純物イオンの拡散が抑制される。特に、PMOSFET領域のボロンイオン注入領域22aでは、従来アニール時に生じていた増速拡散が抑制され、横方向端部での濃度勾配の急峻性が維持される。先に注入されたフッ素の存在がボロンイオンの拡散を抑制するメカニズムについては、明らかではないが、ボロンの拡散を増速させる点欠陥が、フッ素と結合することで、ボロン点欠陥対が減るため、拡散が低減されると考えられる。
Subsequently, as shown in FIGS. 3G and 4H, the arsenic ion implantation region 21a and the boron
なお、第1の実施の形態では、フッ素イオン注入領域20aのアニール処理を、ボロンイオン注入領域22a形成前に独立して行っているが、ボロンイオン注入領域22aのアニール処理と同時に行うこともできる。この場合は工程を簡略化することが可能である。しかしながら、フッ素イオン注入領域20aに予めアニール処理を行い、イオン注入工程により生じた結晶欠陥を回復させた後に、ボロンのイオン注入を行う場合は、ボロンイオン注入領域22aのアニール処理工程においてより効果的にボロンの拡散を抑制でき、横方向端部に急峻な濃度勾配を持つボロン拡散領域22bを形成できる。
In the first embodiment, the annealing process for the fluorine
なお、図3(g)に示すように、ヒ素イオン注入領域21a及びボロンイオン注入領域22aをアニール処理する前に、ポケットイオン注入領域23a、24aを形成してもよい。ポケットイオン注入領域とは、ソース/ドレイン領域からの空乏層の延びを抑制し、ショートチャネル効果を抑えるため、チャネル領域にチャネル領域と同一導電型の不純物をソース/ドレイン領域の端部に注入した領域をいう。例えば、NMOSFET領域にはpウェル16表面層に同じ導電型のボロンイオンを注入し、ポケットイオン注入領域23aを形成し、PMOSFET領域にはnウェル17表面層に同じ導電型のヒ素或いはリンイオンを注入し、ポケットイオン注入領域24aを形成する。この後、再度アニールを行い、図4(k)に示す構造を得る。
As shown in FIG. 3G, the pocket ion implantation regions 23a and 24a may be formed before annealing the arsenic ion implantation region 21a and the boron
次に、図4(i)に示すように、LPCVD法或いはプラズマCVD法を使用し、シリコン酸化膜若しくはシリコン窒化膜を堆積し、さらに、RIE法を用いてエッチングを行うことで、各ゲート電極19の側面にサイドウォール25を形成する。サイドウォール25の厚みは、最小デザインルールの0.5倍から1.5倍程度の厚みにすることが望ましく、例えば、約70nmとする。
Next, as shown in FIG. 4 (i), each gate electrode is formed by depositing a silicon oxide film or a silicon nitride film using LPCVD or plasma CVD, and further performing etching using RIE.
続いて、図4(j)に示すように、ソース/ドレイン領域を形成する深い不純物拡散領域であるn型不純物拡散領域26、及びp型不純物拡散領域27を形成する。すなわち、ゲート電極19及びサイドウォール25をイオン注入マスクとして、NMOSFET領域及びPMOSFET領域に、それぞれn型、p型の不純物のイオン注入を行い、さらにアニール処理を行う。具体的には、NMOSFET領域には、加速電圧を10KeV〜50KeV、ドーズ量を1015 cm-2〜7×1015 cm-2とする条件でヒ素イオンのイオン注入を行う。また、PMOSFET領域には、加速電圧を3KeV〜10KeV、ドーズ量を1015 cm-2〜7×1015 cm-2とする条件でボロンイオンのイオン注入を行う。この後、例えば、RTA法により、1000℃で10秒程度の熱処理を行う。あるいは、スパイクアニール熱処理法により、イオン注入領域の活性化を行ってもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 4J, an n-type
この後、希HF処理を行って、図5(k)に示すように、各ソース/ドレイン領域の表面層及びゲート電極19の表面層にサリサイド28を形成する。サリサイド28の形成には、まず各ソース/ドレイン領域及びゲート電極19の表面層をエッチング後、コバルト(Co)を約7nm〜1nmほどスパッタリング゛法によって堆積する。続いて、窒素雰囲気において500℃で60秒間熱処理を行い、コバルトのシリサイデーション反応を誘起し、コバルトモノシリサイド層からなるシリサイド28を形成する。なお、表面の酸化膜を除去した後、表面に残った未反応メタルは、過酸化水素水と硫酸の混合液によって、エッチング除去する。続いて、窒素雰囲気において、700℃で60秒間熱処理することによって、コバルトモノシリサイドを相転移させて低抵抗化させる。なお、コバルトを成膜する代わりに、ニッケル(Ni)を成膜し、ニッケルサリサイドを形成してもよい。
Thereafter, dilute HF treatment is performed to form
続けて、図5(l)に示すように、層間絶縁膜29であるシリコン酸化膜をLPCVD法等の良く知られた方法で堆積し、続いて、層間絶縁膜29に配線に必要なコンタクトホールをRIE法を用いて形成する。コンタクトホールにメタルを埋め込み、必要なパターニングを行い、配線31及び32を形成し、図5(m)に示す第1の実施の形態に係るCMOSFETを得る。
Subsequently, as shown in FIG. 5L, a silicon oxide film which is an interlayer insulating
こうして作製したCMOSFETのうち、PMOSFETのショートチャネル特性を図6に示す。横軸にゲート長、縦軸にトランジスタのしきい値電圧(Vth)を示す。従来のPMOSFET構造では、ゲート長が40nm以下になると急激に閾値電圧(Vth)が減少し、ショートチャネル効果が顕著になるのに対し、フッ素拡散領域20bを形成した第1の実施の形態に係るPMOSFETの場合は、ショートチャネル効果により閾値が減少し始めるゲート長を短くできることが確認された。例えばゲート長30nmにおいても、実用範囲の閾値電圧を維持できることが確認され、より微細なトランジスタでの実用化が可能になることが確認できた。
FIG. 6 shows the short channel characteristics of the PMOSFET among the CMOSFETs thus manufactured. The horizontal axis represents the gate length, and the vertical axis represents the threshold voltage (Vth) of the transistor. In the conventional PMOSFET structure, when the gate length is 40 nm or less, the threshold voltage (Vth) is sharply reduced and the short channel effect becomes remarkable, whereas the
表1は、第1の実施の形態に係る構造を備えたPMOSトランジスタでのゲート−ドレイン間容量を測定した結果を示す。ゲート長100nmにおける従来のCMOSFETの場合のゲート-ドレイン間容量値を100%とする場合、同じゲート長の第1の実施の形態に係るCMOSFETにおけるゲート-ドレイン間容量値は80%となった。このゲート-ドレイン間容量は、ゲート電極19とゲート絶縁膜18及びゲート電極19下で横方向に延びたドレイン領域、即ちボロン拡散領域20bとで構成されるキャパシタの容量に相当する。したがって、ゲート-ドレイン間容量の減少は、ゲート電極19下におけるボロン拡散領域10bの横方向の拡散が抑制され、ゲート電極とのオーバラップ長が短くなったことを示すものである。
Table 1 shows the result of measuring the gate-drain capacitance in the PMOS transistor having the structure according to the first embodiment. When the gate-drain capacitance value in the conventional CMOSFET with a gate length of 100 nm is 100%, the gate-drain capacitance value in the CMOSFET according to the first embodiment having the same gate length is 80%. The gate-drain capacitance corresponds to the capacitance of the capacitor formed by the
上述するように、本発明の第1の実施の形態に係る製造方法で作製されたCMOSFETでは、ソース/ドレイン領域を形成する前に、エクステンション部分より広い領域に予めフッ素のイオン注入を行うことにより、ボロンの拡散を抑制する。この結果、エクステンション部分であるボロン拡散領域20bのゲート電極下の横方向端部での急峻な濃度勾配を維持できるため、ショートチャネル効果を抑制できる。したがって、ゲート長の微細化、すなわちトランジスタの微細化を図ることが可能になる。
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係るCMOSFETは、第1の実施の形態に係るCMOSFETと同様に、PMOSFETのソース/ドレイン領域のエクステンション部分を形成する前に予めフッ素イオン注入を行うことで、ショートチャネル効果を抑制したものである。
(Second Embodiment)
Like the CMOSFET according to the first embodiment, the CMOSFET according to the second embodiment performs a short channel effect by performing fluorine ion implantation in advance before forming the extension portion of the source / drain region of the PMOSFET. Is suppressed.
図7(a)〜図7(c)に第2の実施の形態に係るフッ素イオン注入工程からソース/ドレイン形成工程までの製造方法を示す。第1の実施の形態におけるCMOSFETと異なる点は、ゲート電極の側壁に、サイドウォールより薄い絶縁膜側壁であるオフセットスペーサ30を形成することで、フッ素イオン注入領域20a内により確実にボロンイオン注入領域22cを包含させることを特徴とする。
7A to 7C show a manufacturing method from the fluorine ion implantation process to the source / drain formation process according to the second embodiment. The difference from the CMOSFET in the first embodiment is that an offset
以下、図面を参照しながら、第2の実施の形態に係るCMOSFETの製造方法について説明する。なお、ゲート電極19の形成工程まで、及びソース/ドレイン領域の形成後から配線形成工程までの工程は、第1の実施の形態に係る製造方法に準じた方法を使用することができるため重複する説明は省略する。
Hereinafter, a method for manufacturing a CMOSFET according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. Note that the process up to the formation process of the
図7(a)に示すように、ゲート電極19を形成した後、ゲート電極19をイオン注入マスクとして用いて、フッ素イオンの注入を行う。第1の実施の形態では、このとき斜めイオン注入を行ったが、第2の実施の形態では、斜めイオン注入を行う必要はなく、基板に対し略垂直方向からフッ素イオンの注入を行えばよい。なお、フッ素イオンの注入条件としては、例えばイオン加速電圧を30KeV、ドーズ量を3×1014 cm-2とする。
As shown in FIG. 7A, after the
続けて、フッ素注入領域20aをアニール処理し、イオン注入時に導入された結晶欠陥を回復させる。こうしてフッ素拡散領域20bが形成される。アニール条件としては、例えばRTA法を用い、900℃で10秒間加熱する条件を使用できる。なお、ここでは、NMOSFET領域及びPMOSFET領域の両領域にフッ素イオン注入領域20aを形成しているが、PMOSFET領域のみにフッ素イオン注入を行ってもよい。
Subsequently, the
続いて、図7(b)に示すように、ゲート電極19の側壁に、絶縁膜で、薄いオフセットスペーサ30を形成する。オフセットスペーサ30の製造方法は、サイドウォールを形成する場合と同様な方法を使用できる。例えば、LPCVD法等を用いてシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を約10nm形成した後、RIE法によりエッチングし、膜厚6nm程度の薄いオフセットスペーサ30を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, a thin offset
次に、このオフセットスペーサ30とゲート電極19をイオン注入マスクとして用いて、pウェル16及びnウェル17の各ウェルにヒ素、及びボロン等の不純物イオンをそれぞれ注入し、不純物イオン注入領域21c及び22cを形成する。NMOSFET領域には、ゲート電極19をマスクとして用い、イオン注入法により、例えばヒ素イオンを加速電圧1.5KeV〜0.5KeV、ドーズ量1×1014 cm-2〜1015cm-2で注入し、ヒ素イオン注入領域21cを形成する。
Next, using the offset
また、PMOSFET領域には、オフセットスペーサ30とゲート電極19をマスクとして用い、例えばボロン(B)若しくはフッ化ボロン(BF2)イオンを注入し、ボロンイオン注入領域22cを形成する。注入条件としては、例えばボロン単体を注入する場合は、実効的に加わるエネルギー換算で100eV 〜1KeVとし、ドーズ量を1×1014 cm-2〜1015cm-2程度とする。オフセットスペーサ30の存在により、ゲート電極19下での各イオン注入領域の端部は、フッ素拡散領域20bの端部より後退するため、ボロンイオン注入領域22cを確実にフッ素拡散領域20b内に収めることができる。ヒ素イオン注入領域21cも同様に、フッ素拡散領域20b内に収まる。
In the PMOSFET region, using the offset
続いて、ヒ素イオン注入領域21c及びボロンイオン注入領域22cをアニールし、活性化を行い、ヒ素拡散領域21b及びボロン拡散領域22bを形成する。アニール処理は、例えばRTA法を用い、900℃で約10秒行う。アニール処理によって、イオン注入工程で生じた結晶欠陥を回復させることができるとともに、不純物イオンの拡散が生じるが、フッ素の存在により、不純物イオンの拡散が抑制される。特に、PMOSFET領域のボロンイオン注入領域22cでは、先に注入されたフッ素の存在によりアニール時のボロンの拡散が抑制され、特にゲート電極19の下に広がる横方向端部での濃度勾配の急峻性を維持できる。
Subsequently, the arsenic
なお、図示は省略しているが、第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法においても、不純物イオン注入領域21c及び22cをアニール処理する前にポケットイオン注入領域を形成してもよい。
Although illustration is omitted, also in the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment, the pocket ion implantation region may be formed before annealing the impurity
また、フッ素イオン注入領域20aのアニール処理を、後続するボロンのイオン注入領域のアニールと同時に行えば工程の簡略化を図ることができるが、ボロンの注入工程前にフッ素イオン注入領域20aをアニール処理し、結晶欠陥を回復させれば、より効果的にボロンの拡散を抑制できる。
Further, if the annealing process of the fluorine
次に、図7(c)に示すように、LPCVD法或いはプラズマCVD法を使用し、シリコン酸化膜若しくはシリコン窒化膜を堆積し、さらに、RIE法を用いてエッチングを行うことで、各ゲート電極19の側面にサイドウォール31を形成する。サイドウォール31の厚みは、最小デザインルールの0.5倍から1.5倍程度の厚みにすることが望ましく、例えば、オフセットスペーサ30とあわせた厚みを約70nmとする。
Next, as shown in FIG. 7C, a LPCVD method or a plasma CVD method is used to deposit a silicon oxide film or a silicon nitride film, and further, etching is performed using the RIE method.
続いて、図7(c)に示すように、ソース/ドレイン領域を形成する深い不純物拡散領域を形成する。すなわち、ゲート電極19、サイドウォール31及びオフセットスペーサ30をイオン注入マスクとして、NMOSFET領域及びPMOSFET領域に、ヒ素イオン、及びボロンイオンの注入を行う。さらにアニール処理を行うことで、n型不純物拡散領域26及びp型不純物拡散領域27を形成する。具体的には、NMOSFET領域には、加速電圧を10KeV〜50KeV、ドーズ量を1015 cm-2〜7×1015 cm-2とする条件でヒ素イオンのイオン注入を行う。また、PMOSFET領域には、加速電圧を3KeV〜10KeV、ドーズ量を1015 cm-2〜7×1015 cm-2とする条件でボロンイオンの注入を行う。この後、例えば、RTA法により、1000℃で10秒程度の熱処理を行う。あるいは、スパイクアニール熱処理法により、イオン注入領域の活性化を行ってもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 7C, deep impurity diffusion regions for forming source / drain regions are formed. That is, arsenic ions and boron ions are implanted into the NMOSFET region and the PMOSFET region using the
第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、オフセットスペーサ30を使用することで、フッ素拡散領域20b内にボロンイオン注入領域22cを確実に包含させることができるため、ボロン拡散領域22dのゲート電極下における横方向の拡散を確実に抑制し、ショートチャネル効果を防止できる。したがって、ゲート長の短縮化、すなわちPMOSFETの微細化を図ることが可能になる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment, by using the offset
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態に係るCMOSFETは、第1の実施の形態に係るCMOSFETと同様に、PMOSFETのソース/ドレイン領域のエクステンション部分を形成する前に予めフッ素イオン注入を行うことで、ショートチャネル効果を抑制したものであるが、フッ素イオンの注入及びエクステンション部分の作製前に、ソース/ドレイン領域を構成する深い不純物拡散領域を形成することを特徴とする。
(Third embodiment)
Similar to the CMOSFET according to the first embodiment, the CMOSFET according to the third embodiment performs the short channel effect by performing fluorine ion implantation before forming the extension portion of the source / drain region of the PMOSFET. This is characterized in that a deep impurity diffusion region constituting a source / drain region is formed before fluorine ion implantation and extension portion fabrication.
図8(a)〜図8(d)に第3の実施の形態に係るソース/ドレイン領域形成工程を示す。以下、図面を参照しながら、第3の実施の形態に係るCMOSFETの製造方法について説明する。なお、ゲート電極19の形成工程まで、及びソース/ドレイン領域の形成後から配線形成工程までの工程は、第1の実施の形態に係る製造方法に準じた方法を使用することができる。
8A to 8D show a source / drain region forming process according to the third embodiment. Hereinafter, a method of manufacturing the CMOSFET according to the third embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, the process according to the manufacturing method which concerns on 1st Embodiment can be used for the process from the formation process of the
まず、ゲート絶縁膜18及びゲート電極19を形成後、例えばプラズマCVD法を用いてコンフォーマルに絶縁膜を堆積する。その後、RIE法を用いて、その絶縁膜をエッチバックし、サイドウォール25aを形成する。
First, after forming the
続いて、ゲート電極19及びサイドウォール25aをイオン注入マスクとして、NMOSFET領域にリンまたはヒ素等のn型不純物を、PMOSFET領域にはボロン又はフッ化ボロン等のp型不純物をそれぞれイオン注入する。イオン注入条件としては、第1又は第2の実施の形態における深い不純物拡散領域の形成条件と同様の条件を使用できる。この後、注入した不純物イオンの活性化を行うため、アニールを行う。アニールは、例えばピーク温度を1050℃とする、スパイクRTA処理を行う。こうして、図8(a)に示すように、NMOSFET領域及びPMOSFET領域に、n型不純物拡散領域26及びp型不純物拡散領域27をそれぞれ形成する。
Subsequently, using the
次に、図8(b)に示すように、ゲート電極19のサイドウォール25aをウェットエッチングにより除去する。続いて、ゲート電極19をイオン注入マスクとして用いて、フッ素イオンを注入し、フッ素イオン注入領域20cを形成する。なお、第1の実施の形態の場合と同様に、基板面内で90度づつローテーションし、四方向から、基板垂線に対し30度〜45度の角度から斜めイオン注入を行うことが好ましい。フッ素イオン注入条件としては、最大ドーズ量を1×1016cm−2とし、例えば、イオン加速電圧を30KeV、ドーズ量を3×1014 cm-2との条件を使用できる。
Next, as shown in FIG. 8B, the
続けて、フッ素イオン注入領域20cをアニール処理し、イオン注入時に導入された結晶欠陥を回復させたフッ素拡散領域20dを得る。アニール条件としては、例えばRTA法を用いて900℃で10秒間加熱する条件を使用できる。なお、ここでは、NMOSFET
MOSFET領域のみにフッ素イオン注入を行ってもよい。
Subsequently, the fluorine
Fluorine ion implantation may be performed only in the MOSFET region.
続けて、図8(c)に示すように、ソース/ドレイン領域のエクステンション部分を形成するため、pウェル16及びnウェル17の各ウェルにヒ素イオン及びボロンイオンを注入し、ヒ素イオンイオン注入領域21e及びボロンイオン注入領域22eを形成する。すなわち、NMOSFET領域には、ゲート電極19をマスクとして用い、イオン注入法により、例えばヒ素イオンを注入し、ヒ素イオン注入領域21eを形成する。注入条件としては、加速電圧を0.5KeV〜1.5KeV、ドーズ量を1×1014 cm-2〜1015cm-2程度とする。また、PMOSFET領域には、ゲート電極19をマスクとして用い、イオン注入法により、例えばボロン若しくはフッ化ボロンイオンを注入し、ボロンイオン注入領域22eを形成する。注入条件としては、例えばボロンを注入する場合は、実効的に加わるエネルギー換算で100eV〜1KeVとし、ドーズ量を1×1014 cm-2〜1015cm-2程度とする。こうして形成されヒ素イオン注入領域21e及びボロンイオン注入領域22eは、先に形成したフッ素拡散領域20d中に包含される。
Subsequently, as shown in FIG. 8C, arsenic ions and boron ions are implanted into each well of the p well 16 and the n well 17 in order to form extension portions of the source / drain regions. 21e and boron
続いて、図8(d)に示すように、ヒ素イオン注入領域21e及びボロンイオン注入領域22eをアニールし、活性化を行い、ヒ素拡散領域21f及びボロン拡散領域22fを形成する。アニール処理は、例えばRTA法を用い、900℃で約10秒行う。アニール処理によって、ヒ素イオン注入領域21e及びボロンイオン注入領域22e中の結晶欠陥を回復させることができるとともに、各不純物イオンの拡散が生じるが、先の工程で注入されたフッ素の存在により、不純物イオンの拡散を抑制できる。
Subsequently, as shown in FIG. 8D, the arsenic
特に、第3の実施の形態では、深い不純物拡散領域であるn型不純物拡散領域26及びp型不純物拡散領域27をヒ素イオン注入領域21e及びボロンイオン注入領域22eを形成する前に形成しているため、各領域の拡散が深い不純物拡散領域の形成に必要なアニール工程の影響を受けない。すなわち、深い不純物拡散領域を後で形成する場合は、後になされるこの深い不純物拡散領域のアニール工程でボロン拡散領域22f内のボロンの拡散の進行を防止できないが、第3の実施の形態では、この深い不純物拡散領域の形成のためのアニール工程でボロン拡散領域22f内のボロンの拡散が生じないため、エクステンション部を構成するボロン拡散領域22fの端部の位置をより正確に制御することができる。
In particular, in the third embodiment, the n-type
この後、プラズマCVD法等を用いて、100nm程度シリコン酸化膜を堆積し、さらにRIE法により、この絶縁膜をエッチバックして、再び、サイドウォール25bを形成する。この後、図8(d)に示すように、第1の実施の形態に準ずる方法で、表面に露出したゲート電極19の表面層及びソース/ドレイン領域の表面層をシリサイド化し、サリサイド28を形成する。
Thereafter, a silicon oxide film having a thickness of about 100 nm is deposited by using a plasma CVD method or the like, and this insulating film is etched back by the RIE method to form the
この後は、第1の実施の形態に係る製造方法に準じて、層間絶縁膜の形成、必要な配線層の形成を行いCMOSFET構造を得る。 Thereafter, according to the manufacturing method according to the first embodiment, an interlayer insulating film and a necessary wiring layer are formed to obtain a CMOSFET structure.
第3の実施の形態に係る製造方法で作製されたCMOSFETでは、ソース/ドレイン領域を形成する前に、エクステンション部分より広い領域に予めフッ素のイオン注入を行うとともに、エクステンション部分の浅い不純物イオン注入領域を形成する前に、深い不純物拡散領域を形成するため、浅い不純物拡散領域のエッジ部での急峻な濃度勾配をより確実に維持し、ショートチャネル効果を効果的に抑制できる。 In the CMOSFET manufactured by the manufacturing method according to the third embodiment, before the source / drain regions are formed, fluorine ions are implanted into a region wider than the extension portion, and the impurity ion implantation region having a shallow extension portion is formed. Since the deep impurity diffusion region is formed before forming the, the steep concentration gradient at the edge portion of the shallow impurity diffusion region is more reliably maintained, and the short channel effect can be effectively suppressed.
(第4の実施の形態)
第4の実施の形態に係るCMOSFETは、ゲート電極両サイドに形成されるソース/ドレイン領域を持ち上げた構造(エレベーテッド・ソース/ドレイン構造)を有するCMOSFET構造において、第1の実施の形態と同様に、PMOSFETのソース/ドレイン領域のエクステンション部分を形成する前にフッ素イオン注入を行うことで、ショートチャネル効果を抑制したものである。
(Fourth embodiment)
The CMOSFET according to the fourth embodiment is the same as the first embodiment in the CMOSFET structure having a structure in which the source / drain regions formed on both sides of the gate electrode are lifted (elevated source / drain structure). Further, the short channel effect is suppressed by performing fluorine ion implantation before forming the extension portion of the source / drain region of the PMOSFET.
以下、図9(a)〜図10(f)を参照しながら、第4の実施の形態に係る製造方法について説明する。 Hereinafter, the manufacturing method according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. 9A to FIG.
まず、図9(a)に示すように、第1の実施の形態の製造方法に準じて、素子分離領域15a、pウェル16及びnウェル17、ゲート酸化膜18及びゲート電極19を形成する。続いて、ゲート電極19をイオン注入マスクとして、フッ素イオンの注入を行い、フッ素イオン注入領域20aを形成する。フッ素イオン注入の条件は、基板垂線に対し斜めの方向から注入することが好ましく、第1の実施の形態に係る条件と同様な条件を使用することができる。続いて、フッ素イオン注入領域中に生じた結晶欠陥を取り除くため、アニールを行い、フッ素拡散領域20bとする。なお、フッ素イオン注入を行う前に、酸素雰囲気でのランプアニール法により、シリコン基板(pウェル及びnウェル表面)の活性化処理を行い、シリコン基板表面に酸化膜(後酸化膜)を形成してもよい。
First, as shown in FIG. 9A, an
LPCVD法などによりシリコン窒化膜を約10nm堆積した後に、RIE法によりシリコン窒化膜をエッチバックし、薄いオフセットスペーサ30aを形成する。
After depositing a silicon nitride film by about 10 nm by LPCVD or the like, the silicon nitride film is etched back by RIE to form a thin offset
続いて、ソース/ドレイン領域上に形成されているゲート酸化膜18をエッチング除去し、シリコン基板面を露出させる。その後、選択エピタキシャル法により、露出するシリコン面のみに結晶構造が同じシリコン膜、若しくはシリコンゲルマン膜を選択的に10nm程度成長させる。例えば、シリコン膜を選択的に成長させるには、SiH2Cl2とH2とHClガスを反応ガスとして使用する。こうして、図9(c)に示すように、ソース/ドレイン領域上、及びゲート電極19上にエピタキシャル層33を形成する。
Subsequently, the
続いて、図10(d)に示すように、NMOSFET領域及びPMOSFET領域のそれぞれに、ゲート電極19及びオフセットスペーサ30aをイオン注入マスクとして用いて、例えばヒ素イオン及びボロンイオンの注入を行い、ソース/ドレイン領域のエクステンション部を形成するため、ヒ素イオン注入領域21g及びボロンイオン注入領域22gを形成する。例えば、NMOSFET領域にヒ素イオンを注入する場合は、加速電圧を1KeV、ドーズ量を8E14cm-2とする。また、PMOSFET領域にボロンもしくは、フッ化ボロンイオンを注入する場合は、ボロンに対する実効加速電圧として0.5KeV、ドーズ量を1E15cm-2とする。オフセットスペーサ30aの存在により、ボロンイオン注入領域22gは確実にフッ素拡散領域20b内に包含される。
Subsequently, as shown in FIG. 10D, for example, arsenic ions and boron ions are implanted into the NMOSFET region and the PMOSFET region using the
この後、RTA法を用いて例えば約800℃で10秒間アニールを行い、注入されたイオンを活性化し、ヒ素拡散領域21f及びボロン拡散領域22fを形成する。
Thereafter, annealing is performed using the RTA method at, for example, about 800 ° C. for 10 seconds to activate the implanted ions, thereby forming the
このように、第4の実施の形態では、ソース/ドレイン領域が持ち上げられた構造が形成されるため、チャネル領域に対するエクステンション部を構成するヒ素拡散領域21f及びボロン拡散領域22fの深さを実効的に浅くできる。また、第4の実施の形態では、ゲート電極19の側壁にサイドウォール25aを形成しているため、ヒ素イオン注入領域21g及びボロンイオン注入領域22gはフッ素拡散領域20bに包含される。したがって、予め注入されたフッ素拡散領域20bの存在により、アニール時の拡散が抑制され、確実に浅いボロン拡散領域21h及びヒ素拡散領域22hを形成できる。
Thus, in the fourth embodiment, since the structure in which the source / drain regions are lifted is formed, the depths of the
さらに、図10(e)に示すように、第1の実施の形態に準ずる方法で、ゲート電極の側壁にサイドウォール25aを形成し、続いて、図10(f)に示すように、このゲート電極19とサイドウォール25aをイオン注入マスクとして、PMOSFET領域及びNMOSFET領域にボロン及びリンをそれぞれにイオン注入し、続いてRTA法を用いて活性化処理を行うことで、深い不純物拡散領域であるn型不純物拡散領域26a及びp型不純物拡散領域27aを形成する。
Further, as shown in FIG. 10 (e), a
続いて、第1の実施の形態に準ずる方法で、表面に露出したゲート電極の表面層及びソース/ドレイン領域の表面層をシリサイド化し、サリサイドを形成する。さらに、層間絶縁膜の形成、必要な配線層の形成を行いCMOSFET構造を完成させる。 Subsequently, the surface layer of the gate electrode and the surface layer of the source / drain region exposed on the surface are silicided by the method according to the first embodiment, and salicide is formed. Further, an interlayer insulating film and a necessary wiring layer are formed to complete the CMOSFET structure.
以上に説明する第4の実施の形態に係る製造方法で作製されたCMOSFETは、ボロンイオン注入領域22gを形成する前に、フッ素拡散領域20bを形成しているため、アニール時におけるボロンの拡散を確実に抑制し、横方向の端部で急峻な濃度勾配を持つボロン拡散領域22hを形成できるためショートチャネル効果の抑制ができる。さらに、ソース/ドレイン領域がチャネル領域の高さに対して持ち上げた構造が形成されるため、実質的なソース/ドレイン領域の接合界面を浅くできる。したがって、さらにショートチャネル効果の抑制を図ることができる。
Since the CMOSFET manufactured by the manufacturing method according to the fourth embodiment described above forms the
(第5の実施の形態)
第5の実施の形態に係るCMOSFETは、ゲート電極を形成する前に素子形成領域の基板表面の略全面にフッ素イオン注入を行うことで、ゲート電極下にソース−ドレイン領域間で連続するフッ素拡散領域を形成するものである。
(Fifth embodiment)
The CMOSFET according to the fifth embodiment performs continuous fluorine diffusion between the source and drain regions under the gate electrode by performing fluorine ion implantation on substantially the entire surface of the substrate in the element formation region before forming the gate electrode. A region is formed.
図11(a)〜図11(c)を参照しながら、第5の実施の形態に係るCMOSFETの製造方法について説明する。第1の実施の形態に準じた方法で、シリコン基板10に素子分離領域15a、pウェル16及びnウェル17を形成する。この後シリコン基板表面を熱酸化し、ダミーのゲート酸化膜18aを形成する。製造条件は、通常のゲート酸化膜の形成方法と同様の熱酸化法を使用できる。
A method for manufacturing a CMOSFET according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. An
次に、図11(a)に示すように、素子形成領域の基板表面層にフッ素イオンを注入し、フッ素イオン注入領域20cを形成する。イオン注入条件としては、例えばイオン加速電圧を30KeV、ドーズ量を3×1014 cm-2とする。なお、イオン注入に際して斜めイオン注入等を行う必要はない。他の実施の形態のように、フッ素イオンを注入する際、ゲート電極をマスクとして用いないため、素子形成領域全体に連続するフッ素イオン注入領域20cが形成される。
Next, as shown in FIG. 11A, fluorine ions are implanted into the substrate surface layer in the element formation region to form a fluorine ion implanted
続いて、フッ素イオン注入領域20cをアニール処理し、イオン注入時に導入された結晶欠陥を回復させ、フッ素拡散領域20dを形成する。アニール条件としては、例えばRTA法を用い、900℃で10秒間加熱する条件を使用できる。
Subsequently, the fluorine
この後、ダミーゲート酸化膜18aをエッチング除去し、図11(b)に示すように、改めて基板表面を熱酸化し、第1の実施の形態に係る製造条件に準じて、ゲート酸化膜18bとゲート電極19を形成する。さらに、ゲート電極19をイオン注入マスクとして用いて、pウェル16及びnウェル17に、それぞれヒ素及びボロンを注入し、ヒ素イオン注入領域21i及びボロンイオン注入領域22iを形成する。フッ素拡散領域20dはゲート電極19下層の広い範囲に略均一な深さで形成されているため、ヒ素イオン注入領域21i及びボロンイオン注入領域22iを確実にフッ素拡散領域20d内に包含させることができる。したがって、不純物イオン注入領域のアニール工程において、確実にPMOSFET領域のボロンの拡散を抑制し、横方向端部で急峻な不純物濃度傾斜を持つボロン拡散領域22jを形成できる。
Thereafter, the dummy
第1の実施の形態に係る製造条件に準じて、ゲート電極19、サイドウォール25を形成し、ゲート電極19及びサイドウォール25をイオン注入マスクとして、NMOSFET領域にリンまたはヒ素等のn型不純物を、PMOSFET領域にはボロン又はフッ化ボロン等のp型不純物をそれぞれイオン注入する。イオン注入条件としては、第1又は第2の実施の形態における深い不純物拡散領域の形成条件と同様の条件を使用できる。この後、注入した不純物イオンの活性化を行うため、アニールを行う。アニールは、例えばピーク温度を1050℃とする、スパイクRTA処理を行う。こうして、図11(c)に示すような、NMOSFET領域及びPMOSFET領域に深い不純物拡散領域である、n型不純物拡散領域26及びp型不純物拡散領域27をそれぞれ形成する。
In accordance with the manufacturing conditions according to the first embodiment, the
以上に説明する第5の実施の形態に係る製造方法で作製されたCMOSFETでは、フッ素イオン注入20cが広い領域に形成されているため、ボロンイオン注入領域22iを容易にしかも確実にフッ素拡散領域20dに包含させることができる。したがって、アニール時におけるボロンの拡散を確実に抑制でき、横方向の端部で急峻な濃度勾配を持つボロン拡散領域22jを形成できる。したがって、ショートチャネル効果を効果的に抑制できる。
In the CMOSFET manufactured by the manufacturing method according to the fifth embodiment described above, the
(第6の実施の形態)
上述する第1〜第6の実施の形態では、一般的なシリコン基板を使用しているが、この基板に替えて、図12に示すようなシリコン層40上に絶縁層41を有し、さらに絶縁層41上にシリコン層42を有するSOI基板(Silicon on Insulator)を使用することもできる。図12は、SOI基板を使用した第7の実施の形態に係るCMOSFETの構造を示す断面図である。SOI基板を使用した場合も、基本的な構造は第1の実施の形態に係るCMOSFET構造と共通する。ただし、SOI基板を使用した場合は、各素子形成領域の周囲を絶縁層41と素子分離領域15bで囲み、隣接する素子分離領域と電気的に完全に分離できるため、CMOSFET構造で生じるラッチアップ現象を防止できる。
(Sixth embodiment)
In the first to sixth embodiments described above, a general silicon substrate is used, but instead of this substrate, an insulating
(第7の実施の形態)
第7の実施の形態に係るCMOSFETは、PMOSFETのソース/ドレイン領域のエクステンション部分を形成する前に予め窒素(N)イオンの注入を行うことで、ショートチャネル効果を抑制したものである。即ち、第7の実施の形態においては、拡散抑制元素として、フッ素に替えて窒素を使用することを特徴とする。
(Seventh embodiment)
The CMOSFET according to the seventh embodiment suppresses the short channel effect by implanting nitrogen (N) ions in advance before forming the extension portion of the source / drain region of the PMOSFET. That is, the seventh embodiment is characterized in that nitrogen is used as a diffusion suppressing element instead of fluorine.
窒素イオン注入工程以外の工程については、第1の実施の形態に準ずる条件をそのまま使用することができる。すなわち、図2(a)〜(d)に示すように、素子分離領域を形成して、素子形成領域を画定した後、pウェル領域、nウェル領域を形成し、チャネルイオン注入を行う。その後、各ウェルの表面にゲート絶縁膜を形成し、さらにゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する。 For steps other than the nitrogen ion implantation step, the conditions according to the first embodiment can be used as they are. That is, as shown in FIGS. 2A to 2D, after forming an element isolation region and defining an element formation region, a p well region and an n well region are formed, and channel ion implantation is performed. Thereafter, a gate insulating film is formed on the surface of each well, and a gate electrode is further formed on the gate insulating film.
この後、ゲート電極をマスクとして、窒素のイオン注入を行う。この場合も、基板垂線に対し30度〜45度の角度から斜めイオン注入を行う方が好ましく、例えば基板面内で90度づつローテーションする四方向から基板垂線に対し30度の角度からイオン注入を行う場合、加速電圧を1KeV〜30KeV、ドーズ量を1×1012 cm-2〜1×1014 cm-2とする。窒素をイオン注入後、約850℃〜900℃で熱処理を行い、イオン注入によって生じた結晶欠陥を回復させ、窒素拡散領域を形成する。 Thereafter, nitrogen ion implantation is performed using the gate electrode as a mask. Also in this case, it is preferable to perform oblique ion implantation from an angle of 30 to 45 degrees with respect to the substrate normal. For example, the ion implantation is performed from an angle of 30 degrees with respect to the substrate normal from four directions rotating 90 degrees in the substrate plane. When performing, the acceleration voltage is set to 1 KeV to 30 KeV, and the dose amount is set to 1 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 . After ion implantation of nitrogen, heat treatment is performed at about 850 ° C. to 900 ° C. to recover crystal defects caused by the ion implantation, and a nitrogen diffusion region is formed.
続いて、第1の実施の形態に係る製造方法に準じてソース/ドレインのエクステンション部分を形成するため、PMOSFET領域にはボロン若しくはフッ化ボロンをイオン注入し、NMOSFET領域にはヒ素をイオン注入し、RTA処理を行うことで、ボロン拡散領域及びヒ素拡散領域を形成する。なお、ヒ素の代わりにリンを注入してもよい。 Subsequently, in order to form extension portions of the source / drain according to the manufacturing method according to the first embodiment, boron or boron fluoride is ion-implanted into the PMOSFET region, and arsenic is ion-implanted into the NMOSFET region. The boron diffusion region and the arsenic diffusion region are formed by performing the RTA process. Note that phosphorus may be injected instead of arsenic.
このRTA処理によって、各不純物イオン注入領域中の結晶欠陥が回復するとともに、ボロンの拡散が生じるが、先の工程で注入された窒素の存在によりボロンの拡散が抑制される。その理由は明らかではないが、フッ素の場合と同様に、アニール時のボロンの活性化を抑制し、その結果アニール時のボロンの拡散距離を短くするものと予想される。 By this RTA treatment, crystal defects in each impurity ion implantation region are recovered and boron is diffused, but the diffusion of boron is suppressed by the presence of nitrogen implanted in the previous step. The reason is not clear, but it is expected that the activation of boron during annealing is suppressed as in the case of fluorine, and as a result, the boron diffusion distance during annealing is shortened.
フッ素イオンを注入した第1の実施の形態の場合と同様に、先に注入された窒素の存在によりボロンの拡散が抑制され、特にゲート電極の下に広がる横方向の端部でボロンの濃度勾配の急峻性が維持できる。 As in the case of the first embodiment in which fluorine ions are implanted, the diffusion of boron is suppressed by the presence of the previously implanted nitrogen, and in particular, the boron concentration gradient at the lateral end extending under the gate electrode. Can be maintained.
さらに、第1の実施の形態に準ずる方法で、ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成し、このゲート電極とサイドウォールをイオン注入マスクとして、PMOSFET領域及びNMOSFET領域にボロン及びリンをそれぞれイオン注入し、続いてRTA法を用いて活性化処理を行うことで、深いn型及びp型不純物拡散領域を形成する。 Further, a side wall is formed on the side wall of the gate electrode by the method according to the first embodiment, and boron and phosphorus are ion-implanted in the PMOSFET region and the NMOSFET region, respectively, using the gate electrode and the side wall as an ion implantation mask. Subsequently, deep n-type and p-type impurity diffusion regions are formed by performing an activation process using the RTA method.
続いて、第1の実施の形態に準ずる方法で、表面に露出したゲート電極の表面層及びソース/ドレイン領域の表面層をシリサイド化し、サリサイドを形成する。さらに、層間絶縁膜の形成、必要な配線層の形成を行いCMOSFET構造を完成させる。得られたCMOSFET構造は、図1に示す第1の実施の形態に係るCMOSFET構造においてフッ素拡散領域を窒素拡散領域に替えたものに相当する。 Subsequently, the surface layer of the gate electrode and the surface layer of the source / drain region exposed on the surface are silicided by the method according to the first embodiment, and salicide is formed. Further, an interlayer insulating film and a necessary wiring layer are formed to complete the CMOSFET structure. The obtained CMOSFET structure corresponds to the CMOSFET structure according to the first embodiment shown in FIG. 1 in which the fluorine diffusion region is replaced with a nitrogen diffusion region.
なお、第1の実施の形態に準じた製造方法に沿って説明したが、第2〜第6の実施の形態に準じた製造方法におけるフッ素イオン注入の代わりに、窒素イオン注入を使用することができる。 In addition, although it demonstrated along the manufacturing method according to 1st Embodiment, it can use nitrogen ion implantation instead of fluorine ion implantation in the manufacturing method according to 2nd-6th embodiment. it can.
(第8の実施の形態)
第8の実施の形態に係るCMOSFETは、PMOSFETのソース/ドレイン領域のエクステンション部分を形成する前に予め炭素(C)イオンの注入を行うことで、ショートチャネル効果を抑制したものである。即ち、第7の実施の形態においては、拡散抑制元素として、フッ素に替えて炭素を使用することを特徴とする。
(Eighth embodiment)
The CMOSFET according to the eighth embodiment suppresses the short channel effect by implanting carbon (C) ions in advance before forming the extension portion of the source / drain region of the PMOSFET. That is, the seventh embodiment is characterized in that carbon is used instead of fluorine as a diffusion suppressing element.
炭素イオン注入工程以外の工程については、第1の実施の形態に準ずる条件をそのまま使用することができる。すなわち、図2(a)〜(d)に示すように、素子分離領域を形成して、素子形成領域を画定した後、pウェル領域、nウェル領域を形成し、チャネルイオン注入を行う。その後、各ウェルの表面にゲート絶縁膜を形成し、さらにゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する。 For steps other than the carbon ion implantation step, the conditions according to the first embodiment can be used as they are. That is, as shown in FIGS. 2A to 2D, after forming an element isolation region and defining an element formation region, a p well region and an n well region are formed, and channel ion implantation is performed. Thereafter, a gate insulating film is formed on the surface of each well, and a gate electrode is further formed on the gate insulating film.
ゲート電極をマスクとして、炭素のイオン注入を行う。この場合も、基板垂線に対し30度〜45度の角度から斜めイオン注入を行う方が好ましく、例えば基板面内で90度づつローテーションする四方向から基板垂線に対し30度の角度からイオン注入を行う場合、加速電圧を1KeV〜30KeV、ドーズ量を1×1012 cm-21×1014 cm-2とする。炭素をイオン注入後、約850℃〜900℃で熱処理を行い、イオン注入によって生じた結晶欠陥を回復させる。
Carbon ion implantation is performed using the gate electrode as a mask. Also in this case, it is preferable to perform oblique ion implantation from an angle of 30 to 45 degrees with respect to the substrate normal. For example, the ion implantation is performed from an angle of 30 degrees with respect to the substrate normal from four directions rotating 90 degrees in the substrate plane. When performing, the acceleration voltage is 1 KeV to 30 KeV, and the dose is 1 × 10 12
この後、第1の実施の形態に係る製造方法に準じてソース/ドレインのエクステンション部分を形成するため、PMOSFET領域にはボロン若しくはフッ化ボロンをイオン注入し、NMOSFET領域にはヒ素をイオン注入し、RTA処理を行うことで、ボロン拡散領域及びヒ素拡散領域を形成する。なお、ヒ素の代わりにリンをイオン注入してもよい。 Thereafter, boron or boron fluoride is ion-implanted into the PMOSFET region and arsenic is ion-implanted into the NMOSFET region in order to form source / drain extension portions according to the manufacturing method according to the first embodiment. The boron diffusion region and the arsenic diffusion region are formed by performing the RTA process. Note that phosphorus may be ion-implanted instead of arsenic.
このRTA処理によって、各不純物イオン注入領域中の結晶欠陥が回復するとともに、不純物イオンの拡散が生じるが、先の工程で注入された炭素の存在により、不純物イオンの拡散が抑制される。このように炭素の注入を予め行っておくと、炭素が、ボロンの増速拡散の要因となる格子間に存在するSiを選択的に捉え、格子間シリコンのシンクとして機能するため、実質的な格子間シリコンの数を低減させることができる。その結果、格子間シリコンと対となり増速拡散するボロンの数が減り、不純物イオンの拡散が抑制される。このように、炭素は、フッ素や窒素とは異なる機構で、ボロンの拡散を抑制するという同様の作用効果をもたらすものと考えられる。こうして、フッ素イオンを注入した第1の実施の形態の場合と同様に、先に注入された炭素の存在によりボロンの増速拡散が抑制され、ボロン拡散領域の端部、特にゲート電極の下に広がる横方向の拡散が抑制され、端部での濃度勾配が急峻なボロン拡散領域が得られる。 This RTA treatment recovers crystal defects in each impurity ion implantation region and causes diffusion of impurity ions. However, diffusion of impurity ions is suppressed by the presence of carbon implanted in the previous step. If carbon is previously implanted in this way, the carbon selectively captures Si existing between the lattices that causes the accelerated diffusion of boron and functions as a sink for interstitial silicon. The number of interstitial silicon can be reduced. As a result, the number of boron that diffuses at a high speed in pairs with interstitial silicon is reduced, and the diffusion of impurity ions is suppressed. Thus, carbon is considered to bring about the same effect of suppressing the diffusion of boron by a mechanism different from that of fluorine and nitrogen. Thus, as in the case of the first embodiment in which fluorine ions are implanted, the accelerated diffusion of boron is suppressed by the presence of the previously implanted carbon, and the end of the boron diffusion region, particularly under the gate electrode, is suppressed. The spreading in the lateral direction is suppressed, and a boron diffusion region having a steep concentration gradient at the end can be obtained.
さらに、第1の実施の形態に準ずる方法で、ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成し、このゲート電極とサイドウォールをイオン注入マスクとして、PMOSFET領域及びNMOSFET領域にボロン及びリンをそれぞれにイオン注入し、続いてRTA法を用いて活性化処理を行うことで、深い不純物拡散領域を形成する。 Further, a side wall is formed on the side wall of the gate electrode by the method according to the first embodiment, and boron and phosphorus are ion implanted into the PMOSFET region and the NMOSFET region, respectively, using the gate electrode and the side wall as an ion implantation mask. Then, deep impurity diffusion regions are formed by performing an activation process using the RTA method.
続いて、第1の実施の形態に準ずる方法で、表面に露出したゲート電極の表面層及びソース/ドレイン領域の表面層をシリサイド化し、サリサイドを形成する。さらに、層間絶縁膜の形成、必要な配線層の形成を行いCMOSFET構造を完成させる。得られたCMOSFET構造は、図1に示す第1の実施の形態に係るCMOSFET構造においてフッ素拡散領域を炭素拡散領域に替えたものが得られる。 Subsequently, the surface layer of the gate electrode and the surface layer of the source / drain region exposed on the surface are silicided by the method according to the first embodiment, and salicide is formed. Further, an interlayer insulating film and a necessary wiring layer are formed to complete the CMOSFET structure. The obtained CMOSFET structure is obtained by replacing the fluorine diffusion region with the carbon diffusion region in the CMOSFET structure according to the first embodiment shown in FIG.
なお、主に第1の実施の形態に準じた製造方法に沿って説明したが、第2〜第6の実施の形態に準じた製造方法においても、フッ素イオン注入の代わりに、炭素イオン注入を使用することができる。 In addition, although it demonstrated along the manufacturing method according to 1st Embodiment mainly, also in the manufacturing method according to 2nd-6th embodiment, carbon ion implantation was carried out instead of fluorine ion implantation. Can be used.
(その他の実施の形態)
以上第1〜第8の実施の形態について説明したが、各アニール工程の条件は上述する条件に限定されるものではない。例えば、アニール工程において、上述する実施の形態では主にRTA法を使用しているが、キセノンフラッシュランプ、或いはエキシマレーザを用い、数100μs〜10msという極めて短時間の光照射でアニールを行うこともできる。このように、RTAに比較し、より短い時間での高温アニールを使用すれば、イオン注入された不純物の拡散をほとんど伴うことなく、不純物を活性化させることができる。したがって、深さ方向及び横方向の拡散がほとんど生じず、急峻な濃度勾配を持つエクステンション部分の形成が可能になる。よって、上述する実施の形態の場合と組み合わせて使用すれば、ショートチャネル効果の抑制をさらに改善できる。
(Other embodiments)
Although the first to eighth embodiments have been described above, the conditions of each annealing step are not limited to the above-described conditions. For example, although the RTA method is mainly used in the above-described embodiment in the annealing step, annealing may be performed with light irradiation in a very short time of several hundreds μs to 10 ms using a xenon flash lamp or an excimer laser. it can. As described above, when high-temperature annealing in a shorter time is used as compared with RTA, the impurity can be activated with little diffusion of the ion-implanted impurity. Therefore, almost no diffusion in the depth direction and the lateral direction occurs, and an extension portion having a steep concentration gradient can be formed. Therefore, when used in combination with the above-described embodiment, the suppression of the short channel effect can be further improved.
また、上述する本発明の実施の形態で説明したフッ素のイオン注入効果は、通常のプレーナ型のトランジスタのみならず、次世代型トランジスタとして注目されているFinFETでも応用することが可能である。FinFETとは、絶縁基板上に周囲を絶縁膜で覆われた直方体の半導体層を有し、この直方体の半導体層の長軸方向と交差する方向に帯状の導電膜で覆った構造を有するものである。導電膜をゲート電極、ゲート電極と半導体層間の絶縁膜をゲート絶縁膜とし、ゲート電極の両側の半導体層にソース/ドレイン領域が形成される。 In addition, the fluorine ion implantation effect described in the above-described embodiment of the present invention can be applied not only to a normal planar type transistor but also to a FinFET that is attracting attention as a next generation type transistor. A FinFET has a rectangular semiconductor layer covered with an insulating film on an insulating substrate, and has a structure covered with a strip-shaped conductive film in a direction intersecting the major axis direction of the rectangular semiconductor layer. is there. The conductive film is used as a gate electrode, and the insulating film between the gate electrode and the semiconductor layer is used as a gate insulating film. Source / drain regions are formed in the semiconductor layers on both sides of the gate electrode.
例えば、このようなFinFETは、SOI基板の上層のシリコン層をエッチングし、上記直方体の半導体層を形成し、この半導体層表面を熱酸化することで、半導体層表面に酸化膜を形成し、さらに、半導体層を覆うゲート電極を形成する。さらに、ゲート電極をマスクとして不純物をイオン注入し、アニール工程を経ることでソース/ドレイン領域を形成することができる。この場合も予めPMOSFETを形成する場合には、ボロンのイオン注入を行う場合に予めフッ素、窒素もしくは炭素をイオン注入しておけばボロンの拡散を防止できるため、チャネル領域に隣接するソース/ドレイン領域端部の不純物濃度の急峻な不純物濃度分布を得ることができ、ショートチャネル効果を防止できる。 For example, in such a FinFET, the upper silicon layer of the SOI substrate is etched to form the rectangular semiconductor layer, and the surface of the semiconductor layer is thermally oxidized to form an oxide film on the surface of the semiconductor layer. Then, a gate electrode covering the semiconductor layer is formed. Further, the source / drain regions can be formed by ion implantation of impurities using the gate electrode as a mask and an annealing process. Also in this case, when the PMOSFET is formed in advance, since boron diffusion can be prevented by ion implantation of fluorine, nitrogen or carbon in advance when boron ion implantation is performed, the source / drain region adjacent to the channel region can be prevented. An impurity concentration distribution having a steep impurity concentration at the end can be obtained, and a short channel effect can be prevented.
以上、本発明の実施の形態に沿って、本発明の半導体装置及びその製造方法について説明したが、本発明の半導体装置及びその製造方法は上記記載に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。 As described above, the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention have been described according to the embodiment of the present invention. However, the semiconductor device and the manufacturing method of the present invention are not limited to the above description, and various modifications can be made. Is possible.
10 シリコン基板
15a 素子分離領域
15 酸化膜
16 pウェル
17 nウェル
18 ゲート酸化膜
19 ゲート電極
20a、20c フッ素イオン注入領域
20b、20d フッ素拡散領域
21a ボロンイオン注入領域
21b ボロン拡散領域
22a ヒ素イオン注入領域
22b ヒ素拡散領域
23a ポケットイオン注入領域
24a ポケットイオン注入領域
25 サイドウォール
26 p型不純物拡散領域
27 n型不純物拡散領域
28 サリサイド
30 オフセットスペーサ
31 配線
32 配線
33 エピタキシャル層
40 シリコン層
41 シリコン酸化膜層
42 シリコン層
10
33
Claims (5)
前記nウェル領域上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両端部の前記nウェルの表面層に形成されたボロン拡散領域と、
前記ボロン拡散領域より少なくとも前記ゲート電極下の横方向において前記ボロン拡散領域を包含する、フッ素、窒素、及び炭素からなる群から選択される少なくともいずれか一の拡散抑制元素が拡散された拡散抑制元素拡散領域と、
前記ボロン拡散領域より深く、かつ、横方向端部が前記ボロン拡散領域の横方向端部より前記ゲート電極端から離れた位置にある、p型不純物拡散領域とを有する半導体装置。 An n-well region formed in a semiconductor substrate; a gate electrode formed on the n-well region;
A boron diffusion region formed in a surface layer of the n-well at both ends of the gate electrode;
A diffusion suppressing element in which at least one diffusion suppressing element selected from the group consisting of fluorine, nitrogen, and carbon, which includes the boron diffusion region at least in the lateral direction below the gate electrode from the boron diffusion region, is diffused. A diffusion region;
A semiconductor device having a p-type impurity diffusion region deeper than the boron diffusion region and having a lateral end located farther from the gate electrode end than a lateral end of the boron diffusion region.
前記nウェル領域上にゲート酸化膜及びゲート電極を形成する工程と、
前記nウェル領域の表面層に、フッ素、窒素、及び炭素からなる群から選択される少なくともいずれか一の拡散抑制元素をイオン注入し、拡散抑制元素イオン注入領域を形成する工程と、
前記拡散抑制元素イオン注入領域をアニールし、拡散抑制元素拡散領域を形成する工程と、
前記拡散抑制元素イオン注入領域形成後、前記nウェル領域の表面層に、ボロンまたはボロン化合物をイオン注入し、前記拡散抑制元素拡散領域内に包含されるボロンイオン注入領域を形成する工程と、
前記ボロンイオン注入領域をアニールする工程と
前記ゲート電極の側面に絶縁膜でサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極と前記サイドウォールを注入マスクとして用いて、p型不純物イオンを注入し、前記ボロンイオン注入領域より深いp型不純物イオン注入領域を形成する工程と
前記p型不純物イオン注入領域をアニールする工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an n-well region in a substrate surface layer of a semiconductor substrate;
Forming a gate oxide film and a gate electrode on the n-well region;
A step of ion-implanting at least one diffusion suppressing element selected from the group consisting of fluorine, nitrogen, and carbon into the surface layer of the n-well region to form a diffusion suppressing element ion-implanted region;
Annealing the diffusion suppression element ion implantation region to form a diffusion suppression element diffusion region;
After the diffusion suppression element ion implantation region is formed, boron or a boron compound is ion-implanted into the surface layer of the n-well region to form a boron ion implantation region included in the diffusion suppression element diffusion region;
Annealing the boron ion implantation region; forming a sidewall with an insulating film on a side surface of the gate electrode;
Using the gate electrode and the sidewall as an implantation mask, implanting p-type impurity ions to form a p-type impurity ion implantation region deeper than the boron ion implantation region, and annealing the p-type impurity ion implantation region And a method of manufacturing a semiconductor device.
前記拡散抑制元素イオン注入領域形成のためのイオン注入は、前記ゲート電極を注入マスクとして使用し、基板面垂線に対し斜め方向からイオン注入することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the gate oxide film and the gate electrode is performed before the step of forming the diffusion suppressing element ion implantation region,
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the ion implantation for forming the diffusion-inhibiting element ion implantation region is performed by implanting ions from an oblique direction with respect to a substrate surface normal using the gate electrode as an implantation mask. Production method.
前記ボロンまたはボロン化合物のイオン注入は、前記ゲート電極及び前記絶縁膜側壁を注入マスクとして使用することを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体装置の製造方法。 Furthermore, after forming the diffusion suppressing element ion implantation region, before the step of forming the boron ion implantation region, there is a step of forming an insulating film sidewall thinner than the sidewall on the side surface of the gate electrode,
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the boron or boron compound ion implantation uses the gate electrode and the insulating film sidewall as an implantation mask.
前記p型不純物イオン注入領域をアニールする工程を、
前記ボロンイオン注入領域を形成する工程より前に行うことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 Forming the sidewall, forming the p-type impurity ion implantation region, and annealing the p-type impurity ion implantation region.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the method is performed before the step of forming the boron ion implantation region.
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