JP2006060156A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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光雄 安平
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the resistance variations of an extremely shallow junction or the variations of a junction leakage current in the formation of the extremely shallow junction. <P>SOLUTION: A bonding diffusion layer region 2 in which the S/D diffusion layer of one PMOS transistor demarcated by an element isolation region 1 is divided into a first junction diffusion block 2a of the same size, a second junction diffusion block 2b and a third junction diffusion block 2c separated from each other. An input gate electrode 3 is arranged on a plurality of the divided junction diffusion blocks. Power supply wiring 4 and output wiring 5 are formed. In this manner, the junction diffusion layer region of the MOS transistor is divided. Thereby, in the extremely shallow junction formed by the heat treatment of a low thermal basset like flash lamp annealing by dividing the bonding diffusion layer region of a MOS transistor, the resistance variations or the variations of the junction leakage current is suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に係り、特に半導体基板表面に形成する極浅接合の拡散層およびその形成方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to an ultra-shallow junction diffusion layer formed on a semiconductor substrate surface and a method for forming the diffusion layer.

半導体装置を構成する絶縁ゲート電界効果トランジスタ(MOSトランジスタという)のような素子の微細化は、半導体装置の高性能化にとって最も有効であり、微細加工技術、薄層/薄膜形成技術等、半導体装置の製造に必須な製造技術が種々に研究開発され、現在の量産製造レベルにおける設計基準130nm〜90nmの製造技術から設計基準が65nm更には45nmの製造技術に向けて精力的に進められている。   Miniaturization of an element such as an insulated gate field effect transistor (referred to as a MOS transistor) that constitutes a semiconductor device is most effective for improving the performance of the semiconductor device. Various manufacturing techniques essential to the manufacture of these are being researched and developed, and the design standards are being vigorously advanced from the manufacturing techniques of the design standards of 130 nm to 90 nm at the current mass production level toward the manufacturing techniques of 65 nm and 45 nm.

このような中で、MOSトランジスタのソース・ドレイン拡散層の薄層化も種々に検討されている。p導電型不純物であるボロン不純物をドーピングする拡散層の場合、通常、n導電型不純物の場合よりもその浅接合化は難しいが、pチャネル型のMOSトランジスタのソース・ドレイン拡散層の接合深さは20nmあるいはそれ以下の極浅接合が必要になってきており、上記極浅接合の制御技術の開発が精力的に進められている。   Under such circumstances, various studies have been made to make the source / drain diffusion layers of MOS transistors thinner. In the case of a diffusion layer doped with boron impurities which are p-conductivity type impurities, it is usually more difficult to make shallow junctions than in the case of n-conductivity type impurities, but the junction depth of the source / drain diffusion layers of the p-channel MOS transistor Therefore, an ultra-shallow junction of 20 nm or less is required, and the development of a control technique for the ultra-shallow junction is energetically advanced.

以下、上述したような極浅接合の拡散層形成について図3〜6を参照して具体的に説明する。図3は、半導体装置の基本回路であるCMOSインバータであり、図4は、このCMOSインバータ回路のパターンレイアウト図である。図3のCMOSインバータ回路において、pチャネル型のMOSトランジスタであるPMOSトランジスタ101とnチャネル型のMOSトランジスタであるNMOSトランジスタ102が、電源電圧Vddと接地電圧Vss間に直列に接続されている。そして、入力端子103に入力信号が印加され、出力端子104より出力信号が出力される。   Hereinafter, the formation of the ultra-shallow junction diffusion layer as described above will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 3 is a CMOS inverter which is a basic circuit of a semiconductor device, and FIG. 4 is a pattern layout diagram of this CMOS inverter circuit. In the CMOS inverter circuit of FIG. 3, a PMOS transistor 101 which is a p-channel MOS transistor and an NMOS transistor 102 which is an n-channel MOS transistor are connected in series between a power supply voltage Vdd and a ground voltage Vss. Then, an input signal is applied to the input terminal 103 and an output signal is output from the output terminal 104.

上記CMOSインバータ回路のパターンレイアウトは図4に示すようになる。図4に示すように、PMOSトランジスタの素子活性領域でありS/D(ソース/ドレイン)拡散層を形成する接合拡散層領域201が設けられ、入力ゲート電極202、電源配線203および出力配線204が形成されている。ここで、電源配線203および出力配線204はそれぞれコンタクト孔205,206を通して接合拡散層領域201に電気的接続されている。同様に、NMOSトランジスタのS/D拡散層を形成する接合拡散層領域207が設けられ、接地配線208および出力配線204がそれぞれコンタクト孔209,210を通して接合拡散層領域207に電気的接続されている。なお、入力ゲート電極202はNMOSトランジスタのゲート電極としても共通に配設される。   The pattern layout of the CMOS inverter circuit is as shown in FIG. As shown in FIG. 4, a junction diffusion layer region 201 which is an element active region of a PMOS transistor and forms an S / D (source / drain) diffusion layer is provided, and an input gate electrode 202, a power supply wiring 203, and an output wiring 204 are provided. Is formed. Here, the power supply wiring 203 and the output wiring 204 are electrically connected to the junction diffusion layer region 201 through the contact holes 205 and 206, respectively. Similarly, a junction diffusion layer region 207 forming an S / D diffusion layer of the NMOS transistor is provided, and the ground wiring 208 and the output wiring 204 are electrically connected to the junction diffusion layer region 207 through the contact holes 209 and 210, respectively. . The input gate electrode 202 is also commonly provided as a gate electrode of the NMOS transistor.

半導体装置は様々な種類、サイズのMOSトランジスタあるいは素子の集積体である。特に、所定の回路性能を得るために、MOSトランジスタのゲート長(L)とゲート幅(W)の比(W/L)を変えることが、通常行われる。このため、色々なサイズのMOSトランジスタのS/D拡散層が半導体基板上に存在している。図4のパターンレイアウトにおいては、PMOSトランジスタ側の接合拡散層領域201が、NMOSトランジスタ側の接合拡散層領域207より大きくなっている。これは、所定の回路性能を得るために、PMOSトランジスタのゲート幅(W)をNMOSトランジスタのそれより大きくする必要があるためである。   A semiconductor device is an integrated body of MOS transistors or elements of various types and sizes. In particular, in order to obtain a predetermined circuit performance, it is usual to change the ratio (W / L) of the gate length (L) and the gate width (W) of the MOS transistor. For this reason, S / D diffusion layers of MOS transistors of various sizes exist on the semiconductor substrate. In the pattern layout of FIG. 4, the junction diffusion layer region 201 on the PMOS transistor side is larger than the junction diffusion layer region 207 on the NMOS transistor side. This is because the gate width (W) of the PMOS transistor needs to be larger than that of the NMOS transistor in order to obtain a predetermined circuit performance.

上述したようなインバータ回路を構成するCMOSトラジスタにおいては、その性能(高いオン電流、低いオフ電流)をよく知られたスケーリング則のトレンド通りに維持するために、MOSトランジスタのS/D拡散層には極浅接合が要求される。そこで、これまで多用されてきたRTA(急速加熱アニール)に替わって、極浅接合の実現を目指した、スパイクアニール、フラッシュランプアニール、レーザーアニール等の様々な極短時間の熱処理すなわち低サーマルバジェットの熱処理が必要になる(例えば、特許文献1参照)。ここで、RTAの処理時間は数sec(秒)間であったが、上記低サーマルバジェットの処理時間は数msec間と極短時間になる。   In the CMOS transistor constituting the inverter circuit as described above, the S / D diffusion layer of the MOS transistor is used in order to maintain the performance (high on-current, low off-current) according to the well-known scaling law trend. Requires ultra shallow junctions. Therefore, instead of RTA (rapid heating annealing), which has been widely used so far, various extremely short-time heat treatments such as spike annealing, flash lamp annealing, laser annealing, etc. aiming at realization of ultra-shallow junction, that is, low thermal budget Heat treatment is required (see, for example, Patent Document 1). Here, the processing time of RTA is several seconds (seconds), but the processing time of the low thermal budget is as short as several milliseconds.

しかし、発明者の検討によると、上記の低サーマルバジェットの熱処理においては、接合領域の拡散層のシート抵抗に接合領域のサイズ依存性が見られるようになることが判明した。図5は、上記フラッシュランプアニールを用いて、上記インバータ回路を構成するCMOSトランジスタの極浅接合を形成した時の、拡散層の幅とシート抵抗の相関を見たものである。ここで、横軸にはPMOSトランジスタのS/D拡散層の幅W(ゲート幅(W)に相当)を示し、縦軸にはS/D拡散層のシート抵抗を示す。図5から、拡散層幅Wが縮小するに従い、シート抵抗が徐々に小さくなることが判る   However, according to the study by the inventors, it has been found that in the heat treatment of the above-described low thermal budget, the sheet resistance of the diffusion layer in the bonding region becomes dependent on the size of the bonding region. FIG. 5 shows the correlation between the width of the diffusion layer and the sheet resistance when the ultrashallow junction of the CMOS transistor constituting the inverter circuit is formed using the flash lamp annealing. Here, the horizontal axis represents the width W (corresponding to the gate width (W)) of the S / D diffusion layer of the PMOS transistor, and the vertical axis represents the sheet resistance of the S / D diffusion layer. FIG. 5 shows that the sheet resistance gradually decreases as the diffusion layer width W decreases.

図6は、同様にフラッシュランプアニールを用いて、極浅接合を形成した時の、極浅接合の拡散層面積と接合リーク電流の相関を見たものである。拡散層面積が小さい程、接合リーク電流が少なくなっていることが判る。   FIG. 6 shows the correlation between the diffusion layer area of the ultra-shallow junction and the junction leakage current when the ultra-shallow junction is similarly formed using flash lamp annealing. It can be seen that the smaller the diffusion layer area, the smaller the junction leakage current.

図5,6で説明した事象は、低サーマルバジェットの熱処理であるスパイクアニールおよびレーザーアニールでも同様に生じる。一方、図示していないが、従来のRTA等のアニールでは十分な熱が加わっていることにより、拡散層の幅にかかわらずシート抵抗の値は一定である。同じく、拡散層面積にかかわらず接合リーク電流の値は一定である。   The events described with reference to FIGS. 5 and 6 occur similarly in spike annealing and laser annealing, which are heat treatments of a low thermal budget. On the other hand, although not shown, the sheet resistance value is constant regardless of the width of the diffusion layer because sufficient heat is applied in the conventional annealing such as RTA. Similarly, the value of the junction leakage current is constant regardless of the diffusion layer area.

極浅接合の形成に必要な上記低サーマルバジェットの熱処理においては、必要最小限の熱量が供給される。このために、接合拡散層領域のサイズにより微妙な温度の差が発生し、それがシート抵抗や接合リークの差となって現われている。この温度の差は、昇温時よりも降温時において特に生じ易く、半導体基板上の絶縁膜あるいはシリコン材料による熱伝導率が関係している。一方、極浅接合が要求されない従来のRTAによる熱処理では、十分な熱量が供給できているので、上記の問題は発生しない。
特開2004−063574号公報
In the heat treatment of the low thermal budget necessary for forming the ultra-shallow junction, a minimum amount of heat is supplied. For this reason, a subtle temperature difference occurs depending on the size of the junction diffusion layer region, which appears as a difference in sheet resistance and junction leakage. This temperature difference is particularly likely to occur when the temperature is lowered than when the temperature is raised, and is related to the thermal conductivity of the insulating film or silicon material on the semiconductor substrate. On the other hand, in the conventional heat treatment by RTA, which does not require ultra-shallow junction, a sufficient amount of heat can be supplied, so the above problem does not occur.
JP 2004-063574 A

従来の半導体装置のCMOSトランジスタのS/D拡散層、あるいはアナログ素子用のPN接合を用いた拡散抵抗においては、所定の回路性能を得るために、様々なサイズ(形状、面積)のS/D拡散層領域、あるいは抵抗素子用の拡散層領域が形成されていた。ここで、65nm技術ノード以降の微細CMOSトランジスタにおいて要求される極浅接合を実現するために必要な極短時間の熱処理プロセスを行うと、図5,6で説明したような接合領域のサイズにより、拡散層のシート抵抗あるいは接合リーク電流が異なるという問題が発生してくる。そして、半導体装置を構成する半導体素子のサイズにより、例えばMOSトランジスタの性能、アナログ素子の性能が変わってくるために、半導体装置の設計が非常に難しくなるという大きな問題が生じる。   In a conventional S / D diffusion layer of a CMOS transistor of a semiconductor device or a diffusion resistor using a PN junction for an analog element, S / Ds of various sizes (shapes, areas) are required to obtain predetermined circuit performance. A diffusion layer region or a diffusion layer region for a resistance element has been formed. Here, when an extremely short heat treatment process necessary for realizing the ultra-shallow junction required in a fine CMOS transistor after the 65 nm technology node is performed, the size of the junction region as described with reference to FIGS. There arises a problem that the sheet resistance or junction leakage current of the diffusion layer is different. Then, depending on the size of the semiconductor element constituting the semiconductor device, for example, the performance of the MOS transistor and the performance of the analog element change, which causes a big problem that the design of the semiconductor device becomes very difficult.

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、65nm技術ノード以降の例えばMOSトランジスタのS/D拡散層の極浅接合形成において、極浅接合の抵抗バラツキあるいは接合リーク電流のバラツキを解決する拡散層構造とその製造方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and solves the resistance variation of the ultra-shallow junction or the junction leakage current in the formation of the ultra-shallow junction of the S / D diffusion layer of, for example, a MOS transistor after the 65 nm technology node. An object of the present invention is to provide a diffusion layer structure and a manufacturing method thereof.

上記課題を解決するために、半導体装置にかかる発明は、半導体基板上に形成された半導体素子の1つのPN接合が複数の拡散層に分割して設けられる、構成となっている。そして、半導体基板上に形成された1つの絶縁ゲート電界効果トランジスタのソース拡散層あるいはドレイン拡散層が複数の拡散層に分割される、構成となっている。   In order to solve the above problems, an invention according to a semiconductor device has a configuration in which one PN junction of a semiconductor element formed on a semiconductor substrate is divided into a plurality of diffusion layers. The source diffusion layer or the drain diffusion layer of one insulated gate field effect transistor formed on the semiconductor substrate is divided into a plurality of diffusion layers.

また、半導体装置の製造方法にかかる発明は、半導体基板表面の所定の領域を複数のブロックに分割し各ブロックに不純物を導入する工程と、フラッシュランプアニールの方法により前記各ブロックの不純物を活性化し前記各ブロックに不純物拡散層を形成する工程と、を有し、前記全ブロックの不純物拡散層を半導体素子の1つのPN接合とする、構成になっている。   The invention relating to the method for manufacturing a semiconductor device includes a step of dividing a predetermined region on the surface of the semiconductor substrate into a plurality of blocks and introducing impurities into each block, and activating the impurities in each block by a flash lamp annealing method. Forming an impurity diffusion layer in each block, and the impurity diffusion layers of all the blocks are configured as one PN junction of a semiconductor element.

上記発明において、前記フラッシュランプアニール処理におけるランプ照射時間は10msec以下であることが好適である。   In the above invention, the lamp irradiation time in the flash lamp annealing process is preferably 10 msec or less.

本発明の構成によれば、65nm技術ノード以降の微細CMOSトランジスタにおいて要求される極浅接合を実現するために極短時間熱処理を行っても、極浅接合を有する微細CMOSトランジスタの極浅接合のシート抵抗や接合リーク電流のバラツキを抑制することができ、半導体装置の設計が容易になる。   According to the configuration of the present invention, the ultra-shallow junction of the micro-CMOS transistor having the ultra-shallow junction can be obtained even if the ultra-short heat treatment is performed in order to realize the ultra-shallow junction required in the micro-CMOS transistor after the 65 nm technology node. Variations in sheet resistance and junction leakage current can be suppressed, and the semiconductor device can be easily designed.

以下に、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。図1は、半導体装置を構成するCMOSインバータ回路のパターンレイアウト図であり、従来の技術の図4に対応したものとなっている。そして、図2はこの実施形態における半導体装置の製造工程の流れ図である。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a pattern layout diagram of a CMOS inverter circuit constituting a semiconductor device and corresponds to FIG. 4 of the prior art. FIG. 2 is a flowchart of the manufacturing process of the semiconductor device in this embodiment.

図1に示すように、半導体基板の表面には素子分離領域1で画定されたいわゆる素子活性領域が形成され、1つのPMOSトランジスタのS/D拡散層の形成される上記素子活性領域である接合拡散層領域2は、素子分離領域1で互いに分離された同一サイズの第1接合拡散ブロック2a、第2接合拡散ブロック2bおよび第3接合拡散ブロック2cに分割されている。そして、この分割した複数の接合拡散ブロック上をゲート絶縁膜(不図示)を介して入力ゲート電極3が配設されており、電源配線4および出力配線5が形成されている。ここで、電源配線4は、コンタクト孔6a、6b、6cを通してそれぞれ第1接合拡散ブロック2a、第2接合拡散ブロック2bおよび第3接合拡散ブロック2cのソース拡散層に電気接続されており、これらのコンタクト孔6a、6b、6cが接合拡散層領域2のソース拡散層のコンタクト孔6を構成することになる。同様に、出力配線5は、コンタクト孔7a、7b、7cを通してそれぞれ第1接合拡散ブロック2a、第2接合拡散ブロック2bおよび第3接合拡散ブロック2cのドレイン拡散層に電気接続され、コンタクト孔7a、7b、7cが接合拡散層領域2のドレイン拡散層のコンタクト孔7を構成することになる。   As shown in FIG. 1, a so-called element active region defined by an element isolation region 1 is formed on the surface of a semiconductor substrate, and a junction which is the element active region in which an S / D diffusion layer of one PMOS transistor is formed. The diffusion layer region 2 is divided into a first junction diffusion block 2a, a second junction diffusion block 2b, and a third junction diffusion block 2c of the same size separated from each other in the element isolation region 1. An input gate electrode 3 is disposed on the plurality of divided junction diffusion blocks via a gate insulating film (not shown), and a power supply wiring 4 and an output wiring 5 are formed. Here, the power supply wiring 4 is electrically connected to the source diffusion layers of the first junction diffusion block 2a, the second junction diffusion block 2b and the third junction diffusion block 2c through the contact holes 6a, 6b and 6c, respectively. The contact holes 6a, 6b and 6c constitute the contact hole 6 of the source diffusion layer in the junction diffusion layer region 2. Similarly, the output wiring 5 is electrically connected to the drain diffusion layers of the first junction diffusion block 2a, the second junction diffusion block 2b and the third junction diffusion block 2c through the contact holes 7a, 7b and 7c, respectively. 7b and 7c constitute the contact hole 7 of the drain diffusion layer in the junction diffusion layer region 2.

同様に、NMOSトランジスタのS/D拡散層の形成される接合拡散層領域8が設けられ、接地配線9および出力配線5がそれぞれコンタクト孔10,11を通して接合拡散層領域8のソース拡散層およびドレイン拡散層に電気的接続されている。なお、入力ゲート電極3はNMOSトランジスタのゲート電極としても共通に配設される。   Similarly, a junction diffusion layer region 8 in which the S / D diffusion layer of the NMOS transistor is formed is provided, and the ground wiring 9 and the output wiring 5 are connected to the source diffusion layer and drain of the junction diffusion layer region 8 through the contact holes 10 and 11, respectively. It is electrically connected to the diffusion layer. The input gate electrode 3 is also commonly provided as the gate electrode of the NMOS transistor.

上述したように、CMOSトランジスタのPMOSトランジスタのS/D拡散層が形成される接合拡散層領域2は、同一サイズのブロックに分割されており、そのNMOSトランジスタのS/D拡散層が形成される接合拡散層領域8は1つのブロックで構成される。同様に、半導体装置を構成する素子の接合領域が形成される接合拡散層領域の平面形状のサイズが所定以上にならないように、そのサイズが大きくなる接合拡散層領域は複数の接合拡散ブロックに分割される。   As described above, the junction diffusion layer region 2 where the S / D diffusion layer of the PMOS transistor of the CMOS transistor is formed is divided into blocks of the same size, and the S / D diffusion layer of the NMOS transistor is formed. The junction diffusion layer region 8 is composed of one block. Similarly, the junction diffusion layer region whose size is increased is divided into a plurality of junction diffusion blocks so that the size of the planar shape of the junction diffusion layer region in which the junction region of the elements constituting the semiconductor device is formed does not exceed a predetermined value. Is done.

このように、接合領域の平面積が大きくなる拡散層領域を所定の寸法の接合拡散ブロックに分割することにより、上述した低サーマルパジェットの熱処理を用いて形成した極浅接合の拡散層のシート抵抗あるいは接合リーク電流がサイズにより異なるという問題は解消され、65nm技術ノード以降の微細CMOSトランジスタで構成される半導体装置の設計が非常に簡便になる。   In this way, the sheet resistance of the ultra-shallow junction diffusion layer formed by using the above-described low thermal page heat treatment is obtained by dividing the diffusion layer region in which the plane area of the junction region is increased into the junction diffusion block of a predetermined size. Alternatively, the problem that the junction leakage current varies depending on the size is solved, and the design of a semiconductor device composed of a fine CMOS transistor after the 65 nm technology node becomes very simple.

次に、上記MOSトランジスタの製造工程の主要部について図2および図1を参照して少し具体的に説明する。図2はMOSトランジスタの主要部の製造工程の流れ図になっている。図2に示すステップS21の工程で、半導体基板の表面に、周知の方法で浅いトレンチ分離(STI;Shallow Trench Isolation)による上記素子分離領域1を形成する。そして、ステップS22の工程において、公知の技術による不純物イオンとその熱処理を施し、半導体基板の表面部にウェル層を形成する。そして、上記素子分離領域1により画定した素子活性領域の表面にゲート絶縁膜を形成した後、ステップS23の工程において、多結晶シリコンあるいはシリサイド層等で構成されたゲート電極を形成する。   Next, the main part of the manufacturing process of the MOS transistor will be described more specifically with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart of the manufacturing process of the main part of the MOS transistor. In the step S21 shown in FIG. 2, the element isolation region 1 is formed on the surface of the semiconductor substrate by shallow trench isolation (STI) by a well-known method. Then, in the step S22, impurity ions and their heat treatment are performed by a known technique to form a well layer on the surface portion of the semiconductor substrate. Then, after forming a gate insulating film on the surface of the element active region defined by the element isolation region 1, in step S23, a gate electrode composed of polycrystalline silicon or a silicide layer is formed.

次いで、ゲート電極の側壁にオフセットスペーサーを形成後、ハロー(Halo)注入(例えば、Asイオンの注入角度;30度、注入エネルギー;70keV、注入ドーズ量;2×1013/cmの条件)を行い、続けて、ステップS24の工程において、エクステンション(Extension)注入(例えば、Bイオンの注入角度;0度、注入エネルギー;0.5keV、注入ドーズ量;1×1015/cmの条件)を行う。 Next, after forming an offset spacer on the side wall of the gate electrode, halo implantation (for example, As ion implantation angle: 30 degrees, implantation energy: 70 keV, implantation dose amount: 2 × 10 13 / cm 2 ) Then, in step S24, extension implantation (for example, B ion implantation angle: 0 degree, implantation energy: 0.5 keV, implantation dose amount: 1 × 10 15 / cm 2 ) is performed. Do.

次に、ステップS25の工程において、ゲート電極の側壁にシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜によりサイドウォールスペーサーを形成し、ステップS26の工程において、上記ゲート電極およびサイドウォールスペーサーに対してセルフアラインにS/D拡散層のイオン注入を行う。このイオン注入でのBイオンのドーズ量は5×1015/cm程度である。 Next, in step S25, a sidewall spacer is formed on the side wall of the gate electrode with a silicon oxide film or a silicon nitride film. In step S26, the gate electrode and the sidewall spacer are self-aligned with the S / S. Ion implantation of the D diffusion layer is performed. The dose amount of B ions in this ion implantation is about 5 × 10 15 / cm 2 .

そして、ステップS27の工程において、上記エクステンション注入およびS/D拡散層のイオン注入により上記第1接合拡散ブロック2a、第2接合拡散ブロック2bおよび第3接合拡散ブロック2cの所定の領域に導入した不純物の活性化、上記注入で発生した結晶欠陥の回復および極浅接合を形成するためのアニールを低サーマルバジェットの熱処理であるフラッシュランプアニール(例えば、処理温度;450℃、処理時間;10m秒)で行う。ここで、SPE(Solid Phase Epitaxy)(例えば、処理温度;600℃、処理時間;2分)を併用しても良い。このようにして、接合深さが20nm程度のp導電型のソース/ドレイン拡散層を形成する。   In the step S27, impurities introduced into predetermined regions of the first junction diffusion block 2a, the second junction diffusion block 2b, and the third junction diffusion block 2c by the extension implantation and the ion implantation of the S / D diffusion layer. Flash lamp annealing (for example, processing temperature: 450 ° C., processing time: 10 msec), which is a thermal treatment of a low thermal budget, is used to activate the crystal, recover crystal defects generated by the implantation, and form an ultra-shallow junction. Do. Here, SPE (Solid Phase Epitaxy) (for example, processing temperature: 600 ° C., processing time: 2 minutes) may be used in combination. In this way, a p conductivity type source / drain diffusion layer having a junction depth of about 20 nm is formed.

ここで、フラッシュランプアニールにおいては、可視域から近赤外線域までの広い範囲に発光波長を有している白色光のキセノン(Xe)フラッシュランプを用いるとよい。このXeフラッシュランプは、数100μsec〜数10msecという極めて短時間の発光が可能な光源であり、上記アニール時間は10msec以下に設定するとよい。このようにすることで、例えばボロン不純物のようなイオン注入された不純物の熱拡散を生じさせないで、不純物を活性化させることができ、極浅接合であり低抵抗であるPN接合の形成が可能になる。   Here, in flash lamp annealing, a white light xenon (Xe) flash lamp having a light emission wavelength in a wide range from the visible region to the near infrared region may be used. This Xe flash lamp is a light source capable of emitting light for a very short time of several hundred μsec to several tens of msec, and the annealing time is preferably set to 10 msec or less. In this way, for example, impurities can be activated without causing thermal diffusion of ion-implanted impurities such as boron impurities, and a PN junction having a very shallow junction and a low resistance can be formed. become.

上述したMOSトランジスタのS/D拡散層の形成において、低サーマルパジェットの熱処理であるフラッシュランプアニールにより極浅接合を形成しても、図1で説明したように接合領域の平面積が大きくなる拡散層領域を所定の寸法の接合拡散ブロックに分割することにより、図5および図6で説明した極浅接合で生じる拡散層のシート抵抗あるいは接合リーク電流のバラツキの問題は全て解消されるようになる。   In the formation of the S / D diffusion layer of the MOS transistor described above, even if an ultra-shallow junction is formed by flash lamp annealing, which is a heat treatment with a low thermal paget, as described with reference to FIG. By dividing the layer region into junction diffusion blocks of a predetermined size, all the problems of diffusion layer sheet resistance or junction leakage current variations caused by the ultra-shallow junction described in FIGS. 5 and 6 can be solved. .

上記実施の形態ではPMOSトランジスタの拡散層の分割について説明したが、接合領域の面積が大きくなるNMOSトランジスタの拡散層を所定の数に分割して形成しても同様な効果が生じる。   In the above-described embodiment, the division of the diffusion layer of the PMOS transistor has been described. However, the same effect can be obtained by dividing the diffusion layer of the NMOS transistor, which increases the area of the junction region, into a predetermined number.

上記実施の形態ではイオン注入層の活性化をフラッシュランプアニールで行う場合について説明したが、その他の低サーマルパジェットの熱処理で行う場合でも同様な効果が生じる。   In the above embodiment, the case where the activation of the ion implantation layer is performed by the flash lamp annealing has been described, but the same effect can be obtained even when the heat treatment is performed by other low thermal page heat treatment.

上述した実施形態により、65nm技術ノード以降の微細CMOSトランジスタにおいて要求される極浅接合を実現するために極短時間の熱処理プロセスを行っても、極浅接合を有する微細CMOSトランジスタの極浅接合のシート抵抗や接合リーク電流のバラツキを抑制することができ、上記微細化したMOSトランジスタで構成される半導体装置の設計が非常に簡便になる。そして、極浅接合を有する微細CMOSトランジスタで構成される回路の性能向上が実現する。同様に、アナログ素子用の拡散層抵抗のバラツキも抑制することが可能となり、アナログ回路の性能向上も実現する。   According to the embodiment described above, the ultra-shallow junction of a micro-CMOS transistor having an ultra-shallow junction can be obtained even if an ultra-short-time heat treatment process is performed in order to realize the ultra-shallow junction required in a micro-CMOS transistor after the 65 nm technology node. Variations in sheet resistance and junction leakage current can be suppressed, and the design of a semiconductor device composed of the above-described miniaturized MOS transistors becomes very simple. And the performance improvement of the circuit comprised by the fine CMOS transistor which has an ultra-shallow junction is implement | achieved. Similarly, variations in the diffusion layer resistance for analog elements can be suppressed, and the performance of the analog circuit can be improved.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments do not limit the present invention. Those skilled in the art can make various modifications and changes in specific embodiments without departing from the technical idea and technical scope of the present invention.

例えば、本発明は、不純物拡散層を形成するための有効不純物としてボロン以外にガリウム、インジウム、ヒ素、リンを用いる場合にも同様に適用できるし、浅接合を形成する半導体基板表面の非晶質化に用いる不純物をイオン注入する場合、そして、Si−Ge合金層を形成するためにゲルマニウムをイオン注入する場合にも適用できる。   For example, the present invention can be similarly applied to the case where gallium, indium, arsenic, or phosphorus is used in addition to boron as an effective impurity for forming the impurity diffusion layer, and the amorphous surface of the semiconductor substrate forming the shallow junction is used. The present invention can also be applied to the case of ion-implanting impurities used for crystallization and the case of ion-implanting germanium to form a Si—Ge alloy layer.

また、シリコン基板上に半導体装置を形成する場合の他に、GaAs基板、GaN基板のような化合物半導体基板にMISFETを構成する場合にも同様に適用できる。   In addition to the case where the semiconductor device is formed on the silicon substrate, the present invention can be similarly applied to the case where the MISFET is formed on a compound semiconductor substrate such as a GaAs substrate or a GaN substrate.

本発明の実施形態にかかるCMOSインバータのパターンレイアウト図である。It is a pattern layout diagram of a CMOS inverter according to an embodiment of the present invention. MOSトランジスタ製造の主要プロセスの流れ図である。It is a flowchart of the main processes of MOS transistor manufacture. CMOSインバータ回路図である。It is a CMOS inverter circuit diagram. 従来の技術におけるCMOSインバータのパターンレイアウト図である。It is a pattern layout figure of the CMOS inverter in a prior art. 極浅接合においてみられる、拡散層のシート抵抗の接合サイズ依存性を示す図である。It is a figure which shows the junction size dependence of the sheet resistance of a diffused layer seen in a very shallow junction. 極浅接合においてみられる、逆バイアスでの接合リーク電流の接合サイズ依存性を示す図である。It is a figure which shows the junction size dependence of the junction leakage current by a reverse bias seen in a very shallow junction.

符号の説明Explanation of symbols

1 素子分離領域
2,8 接合拡散層領域
2a 第1接合拡散ブロック
2b 第2接合拡散ブロック
2c 第3接合拡散ブロック
3 入力ゲート電極
4 電源配線
5 出力配線
6a、6b、6c、7a、7b、7c、10,11 コンタクト孔
9 接地配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Element isolation region 2,8 Junction diffusion layer area | region 2a 1st junction diffusion block 2b 2nd junction diffusion block 2c 3rd junction diffusion block 3 Input gate electrode 4 Power supply wiring 5 Output wiring 6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c 10, 11 Contact hole 9 Ground wiring

Claims (4)

半導体基板上に形成された半導体素子の1つのPN接合が複数の拡散層に分割して設けられていることを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device, wherein one PN junction of a semiconductor element formed on a semiconductor substrate is divided into a plurality of diffusion layers. 半導体基板上に形成された1つの絶縁ゲート電界効果トランジスタのソース拡散層あるいはドレイン拡散層が複数の拡散層に分割されていることを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device, wherein a source diffusion layer or a drain diffusion layer of one insulated gate field effect transistor formed on a semiconductor substrate is divided into a plurality of diffusion layers. 半導体基板表面の所定の領域を複数のブロックに分割し各ブロックに不純物を導入する工程と、
フラッシュランプアニールの方法により前記各ブロックの不純物を活性化し前記各ブロックに不純物拡散層を形成する工程と、
を有し、
前記全ブロックの不純物拡散層を半導体素子の1つのPN接合とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Dividing a predetermined region of the semiconductor substrate surface into a plurality of blocks and introducing impurities into each block;
Activating impurities in each block by a method of flash lamp annealing to form an impurity diffusion layer in each block;
Have
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the impurity diffusion layers of all the blocks are one PN junction of a semiconductor element.
前記フラッシュランプアニール処理におけるランプ照射時間は10msec以下であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。

The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein a lamp irradiation time in the flash lamp annealing treatment is 10 msec or less.

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