JP2006073728A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は半導体装置の製造方法に関する。更に具体的には、少なくともトランジスタを有する半導体装置の形成方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a method for forming a semiconductor device having at least a transistor.
近年、半導体装置の微細化、高集積化に伴い、トランジスタのゲート長も縮小されている。また、ゲート長が短いトランジスタでは、しきい電圧のロールオフ現象が著しい。このため、ロールオフ現象に対する対策として、ソース/ドレイン及びエクステンションからなる拡散層の浅接合化が進められている。例えば、ゲート長が、約50nmのトランジスタでは、ソース/ドレイン及びエクステンションの接合深さを、約20nm以内に設定する必要がある。 In recent years, with the miniaturization and high integration of semiconductor devices, the gate length of transistors has also been reduced. Further, in a transistor having a short gate length, the threshold voltage roll-off phenomenon is remarkable. For this reason, as a countermeasure against the roll-off phenomenon, a shallow junction of the diffusion layer composed of the source / drain and the extension is being promoted. For example, in a transistor having a gate length of about 50 nm, the junction depth of the source / drain and the extension needs to be set within about 20 nm.
このような極浅接合を実現する技術として、ソース/ドレイン及びエクステンション注入後の活性化の熱処理として、従来のRTA(Rapid-Thermal-Anneal)に代えて、1000nm以下の波長を有する光を極短時間、照射する方法が検討されている。このように、高温極短時間の熱処理を行うことにより、Si基板中に注入された不純物の拡散を抑えつつ、不純物の活性化を行うことができ、拡散層の浅接合化を実現することができる(例えば、特許文献1参照)。 As a technique for realizing such an ultra-shallow junction, light having a wavelength of 1000 nm or less is extremely short as a heat treatment for activation after source / drain and extension implantation instead of conventional RTA (Rapid-Thermal-Anneal). Time and irradiation methods are being studied. As described above, by performing the heat treatment for a short time at a high temperature, it is possible to activate the impurity while suppressing the diffusion of the impurity implanted into the Si substrate, and to realize the shallow junction of the diffusion layer. (For example, refer to Patent Document 1).
ところで、上述のような高温短時間の熱処理においては、例えば、フラッシュランプが用いられるが、フラッシュランプの光源には、通常500nm以下の短波長の光が含まれる。拡散層活性化のため、このような短波長の光を照射した場合、この光により、ゲート絶縁膜が損傷を受ける場合がある。具体的には、例えば、ゲート酸化膜を形成するシリコン酸化膜(SiO2)中には、水素(H)が含まれ、多数のSi−H結合が存在するが、この結合の強さは、約3eV程度である。従って、これに相当する波長約420nm以下の光を受ければ、このSi−H結合は切断されることが考えられる。Si−H結合が切断された場合、ゲート絶縁膜中に、電子トラップ又はホールトラップが形成され易くなる。そして、トラップが形成されると、チャネル領域を流れる電子又はホールが、トラップに捕獲された電荷と散乱し、トランジスタにおける移動度が低下するという問題が発生する。 Incidentally, for example, a flash lamp is used in the heat treatment at a high temperature for a short time as described above, and the light source of the flash lamp usually includes light having a short wavelength of 500 nm or less. When the light having such a short wavelength is irradiated for activating the diffusion layer, the gate insulating film may be damaged by the light. Specifically, for example, the silicon oxide film (SiO 2 ) that forms the gate oxide film contains hydrogen (H), and a large number of Si—H bonds exist. It is about 3eV. Therefore, it is conceivable that the Si—H bond is broken when light corresponding to this wavelength of about 420 nm or less is received. When the Si-H bond is broken, an electron trap or a hole trap is easily formed in the gate insulating film. When the trap is formed, electrons or holes flowing in the channel region are scattered with the charge trapped in the trap, which causes a problem that mobility in the transistor is lowered.
従って、この発明は、以上のような問題を解決し、ゲート絶縁膜中のトラップの発生を抑えつつ、短波長光の照射により、浅接合の拡散層を形成できるように改良した半導体装置の製造方法を提供するものである。 Therefore, the present invention solves the above problems and manufactures an improved semiconductor device that can form a shallow junction diffusion layer by irradiation with short wavelength light while suppressing the occurrence of traps in the gate insulating film. A method is provided.
この発明は、基板に、ゲート絶縁膜を介して、ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、少なくとも前記ゲート電極をマスクとして、フッ素イオンを注入するフッ素イオン注入工程と、少なくとも前記ゲート電極をマスクとして、不純物を注入し、拡散層を形成する拡散層形成工程と、波長約1000nm以下の光を、約1秒以内の時間照射する第1熱処理工程と、を備える。 The present invention includes a gate electrode forming step of forming a gate electrode on a substrate via a gate insulating film, a fluorine ion implantation step of implanting fluorine ions using at least the gate electrode as a mask, and at least the gate electrode as a mask A diffusion layer forming step of implanting impurities to form a diffusion layer, and a first heat treatment step of irradiating light having a wavelength of about 1000 nm or less for a time of about 1 second or less.
この発明において、前記フッ素イオン注入工程は、前記不純物注入工程の後に行うものであってもよい。
また、この発明において、前記フッ素イオン注入工程は、約1×1015/cm2以上のフッ素イオンを注入するものであってもよい。
In this invention, the fluorine ion implantation step may be performed after the impurity implantation step.
In the present invention, the fluorine ion implantation step may implant about 1 × 10 15 / cm 2 or more of fluorine ions.
また、この発明は、前記第1熱処理工程の後に、温度約1000℃以下で、約1秒以内の熱処理を加える第2熱処理工程を備えるものであってもよい。
また、この発明は、前記第1熱処理工程の前に、温度約600℃以下で、約2分以内の熱処理を加える第3熱処理工程を備えるものであってもよい。
In addition, the present invention may include a second heat treatment step of applying a heat treatment within about 1 second at a temperature of about 1000 ° C. or less after the first heat treatment step.
In addition, the present invention may include a third heat treatment step of applying a heat treatment within about 2 minutes at a temperature of about 600 ° C. or less before the first heat treatment step.
また、この発明は、前記拡散層形成工程の前に、前記拡散層を形成する領域を非晶質化する非晶質化工程を備えるものであってもよい。 Moreover, this invention may be provided with the amorphization process which amorphizes the area | region which forms the said diffusion layer before the said diffusion layer formation process.
また、この発明において、前記拡散層形成工程は、少なくとも前記ゲート電極をマスクとして、不純物を注入し、エクステンションを形成するエクステンション形成工程と、前記ゲート電極の側面に、サイドウォールを形成し、少なくとも前記ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして、不純物を注入し、ソース/ドレインを形成するソース/ドレイン形成工程と、を備えるものであってもよい。 Further, in the present invention, the diffusion layer forming step includes an extension forming step of forming an extension by implanting impurities using at least the gate electrode as a mask, and forming a sidewall on the side surface of the gate electrode, A source / drain forming step of implanting impurities and forming a source / drain using the gate electrode and the sidewall as a mask may be provided.
この発明においては、拡散層形成のための不純物注入の前又は後に、フッ素(F)イオンを注入する。従って、拡散層活性化のための熱処理において、短波長の光を照射し、ゲート絶縁膜中のSi−Hが切断した場合にも、結合が切断したSiとFとを結合させることができる。これにより、ゲート絶縁膜中には、結合力の強い、Si−F結合を形成することができ、ゲート絶縁膜内のトラップの生成を抑えつつ、短波長光の照射による浅接合な拡散層を形成することができる。 In the present invention, fluorine (F) ions are implanted before or after the impurity implantation for forming the diffusion layer. Therefore, in the heat treatment for activating the diffusion layer, even when Si-H in the gate insulating film is cut by irradiation with light having a short wavelength, Si and F in which the bond is cut can be bonded. As a result, a Si—F bond with strong bonding force can be formed in the gate insulating film, and a shallow junction diffusion layer by irradiation with short wavelength light can be formed while suppressing the generation of traps in the gate insulating film. Can be formed.
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
また、以下の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及する場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
また、実施の形態において、単に「基板」と表した場合には、その状態においてSi基板2上に形成された素子等を含んだものを表すこととする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
In addition, in the following embodiments, when referring to the number of each element, quantity, quantity, range, etc., the reference is made unless otherwise specified or the number is clearly specified in principle. The number is not limited. Further, the structures described in the embodiments, steps in the method, and the like are not necessarily essential to the present invention unless otherwise specified or clearly specified in principle.
Further, in the embodiment, when the term “substrate” is simply used, it means a device including elements and the like formed on the
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1における半導体装置を説明するための断面模式図である。
図1に示す断面において、Si基板2上の素子分離4により分離された領域に、pWELL6が形成されている。pWELL6が形成されたSi基板2上には、ゲート絶縁膜8が形成され、ゲート絶縁膜8上には、ゲート電極10が形成されている。ゲート電極10のゲート長は、約50nmである。ゲート電極10側面には、シリコン酸化膜12が形成され、シリコン酸化膜12の両側には、スペーサ14が形成されている。また、スペーサ14の外側には、サイドウォール16が形成されている。
Embodiment 1 FIG.
1 is a schematic sectional view for illustrating a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
In the cross section shown in FIG. 1,
Si基板2表面の、少なくともゲート電極10が形成された領域の外周付近には、Halo層18が形成され、Halo層18よりも浅い部分に、エクステンション20が形成されている。Halo層18は、エクステンション20からのパンチスルーを防止するためのものである。また、エクステンション20は不純物濃度が低く、接合の浅い拡散層である。エクステンションの接合深さは、約20nmである。
A
また、Si基板2表面の、少なくともゲート電極10及びサイドウォール16が形成された領域の外周付近には、ソース/ドレイン22が形成されている。ソース/ドレイン22は、エクステンション20に比して、不純物濃度が高く、接合深さの深い拡散層である。ソース/ドレイン22の接合深さは、約70nmである。
また、ゲート電極10の表面とソース/ドレイン22の表面とは、それぞれシリサイド化され、NiSi層24、26が形成されている。
A source /
Further, the surface of the
上述のようにSi基板2上に形成されたゲート電極10やサイドウォール16等を埋め込んで、Si基板2上には、シリコン窒化膜32及びシリコン酸化膜34が順に積層されている。また、シリコン窒化膜32及びシリコン酸化膜34を貫通して、ソース/ドレイン22のNiSi層26上に接続するコンタクトプラグ36が形成されている。また、シリコン酸化膜34上には、絶縁膜38が形成され、コンタクトプラグ36に接続する位置に、Cu配線40が形成されている。
As described above, the
以上説明した構造は、従来の半導体装置と類似するものである。但し、実施の形態1における半導体装置は、後述するが、エクステンション20及びソース/ドレイン22形成の不純物注入前又は後に、Si基板2にフッ素(F)を注入している。これにより、ゲート絶縁膜8中には、多数のSi−F結合が形成されされた状態となっている。従って、チャネル領域には電子トラップまたはホールトラップが生成される可能性が小さく、デバイス特性の良好な半導体装置となっている。
The structure described above is similar to a conventional semiconductor device. However, in the semiconductor device according to the first embodiment, as will be described later, fluorine (F) is implanted into the
図2は、この発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法について説明するためのフロー図である。また、図3〜図13は、半導体装置の各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
以下、図を参照して、この発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法について具体的に説明する。
FIG. 2 is a flowchart for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 3 to 13 are schematic cross-sectional views for explaining states in each manufacturing process of the semiconductor device.
A method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
まず、図3を参照して、Si基板2上に、素子分離4を形成した後(ステップS2)、Bイオンを注入し、pWELL6を形成する(ステップS4)。その後、ゲート絶縁膜8を形成する(ステップS6)。ゲート絶縁膜8としては、シリコン酸化膜、もしくはシリコン酸窒化膜と高誘電率膜との積層膜等を用いることが考えられる。次に、ゲート絶縁膜上にポリシリコン膜を形成し(ステップS8)、ポリシリコン膜上に、ポリシリコン膜エッチング用のハードマスク42を形成する(ステップS10)。その後、ハードマスク42をマスクとして、ポリシリコン膜をプラズマエッチングすることにより、ポリシリコン膜からなるゲート電極10を形成する(ステップS12)。ここで、パターニング後のゲート電極10のゲート長は、約50nmとなるようにする。エッチング後、ハードマスク42は、除去する。
First, referring to FIG. 3, after
次に、ゲート電極10表面を酸化する(ステップS14)。これにより、プラズマエッチングで受けた損傷を回復することができる。また、この工程により、図4に示すように、ゲート電極10の表面には、シリコン酸化膜12が形成される。
Next, the surface of the
次に、図5に示すように、スペーサ14を形成する(ステップS16)。スペーサ14は、まず、ゲート電極10を覆うように、基板表面に、約10nm程度のシリコン窒化膜を形成する。その後、エッチバックを行うことにより、ゲート電極10の側面にのみシリコン窒化膜が残り、シリコン窒化膜からなるスペーサ14が形成される。なお、このエッチバックの際、同時に、ゲート絶縁膜8のSi基板2上に露出している部分も除去される。
Next, as shown in FIG. 5, the
次に、図6に示すように、Halo層18を形成する(ステップS18)。Halo層18は、B又はInイオンを2×1013/cm2程度、Bの場合は、10keV程度、Inの場合は150keV程度のエネルギーで注入することにより形成される。Halo層18はパンチスルーストッパとして機能する。
Next, as shown in FIG. 6, the
次に、図7に示すように、エクステンション20を形成する(ステップS20)。エクステンション20は、ゲート電極10及び側面に形成されたスペーサ14等をマスクとして、基板に、例えば、Asイオンを、1×1015/cm2程度、2〜4keV程度のエネルギーで注入することにより形成される。
Next, as shown in FIG. 7, the
次に、サイドウォール16を形成する(ステップS22)。サイドウォール16形成においては、まず、図8に示すように、シリコン酸化膜44、シリコン窒化膜46、シリコン酸化膜48を順に、基板全面に形成する。次に、シリコン酸化膜48及びシリコン窒化膜46をエッチングバックし、ゲート電極10の側面部分にのみ、シリコン酸化膜48及びシリコン窒化膜46を残す。その後、図9に示すように、最下層のシリコン酸化膜44を、ウェットエッチングで選択的に除去する。これにより、Si基板2に与える損傷を小さく抑えて、サイドウォール16を形成することができる。
Next, the
次に、ソース/ドレイン22を形成する(ステップS24)。ここで、ソース/ドレイン22は、ゲート電極10及びその側面に形成されたサイドウォール16等をマスクとして、Asイオンを、5×1015/cm2程度、40keV程度のエネルギーで注入することにより形成される。
Next, the source /
次に、図10に示すように、Fイオンを注入する(ステップS26)。Fイオンは、1×1016/cm2程度、10keV程度のエネルギーで、Si基板2及びゲート電極10内に注入する。
次に、約600℃、約2分間の熱処理を行う(ステップS28)。これにより、Si基板2及びゲート電極10中に注入したFイオンは、ゲート絶縁膜8にまで拡散する。
Next, as shown in FIG. 10, F ions are implanted (step S26). F ions are implanted into the
Next, heat treatment is performed at about 600 ° C. for about 2 minutes (step S28). As a result, F ions implanted into the
その後、図11に示すように、フラッシュランプを用いて、波長1000nm以下の波長を有する光を、約1ミリ秒間照射する(ステップS30)。更に、続けて、約800℃、約1秒間の熱処理を行う(ステップS32)。
このフラッシュランプアニールによる熱処理により、ソース/ドレイン22及びエクステンション20に注入した不純物は活性化される。また、フラッシュランプアニールでは、ゲート絶縁膜8中のSi―H結合が、多数切断されるものと考えられる。しかし、ここでは、Fイオンが予め注入され、ゲート絶縁膜8にまで拡散されている。従って、このフラッシュランプアニールと、その後の熱処理により、Si−H結合切断により生じたSiのダングリングボンド及びもともと存在するSiのダングリングボンドと、Fイオンとが結合し、多数のSi−F結合が形成される。この結合は、Si−H結合に比して強固であるためフラッシュランプアニールで切断されず、Si−F結合として、ゲート絶縁膜8中に存在することとなる。
After that, as shown in FIG. 11, a flash lamp is used to irradiate light having a wavelength of 1000 nm or less for about 1 millisecond (step S30). Further, heat treatment is subsequently performed at about 800 ° C. for about 1 second (step S32).
The impurities implanted into the source /
次に、図12に示すように、NiSi層24、26を形成する(ステップS34)。NiSi層24、26形成においては、まず、基板全面にNi膜を形成する。その後、熱処理を加えることにより、SiがNi膜と接する部分、即ち、ゲート電極10とソース/ドレイン22の表面において、SiとNiとが反応し、NiSi層24、26が自己整合的に形成される。その後、未反応のNi膜は除去される。
Next, as shown in FIG. 12, NiSi layers 24 and 26 are formed (step S34). In forming the NiSi layers 24 and 26, first, a Ni film is formed on the entire surface of the substrate. After that, by applying heat treatment, Si and Ni react with each other at the portion where Si is in contact with the Ni film, that is, the surfaces of the
次に、Si基板2上に形成されたゲート電極10等を埋め込むようにして、基板上にシリコン窒化膜32及びシリコン酸化膜34を順に積層する(ステップS36、S38)。ここで、シリコン窒化膜32は、コンタクトホール形成時のエッチングストッパ膜として機能する。その後、CMPにより、シリコン酸化膜34表面を平坦化する(ステップS40)。
Next, a
次に、図13に示すように、コンタクトプラグ36を形成する(ステップS42)。コンタクトプラグ36は、まず、シリコン酸化膜34及びシリコン窒化膜32の所定の位置を貫通するように、エッチングによりコンタクトホールを開口し、コンタクトホール内にタングステン(W)等を埋め込み、表面を平坦化することにより形成される。
Next, as shown in FIG. 13, the
更に、シリコン酸化膜34上に絶縁膜38及びコンタクトプラグ36に接続するCu配線40を形成することにより(ステップS44、S46)、図1に示すような半導体装置が形成される。
Further, a
以上説明したように、実施の形態1においては、ソース/ドレイン22形成後に、Fイオンを注入した後、フラッシュランプアニールを行う。ここで、フラッシュランプ照射の際、フラッシュランプ中の短波長の光により、ゲート絶縁膜8中に存在するSi−H結合が切断される。しかし、このフラッシュランプとその後の熱処理により、結合が切断されたSi及びもともと絶縁膜中に存在していたSiのダングリングボンドと、予め注入したFイオンとが結合し、Si−F結合を形成する。従って、ゲート絶縁膜中のトラップの生成を抑えることができる。また、実施の形態1においては、このように、トラップの発生を抑えつつ、一方で、フラッシュランプアニールを行うことにより、ソース/ドレイン22及びエクステンション20については、約20nm以下の浅接合が実現されている。従って、実施の形態1におけば、デバイス特性の良好な、浅接合の拡散層を有する半導体装置を得ることができる。
As described above, in the first embodiment, after the source /
なお、実施の形態1においては、ソース/ドレイン22形成後に、Fイオンを注入する場合について説明した。しかし、この発明は、これに限るものではない。Fイオンは、ソース/ドレイン22注入直前、あるいは、エクステンション20形成前に行ってもよく、このようにしても同様の効果を得ることができる。
In the first embodiment, the case where F ions are implanted after the source /
また、実施の形態1において、Fイオンの注入量を、1×1016/cm2とし、注入エネルギーを10keVとする場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではない。但し、効果的に、ゲート絶縁膜8中にSi−F結合を形成するためには、Fイオンの注入量は、1×1015/cm2以上であることが望ましい。
Further, in the first embodiment, the case where the implantation amount of F ions is 1 × 10 16 / cm 2 and the implantation energy is 10 keV has been described. However, the present invention is not limited to this. However, in order to effectively form a Si—F bond in the
また、実施の形態1においては、フラッシュランプアニールを行う場合について説明した。しかし、この発明において、拡散層の浅接合実現のための高温短時間の熱処理は、フラッシュランプを用いたものに限定されるものではない。この熱処理は、波長1000nm以下程度の光を用いて、約1100℃以上、1ミリ秒以下程度のものであればよく、他に例えば、レーザーアニール等が考えられる。但し、Si―F結合の強度を考慮すると、このアニールに用いる光の波長は、約200nm以上であることが好ましい。 In the first embodiment, the case where flash lamp annealing is performed has been described. However, in the present invention, the high-temperature and short-time heat treatment for realizing the shallow junction of the diffusion layer is not limited to that using a flash lamp. This heat treatment may be performed at a temperature of about 1100 ° C. or more and about 1 millisecond or less using light having a wavelength of about 1000 nm or less. For example, laser annealing may be considered. However, considering the strength of the Si—F bond, the wavelength of light used for this annealing is preferably about 200 nm or more.
また、実施の形態1においては、フラッシュランプアニールと、その後の800℃程度、1秒以内の熱処理との、2段階の熱処理を行う場合について説明した。このように、フラッシュランプアニール後に約800℃以下で1秒程度の熱処理を行っても、ソース/ドレイン22の拡散等の問題は抑えることができる。また、フラッシュランプアニールにおいては、多くのSi−H結合が切断される。従って、より確実に、注入したFイオンとSiのダングリングボンドを結合させるためには、フラッシュランプアニール後に、フラッシュランプアニールよりも低温で短時間の熱処理を加えることが有効である。この熱処理は、約1000℃以下、約1秒以内であることが望ましく、更に好適には、800℃〜900℃程度、約1秒以内であることが望ましい。但し、この発明は、これに限るものではなく、フラッシュランプアニールのみの熱処理であってもよい。フラッシュランプアニールのみであっても、ある程度、切断したSi−H結合のSi又はSiのダングリングボンドを、Si−F結合とすることは可能であり、トラップの生成を抑制する効果は得ることができる。
In the first embodiment, the case where the two-stage heat treatment is performed, that is, the flash lamp annealing and the subsequent heat treatment at about 800 ° C. within one second has been described. Thus, even if heat treatment is performed at about 800 ° C. or less for about 1 second after the flash lamp annealing, problems such as diffusion of the source /
また、実施の形態1においては、Fイオン注入後、フラッシュランプアニール前に、Fイオンを拡散させるため、600℃程度、約2分間の熱処理を行う場合について説明した。これにより、注入したFイオンを、予め、ゲート絶縁膜8中にまで拡散させておくことができ、その後の熱処理において、Si−F結合を、より効果的に形成することができる。この拡散の温度は、必ずしもこれに限られるものではないが、ソース/ドレイン22に注入した不純物の拡散を抑えるため、600℃〜700℃程度、約2分以内であることが望ましい。但し、この発明は、必ずしもこのような熱処理を含むものではない。このようなFイオン拡散のための熱処理を行わない場合であっても、Fイオンは、ある程度ゲート絶縁膜8中にまで拡散されるため、その後の熱処理で、Si−F結合を形成することはでき、ある程度の効果を得ることができる。
In the first embodiment, the case where heat treatment is performed at about 600 ° C. for about 2 minutes in order to diffuse F ions after F ion implantation and before flash lamp annealing has been described. Thereby, the implanted F ions can be diffused into the
また、実施の形態1では、ソース/ドレイン22及びエクステンション20を形成する場合について説明した。しかし、この発明においては、必ずしもこのような構造に限るものではなく、一度の不純物の注入により、注入濃度及び注入深さの一律な拡散層を形成するような場合にも、適用することができる。
In the first embodiment, the case where the source /
実施の形態2.
図14、図15は、この発明の実施の形態2における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。
実施の形態2における半導体装置は、実施の形態1において説明した半導体装置と類似するものである。但し、実施の形態1においては、エクステンション20形成前に、Si基板2表面をアモルファス化(非晶質化)する。
14 and 15 are schematic cross-sectional views for explaining a state in the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
The semiconductor device in the second embodiment is similar to the semiconductor device described in the first embodiment. However, in the first embodiment, the surface of the
具体的には、実施の形態1と同様の工程を経て、基板に、ゲート絶縁膜8、ゲート電極10、シリコン酸化膜12、スペーサ14等を形成した後(ステップS2〜S16)、実施の形態1と同様に、Halo層18を形成する。
その後、実施の形態2では、図14に示すように、Si基板2表面付近をアモルファス化し、アモルファス層50を形成する。アモルファス層50は、例えば、Geイオンを、1×1015/cm2程度、10keV程度で注入することにより形成される。
Specifically, the
Thereafter, in the second embodiment, as shown in FIG. 14, the vicinity of the surface of the
次に、実施の形態1と同様に、エクステンション20を形成する(ステップS20)。但し、ここでは、アモルファス層50が形成されていることから、その注入量は1×1015/cm2程度、注入エネルギーは2〜4keV程度とする。その後、サイドウォールを形成し、ソース/ドレイン22を形成する(ステップS22〜S24)。アモルファス層50が形成されていることを考慮し、ソース/ドレイン22形成における不純物の注入量は5×1015/cm2程度、注入エネルギーは40keV程度とする。更に、Fイオンを注入する(ステップS26)。注入量は5×1015/cm2程度、注入エネルギーは10keV程度とする。
Next, as in the first embodiment, the
その後、実施の形態1と同様に、フラッシュランプアニール等の熱処理を行う(ステップS28〜S32)。また、その後の工程も実施の形態1に説明したものと同様である。 Thereafter, as in the first embodiment, heat treatment such as flash lamp annealing is performed (steps S28 to S32). Subsequent steps are the same as those described in the first embodiment.
以上説明したように、実施の形態2においては、拡散層を形成する領域を予めアモルファス化する。これにより、その後のエクステンション20や、ソース/ドレイン22形成のためのイオン注入では、より小さなエネルギーで十分に不純物を拡散させることができる。従って、拡散層をより浅接合化することができる。
As described above, in the second embodiment, the region for forming the diffusion layer is made amorphous in advance. Thereby, in the subsequent ion implantation for forming the
また、実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、フラッシュランプアニールを用いた活性化を行っている。このように、アモルファス化を用い、更にフラッシュランプアニールを用いることにより、拡散層の浅接合化を実現することができる。また、実施の形態2においては、フラッシュランプアニール照射前に、Fイオンの注入を行う。従って、フラッシュランプアニールによりSi−H結合が切断された場合にも、Siのダングリングボンドを、Si−F結合に置き換えることがでる。従って、トラップの生成を抑えることができ、浅接合な拡散層を実現しつつ、デバイス特性の良好な半導体装置を得ることができる。 Also, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, activation using flash lamp annealing is performed. In this way, shallow junction of the diffusion layer can be realized by using amorphization and further using flash lamp annealing. In the second embodiment, F ions are implanted before flash lamp annealing. Therefore, even when the Si—H bond is cut by flash lamp annealing, the Si dangling bond can be replaced with the Si—F bond. Therefore, generation of traps can be suppressed, and a semiconductor device with good device characteristics can be obtained while realizing a shallow junction diffusion layer.
なお、実施の形態2においては、アモルファス化のため、Geイオンを、約1×1015/cm2、10keV程度のエネルギーで注入する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、Geイオンに代えて、Siイオン等を注入するものであってもよい。また、注入量や注入エネルギーについてもこれに限るものではなく、これらは、拡散層の接合深さを考慮して決定することができる。
In the second embodiment, the case where Ge ions are implanted with an energy of about 1 × 10 15 /
また、実施の形態2においては、ソース/ドレイン22形成用の不純物注入後に、Fイオンを注入する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、実施の形態1に説明したように、ソール/ドレイン22の注入前、あるいは、エクステンション20の注入前であってもよく、また、更に、アモルファス層50の注入前であってもよい。
In the second embodiment, the case where F ions are implanted after the impurity implantation for forming the source /
なお、実施の形態1、2においては、nMOSを形成する場合について説明した。しかし、この発明は、これに限るものではなく、例えば、pMOSあるいはCMOS等に適用することもできる。 In the first and second embodiments, the case where an nMOS is formed has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, pMOS or CMOS.
なお、例えば、実施の形態1、2において、ステップS8〜S10を実行することにより、この発明の「ゲート電極形成工程」が実行され、ステップS26を実行することにより、この発明の「フッ素イオン注入工程」が実行され、ステップS20〜S24を実行することにより、「拡散層形成工程」が実行され、ステップS30を実行することにより、「第1熱処理工程」が実行される。 For example, in the first and second embodiments, the “gate electrode forming step” of the present invention is performed by executing steps S8 to S10, and the “fluorine ion implantation” of the present invention is performed by executing step S26. The “process” is executed, and by executing steps S20 to S24, the “diffusion layer forming process” is executed, and by executing step S30, the “first heat treatment process” is executed.
また、例えば、実施の形態1、2において、ステップS32を実行することにより、この発明の「第2熱処理工程」が実行され、ステップS28を実行することにより、「第3熱処理工程」が実行される。また、例えば、実施の形態1、2において、ステップS20を実行することにより、この発明の「エクステンション形成工程」が実行され、ステップS22〜S24を実行することにより、「ソース/ドレイン形成工程」が実行される。また、例えば、実施の形態2において、アモルファス層50を形成することにより、この発明の「非晶質化工程」が実行される。
Further, for example, in the first and second embodiments, the “second heat treatment step” of the present invention is executed by executing step S32, and the “third heat treatment step” is executed by executing step S28. The Further, for example, in the first and second embodiments, the “extension forming process” of the present invention is executed by executing step S20, and the “source / drain forming process” is executed by executing steps S22 to S24. Executed. Further, for example, in the second embodiment, by forming the
2 Si基板
4 素子分離
6 pWELL
8 ゲート絶縁膜
10 ゲート電極
12 シリコン酸化膜
14 スペーサ
16 サイドウォール
18 Halo層
20 エクステンション
22 ソース/ドレイン
24、26 NiSi層
32 シリコン窒化膜
34 シリコン酸化膜
36 コンタクトプラグ
38 絶縁膜
40 Cu配線
42 ハードマスク
44 シリコン酸化膜
46 シリコン窒化膜
48 シリコン酸化膜
50 アモルファス層
2
8
Claims (6)
少なくとも前記ゲート電極をマスクとして、フッ素イオンを注入するフッ素イオン注入工程と、
少なくとも前記ゲート電極をマスクとして、不純物を注入し、拡散層を形成する拡散層形成工程と、
波長約1000nm以下の光を、約1秒以内の時間照射する第1熱処理工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A gate electrode forming step of forming a gate electrode on a substrate via a gate insulating film;
A fluorine ion implantation step of implanting fluorine ions using at least the gate electrode as a mask;
A diffusion layer forming step of implanting impurities and forming a diffusion layer using at least the gate electrode as a mask;
A first heat treatment step of irradiating light having a wavelength of about 1000 nm or less for a time within about 1 second;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
少なくとも前記ゲート電極をマスクとして、不純物を注入し、エクステンションを形成するエクステンション形成工程と、
前記ゲート電極の側面に、サイドウォールを形成し、少なくとも前記ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして、不純物を注入し、ソース/ドレインを形成するソース/ドレイン形成工程と、
を備えることを特徴とする請求項1から5に記載の半導体装置の製造方法。
The diffusion layer forming step includes
Using at least the gate electrode as a mask, implanting impurities, and forming an extension; and
A source / drain forming step of forming a sidewall on the side surface of the gate electrode, implanting impurities using at least the gate electrode and the sidewall as a mask, and forming a source / drain;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising:
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-
2004
- 2004-09-01 JP JP2004254309A patent/JP2006073728A/en active Pending
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