JP2006108283A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は一般に半導体装置に関するものであり、より特定的には、信頼性の高められたLDD(Lightly Doped Drain)構造を有する半導体装置に関する。この発明はまたそのような半導体装置の製造方法に関する。 The present invention generally relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having an LDD (Lightly Doped Drain) structure with improved reliability. The present invention also relates to a method for manufacturing such a semiconductor device.
一般的にMOSトランジスタを有する半導体装置では、トランジスタの動作速度を高速化するため、あるいは消費電力を抑えるために低電圧動作するトランジスタと、半導体装置への外部からの供給電圧の互換性を従来製品と保つために高電圧動作するトランジスタを同一チップ内に保有している。 In general, a semiconductor device having a MOS transistor is compatible with a transistor that operates at a low voltage in order to increase the operation speed of the transistor or suppress power consumption and the compatibility of the supply voltage from the outside to the semiconductor device. In order to maintain this, a transistor that operates at a high voltage is held in the same chip.
図9は、そのような半導体装置の従来の製造方法を示す断面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing such a semiconductor device.
まず図9(A)に示すように、シリコン基板等の半導体基板1上に比較的膜厚が厚い絶縁膜2を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, a relatively thick
図9(B)に示すように、高電圧動作領域A1上を覆うようにパターニングされたレジストパターン3を形成し、レジストパターン3をマスクとして絶縁膜2に対するエッチング処理を行い低電圧動作領域A2上に形成された絶縁膜2を除去する。
As shown in FIG. 9B, a
その後、図9(C)に示すように、レジスト3を除去して、全面に比較的膜厚が薄い絶縁膜を形成することにより、低電圧動作領域A2に絶縁膜4を形成するとともに、高電圧動作領域A1の絶縁膜2の膜厚を若干増加させる。その後、全面に導電層5を堆積する。
Thereafter, as shown in FIG. 9C, the
そして、図9(C)と(D)に示すように、導電層5を選択的にエッチングし、高電圧動作領域A1にゲート絶縁膜61,ゲート電極62を形成するとともに、低電圧動作領域A2にゲート絶縁膜71,ゲート電極72を同時に形成する。この際、ゲート絶縁膜61はゲート絶縁膜71より膜厚が厚く形成され、ゲート電極62はゲート電極72よりゲート長が長く形成される。
Then, as shown in FIGS. 9C and 9D, the
次に、低電圧動作領域A2を第1のレジスト(図示せず)で覆いながら、高電圧動作領域A1のみに不純物イオン64を注入して、LDD領域の元になる不純物拡散領域63を形成する第1のLDD注入処理を行い、高電圧動作領域A1を第2のレジスト(図示せず)で覆いながら、低電圧動作領域A2のみに不純物イオン74を注入して、LDD領域の元になる不純物拡散領域73を形成する第2のLDD注入処理を行う。
Next,
このように、第1及び第2のLDD注入は別工程で行われ、通常、不純物拡散領域63は不純物拡散領域73よりも深く形成される。
As described above, the first and second LDD implantations are performed in separate steps, and the impurity diffusion region 63 is usually formed deeper than the
図9(E)に示すように、下層,上層のサイドウォールとなる絶縁層(サイドウォール膜)を順次形成してエッチバックを行うことにより、高電圧動作領域A1において、上層サイドウォール65,下層サイドウォール66からなるサイドウォールをゲート電極62の側面に形成するとともに、低電圧動作領域A2において、上層サイドウォール75,下層サイドウォール76からなるサイドウォールをゲート電極72の側面に形成する。
As shown in FIG. 9E, an insulating layer (sidewall film) to be a lower layer and an upper side wall is sequentially formed and etched back to perform upper
その後、高電圧動作領域A1ではゲート電極62,上層サイドウォール65及び下層サイドウォール66をマスクとし、低電圧動作領域A2ではゲート電極72,上層サイドウォール75及び下層サイドウォール76をマスクとして、上方からの不純物イオンの注入を行ってソース/ドレイン領域形成処理を実行し、高電圧動作領域A1にはソース/ドレイン領域67とLDD領域68(サイドウォール65,66下の不純物拡散領域63)とを形成し、低電圧動作領域A2にはソース/ドレイン領域77とLDD領域78(サイドウォール75,76下の不純物拡散領域73)とを形成する。
Thereafter, the
これにより、高電圧動作領域A1には、ゲート絶縁膜61、ゲート電極62、上層サイドウォール65、下層サイドウォール66、ソース/ドレイン領域67、LDD領域68からなる高電圧用MOSトランジスタが形成され、低電圧動作領域A2には、ゲート絶縁膜71、ゲート電極72、上層サイドウォール75、下層サイドウォール76、ソース/ドレイン領域77、LDD領域78からなる低電圧用MOSトランジスタが形成される。
As a result, a high-voltage MOS transistor including the
さてこのような高電圧用MOSトランジスタおよび低電圧用MOSトランジスタを備える半導体装置において、各々のトランジスタは動作電圧及び要求されるON電流・OFF電流等を満足するようにゲート長、ゲート酸化膜厚、不純物分布等が最適になるように製造される。従来技術では、上述のようにゲート電極形成後に、ソース/ドレイン領域とチャンネル領域の境界の電界緩和するための不純物注入(LDD注入)、及びさらに好ましくは短チャンネル効果を抑えるためのさらなる不純物注入(Halo注入)を各々のトランジスタに最適な条件で行い、その後、ゲート電極側壁にサイドウォールを形成後に、ソース/ドレイン領域にNMOSにはN型不純物、PMOSにはP型不純物を注入し、これら全ての不純物注入が完了した後、活性化アニールを行う。 Now, in such a semiconductor device comprising a high voltage MOS transistor and a low voltage MOS transistor, each transistor has a gate length, a gate oxide film thickness, and so on so as to satisfy an operating voltage and a required ON current / OFF current. Manufactured to optimize the impurity distribution. In the prior art, after the gate electrode is formed as described above, impurity implantation (LDD implantation) for relaxing the electric field at the boundary between the source / drain regions and the channel region, and more preferably further impurity implantation (for suppressing the short channel effect) ( (Halo implantation) is performed under the optimum conditions for each transistor. After that, sidewalls are formed on the side walls of the gate electrodes, and then N-type impurities are implanted into the source / drain regions and NMOSs are implanted with P-type impurities. After completing the impurity implantation, activation annealing is performed.
しかしながら、このような従来技術では、トランジスタの高速化、あるいは低消費電力化のためにゲート長が短くなるに従って、LDD領域に導入された不純物の増速拡散(TED:Transient Enhanced Diffusion)によるトランジスタの実効チャネル長の減少により、短チャンネル効果が起こり、閾値電圧の低下が起こるという問題が発生した。 However, in such a conventional technique, as the gate length becomes shorter in order to increase the speed of the transistor or reduce power consumption, the transistor is enhanced by accelerated enhanced diffusion (TED: Transient Enhanced Diffusion) introduced into the LDD region. Due to the decrease in the effective channel length, a short channel effect occurs and a threshold voltage is lowered.
これは、全ての不純物注入を行った後に活性化アニールを行っているためで、ソース/ドレイン/ゲート部を活性化するのに必要な高温アニールを行うと、LDD領域の不純物が異常拡散してしまうためである。このTEDを抑える方法として、LDD注入後に低温でRTA(Rapid Thermal Annealing)処理することにより欠陥回復を行う方法が知られている(例えば特許文献1および2参照)。結晶欠陥回復のためのRTA処理を取り入れた製造工程の従来フローを図10に示す。
This is because activation annealing is performed after all the impurity implantation is performed. If high-temperature annealing necessary for activating the source / drain / gate portion is performed, impurities in the LDD region are abnormally diffused. It is because it ends. As a method of suppressing this TED, a method of performing defect recovery by performing RTA (Rapid Thermal Annealing) processing at a low temperature after LDD injection is known (see, for example,
まず、ステップS1で低電圧用NMOSトランジスタに対するLDD注入処理を実行し、ステップS2で低電圧用PMOSトランジスタに対するLDD注入処理を実行し、ステップS3で高電圧用NMOSトランジスタに対するLDD注入処理を実行し、ステップS4で高電圧用PMOSトランジスタに対するLDD注入処理を実行する。次に、ステップS5で低温RTA処理を実行する。 First, an LDD injection process for the low voltage NMOS transistor is executed in step S1, an LDD injection process for the low voltage PMOS transistor is executed in step S2, and an LDD injection process is executed for the high voltage NMOS transistor in step S3. In step S4, an LDD injection process for the high voltage PMOS transistor is executed. Next, a low temperature RTA process is performed at step S5.
そして、ステップS6でゲートサイドウォールを形成した後、ステップS7で、全(高電圧用及び低電圧用)NMOSトランジスタに対するソース/ドレイン領域形成処理を実行し、ステップS8で全PMOSトランジスタに対するソース/ドレイン領域形成処理を実行する。その後、ステップ9で活性化アニールを実行し、全MOSトランジスタを完成する。
Then, after forming the gate sidewalls in step S6, in step S7, source / drain region formation processing for all (high voltage and low voltage) NMOS transistors is executed, and in step S8, source / drains for all PMOS transistors. An area formation process is executed. Thereafter, activation annealing is performed in
結晶欠陥回復のためのRTA処理を取り入れた製造工程の他の従来フローを図11に示す。ここでは、まず、ステップS11で低電圧用NMOSトランジスタに対するLDD注入処理を実行し、ステップS12で低電圧用PMOSトランジスタに対するLDD注入処理を実行する。その後、ステップS13で低温RTA処理を実行する。ステップS14で高電圧用NMOSトランジスタに対するLDD注入処理を実行し、ステップS15で高電圧用PMOSトランジスタに対するLDD注入処理を実行する。その後、ステップS16で低温RTA処理を実行する。 FIG. 11 shows another conventional flow of the manufacturing process incorporating the RTA process for crystal defect recovery. Here, first, LDD injection processing for the low-voltage NMOS transistor is executed in step S11, and LDD injection processing for the low-voltage PMOS transistor is executed in step S12. Thereafter, a low temperature RTA process is executed in step S13. In step S14, an LDD injection process for the high voltage NMOS transistor is executed, and in step S15, an LDD injection process for the high voltage PMOS transistor is executed. Thereafter, a low temperature RTA process is executed in step S16.
ステップS17でゲートサイドウォールを形成した後、ステップS18で、全(高電圧用及び低電圧用)NMOSトランジスタに対するソース/ドレイン領域形成処理を実行し、ステップS19で全PMOSトランジスタに対するソース/ドレイン領域形成処理を実行する。その後、ステップ20で活性化アニールを実行し、全MOSトランジスタを完成する。
After forming the gate sidewalls in step S17, in step S18, source / drain region formation processing is performed on all (high voltage and low voltage) NMOS transistors, and in step S19, source / drain region formation is performed on all PMOS transistors. Execute the process. Thereafter, activation annealing is performed in
従来の結晶欠陥回復のためのRTA処理を取り入れた製造フローは以上のように構成されている。しかしながら、図10および図11に示す従来フローでは、全てのトランジスタについてLDD注入後にアニールを行うため、短チャンネル効果が起き易いトランジスタ(主に低電圧トランジスタ)の不純物分布は最適化されるが、短チャンネル効果が厳しくないトランジスタ(主に高電圧動作トランジスタ)については、LDD領域の不純物の拡散が抑えられるため、ソース/ドレイン領域とチャンネル領域の境界の電界強度が強くなり過ぎ、ホットキャリアが発生し易くなる。そのため、トランジスタの信頼性が悪くなるという問題点があった。 The manufacturing flow incorporating the conventional RTA process for crystal defect recovery is configured as described above. However, in the conventional flow shown in FIGS. 10 and 11, since the annealing is performed after the LDD implantation for all the transistors, the impurity distribution of the transistor (mainly the low voltage transistor) in which the short channel effect is likely to occur is optimized. For transistors whose channel effect is not severe (mainly high-voltage operation transistors), the diffusion of impurities in the LDD region is suppressed, so the electric field strength at the boundary between the source / drain region and the channel region becomes too strong and hot carriers are generated. It becomes easy. Therefore, there is a problem that the reliability of the transistor is deteriorated.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、短チャンネル効果が起き易いトランジスタについては、LDD領域の不純物の拡散を抑え、短チャンネル効果が厳しくないトランジスタについてはホットキャリアの発生を抑えることができる半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. For a transistor that easily causes a short channel effect, diffusion of impurities in the LDD region is suppressed, and for a transistor that does not have a severe short channel effect, hot carriers are used. An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing the occurrence of the above.
本発明の他の目的は、そのような半導体装置の製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing such a semiconductor device.
請求項1にかかる半導体装置は、ドレイン領域とLDD領域の境界からLDD領域とチャンネル領域の境界までの最短距離が異なる二種類以上のトランジスタを有する。このように構成することにより、短チャンネル効果が起き易いトランジスタについては、LDD領域の不純物の拡散を抑え、短チャンネル効果が厳しくないトランジスタについてはホットキャリアの発生を抑えることができる。
The semiconductor device according to
請求項2にかかる半導体装置は、半導体基板上に形成された種類の異なる第一トランジスタと第二トランジスタを少なくとも有し、上記第一トランジスタは、LDD注入を行った後、ソース/ドレイン注入前にアニール処理を行い、残りの第二トランジスタは、該LDD注入後ソース/ドレイン注入前にLDD注入を行った後、ソース/ドレイン注入前にアニール処理を行わず、ソース/ドレイン注入後にアニール処理することにより作成されている。 A semiconductor device according to a second aspect includes at least a first transistor and a second transistor of different types formed on a semiconductor substrate, and the first transistor performs LDD implantation and before source / drain implantation. Annealing is performed, and the remaining second transistors are subjected to LDD implantation after the LDD implantation and before the source / drain implantation, and then are annealed after the source / drain implantation without performing the annealing treatment before the source / drain implantation. It is created by.
請求項3にかかる半導体装置においては、第一トランジスタにおけるドレイン領域とLDD領域の境界からLDD領域とチャンネル領域の境界までの最短距離が、上記第二トランジスタにおけるドレイン領域とLDD領域の境界からLDD領域とチャンネル領域の境界までの最短距離よりも短い。このように構成することにより、短チャンネル効果が起き易いトランジスタについては、LDD領域の不純物の拡散を抑え、短チャンネル効果が厳しくないトランジスタについてはホットキャリアの発生を抑えることができる。
In the semiconductor device according to
請求項4にかかる半導体装置は、請求項2にかかる半導体装置において、上記第一トランジスタは低電圧動作のNMOSおよびPMOSトランジスタから構成され、上記第二トランジスタは高電圧動作のNMOSおよびPMOSトランジスタから構成される。 According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, the first transistor is composed of a low-voltage operation NMOS and a PMOS transistor, and the second transistor is composed of a high-voltage operation NMOS and a PMOS transistor. Is done.
請求項5にかかる半導体装置は、請求項2にかかる半導体装置において、上記第一トランジスタは低電圧動作のNMOSトランジスタから構成され、上記第二トランジスタは低電圧動作のPMOSトランジスタ、高電圧動作のNMOSおよびPMOSトランジスタから構成される。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor device according to the second aspect, wherein the first transistor includes a low-voltage operation NMOS transistor, the second transistor includes a low-voltage operation PMOS transistor, and a high-voltage operation NMOS transistor. And a PMOS transistor.
請求項6にかかる半導体装置は、請求項2にかかる半導体装置において、上記第一トランジスタは低電圧動作のPMOSトランジスタから構成され、上記第二トランジスタは低電圧動作のNMOSトランジスタ、高電圧動作のNMOSおよびPMOSトランジスタから構成される。 A semiconductor device according to a sixth aspect is the semiconductor device according to the second aspect, wherein the first transistor is a low-voltage operation PMOS transistor, the second transistor is a low-voltage operation NMOS transistor, and a high-voltage operation NMOS transistor. And a PMOS transistor.
請求項7にかかる半導体装置は、請求項2にかかる半導体装置において、上記第一トランジスタは低電圧動作のNMOS、PMOSトランジスタおよび高電圧動作のNMOSトランジスタから構成され、上記第二トランジスタは高電圧動作のPMOSトランジスタから構成される。 A semiconductor device according to a seventh aspect is the semiconductor device according to the second aspect, wherein the first transistor includes a low-voltage operation NMOS, a PMOS transistor, and a high-voltage operation NMOS transistor, and the second transistor is a high-voltage operation. PMOS transistors.
請求項8にかかる半導体装置は、請求項2にかかる半導体装置において、上記第一トランジスタは低電圧動作のNMOS、PMOSトランジスタおよび高電圧動作のPMOSトランジスタから構成され、上記第二トランジスタは高電圧動作のNMOSトランジスタから構成される。
The semiconductor device according to
請求項9にかかる半導体装置の製造方法は、LDD構造を有する2種類以上の、少なくとも第一および第二トランジスタを有する半導体装置の製造方法にかかる。上記第一トランジスタについてLDD領域を形成するためのLDD注入し、該LDD注入後ソース/ドレイン注入前にアニールする(第1工程)。上記第二トランジスタについてLDD領域を形成するためのLDD注入し、該LDD注入後ソース/ドレイン注入前にアニールしないで、上記第一トランジスタおよび第二トランジスタのゲートの側壁にサイドウォールを形成する(第2工程)。上記第一トランジスタおよび第二トランジスタのソース/ドレイン領域を形成するためのソース/ドレイン注入する(第3工程)。上記第一トランジスタおよび第二トランジスタの活性化アニール処理する(第4工程)。 A method for manufacturing a semiconductor device according to a ninth aspect relates to a method for manufacturing a semiconductor device having at least first and second transistors having two or more types having an LDD structure. LDD implantation for forming the LDD region is performed on the first transistor, and annealing is performed after the LDD implantation and before the source / drain implantation (first step). LDD implantation for forming an LDD region is performed on the second transistor, and sidewalls are formed on the sidewalls of the gates of the first transistor and the second transistor without annealing after the LDD implantation and before the source / drain implantation (the first transistor). 2 steps). Source / drain implantation is performed to form source / drain regions of the first transistor and the second transistor (third step). An activation annealing process is performed on the first transistor and the second transistor (fourth step).
この発明によれば、例えば基板上にゲート酸化膜及びゲート電極を形成した後、短チャンネル特性の厳しいトランジスタ(主に低電圧動作トランジスタ)についてLDD注入を行い、その後注入による結晶欠陥を回復するためのアニール処理を行うので、TEDが抑制され、短チャンネル効果を抑えることができる。その後短チャンネル効果の厳しくないトランジスタ(主に高電圧トランジスタ)についてLDD注入を行い、ここではアニール処理を行わず、サイドウォール形成、ソース/ドレイン注入を行った後、活性化アニール処理を行うので、不純物が異常拡散し、ソース/ドレイン領域とチャンネル領域の境界についてブロードな不純物分布となり、ホットキャリアの発生を抑制し、信頼性を確保できる。 According to the present invention, for example, after forming a gate oxide film and a gate electrode on a substrate, LDD implantation is performed on a transistor having short channel characteristics (mainly a low-voltage operation transistor), and then crystal defects caused by the implantation are recovered. Therefore, TED is suppressed and the short channel effect can be suppressed. After that, LDD implantation is performed on transistors (mainly high-voltage transistors) that do not have a short channel effect, and here, annealing is not performed, sidewall formation, source / drain implantation is performed, and activation annealing is performed. Impurities are diffused abnormally, resulting in a broad impurity distribution at the boundary between the source / drain region and the channel region, thereby suppressing the generation of hot carriers and ensuring reliability.
請求項10にかかる半導体装置の製造方法は、請求項9にかかる半導体装置の製造方法において、上記第1工程におけるLDD注入後のアニール処理は、上記第4工程におけるソース/ドレイン注入後の活性化アニール処理よりも低温で行なわれる。
The method for manufacturing a semiconductor device according to
この発明によれば、TEDが抑制され、短チャンネル効果を抑えることができる低電圧動作トランジスタと、ホットキャリアの発生を抑制した高電圧トランジスタとを有する、消費電力を抑えた、信頼性の高い半導体装置が得られる。 According to the present invention, a highly reliable semiconductor with reduced power consumption, including a low voltage operation transistor capable of suppressing the TED and suppressing the short channel effect and a high voltage transistor suppressing generation of hot carriers. A device is obtained.
短チャンネル効果が起き易いトランジスタについては、LDD領域の不純物の拡散を抑え、短チャンネル効果が厳しくないトランジスタについてはホットキャリアの発生を抑えることができる半導体装置を得るという目的を、ドレイン領域とLDD領域の境界から、LDD領域とチャンネル領域の境界までの最短距離が異なる二種類以上のトランジスタを形成することによって実現した。以下、この発明の実施例を、図面を用いて説明する。 The purpose of obtaining a semiconductor device capable of suppressing the diffusion of impurities in the LDD region for a transistor that is likely to cause a short channel effect and suppressing the generation of hot carriers for a transistor that is not severe in the short channel effect is to provide a drain region and an LDD region. This is realized by forming two or more types of transistors having different shortest distances from the boundary between the LDD region and the channel region. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、実施例1にかかる半導体装置の断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment.
図1を参照して、半導体装置はシリコン基板1に形成された低電圧動作NMOSトランジスタ、低電圧動作PMOSトランジスタ、高電圧動作NMOSトランジスタおよび高電圧動作PMOSトランジスタを備える。図面では、便宜上、これらのトランジスタが一箇所に集められて記載されている。低電圧動作NMOSトランジスタは、ゲート絶縁膜4とゲート電極5を備える。ゲート電極5の側壁に下層サイドウォール7と上層サイドウォール12が形成されている。シリコン基板1の表面であって、ゲート電極5の両側にはLDD領域20とソース/ドレイン領域31が形成されている。低電圧動作PMOSトランジスタは、ゲート絶縁膜4とゲート電極5を備える。ゲート電極5の側壁に下層サイドウォール7と上層サイドウォール12が形成されている。シリコン基板1の表面であって、ゲート電極5の両側にはLDD領域21とソース/ドレイン領域32が形成されている。
Referring to FIG. 1, the semiconductor device includes a low voltage operation NMOS transistor, a low voltage operation PMOS transistor, a high voltage operation NMOS transistor, and a high voltage operation PMOS transistor formed on a
高電圧動作NMOSトランジスタは、ゲート絶縁膜2とゲート電極5を備える。ゲート電極5の側壁に下層サイドウォール7と上層サイドウォール12が形成されている。シリコン基板1の表面であって、ゲート電極5の両側にはLDD領域22とソース/ドレイン領域33が形成されている。高電圧動作PMOSトランジスタは、ゲート絶縁膜2とゲート電極5を備える。ゲート電極5の側壁に下層サイドウォール7と上層サイドウォール12が形成されている。シリコン基板1の表面であって、ゲート電極5の両側にはLDD領域23とソース/ドレイン領域34が形成されている。
The high voltage operation NMOS transistor includes a
高電圧動作トランジスタのゲート絶縁膜2の膜厚は、低電圧動作トランジスタのゲート絶縁膜4の膜厚より厚くされている。高電圧動作トランジスタのゲート長は、低電圧動作トランジスタのゲート長より長くされている。
The film thickness of the
低電圧動作NMOSトランジスタにおける、ドレイン領域31とLDD領域20の境界から、LDD領域20とチャンネル領域41の境界までの最短距離が、高電圧動作NMOSトランジスタにおける、ドレイン領域33とLDD領域22の境界から、LDD領域22とチャンネル領域43の境界までの最短距離よりも短くされている。低電圧動作PMOSトランジスタにおけるドレイン領域32とLDD領域21の境界から、LDD領域21とチャンネル領域42の境界までの最短距離が、高電圧動作PMOSトランジスタにおけるドレイン領域34とLDD領域23の境界から、LDD領域23とチャンネル領域44の境界までの最短距離よりも短くされている。
In the low voltage operation NMOS transistor, the shortest distance from the boundary between the
次に、このような実施例1にかかる半導体装置の製造方法を説明しながら、本発明をさらに詳細に説明する。図2は、概略フローである。 Next, the present invention will be described in more detail while explaining the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic flow.
図2に示すように、まず、ステップS21で低電圧用NMOSトランジスタに対するLDD注入処理を実行し、ステップS22で低電圧用PMOSトランジスタに対するLDD注入処理を実行する。その後、ステップS23で低温RTA処理を実行する。ステップS24で高電圧用NMOSトランジスタに対するLDD注入処理を実行し、ステップS25で高電圧用PMOSトランジスタに対するLDD注入処理を実行する。 As shown in FIG. 2, first, in step S21, LDD injection processing for the low voltage NMOS transistor is executed, and in step S22, LDD injection processing for the low voltage PMOS transistor is executed. Thereafter, a low temperature RTA process is executed in step S23. In step S24, an LDD injection process for the high voltage NMOS transistor is executed, and in step S25, an LDD injection process for the high voltage PMOS transistor is executed.
そして、低温RTA処理を行なわないで、ステップS26でゲートサイドウォールを形成する。その後、ステップS27で、全(高電圧用及び低電圧用)NMOSトランジスタに対するソース/ドレイン領域形成処理を実行し、ステップS28で全PMOSトランジスタに対するソース/ドレイン領域形成処理を実行する。その後、ステップ29で活性化アニールを実行し、全MOSトランジスタを完成する。
Then, the gate sidewall is formed in step S26 without performing the low temperature RTA process. Thereafter, in step S27, source / drain region formation processing for all (high voltage and low voltage) NMOS transistors is executed, and in step S28, source / drain region formation processing is executed for all PMOS transistors. Thereafter, activation annealing is performed in
図3、図4および図5は、かかる製造方法の工程を断面図で示したものである。 3, 4 and 5 are cross-sectional views showing the steps of the manufacturing method.
まず、図3(A)に示すように、シリコン基板1上に高電圧動作トランジスタのゲート酸化膜となる酸化膜2(シリコン酸化膜)を形成する。次に図3(B)に示すように、フォトリソグラフィ法で高電圧動作トランジスタ領域を覆うレジストパターン3を形成し、レジストパターン3を用いて高電圧動作トランジスタ領域以外の領域の酸化膜2をエッチング除去することにより、高電圧動作トランジスタ領域のみに酸化膜2を残す。
First, as shown in FIG. 3A, an oxide film 2 (silicon oxide film) to be a gate oxide film of a high voltage operation transistor is formed on a
次に図3(C)に示すように低電圧動作トランジスタ用の薄いゲート酸化膜4を酸化により形成する。次に図3(D)に示すように、ゲート電極材料(例えば、ポリシリコン膜)を堆積し、フォトリソグラフィ法でゲート電極を形成するためのレジストパターン6を形成した後、ゲート電極材料をドライエッチング法でエッチングすることにより、ゲート電極5を形成する。この際、低電圧動作トランジスタのゲート電極5のゲート長を、高電圧動作トランジスタのそれよりも短くする。また、ゲート電極5のエッチングの際、シリコン基板1にエッチング・ダメージが与えられるのを防ぐために、酸化膜が若干残るようにエッチングする。
Next, as shown in FIG. 3C, a thin
次に行われるLDD注入、Halo注入はこの酸化膜越しに行なっても良いし、図4(E)に示すように、新たに熱酸化あるいは堆積によって形成されたシリコン酸化膜7越しに注入しても良い。シリコン酸化膜7は、下層サイドウォールのもとになるもので、各ゲート電極5を被覆するようにシリコン基板1上に形成される。LDD注入は、各々のトランジスタについて以下のように行われる。
The next LDD implantation and Halo implantation may be carried out through this oxide film, or as shown in FIG. 4 (E), by implantation through the
まず、図4(E)に示すように、フォトリソグラフィ法により低電圧動作トランジスタのNMOS領域のみが開口するようにレジストパターン8を形成し、N型不純物(例えば、砒素)を注入エネルギー1〜10[KeV]、注入量0.1〜5×1015[atoms/cm2]、注入角0〜50°でLDD注入する。これにより、LDD領域の元になる不純物拡散領域20が形成される。次に、レジストパターン8を除去する。
First, as shown in FIG. 4E, a resist
その後、図4(F)に示すように、フォトリソグラフィ法により低電圧動作トランジスタのPMOS領域のみが開口するようにレジストパターン9を形成し、P型不純物(例えば、BF2)を注入エネルギー1〜10[KeV]、注入量0.1〜5×1015[atoms/cm2]、注入角0〜50°でLDD注入する。これにより、LDD領域の元になる不純物拡散領域21が形成される。レジストパターン9を除去する。このNMOSとPMOSの形成順序は入れ替わっても構わない。
Thereafter, as shown in FIG. 4F, a resist
次に、図4(G)に示すように、結晶欠陥を回復してTEDを抑制するためのアニール処理をRTAにより、後述するソース/ドレインの活性化アニールより低温(800〜950℃、1〜60秒)で行う。これによりLDD領域のもとになる不純物拡散領域20、21がチャンネル方向に拡散して実効ゲート長が減少するのが抑えられ、図6から明らかなように、短チャンネル効果による閾値電圧低下を抑制できる。なお、図6は、LDD注入後の低温RTAがある場合とない場合の、低電圧動作NMOSトランジスタの閾値電圧とゲート長との関係を示す図である。
Next, as shown in FIG. 4G, annealing for recovering crystal defects and suppressing TED is performed at a lower temperature (800 to 950 ° C., 1 to 6) than the source / drain activation annealing described later by RTA. 60 seconds). As a result, it is possible to suppress the
次に、図4(H)に示すように、高電圧動作トランジスタのNMOS領域のみが開口するようにレジストパターン10を形成し、N型不純物(例えば、燐)を注入エネルギー10〜100[KeV]、注入量0.1〜10×1013[atoms/cm2]、注入角0〜50°でLDD注入する。これにより、LDD領域の元になる不純物拡散領域22が形成される。次に、レジストパターン10を除去する。
Next, as shown in FIG. 4H, a resist
高電圧動作トランジスタについてはゲート長が低電圧動作トランジスタ程短くなく、TEDによる短チャンネル効果を抑える必要は無く、むしろ信頼性を確保するため、ドレインとチャンネルの境界の不純物分布をブロードにして電界強度を弱くすることの方が重要であるので、結晶欠陥回復のためのアニール処理をここでは行わず、後述するソース/ドレインの活性化アニール時に結晶欠陥回復を行う。 For high-voltage operation transistors, the gate length is not as short as low-voltage operation transistors, and it is not necessary to suppress the short channel effect due to TED. Rather, in order to ensure reliability, the impurity distribution at the boundary between the drain and channel is broadened to increase the electric field strength. Since it is more important to weaken this, annealing treatment for crystal defect recovery is not performed here, and crystal defect recovery is performed during source / drain activation annealing described later.
図5(I)に示すように、フォトリソグラフィ法により高電圧動作トランジスタのPMOS領域のみが開口するようにレジストパターン11を形成し、P型不純物(例えば、BF2)を注入エネルギー10〜100[KeV]、注入量0.1〜10×1013[atoms/cm2]、注入角0〜50°でLDD注入する。これにより、LDD領域の元になる不純物拡散領域23が形成される。レジストパターン11を除去する。
As shown in FIG. 5I, a resist
高電圧動作トランジスタについてはゲート長が低電圧動作トランジスタ程短くなく、TEDによる短チャンネル効果を抑える必要は無く、むしろ信頼性を確保するためドレインとチャンネルの境界の不純物分布をブロードにして電界強度を弱くすることの方が重要であるので、結晶欠陥回復のためのアニール処理をここでも行わず、後述するソース/ドレインの活性化アニール時に結晶欠陥回復を行う。 For high-voltage operation transistors, the gate length is not as short as low-voltage operation transistors, and there is no need to suppress the short channel effect due to TED. Rather, in order to ensure reliability, the impurity distribution at the boundary between the drain and channel is broadened to increase the electric field strength. Since it is more important to weaken, annealing treatment for crystal defect recovery is not performed here, and crystal defect recovery is performed during source / drain activation annealing described later.
次に、図5(J)に示すように、上層ゲートサイドウォール形成のために例えば、SiN膜を堆積し、ドライエッチング法によりウェハ全面をエッチバックすることにより上層ゲートサイドウォール12を形成する。この際、SiN膜の堆積温度は低電圧動作トランジスタ領域にLDD注入された不純物が拡散して短チャンネル効果が劣化しないように700℃以下にすることが望ましい。なお、上記エッチバック時、ゲート電極5の上面およびソース/ドレイン領域を形成すべきシリコン基板1の表面のシリコン酸化膜7は除去される。
Next, as shown in FIG. 5J, for example, an SiN film is deposited to form the upper layer gate sidewall, and the upper
次に、フォトリソグラフィ法により、NMOS領域のみが開口するようにレジストパターン13を形成し、ソース/ドレイン領域31、33及びゲート電極5にN型不純物(例えば、砒素)を注入エネルギー10〜100[KeV]、注入量0.1〜10×1015[atoms/cm2]で注入する。次に、レジストパターン13を除去する。
Next, a resist
図5(K)に示すように、フォトリソグラフィ法によりPMOS領域のみが開口するようにレジストパターン14を形成し、ソース/ドレイン領域32、34及びゲート電極5にP型不純物(例えば、ボロン)を注入エネルギー1〜20[KeV]、注入量0.1〜10×1015[atoms/cm2]で注入し、レジストパターン14を除去する。
As shown in FIG. 5K, a resist
その後、図5(L)に示すように、活性化アニールを900〜1100℃、1〜60秒で行い、ソース/ドレイン領域31,32,33,34及びゲート電極5の不純物を活性化する。この際、高電圧動作トランジスタのLDD領域22,23の結晶欠陥が注入後の低温RTA処理により回復していなかったことによりTEDが起こり、LDD領域の不純物分布がブロードになり、ドレインとチャンネル間の電界強度が緩和され、ホットキャリアの発生が抑えられ、信頼性が向上する。
Thereafter, as shown in FIG. 5L, activation annealing is performed at 900 to 1100 ° C. for 1 to 60 seconds to activate impurities in the source /
ON電流が流れた時にLDD領域の不純物濃度勾配による電界により発生したホットキャリアは基板電流として測定されるが、図7の高電圧動作NMOSトランジスタの基板電流とON電流の関係図に示すように、LDD注入後低温RTA無しでは、基板電流が抑制されていることから、不純物濃度勾配が緩やかになっていることが分かる。 Although hot carriers generated by the electric field due to the impurity concentration gradient in the LDD region when the ON current flows are measured as the substrate current, as shown in the relationship diagram between the substrate current and the ON current of the high voltage operation NMOS transistor of FIG. It can be seen that without the low temperature RTA after the LDD implantation, the substrate current is suppressed, so that the impurity concentration gradient becomes gentle.
また図8に示すように、ホットキャリア発生が抑えられた結果、高電圧動作のNMOSトランジスタにおいて、LDD注入後の低温RTAを行わない本発明では、ストレス電圧印加時のトランジスタ閾値電圧変化がスペック以下になるストレス印加時間が長くなり、トランジスタ信頼性が向上している。 Further, as shown in FIG. 8, as a result of suppressing the generation of hot carriers, the NMOS transistor operating at a high voltage does not perform the low temperature RTA after the LDD injection. The stress application time becomes longer, and the transistor reliability is improved.
実施例1は、請求項4に記載の半導体装置の製造方法について説明したものだが、請求項5〜8に記載された半導体装置についても、LDD注入と低温RTA処理の工程順序を変えることにより同様に製造される。 In the first embodiment, the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth aspect is described. However, the same applies to the semiconductor device according to the fifth to eighth aspects by changing the process order of the LDD implantation and the low temperature RTA process. To be manufactured.
すなわち、請求項5に記載の半導体装置を作成する場合、低電圧動作のNMOSトランジスタについてLDD注入を行った後、低温RTA処理を行い、その後低電圧動作のPMOSトランジスタと,高電圧動作のNMOSおよびPMOSトランジスタについてLDD注入を行なう。
That is, when the semiconductor device according to
請求項6に記載の半導体装置を作成する場合、低電圧動作のPMOSトランジスタについてLDD注入を行なった後低温RTA処理を行ない、その後低電圧動作のNMOSトランジスタ,高電圧動作のNMOSおよびPMOSトランジスタについてLDD注入を行なう。
When the semiconductor device according to
請求項7に記載の半導体装置を作成する場合、低電圧動作のNMOS,PMOSトランジスタ,高電圧動作のNMOSトランジスタについてLDD注入を行なった後低温RTA処理を行ない、その後高電圧動作のPMOSトランジスタについてLDD注入を行なう。
When the semiconductor device according to
請求項8に記載の半導体装置を作成する場合、低電圧動作のNMOS,PMOSトランジスタおよび高電圧動作のPMOSトランジスタについてLDD注入を行なった後低温RTA処理を行ない、その後高電圧動作のNMOSトランジスタについてLDD注入を行なう。
When the semiconductor device according to
今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明によれば、消費電力を抑えた、信頼性の高い半導体装置が得られる。 According to the present invention, a highly reliable semiconductor device with reduced power consumption can be obtained.
1 シリコン基板
2、4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
7 下層サイドウォール
12 上層サイドウォール
20、21、22、23 不純物拡散領域
31、32、33、34 ソース/ドレイン領域
41、42、43、44 チャンネル領域
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記第一トランジスタについてLDD領域を形成するためのLDD注入し、該LDD注入後ソース/ドレイン注入前にアニールする第1工程と、
前記第二トランジスタについてLDD領域を形成するためのLDD注入し、該LDD注入後ソース/ドレイン注入前にアニールしないで、前記第一トランジスタおよび第二トランジスタのゲートの側壁にサイドウォールを形成する第2工程と、
前記第一トランジスタおよび第二トランジスタのソース/ドレイン領域を形成するためのソース/ドレイン注入する第3工程と、
前記第一トランジスタおよび第二トランジスタの活性化アニール処理する第4工程と、を備えた半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having at least first and second transistors having two or more types having an LDD structure,
A first step of performing LDD implantation for forming an LDD region for the first transistor and annealing after the LDD implantation and before source / drain implantation;
A second sidewall is formed on the sidewalls of the gates of the first transistor and the second transistor without LDD implantation for forming an LDD region for the second transistor and without annealing after the LDD implantation and before the source / drain implantation. Process,
A third step of implanting source / drain to form source / drain regions of the first transistor and the second transistor;
And a fourth step of activating annealing the first transistor and the second transistor.
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the annealing process after the LDD implantation in the first step is performed at a lower temperature than the activation annealing process after the source / drain implantation in the fourth step.
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JP2004291258A JP2006108283A (en) | 2004-10-04 | 2004-10-04 | Semiconductor device and its manufacturing method |
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JP2012109385A (en) * | 2010-11-17 | 2012-06-07 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device |
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