JP2007005691A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device with a long hot carrier lifetime by which a gate drain current is reduced. <P>SOLUTION: A sidewall formed at a side wall of a gate electrode is made to include a stopper layer which is constituted by a material having an etching selectivity to a gate insulating film. At the time of forming the sidewall, the sidewall can be formed without eliminating any gate insulating film, and consequently a plasma damage to the gate insulating film can be prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法にかかり、特にそのホットキャリア寿命の改善に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to improvement of the hot carrier lifetime.

MOSLSIなどの半導体装置の高集積化に伴い、MOSFETなどの半導体デバイスの微細化は進む一方である。MOSFETにおいてもゲート絶縁膜の薄膜化が進んでおり、ゲート/ドレイン間での電界が大きくなり、トンネリングが生じやすいという問題がある。MOSFETの動作において、チャネルに沿ったドレインからソースへの電界は、均一ではなくドレイン端で最大となる。特に飽和領域動作の場合は、チャネルがドレイン拡散層まで到達しないため、ドレイン側に空乏化した領域すなわちピンチオフ領域が形成される。ソース/ドレイン間の電圧の大部分をこの狭い領域で支えることになるため、非常な高電界となる。電界が10V/cm以上になると衝撃電離現象が観察される。 Along with the high integration of semiconductor devices such as MOS LSIs, semiconductor devices such as MOSFETs are being miniaturized. Also in MOSFETs, the gate insulating film is becoming thinner, and there is a problem that the electric field between the gate and the drain becomes large and tunneling is likely to occur. In MOSFET operation, the electric field from the drain to the source along the channel is not uniform and is maximum at the drain end. Particularly in the case of the saturation region operation, since the channel does not reach the drain diffusion layer, a depleted region, that is, a pinch-off region is formed on the drain side. Since most of the source / drain voltage is supported by this narrow region, the electric field is very high. When the electric field is 10 5 V / cm or more, an impact ionization phenomenon is observed.

チャネル領域に注入された電子は、チャネル電界及びドレイン近傍のピンチオフ領域の高電界で加速され、衝撃電離を起こすのに十分な運動エネルギーを得て電子・正孔対を生成する。生成された電子の大部分はドレインに吸収されドレイン電流となるが、一部の熱い電子(高エネルギーを持った電子:ホットエレクトロン)は、ゲート絶縁膜に突入してゲート電流(I)として観測される。また生成された正孔のほとんどすべてはシリコン基板に吸収され、基板電流となる。 Electrons injected into the channel region are accelerated by a high electric field in the pinch-off region near the channel electric field and the drain, and obtain kinetic energy sufficient to cause impact ionization to generate electron / hole pairs. Most of the generated electrons are absorbed by the drain and become a drain current, but some of the hot electrons (electrons with high energy: hot electrons) enter the gate insulating film as gate current (I G ). Observed. Almost all of the generated holes are absorbed by the silicon substrate and become a substrate current.

このように飽和領域で動作中のMOSFETは、衝突電離現象によってホットキャリアが発生し、種々の信頼性上の問題を引き起す。例えば、ゲート絶縁膜に注入された電子の一部はゲート絶縁膜中のトラップに捕獲されるため、MOSFETの閾値電圧や相互コンダクタンスを変化させ、MOSLSIにおいては種々の電気的特性を変化させることになる。ゲート電極が外部に接続されていない浮遊ゲート型MOSメモリなどにおいては、注入された電子がゲート電極に蓄積され、いわゆるソフトライト故障が引き起される。また、正孔のごく一部がゲート絶縁膜中に注入されることによって種々の劣化の要因となることも報告されている。   As described above, in the MOSFET operating in the saturation region, hot carriers are generated by the impact ionization phenomenon, causing various reliability problems. For example, since some of the electrons injected into the gate insulating film are trapped by traps in the gate insulating film, the threshold voltage and mutual conductance of the MOSFET are changed, and various electrical characteristics are changed in the MOS LSI. Become. In a floating gate type MOS memory or the like in which the gate electrode is not connected to the outside, injected electrons are accumulated in the gate electrode, and so-called soft write failure is caused. It has also been reported that a small part of holes are injected into the gate insulating film and cause various deterioration.

このようにMOSデバイスの微細化に伴い、ホットキャリア寿命が深刻な問題となっている。そこで、ゲートドレイン間の電界を緩和し、ゲートからドレインへのリーク電流を抑制すべく、ソース/ドレイン領域に低濃度の不純物拡散領域を形成したLDD構造が提案されている(特許文献1)   Thus, with the miniaturization of MOS devices, the hot carrier life has become a serious problem. Therefore, an LDD structure in which a low-concentration impurity diffusion region is formed in the source / drain region has been proposed in order to reduce the electric field between the gate and the drain and suppress the leakage current from the gate to the drain (Patent Document 1).

この方法は、例えば図6(a)乃至(d)にその製造工程図を示すようにゲート電極形成後、このゲート電極をマスクとして低濃度のイオン注入を行い低濃度拡散領域を形成した後、ゲート電極の側壁にサイドウォールを形成しこのサイドウォールの形成されたゲート電極をマスクとしてソース・ドレイン領域形成のためのイオン注入を行うという方法がとられる。
この方法では、シリコン基板1表面に、熱酸化法により酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜2を形成するとともに、この上層に多結晶シリコン膜からなるゲート電極3を形成する(図6(a))。
そして、表面酸化を行いゲート電極3を含む表面全体に酸化シリコン膜4を形成する。
この後、このゲート電極3をマスクとして低濃度のイオン注入を行い低濃度拡散領域5L、6Lを形成する(図6(b))。
そして、CVD法により酸化シリコン膜7を形成し(図6(c))、異方性エッチングにより側壁残しを行い、酸化シリコン膜からなるサイドウォールを形成し、このサイドウォールをマスクとしてイオン注入し、アニールすることによりソースおよびドレイン領域5,6を形成し図1に示したMOSFETが得られる(図6(d))。
In this method, for example, as shown in FIGS. 6A to 6D, the gate electrode is formed, and after the gate electrode is used as a mask, low concentration ion implantation is performed to form a low concentration diffusion region. A method is used in which a side wall is formed on the side wall of the gate electrode, and ion implantation for forming a source / drain region is performed using the gate electrode formed with the side wall as a mask.
In this method, a gate insulating film 2 made of a silicon oxide film is formed on the surface of the silicon substrate 1 by a thermal oxidation method, and a gate electrode 3 made of a polycrystalline silicon film is formed thereon (FIG. 6A). .
Then, surface oxidation is performed to form a silicon oxide film 4 on the entire surface including the gate electrode 3.
Thereafter, low concentration ion implantation is performed using the gate electrode 3 as a mask to form low concentration diffusion regions 5L and 6L (FIG. 6B).
Then, a silicon oxide film 7 is formed by the CVD method (FIG. 6C), the sidewall is left by anisotropic etching, a sidewall made of the silicon oxide film is formed, and ion implantation is performed using this sidewall as a mask. The source and drain regions 5 and 6 are formed by annealing, and the MOSFET shown in FIG. 1 is obtained (FIG. 6D).

特開平11−163317号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-163317

このように、従来のMOSFETでは、LDD構造を形成するに際し、ゲート電極形成後ポスト酸化を行い、ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行い、低濃度不純物領域を形成した後、酸化シリコン膜を形成し、異方性エッチングによりゲート電極の側壁に残留させ、サイドウォール状をなすようにし、これをマスクとしてソース・ドレイン領域形成のためのイオン注入を行うという方法がとられている。   As described above, in the conventional MOSFET, when the LDD structure is formed, post oxidation is performed after forming the gate electrode, ion implantation is performed using the gate electrode as a mask, a low concentration impurity region is formed, and then a silicon oxide film is formed. A method is employed in which the film is left on the side wall of the gate electrode by anisotropic etching to form a side wall, and ion implantation for forming a source / drain region is performed using this as a mask.

しかしながら、このサイドウォールを形成するためのエッチング工程で、ゲート絶縁膜までエッチングされることになる。このため、シリコン基板表面が露呈し、荒れが生じる原因となることがあった。   However, the gate insulating film is etched in the etching process for forming the sidewall. For this reason, the surface of the silicon substrate is exposed and may cause roughness.

また、ゲート絶縁膜までエッチングされるため、異方性エッチングとして通常用いられるプラズマエッチングにおいて、端部つまりゲート電極の端縁下に露呈するゲート絶縁膜の端面から、プラズマによるチャージングダメージが生じ、ホットキャリア耐性が劣化するという問題があった。   In addition, since etching is performed up to the gate insulating film, in plasma etching that is usually used as anisotropic etching, charging damage is caused by plasma from the end portion, that is, the end surface of the gate insulating film exposed under the edge of the gate electrode, There was a problem that hot carrier resistance deteriorated.

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、ゲートドレイン電流の低減をはかり、ホットキャリア寿命の長い半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a long hot carrier life by reducing a gate drain current.

そこで本発明の方法は、半導体基板表面にLDD構造のMOSデバイスを形成する半導体装置の製造方法であって、半導体基板表面にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の表面を酸化し、ポスト酸化膜を形成する工程と、このゲート電極をマスクとして低濃度の不純物拡散を行い、低濃度拡散領域を形成する工程と、前記ポスト酸化膜の上層にゲート絶縁膜に対してエッチング選択性をもつ材料で構成されたストッパ層を含むサイドウォールを形成する工程と、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拡散を行い、前記低濃度拡散領域よりも高濃度のソース・ドレイン領域を形成する工程とを含む。   Accordingly, a method of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device in which an LDD structure MOS device is formed on the surface of a semiconductor substrate, the step of forming a gate electrode on the surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film, A step of oxidizing the surface to form a post oxide film, a step of performing low concentration impurity diffusion using the gate electrode as a mask to form a low concentration diffusion region, and a gate insulating film on the post oxide film. Forming a sidewall including a stopper layer made of a material having etching selectivity, and performing impurity diffusion using the gate electrode and the sidewall as a mask, thereby providing a source / drain having a higher concentration than the low concentration diffusion region. Forming a region.

この構成により、ゲート絶縁膜に対してエッチング選択性をもつ材料で構成されたストッパ層を含むサイドウォールを形成するようにしているため、ゲート絶縁膜がゲート電極周辺でも残留しており、前記ゲート電極の端縁で、ゲート絶縁膜を、エッチングすることなく形成できるため、基板へのダメージだけでなく、ゲート絶縁膜への基板にダメージが入りトランジスタのリーク電流が増えるなどの特性劣化を生じることなく、形成することができ、ホットキャリア耐性の高い半導体装置を提供することが可能となる。   With this configuration, since the sidewall including the stopper layer made of a material having etching selectivity with respect to the gate insulating film is formed, the gate insulating film remains around the gate electrode, and the gate Since the gate insulating film can be formed at the edge of the electrode without etching, not only damage to the substrate but also damage to the substrate to the gate insulating film, resulting in deterioration of characteristics such as increased transistor leakage current Therefore, it is possible to provide a semiconductor device that can be formed and has high hot carrier resistance.

また、本発明の方法は、上記方法において、前記サイドウォールを形成する工程が、窒化シリコン膜を形成する工程を含むものを含む。   Further, the method of the present invention includes the above method, wherein the step of forming the sidewall includes a step of forming a silicon nitride film.

この構成により、ゲート絶縁膜の酸化シリコンに対しエッチング選択性のある条件でパターニングすることができ、信頼性の向上を図ることができる。   With this configuration, patterning can be performed under conditions having etching selectivity with respect to silicon oxide of the gate insulating film, and reliability can be improved.

また、本発明の方法は、上記方法において、前記サイドウォールを形成する工程が、前記ゲート電極の周囲を覆うポスト酸化膜を介して導電性膜を形成する工程を含むものを含む。   In addition, the method of the present invention includes the above method, wherein the step of forming the sidewall includes a step of forming a conductive film through a post oxide film covering the periphery of the gate electrode.

この構成により、ゲート絶縁膜の酸化シリコンに対しエッチング選択性のある条件でパターニングすることができ、信頼性の向上を図ることができる。   With this configuration, patterning can be performed under conditions having etching selectivity with respect to silicon oxide of the gate insulating film, and reliability can be improved.

また、本発明の方法は、上記方法において、前記導電性膜が、シリコン系導電性膜であるものを含む。   Moreover, the method of the present invention includes the above method, wherein the conductive film is a silicon-based conductive film.

また、本発明の方法は、上記方法において、前記導電性膜は、多結晶シリコン膜であるものを含む。   In addition, the method of the present invention includes the above method, wherein the conductive film is a polycrystalline silicon film.

また、本発明の方法は、上記方法において、前記導電性膜は、アモルファスシリコン膜であるものを含む。   In addition, the method of the present invention includes the above method, wherein the conductive film is an amorphous silicon film.

この構成により、集積回路の他の領域の配線の形成工程などと同時に形成することができ、工数の増大を抑制しつつ所望のLDD構造を形成することができる。   With this configuration, it can be formed at the same time as a wiring formation process in another region of the integrated circuit, and a desired LDD structure can be formed while suppressing an increase in man-hours.

また、本発明の方法は、上記方法において、前記導電性膜は金属膜であるものを含む。   Further, the method of the present invention includes the above method, wherein the conductive film is a metal film.

この構成により、多結晶シリコン膜などのシリコン系導電性膜の場合と同様、集積回路の他の領域の配線の形成工程などと同時に形成することができ、工数の増大を抑制しつつ所望のLDD構造を形成することができる。   With this configuration, as in the case of a silicon-based conductive film such as a polycrystalline silicon film, it can be formed at the same time as a wiring forming process in other regions of the integrated circuit, and a desired LDD while suppressing an increase in man-hours. A structure can be formed.

また、本発明の方法は、上記方法において、前記サイドウォールの形成工程は、前記ストッパ層を形成する工程と、前記ストッパ層の上層に酸化シリコン膜を形成する工程を含むものを含む。   Further, the method of the present invention includes the above method, wherein the side wall forming step includes a step of forming the stopper layer and a step of forming a silicon oxide film on the stopper layer.

この構成により、窒化シリコン膜や多結晶シリコン膜などのストッパ層を用いることにより、通常用いられる酸化シリコン膜をサイドウォールに用いることができ、工程を大きく変更することなく信頼性の高い半導体装置を形成することが可能となる。   With this configuration, by using a stopper layer such as a silicon nitride film or a polycrystalline silicon film, a commonly used silicon oxide film can be used for the sidewall, and a highly reliable semiconductor device can be obtained without greatly changing the process. It becomes possible to form.

また、本発明の方法は、上記方法において、前記ゲート電極は、MOSFETのゲート電極であるものを含む。   Further, the method of the present invention includes the above method, wherein the gate electrode is a gate electrode of a MOSFET.

この構成により、微細化に際してもホットキャリア耐性寿命が長く信頼性の高いMOSFETを形成することが可能となる。   With this configuration, it is possible to form a MOSFET with a long hot carrier resistance life and high reliability even when miniaturized.

また、本発明は、ゲート電極の側壁に形成されるサイドウォールが、ゲート絶縁膜に対してエッチング選択性をもつ材料で構成されたストッパ層を含む。   In the present invention, the sidewall formed on the sidewall of the gate electrode includes a stopper layer made of a material having etching selectivity with respect to the gate insulating film.

この構成により、サイドウォールの形成に際し、ゲート絶縁膜を除去することなく形成でき、ゲート絶縁膜へのプラズマダメージを防ぐことができる。   With this configuration, the sidewall can be formed without removing the gate insulating film, and plasma damage to the gate insulating film can be prevented.

また、本発明は、上記装置において、前記サイドウォールは、窒化シリコン膜で構成されるものを含む。   Further, the present invention includes the above apparatus, wherein the sidewall is formed of a silicon nitride film.

この構成により、サイドウォールの形成に際し、ゲート絶縁膜を残すことができるため、ゲート絶縁膜へのプラズマダメージを防ぐことができる。   With this configuration, since the gate insulating film can be left when the sidewall is formed, plasma damage to the gate insulating film can be prevented.

また、本発明は、上記装置において、前記サイドウォールは、ゲート電極の側壁に、前記ゲート電極表面を覆う絶縁膜を介して形成された導電性膜で構成されるものを含む。   Further, the present invention includes the above device, wherein the sidewall is formed of a conductive film formed on the side wall of the gate electrode through an insulating film covering the surface of the gate electrode.

また、本発明は、上記装置において、前記導電性膜は、シリコン系導電性膜であるものを含む。   Moreover, the present invention includes the above apparatus, wherein the conductive film is a silicon-based conductive film.

また、本発明は、上記装置において、前記導電性膜は、多結晶シリコン膜であるものを含む。   Further, the present invention includes the above apparatus, wherein the conductive film is a polycrystalline silicon film.

また、本発明は、上記装置において、前記導電性膜は、アモルファスシリコン膜であるものを含む。   Further, the present invention includes the above apparatus, wherein the conductive film is an amorphous silicon film.

また、本発明は、上記装置において、前記導電性膜は金属膜であるものを含む。   The present invention includes the above device, wherein the conductive film is a metal film.

また、本発明は、上記装置において、前記サイドウォールは、前記ストッパ層と、前記ストッパ層の上層に形成された酸化シリコン膜を含むものを含む。   Further, the present invention includes the above device, wherein the sidewall includes the stopper layer and a silicon oxide film formed on an upper layer of the stopper layer.

また、本発明は、上記装置において、前記ゲート電極は、MOSFETのゲート電極であるものを含む。   Further, the present invention includes the above device, wherein the gate electrode is a MOSFET gate electrode.

また、本発明は、上記装置において、前記半導体基板表面に、光電変換部と電荷転送部とを備えた固体撮像素子が配列されており、前記MOSFETはアンプ回路を構成するものであるものを含む。   Further, the present invention includes the above device, wherein a solid-state imaging device including a photoelectric conversion unit and a charge transfer unit is arranged on the surface of the semiconductor substrate, and the MOSFET constitutes an amplifier circuit. .

上記構成によれば、ホットキャリアに対する寿命を増大し、リーク電流の抑制された信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。   According to the above configuration, it is possible to provide a highly reliable semiconductor device in which the lifetime for hot carriers is increased and leakage current is suppressed.

以下本発明の実施の形態について図面を参照しつ説明する。
(実施の形態1)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)

本実施の形態の半導体装置としてMOSFETについて説明する。このMOSFETは、図1に拡大図を示すように、シリコン基板1表面に、酸化シリコン膜で構成されたゲート絶縁膜2を介してドープト多結晶シリコン膜で構成されたゲート電極3と、ゲート電極下に形成されるチャネルを介してソース拡散層5及びドレイン拡散層6が形成されてなるLDD構造のMOSFETであり、ゲート電極3の側壁に形成されるサイドウォール7が窒化シリコン膜で形成されたことを特徴とする。5L,6Lはそれぞれソース及びドレインに形成される低濃度不純物拡散領域である。本実施の形態では、サイドウォールの形成のための異方性エッチングに際し、ゲート絶縁膜2が、エッチングストッパとなり、基板表面に残留するため、基板表面及びゲート絶縁膜側面がゲート電極下でプラズマダメージを受けることなく良好に維持され、ホットキャリアに対する寿命のMOSFETを提供することが可能となる。   A MOSFET will be described as the semiconductor device of this embodiment. As shown in the enlarged view of FIG. 1, the MOSFET includes a gate electrode 3 formed of a doped polycrystalline silicon film on a surface of a silicon substrate 1 via a gate insulating film 2 formed of a silicon oxide film, and a gate electrode. A MOSFET having an LDD structure in which a source diffusion layer 5 and a drain diffusion layer 6 are formed through a channel formed below, and a side wall 7 formed on a side wall of the gate electrode 3 is formed of a silicon nitride film. It is characterized by that. Reference numerals 5L and 6L denote low-concentration impurity diffusion regions formed in the source and drain, respectively. In the present embodiment, the gate insulating film 2 serves as an etching stopper and remains on the substrate surface during anisotropic etching for forming the sidewall, so that the substrate surface and the side surface of the gate insulating film are plasma damaged under the gate electrode. It is possible to provide a MOSFET that is well maintained without being subjected to heat and has a lifetime against hot carriers.

次にこのMOSFETの製造方法について説明する。
まず、例えば不純物濃度1.0×1016cm−3程度のn型のシリコン基板1表面に、熱酸化法により膜厚200nm程度の酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜2を形成するとともに、この上層に減圧CVD法により多結晶シリコン膜3を形成する。成膜に際しては、減圧CVD法により、多結晶シリコン膜3を形成した後ドーピングを行う。このときの基板温度は800〜950℃とする。そしてフォトリソグラフィによりゲート電極のパターニングのためのレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとして異方性エッチング(RIE)を行い、ゲート電極3のパターンを形成する(図2(a))。
Next, a method for manufacturing this MOSFET will be described.
First, for example, a gate insulating film 2 made of a silicon oxide film having a thickness of about 200 nm is formed on the surface of an n-type silicon substrate 1 having an impurity concentration of about 1.0 × 10 16 cm −3 by a thermal oxidation method. A polycrystalline silicon film 3 is formed by low pressure CVD. In film formation, doping is performed after the polycrystalline silicon film 3 is formed by a low pressure CVD method. The substrate temperature at this time shall be 800-950 degreeC. Then, a resist pattern for patterning the gate electrode is formed by photolithography. Then, anisotropic etching (RIE) is performed using the resist pattern as a mask to form a pattern of the gate electrode 3 (FIG. 2A).

この後、950℃30分程度の熱酸化を行い、ゲート電極の周りおよびシリコン基板1表面に膜厚10nm程度の酸化シリコン4を形成する(ポスト酸化)。この後、ゲート電極3をマスクとして低濃度で浅いイオン注入を行い低濃度不純物拡散領域5L、6Lを形成する(図2(b))。   Thereafter, thermal oxidation is performed at 950 ° C. for about 30 minutes to form silicon oxide 4 having a thickness of about 10 nm around the gate electrode and on the surface of the silicon substrate 1 (post-oxidation). Thereafter, shallow ion implantation is performed at a low concentration using the gate electrode 3 as a mask to form low concentration impurity diffusion regions 5L and 6L (FIG. 2B).

そして、CVD法により、窒化シリコン膜7を形成する。(図2(c))。
この後、異方性エッチングによりゲート電極3の側壁の窒化シリコン膜を残して平坦部の窒化シリコン膜をエッチング除去する。このときポスト酸化膜4およびゲート絶縁膜の酸化シリコンがエッチングストッパとして作用し、シリコン基板1表面が露呈するのを防止することができる。
Then, the silicon nitride film 7 is formed by the CVD method. (FIG. 2 (c)).
Thereafter, the silicon nitride film on the flat portion is removed by etching while leaving the silicon nitride film on the sidewall of the gate electrode 3 by anisotropic etching. At this time, the post oxide film 4 and the silicon oxide of the gate insulating film act as an etching stopper, thereby preventing the surface of the silicon substrate 1 from being exposed.

こののち、ゲート電極3およびサイドウォールの窒化シリコン膜7をマスクとしてp型不純物をイオン注入し、アニールすることによりソースおよびドレイン領域5,6を形成する(図2(d))。このようにして図1に示したMOSFETが得られる。   Thereafter, p-type impurities are ion-implanted using the gate electrode 3 and the side-wall silicon nitride film 7 as a mask, and annealing is performed to form source and drain regions 5 and 6 (FIG. 2D). In this way, the MOSFET shown in FIG. 1 is obtained.

このようにして、サイドウォールの材料を酸化シリコン膜から窒化シリコン膜に代えるのみで、極めて容易に、半導体基板1表面を、エッチングすることなくゲート絶縁膜2で覆った状態を維持することができ、ゲート絶縁膜の端縁部にダメージが入りトランジスタのリーク電流が増えるなどの特性劣化を生じることなく、ホットキャリア耐性の高い半導体装置を提供することが可能となる。   In this way, the state in which the surface of the semiconductor substrate 1 is covered with the gate insulating film 2 can be easily maintained without being etched only by changing the material of the sidewall from the silicon oxide film to the silicon nitride film. Thus, it is possible to provide a semiconductor device having high hot carrier resistance without causing deterioration of characteristics such as damage to the edge portion of the gate insulating film and increase in leakage current of the transistor.

なお、前記実施の形態では電極として、多結晶シリコン膜を用いたが、これに代えてアモルファスシリコン膜を用いるようにしてもよい。   In the above embodiment, a polycrystalline silicon film is used as the electrode, but an amorphous silicon film may be used instead.

(実施の形態2)
次に本発明の実施の形態2について説明する。
前記実施の形態では、サイドウォールとして窒化シリコン膜を用いたが、窒化シリコン膜に代えて、図3に示すように、多結晶シリコン膜などの導電性膜7Mを用いてもよい。他は前記実施の形態1と同様に形成される。
この場合、半導体集積回路を構成する場合には他の配線層と同一工程で形成すればよく、工数を増大することなく形成可能である。アモルファスシリコン膜などのシリコン系導電性膜のほか、タングステン、チタン、アルミニウムなど他の金属膜を用いてもよい。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the above embodiment, the silicon nitride film is used as the sidewall. However, instead of the silicon nitride film, a conductive film 7M such as a polycrystalline silicon film may be used as shown in FIG. Others are formed in the same manner as in the first embodiment.
In this case, when forming a semiconductor integrated circuit, it may be formed in the same process as other wiring layers, and can be formed without increasing the number of steps. In addition to a silicon-based conductive film such as an amorphous silicon film, other metal films such as tungsten, titanium, and aluminum may be used.

(実施の形態3)
次に本発明の実施の形態3について説明する。
本実施の形態では、図4に示すように、サイドウォール自体は酸化シリコン膜10で形成するが、ストッパ膜8として窒化シリコン膜を介在させたことを特徴とするものである。他は、前記実施の形態1及び2と同様である。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the sidewall itself is formed of the silicon oxide film 10, but a silicon nitride film is interposed as the stopper film 8. The rest is the same as in the first and second embodiments.

製造に際しても、図5(a)乃至(e)に示すように、従来例で示した図6(a)乃至(d)に示した工程にストッパ膜8として窒化シリコン膜を形成する工程を付加するのみでよい。   In manufacturing, as shown in FIGS. 5A to 5E, a step of forming a silicon nitride film as the stopper film 8 is added to the steps shown in FIGS. 6A to 6D shown in the conventional example. Just do it.

すなわち、図6(a)および(b)に示したように、ポスト酸化を行いゲート電極の回りに酸化シリコン膜4を形成した後、プラズマCVD法により膜厚15nm程度の窒化シリコン膜8を形成する(図5(c))。   That is, as shown in FIGS. 6A and 6B, post oxidation is performed to form a silicon oxide film 4 around the gate electrode, and then a silicon nitride film 8 having a thickness of about 15 nm is formed by plasma CVD. (FIG. 5C).

そして、CVD法により、酸化シリコン膜9を形成する。(図5(d))。
この後、異方性エッチングによりゲート電極3の側壁の酸化シリコン膜を残して平坦部の酸化シリコン膜をエッチング除去する。このときストッパ膜である窒化シリコン膜8がストッパとして作用し、シリコン基板1表面が露呈するのを防止することができる。
Then, a silicon oxide film 9 is formed by the CVD method. (FIG. 5 (d)).
Thereafter, the silicon oxide film in the flat portion is removed by etching while leaving the silicon oxide film on the side wall of the gate electrode 3 by anisotropic etching. At this time, the silicon nitride film 8 as a stopper film acts as a stopper, and the surface of the silicon substrate 1 can be prevented from being exposed.

こののち、このようにして形成されたサイドウォールとしての酸化シリコン膜9をマスクとしてシリコン基板表面の窒化シリコン膜8をエッチング除去する。そして、ゲート電極3およびサイドウォールの酸化シリコン膜9をマスクとしてp型不純物をイオン注入し、アニールすることによりソースおよびドレイン領域5,6を形成する(図5(e))このようにして図4に示したMOSFETが得られる。   Thereafter, the silicon nitride film 8 on the surface of the silicon substrate is removed by etching using the silicon oxide film 9 as a side wall formed in this way as a mask. Then, p-type impurities are ion-implanted using the gate electrode 3 and the silicon oxide film 9 on the side wall as a mask, and annealed to form source and drain regions 5 and 6 (FIG. 5E). The MOSFET shown in FIG. 4 is obtained.

このようにして、サイドウォールの形成に先立ち、ストッパとなる下地膜(ストッパ膜)を形成しておくことにより、半導体基板1表面を、エッチングすることなくゲート絶縁膜2で覆った状態を維持することができ、ゲート絶縁膜の端縁部にダメージが入りトランジスタのリーク電流が増えるなどの特性劣化を生じることなく、ホットキャリア耐性の高い半導体装置を提供することが可能となる。   In this way, by forming a base film (stopper film) serving as a stopper prior to the formation of the sidewalls, the state in which the surface of the semiconductor substrate 1 is covered with the gate insulating film 2 without being etched is maintained. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device having high hot carrier resistance without causing deterioration of characteristics such as damage to the edge portion of the gate insulating film and increase in leakage current of the transistor.

この構造は特に半導体集積回路例えば、固体撮像素子のアンプ回路に形成するMOSFETのように、他の素子領域に対して熱工程を低減する必要があるときにも極めて有効であり、他の素子の配線層などの形成と同一工程で形成すればよいため、工数を増大することなく形成可能である。   This structure is particularly effective when it is necessary to reduce the thermal process for other element regions, such as a semiconductor integrated circuit, for example, a MOSFET formed in an amplifier circuit of a solid-state imaging element. Since it suffices to form the wiring layer and the like in the same process, it can be formed without increasing the number of steps.

なお前記実施の形態では、MOSFETについて説明したが、MOSFETをスイッチングトランジスタとして用いたDRAMなどのメモリのほか、浮遊ゲート型MOSメモリなどのメモリデバイスなど種々の半導体装置に対して適用可能である。   Although the MOSFET has been described in the above embodiment, the present invention can be applied to various semiconductor devices such as a memory device such as a floating gate type MOS memory in addition to a memory such as a DRAM using the MOSFET as a switching transistor.

この構成によれば、ホットキャリア寿命の長いMOSデバイスを形成することができることから、固体撮像素子のアンプ回路をはじめ種々のMOSLSIに適用可能である。   According to this configuration, since a MOS device having a long hot carrier life can be formed, it can be applied to various MOS LSIs including an amplifier circuit of a solid-state imaging device.

本発明の実施の形態1のMOSFETを示す図The figure which shows MOSFET of Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1のMOSFETの製造工程を示す図The figure which shows the manufacturing process of MOSFET of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2のMOSFETを示す図The figure which shows MOSFET of Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3のMOSFETを示す図The figure which shows MOSFET of Embodiment 3 of this invention 本発明の実施の形態3のMOSFETの製造工程を示す図The figure which shows the manufacturing process of MOSFET of Embodiment 3 of this invention. 従来例のMOSFETの製造工程を示す図The figure which shows the manufacturing process of MOSFET of a prior art example

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
2 ゲート絶縁膜
3 ゲート電極
4 酸化シリコン膜
5 ソース領域
6 ドレイン領域
5L 低濃度不純物拡散領域
6L 低濃度不純物拡散領域
7 窒化シリコン膜
8 窒化シリコン膜(ストッパ)
9 酸化シリコン膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Gate insulating film 3 Gate electrode 4 Silicon oxide film 5 Source region 6 Drain region 5L Low concentration impurity diffusion region 6L Low concentration impurity diffusion region 7 Silicon nitride film 8 Silicon nitride film (stopper)
9 Silicon oxide film

Claims (19)

半導体基板表面にLDD構造のMOSデバイスを形成する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板表面にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の表面を酸化し、ポスト酸化膜を形成する工程と、
このゲート電極をマスクとして低濃度の不純物拡散を行い、低濃度拡散領域を形成する工程と、
前記ポスト酸化膜の上層にゲート絶縁膜に対してエッチング選択性をもつ材料で構成されたストッパ層を含むサイドウォールを形成する工程と、
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拡散を行い、前記低濃度拡散領域よりも高濃度のソース・ドレイン領域を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device for forming a MOS device having an LDD structure on a surface of a semiconductor substrate,
Forming a gate electrode on the semiconductor substrate surface via a gate insulating film;
Oxidizing the surface of the gate electrode to form a post oxide film;
A step of performing low concentration impurity diffusion using the gate electrode as a mask to form a low concentration diffusion region;
Forming a sidewall including a stopper layer made of a material having etching selectivity with respect to the gate insulating film on the post oxide film; and
Forming a source / drain region having a concentration higher than that of the low concentration diffusion region by performing impurity diffusion using the gate electrode and the sidewall as a mask.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記サイドウォールを形成する工程は、窒化シリコン膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of forming the sidewall includes a step of forming a silicon nitride film.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記サイドウォールを形成する工程は、前記ゲート電極の周囲を覆うポスト酸化膜を介して導電性膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The step of forming the sidewall includes a step of forming a conductive film through a post oxide film covering the periphery of the gate electrode.
請求項3に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記導電性膜は、シリコン系導電性膜である半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the conductive film is a silicon-based conductive film.
請求項4に記載の半導体装置であって、
前記導電性膜は、多結晶シリコン膜である半導体装置の製造方法。
The semiconductor device according to claim 4,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the conductive film is a polycrystalline silicon film.
請求項4に記載の半導体装置であって、
前記導電性膜は、アモルファスシリコン膜である半導体装置の製造方法。
The semiconductor device according to claim 4,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the conductive film is an amorphous silicon film.
請求項4に記載の半導体装置であって、
前記導電性膜は金属膜である半導体装置の製造方法。
The semiconductor device according to claim 4,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the conductive film is a metal film.
請求項1に記載の半導体装置であって、
前記サイドウォールの形成工程は、前記ストッパ層を形成する工程と、前記ストッパ層の上層に酸化シリコン膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法。
The semiconductor device according to claim 1,
The sidewall forming step includes a step of forming the stopper layer and a step of forming a silicon oxide film on the stopper layer.
請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート電極は、MOSFETのゲート電極である半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the gate electrode is a gate electrode of a MOSFET.
半導体基板表面にLDD構造のMOSデバイスを形成した半導体装置であって、
ゲート電極の側壁に形成されるサイドウォールが、ゲート絶縁膜に対してエッチング選択性をもつ材料で構成されたストッパ層を含む半導体装置。
A semiconductor device in which a MOS device having an LDD structure is formed on the surface of a semiconductor substrate,
A semiconductor device including a stopper layer in which a sidewall formed on a sidewall of a gate electrode is made of a material having etching selectivity with respect to a gate insulating film.
請求項10に記載の半導体装置であって、
前記サイドウォールは、窒化シリコン膜で構成される半導体装置。
The semiconductor device according to claim 10,
The sidewall is a semiconductor device composed of a silicon nitride film.
請求項10に記載の半導体装置であって、
前記サイドウォールは、ゲート電極の側壁に、前記ゲート電極表面を覆う絶縁膜を介して形成された導電性膜で構成される半導体装置。
The semiconductor device according to claim 10,
The side wall is a semiconductor device composed of a conductive film formed on a side wall of a gate electrode via an insulating film covering the surface of the gate electrode.
請求項12に記載の半導体装置であって、
前記導電性膜は、シリコン系導電性膜である半導体装置。
The semiconductor device according to claim 12,
The semiconductor device, wherein the conductive film is a silicon-based conductive film.
請求項13に記載の半導体装置であって、
前記導電性膜は、多結晶シリコン膜である半導体装置。
The semiconductor device according to claim 13,
The semiconductor device, wherein the conductive film is a polycrystalline silicon film.
請求項13に記載の半導体装置であって、
前記導電性膜は、アモルファスシリコン膜である半導体装置。
The semiconductor device according to claim 13,
The semiconductor device, wherein the conductive film is an amorphous silicon film.
請求項12に記載の半導体装置であって、
前記導電性膜は金属膜である半導体装置。
The semiconductor device according to claim 12,
The semiconductor device, wherein the conductive film is a metal film.
請求項10に記載の半導体装置であって、
前記サイドウォールは、前記ストッパ層と、前記ストッパ層の上層に形成された酸化シリコン膜を含む半導体装置。
The semiconductor device according to claim 10,
The side wall is a semiconductor device including the stopper layer and a silicon oxide film formed in an upper layer of the stopper layer.
請求項10乃至17のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記ゲート電極は、MOSFETのゲート電極である半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 10 to 17,
The semiconductor device, wherein the gate electrode is a gate electrode of a MOSFET.
請求項18に記載の半導体装置であって、
前記半導体基板表面に、光電変換部と電荷転送部とを備えた固体撮像素子が配列されており、
前記MOSFETはアンプ回路を構成するものである半導体装置。
The semiconductor device according to claim 18,
A solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit and a charge transfer unit is arranged on the surface of the semiconductor substrate,
The MOSFET is a semiconductor device that constitutes an amplifier circuit.
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