JP2007048840A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2007048840A
JP2007048840A JP2005229887A JP2005229887A JP2007048840A JP 2007048840 A JP2007048840 A JP 2007048840A JP 2005229887 A JP2005229887 A JP 2005229887A JP 2005229887 A JP2005229887 A JP 2005229887A JP 2007048840 A JP2007048840 A JP 2007048840A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
source
silicon substrate
semiconductor device
predetermined
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
JP2005229887A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masamichi Suzuki
正道 鈴木
Daisuke Matsushita
大介 松下
Tatsuo Shimizu
達雄 清水
Akira Takashima
章 高島
Masahiro Koike
正浩 小池
Toshinori Numata
敏典 沼田
Izumi Hirano
泉 平野
Takeshi Yamaguchi
豪 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2005229887A priority Critical patent/JP2007048840A/en
Publication of JP2007048840A publication Critical patent/JP2007048840A/en
Abandoned legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a semiconductor device capable of introducing high density impurity into a very shallow region from the surface of a silicon substrate. <P>SOLUTION: The manufacturing method of a semiconductor device forms a shallow junction source/drain region on both sides of a gate structure in a direction of a gate length, the gate structure including a predetermined shape gate insulating film 4 and a gate electrode 5 formed at predetermined positions on a p-type silicon substrate 1. The method comprises an etching process of etching a formation region of the source/drain region to a predetermined depth; a<SP>30</SP>Si layer formation process of depositing a<SP>30</SP>Si layer of a predetermined composition on the p-type silicon substrate 1, and subjecting a<SP>30</SP>Si layer 21 to selective epitaxial growth into the formation region of the source/drain region; and a neutron radiation irradiation process of irradiating neutron radiation 50 to the p-type silicon substrate 1 to form<SP>31</SP>P of predetermined concentration in the<SP>30</SP>Si layer 21. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置とその製造方法に関し、特に高濃度のP(リン)を含むn型ソース/ドレイン領域を有する半導体装置とその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having an n-type source / drain region containing a high concentration of P (phosphorus) and a manufacturing method thereof.

半導体装置を製造する際に、半導体装置上の所定の領域を所定の導電性をもたらす不純物濃度とするための技術として、イオン注入法が知られている。このイオン注入法は、不純物原子をイオンビームとして半導体装置上の所定の領域に照射して注入した後に、そのイオン注入不純物を活性化するとともにイオン注入時のイオンの衝突による半導体装置のダメージを回復させるためのアニール処理を行うものである。   When manufacturing a semiconductor device, an ion implantation method is known as a technique for setting a predetermined region on the semiconductor device to an impurity concentration that provides predetermined conductivity. In this ion implantation method, after irradiating a predetermined region on a semiconductor device with an impurity atom as an ion beam, the ion implantation impurity is activated, and damage to the semiconductor device due to collision of ions during ion implantation is recovered. Annealing treatment is performed.

近年の半導体技術の進歩によって、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の高速化および微細化が進み、それに伴って、ソース/ドレイン間の抵抗を低くする必要性が生じている。そのために、ソース/ドレイン領域の不純物濃度を高くしなければならないが、このとき、イオン注入する不純物量を多くするために大電流のイオンビームを用いるイオン注入法が用いられる。   With recent advances in semiconductor technology, the speed and miniaturization of MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) have progressed, and accordingly, there is a need to reduce the resistance between the source and drain. Therefore, the impurity concentration of the source / drain regions must be increased. At this time, an ion implantation method using a large current ion beam is used to increase the amount of impurities to be ion implanted.

また、このほかに、Si(シリコン)を使用した半導体装置をn型とするために、半導体基板の一面側全体に30Si層を形成し、この30Si層を中性子で照射して、次式(1)の核反応によって31Pを生成して、n型のSi層を形成する方法も知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Also, In addition to this, a semiconductor device using a Si (silicon) to the n-type, the 30 Si layer is formed on one entire surface of the semiconductor substrate, the 30 Si layer is irradiated with neutrons, the following equation A method of forming 31 P by the nuclear reaction (1) to form an n-type Si layer is also known (see, for example, Patent Document 1).

30Si(n,δ)31Si→31P+β ・・・(1) 30 Si (n, δ) 31 Si → 31 P + β (1)

特開平4−168722号公報JP-A-4-168722

ところで、MOSFETの微細化によるゲート長の短縮に伴い基板の深い部分で電流の漏れが生じる短チャネル効果が問題となる。これを抑制するために、ソース/ドレイン領域の極浅い領域にのみ不純物をイオン注入し、pn接合を形成する、いわゆる浅い接合の形成技術が必要となる。   By the way, there is a problem of a short channel effect in which current leakage occurs in a deep portion of the substrate as the gate length is shortened by miniaturization of the MOSFET. In order to suppress this, a so-called shallow junction formation technique is required in which impurities are ion-implanted only in the very shallow region of the source / drain region to form a pn junction.

しかし、従来のソース/ドレイン領域の形成方法であるイオン注入法によって浅い接合を形成するためには、非常に低いエネルギでイオン注入しなければならないが、低エネルギのイオンビームは発散してしまい、十分な電流量を得るのが困難である。また、イオン注入する際にイオンの衝突でシリコン基板に生じたダメージにより、イオン注入後に行われるアニール工程において、イオン注入した不純物がシリコン基板内の広い範囲に拡散してしまい、不純物が存在する領域を極浅い領域に限定した浅い接合の形成を困難にしている。つまり、今後さらに微細化が進むLSI(Large Scale Integrated circuit)においては、従来利用されているイオン注入法では、上記のような制約によって、高い不純物濃度をもつ浅い接合を形成することは極めて困難であるという問題点があった。   However, in order to form a shallow junction by an ion implantation method, which is a conventional source / drain region formation method, ions must be implanted with very low energy, but a low energy ion beam is diverged, It is difficult to obtain a sufficient amount of current. In addition, due to damage caused to the silicon substrate by ion collision during ion implantation, in the annealing process performed after ion implantation, the ion implanted impurity diffuses over a wide area in the silicon substrate, and the region where the impurity exists Therefore, it is difficult to form a shallow junction that is limited to a very shallow region. In other words, in an LSI (Large Scale Integrated circuit) that will be further miniaturized in the future, it is extremely difficult to form a shallow junction having a high impurity concentration by the above-described restrictions by the ion implantation method that has been conventionally used. There was a problem that there was.

また、上記特許文献1には、中性子照射による核反応を用いてSi基板をn型にする方法については開示されているが、MOSFETなどの半導体装置の所定の領域に不純物原子を導入する場合の具体的な方法については示されていなかった。   Moreover, although the method of making a Si substrate into n type using the nuclear reaction by neutron irradiation is indicated by the said patent document 1, in the case of introduce | transducing an impurity atom in the predetermined area | region of semiconductor devices, such as MOSFET, No specific method was shown.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シリコン基板の表面から非常に浅い領域に高濃度の不純物を導入することができる半導体装置の製造方法と、その製造方法によって製造された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, and a method for manufacturing a semiconductor device capable of introducing a high-concentration impurity into a very shallow region from the surface of a silicon substrate, and a semiconductor manufactured by the manufacturing method An object is to provide an apparatus.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、p型シリコン基板上の所定の位置に形成された所定形状のゲート絶縁膜とゲート電極を含むゲート構造のゲート長方向両側に浅い接合のソース/ドレイン領域を形成する半導体装置の製造方法であって、前記ソース/ドレイン領域の形成領域を、所定の深さにエッチングするエッチング工程と、前記p型シリコン基板上に所定の組成の30Si層を堆積させ、前記ソース/ドレイン領域の形成領域に30Si層を選択エピタキシャル成長させる30Si層形成工程と、前記p型シリコン基板に中性子線を照射して、前記30Si層中に所定の濃度の31Pを形成する中性子線照射工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a gate structure on both sides in a gate length direction of a gate structure including a gate insulating film having a predetermined shape and a gate electrode formed at a predetermined position on a p-type silicon substrate. A method of manufacturing a semiconductor device for forming a source / drain region having a shallow junction, an etching step for etching the source / drain region formation region to a predetermined depth, and a predetermined composition on the p-type silicon substrate. is the 30 Si layer deposition, and the 30 Si layer formation step of selective epitaxial growth of the 30 Si layer formation region of the source / drain regions, by irradiating neutrons to the p-type silicon substrate, in the 30 Si layer And a neutron beam irradiation step for forming 31 P of a predetermined concentration.

また、本発明は、p型シリコン基板上の所定の位置に形成されたゲート構造と、該ゲート構造のゲート長方向両側に形成されたソース/ドレイン領域と、前記ソース/ドレイン領域上にエレベーテッド構造を有する半導体装置の製造方法であって、前記p型シリコン基板上に所定の組成の30Si層を堆積させ、前記ソース/ドレイン領域に30Si層を選択エピタキシャル成長させる30Si層形成工程と、前記p型シリコン基板に中性子線を照射して、前記30Si層中に所定の濃度の31Pを有する持ち上げソース/ドレイン層を形成する中性子線照射工程と、を含むことを特徴とする。 The present invention also provides a gate structure formed at a predetermined position on a p-type silicon substrate, source / drain regions formed on both sides of the gate structure in the gate length direction, and elevated on the source / drain regions. a method of manufacturing a semiconductor device having a structure, the p-type silicon was on the substrate is deposited a 30 Si layer of a predetermined composition, and 30 Si layer formation step of selective epitaxial growth of the 30 Si layer on the source / drain regions, Irradiating the p-type silicon substrate with a neutron beam to form a lifted source / drain layer having a predetermined concentration of 31 P in the 30 Si layer.

さらに、本発明は、シリコン基板上の所定の位置に形成された所定形状のゲート絶縁膜とゲート電極を含むゲート構造のゲート長方向両側にp型のソース/ドレイン領域を形成する半導体装置の製造方法であって、前記ゲート構造の形成前に前記ゲート構造の形成領域を含む領域に所定の厚さの30Si層を堆積させ、該30Si層に中性子線を照射して、所定の濃度の31Pを含むチャンネル領域を形成することを特徴とする。 Furthermore, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device in which p-type source / drain regions are formed on both sides in the gate length direction of a gate structure including a gate insulating film having a predetermined shape and a gate electrode formed at a predetermined position on a silicon substrate. In the method, a 30 Si layer having a predetermined thickness is deposited in a region including the formation region of the gate structure before the gate structure is formed, and the neutron beam is irradiated to the 30 Si layer to obtain a predetermined concentration. A channel region including 31 P is formed.

また、本発明は、p型シリコン基板上に所定の組成の30Si層をエピタキシャル成長させる30Si層形成工程と、所定の位置に中性子吸収材を配置したマスクを、前記中性子吸収材が前記p型シリコン基板上のゲート構造形成領域と重なるように位置合せして、前記p型シリコン基板上に配置するマスク配置工程と、前記マスク上から中性子線を前記p型シリコン基板上に照射して、前記30Si層中に所定の濃度の31Pに変換してソース/ドレイン領域を形成する中性子線照射工程と、を含み、前記中性子吸収材の配置位置に対応する前記ゲート構造形成領域にゲート構造を形成することを特徴とする。 The present invention also provides a 30 Si layer forming step of epitaxially growing a 30 Si layer having a predetermined composition on a p-type silicon substrate, and a mask in which a neutron absorbing material is disposed at a predetermined position, wherein the neutron absorbing material is the p-type A mask placement step of positioning on the p-type silicon substrate in alignment with the gate structure formation region on the silicon substrate, and irradiating the p-type silicon substrate with neutron beams from the mask, anda neutron beam irradiation to form a source / drain region is converted to 31 P of a predetermined concentration in the 30 Si layer, a gate structure in the gate structure forming region corresponding to the position of the neutron absorber It is characterized by forming.

さらに、本発明は、上記の発明のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法を用いて製造した半導体装置であることを特徴とする。   Furthermore, the present invention is a semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above inventions.

本発明によれば、p型シリコン基板表面から非常に浅い範囲の深さにも高濃度のn型の不純物がドープされるので、半導体装置の素子サイズの微細化が可能になるという効果を奏する。   According to the present invention, since a high concentration of n-type impurities is doped even in a very shallow depth from the surface of the p-type silicon substrate, the element size of the semiconductor device can be reduced. .

また、本発明によれば、エレベーテッド構造を有するソース/ドレイン領域上の持ち上げソース/ドレイン層は、30Siに中性子線を照射して高濃度の不純物(31P)濃度を有するようにしたので、高い導電率を有する。その結果、イオン注入法などの方法によって、ソース/ドレイン領域の浅い領域に高濃度の不純物原子をドープできず、表面抵抗率が大きくなってしまった場合でも、ソース/ドレイン領域の表面抵抗を低くすることができるという効果を奏する。 Further, according to the present invention, the lifted source / drain layer on the source / drain region having the elevated structure has a high impurity ( 31 P) concentration by irradiating 30 Si with a neutron beam. , Has high conductivity. As a result, even when a high concentration of impurity atoms cannot be doped in the shallow region of the source / drain region by a method such as ion implantation, the surface resistance of the source / drain region is reduced even if the surface resistivity increases. There is an effect that can be done.

さらに、本発明によれば、基板方向に非常に急峻な不純物濃度のプロファイルを有するレトログレードチャネルを形成することができるという効果を奏する。   Furthermore, according to the present invention, it is possible to form a retrograde channel having a very steep impurity concentration profile in the substrate direction.

さらに、本発明によれば、予め浅い接合を形成するソース/ドレイン領域とする部分に薄い30Si層を形成し、中性子照射によって所定の不純物濃度となるように拡散層を形成したので、ソース/ドレイン領域をイオン注入によって形成する場合に比してソース/ドレイン領域の深さを高い精度で制御することができるという効果を奏する。 Furthermore, according to the present invention, since a thin 30 Si layer is formed in a portion to be a source / drain region where a shallow junction is formed in advance and a diffusion layer is formed so as to have a predetermined impurity concentration by neutron irradiation, Compared with the case where the drain region is formed by ion implantation, the depth of the source / drain region can be controlled with high accuracy.

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる半導体装置とその製造方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる半導体装置の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。   Exemplary embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments. The cross-sectional views of the semiconductor devices used in the following embodiments are schematic, and the relationship between the thickness and width of the layers, the ratio of the thicknesses of the layers, and the like are different from the actual ones.

本発明は、シリコン単結晶に中性子線を照射することにより、シリコン中に天然存在比3.1%の割合で存在する30Siが31Siに変換され、さらにこれがβ崩壊して安定同位元素である31Pに変換されることを利用してシリコン中に均一にPをドープする方法を、MOSFETにおけるソース/ドレイン領域の形成に適用するものである。 In the present invention, by irradiating a silicon single crystal with a neutron beam, 30 Si present in silicon at a ratio of 3.1% of natural abundance is converted to 31 Si. A method of uniformly doping P into silicon by utilizing the conversion to a certain 31 P is applied to formation of a source / drain region in a MOSFET.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明が適用される半導体装置の構造の一例を模式的に示す一部断面図である。この図1では、半導体装置として、MISFET(Metal Insulator Semiconductor FET)の主要部の構成の一例を模式的に示している。半導体基板としてのp型シリコン基板1の上面内には、シリコン酸化膜などからなる素子分離絶縁膜2が形成されている。素子分離絶縁膜2によって規定される素子形成領域内には、MISFETが形成されている。MISFETは、ゲート絶縁膜4、ゲート電極5およびサイドウォール6を含むゲート構造3と、ゲート構造3の下方のチャネル領域を挟んで対をなすソース/ドレイン領域7とを有している。なお、本発明では、ソース/ドレイン領域7は、約20nmまでの間の所定の厚さを有するものとする。
(First embodiment)
FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing an example of the structure of a semiconductor device to which the present invention is applied. FIG. 1 schematically shows an example of the configuration of the main part of a MISFET (Metal Insulator Semiconductor FET) as a semiconductor device. An element isolation insulating film 2 made of a silicon oxide film or the like is formed in the upper surface of a p-type silicon substrate 1 as a semiconductor substrate. A MISFET is formed in the element formation region defined by the element isolation insulating film 2. The MISFET has a gate structure 3 including a gate insulating film 4, a gate electrode 5, and sidewalls 6, and a source / drain region 7 that forms a pair with a channel region below the gate structure 3 interposed therebetween. In the present invention, the source / drain region 7 has a predetermined thickness of up to about 20 nm.

シリコン基板1上には、MISFETを覆って、シリコン酸化膜などからなる層間絶縁膜11が形成されている。層間絶縁膜11内には、MISFETのソース/ドレイン領域7に接続された複数のコンタクトプラグ12が形成されている。この層間絶縁膜11上には、所定の形状にパターン形成された上部配線層13が形成されて、層間絶縁膜11に形成されたコンタクトプラグ12を介して下層のソース/ドレイン領域7と電気的に接続されている。   On the silicon substrate 1, an interlayer insulating film 11 made of a silicon oxide film or the like is formed so as to cover the MISFET. In the interlayer insulating film 11, a plurality of contact plugs 12 connected to the source / drain regions 7 of the MISFET are formed. An upper wiring layer 13 patterned in a predetermined shape is formed on the interlayer insulating film 11, and is electrically connected to the underlying source / drain region 7 through the contact plug 12 formed in the interlayer insulating film 11. It is connected to the.

つぎに、本発明にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図2−1〜図2−5は、本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である。ここでは、図1に示されるシリコン酸化膜からなる素子分離絶縁膜2により電気的に分離された1つのMISFETの作製手順を表示している。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described. FIGS. 2-1 to 2-5 are diagrams schematically showing an example of the manufacturing procedure of the semiconductor device according to the present invention. Here, the manufacturing procedure of one MISFET electrically isolated by the element isolation insulating film 2 made of the silicon oxide film shown in FIG. 1 is shown.

まず、図2−1に示されるように、p型シリコン半導体基板(以下、単にシリコン基板という)1上にゲート絶縁膜4であるSiO2(二酸化シリコン)とゲート電極5であるPoly-Siを堆積させる。その後、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術によって、ゲート絶縁膜4とゲート電極5が所定の電極形状に加工される。続けて、図2−2に示されるように、等方性エッチングにより、ゲート絶縁膜4とゲート電極5のゲート長方向(図の左右方向)両側に高い不純物濃度を有する浅い接合を形成するために、シリコン基板1の表面から所定の深さhの領域をエッチングする。このときの深さhは20nmよりも浅い範囲で適宜選択される。図2−1〜図2−2で行われるエッチングは、希フッ酸などを用いたウェットエッチングでもよいし、反応性イオンエッチング、ケミカルドライエッチングやプラズマエッチングなどのドライエッチングでもよい。 First, as shown in FIG. 2A, SiO 2 (silicon dioxide) as a gate insulating film 4 and Poly-Si as a gate electrode 5 are formed on a p-type silicon semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a silicon substrate) 1. Deposit. Thereafter, the gate insulating film 4 and the gate electrode 5 are processed into a predetermined electrode shape by a known photolithography technique and etching technique. Subsequently, as shown in FIG. 2B, a shallow junction having a high impurity concentration is formed on both sides of the gate insulating film 4 and the gate electrode 5 in the gate length direction (left-right direction in the figure) by isotropic etching. Next, a region having a predetermined depth h is etched from the surface of the silicon substrate 1. The depth h at this time is appropriately selected within a range shallower than 20 nm. Etching performed in FIGS. 2-1 to 2-2 may be wet etching using dilute hydrofluoric acid or the like, or may be dry etching such as reactive ion etching, chemical dry etching, or plasma etching.

ついで、図2−3に示されるように、シリコン基板1がエッチングされた領域にCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって30Si層21を選択エピタキシャル成長させる。このとき、30Si層21は図2−2でシリコン基板1のエッチングされた領域を埋める厚さhだけ成膜される。ここで、ソースガスとしてシランの同位体ガス30SiH4が用いられる。この30Siを構成元素に持つソースガスを用いるのは、後述する中性子線を照射する工程で背景技術の(1)式で示した核反応を起こさせるためである。なお、後の工程でこのシリコン基板1がエッチングされたソース/ドレイン領域7に生じさせる31Pを所定の濃度とするために、ソースガスにおけるシランの同位体ガス30SiH4の濃度を、28SiH4に対して変化させるようにしてもよい。ただし、同位体ガス30SiH4の濃度の選択は、30Siを31Pに変化させる処理工程における変換の割合によって定められるものである。また、CVD法によって30Si層21をシリコン基板1のエッチングされた領域に選択エピタキシャル成長させる際に、ゲート電極5上にもアモルファスの30Si層21αが堆積する。このゲート電極5上のアモルファス30Si層21αは、図2−3に示されるように、ゲート電極5のゲート長よりも突出した突出部22を有して形成される。つまり、アモルファス30Si層21αのシリコン基板1上に投影した際の面積は、ゲート電極5のシリコン基板1上に投影した際の面積よりも大きくなる。 Next, as shown in FIG. 2C, a 30 Si layer 21 is selectively epitaxially grown by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method in the region where the silicon substrate 1 is etched. At this time, the 30 Si layer 21 is formed to a thickness h that fills the etched region of the silicon substrate 1 in FIG. Here, silane isotope gas 30 SiH 4 is used as a source gas. The reason why the source gas having 30 Si as a constituent element is used is to cause the nuclear reaction shown in the equation (1) of the background art in the step of irradiating neutrons described later. In order to obtain a predetermined concentration of 31 P generated in the source / drain region 7 in which the silicon substrate 1 is etched in a later step, the concentration of silane isotope gas 30 SiH 4 in the source gas is set to 28 SiH. You may make it change with respect to 4 . However, the selection of the concentration of the isotope gas 30 SiH 4 is determined by the rate of conversion in the processing step of changing 30 Si to 31 P. Further, when the 30 Si layer 21 is selectively epitaxially grown in the etched region of the silicon substrate 1 by the CVD method, an amorphous 30 Si layer 21α is also deposited on the gate electrode 5. The amorphous 30 Si layer 21α on the gate electrode 5 is formed to have a protruding portion 22 that protrudes beyond the gate length of the gate electrode 5, as shown in FIG. That is, the area when the amorphous 30 Si layer 21α is projected onto the silicon substrate 1 is larger than the area when the gate electrode 5 is projected onto the silicon substrate 1.

ついで、図2−4に示されるように、シリコン基板1表面に垂直な方向から、熱中性子源からの中性子線50を所定の条件で照射する。この際、中性子線50の照射量の均一性を得るために、シリコン基板1を基板面の中心の法線を中心にして面内方向に回転しながら照射するのが望ましい。これにより、背景技術の(1)式で示した核反応が行われ、シリコン基板1をエッチングした領域に形成された30Si層21中の30Siが31Pに変化する。その結果、図2−5に示されるように、所望の表面抵抗率を有するソース/ドレイン領域7が得られる。たとえば、1×1016[n/cm2・sec]の熱中性子束を2.8時間かけて照射した場合には、875[Ω/sq・cm]の表面抵抗率を有するソース/ドレイン領域7が形成される。 Next, as shown in FIG. 2-4, a neutron beam 50 from a thermal neutron source is irradiated from a direction perpendicular to the surface of the silicon substrate 1 under predetermined conditions. At this time, in order to obtain a uniform irradiation amount of the neutron beam 50, it is desirable to irradiate the silicon substrate 1 while rotating in the in-plane direction around the normal line at the center of the substrate surface. Thus, conducted nuclear reaction shown in (1) of the background art, 30 Si 30 in the Si layer 21 of the silicon substrate 1 is formed in the etched region is changed to 31 P. As a result, as shown in FIG. 2-5, a source / drain region 7 having a desired surface resistivity is obtained. For example, when a thermal neutron flux of 1 × 10 16 [n / cm 2 · sec] is irradiated for 2.8 hours, the source / drain region 7 having a surface resistivity of 875 [Ω / sq · cm]. Is formed.

なお、ソース/ドレイン領域7の表面抵抗率は、シリコン基板1のエッチング量すなわち30Siを選択エピタキシャル成長させる膜厚や選択エピタキシャル成長させる膜中の30Siの濃度、熱中性子束、照射時間を適宜調整することによって変更することができる。 The surface resistivity of the source / drain regions 7, appropriately adjusted 30 Si concentration in the film to the film thickness and selective epitaxial growth is selective epitaxial growth of etching amount i.e. 30 Si of the silicon substrate 1, the thermal neutron flux, the irradiation time Can be changed.

また、このとき、ゲート電極5上に堆積されたアモルファス30Si層21αにも中性子線50が照射されることによって、31Pへ一部変換されて導電性を得ることになるが、この部分はソース/ドレイン領域7と電気的に分離されているので、MISFETの動作に問題はない。また、上述したように、ゲート電極5上に堆積されるアモルファス30Si層21αの面積はゲート電極5のそれよりも大きく、突出部22を有するため、ソース/ドレイン領域7中のチャネル領域近傍においては、上方のゲート電極5からはみ出したアモルファス30Si層21αの突出部22による中性子の吸収が生じるため、それ以外のソース/ドレイン領域7よりも31Pへ変換される量が少なくなる。つまり、チャネル領域近傍のソース/ドレイン領域7には低濃度不純物領域7aが形成され、これにより、MISFETの内部電界が緩和されるので、ホットキャリア効果が抑制される。 At this time, the amorphous 30 Si layer 21α deposited on the gate electrode 5 is also irradiated with the neutron beam 50 to be partially converted to 31 P to obtain conductivity. Since the source / drain region 7 is electrically isolated, there is no problem in the operation of the MISFET. Further, as described above, the area of the amorphous 30 Si layer 21α deposited on the gate electrode 5 is larger than that of the gate electrode 5 and has the protruding portion 22, so that it is near the channel region in the source / drain region 7. In this case, neutrons are absorbed by the protrusions 22 of the amorphous 30 Si layer 21α protruding from the upper gate electrode 5, so that the amount converted to 31 P is smaller than the other source / drain regions 7. That is, the low concentration impurity region 7a is formed in the source / drain region 7 in the vicinity of the channel region, thereby relaxing the internal electric field of the MISFET and suppressing the hot carrier effect.

その後、ゲート電極5上のアモルファス30Si層21αを除去し、ゲート電極5とゲート絶縁膜4の側面にサイドウォール6が形成されるように加工する。そして、公知の手法により、シリコン基板1上に層間絶縁膜11を形成し、ソース/ドレイン領域7に接続するコンタクトプラグ12を層間絶縁膜11に形成し、層間絶縁膜11上に所定のパターンを有する上部配線層13を形成することによって、図1に示される半導体装置が得られる。 Thereafter, the amorphous 30 Si layer 21α on the gate electrode 5 is removed, and processing is performed so that the sidewalls 6 are formed on the side surfaces of the gate electrode 5 and the gate insulating film 4. Then, an interlayer insulating film 11 is formed on the silicon substrate 1 by a known method, contact plugs 12 connected to the source / drain regions 7 are formed on the interlayer insulating film 11, and a predetermined pattern is formed on the interlayer insulating film 11. By forming the upper wiring layer 13 having the semiconductor device, the semiconductor device shown in FIG. 1 is obtained.

この半導体装置の製造方法によれば、シリコン基板1上の浅い接合を形成するゲート/ドレイン領域7に相当する部分を除去し、そこに30Si層21を選択エピタキシャル成長させ、中性子線50を照射することによりこの部分にのみ不純物原子が導入される。図3は、ソース/ドレイン領域におけるシリコン基板表面からの不純物原子の濃度のプロファイルを模式的に示す図である。この図において、横軸はシリコン基板1表面(ここでは、ソース/ドレイン領域7に形成された選択エピタキシャル成長した30Si層21の表面)からの深さを表しており、縦軸はシリコン基板1にドープされた不純物濃度を表している。従来用いられているイオン注入法では、図中の破線で示されるように、シリコン基板1表面からある深さd1で不純物濃度が最大となり、それよりも深い位置では不純物濃度が減少していくプロファイルを有している。一方、実線で示される第1の実施の形態による不純物原子のドープ方法によれば、選択エピタキシャル成長させた30Si層21の厚さに相当するhまでの深さでは、不純物濃度は所定の値を示し、hよりも深い位置では、不純物濃度が存在しない、急峻な変化を示すプロファイル形状を有する。このように浅い接合をシリコン基板1上に形成することが可能となる。 According to this method for manufacturing a semiconductor device, a portion corresponding to the gate / drain region 7 forming a shallow junction on the silicon substrate 1 is removed, and a 30 Si layer 21 is selectively epitaxially grown thereon and irradiated with a neutron beam 50. Thus, impurity atoms are introduced only in this portion. FIG. 3 is a diagram schematically showing a profile of the concentration of impurity atoms from the silicon substrate surface in the source / drain regions. In this figure, the horizontal axis represents the depth from the surface of the silicon substrate 1 (here, the surface of the 30 Si layer 21 selectively grown on the source / drain region 7), and the vertical axis represents the silicon substrate 1. It represents the doped impurity concentration. In the conventional ion implantation method, as indicated by a broken line in the figure, the impurity concentration becomes maximum at a certain depth d 1 from the surface of the silicon substrate 1, and the impurity concentration decreases at a deeper position. Has a profile. On the other hand, according to the impurity atom doping method according to the first embodiment indicated by the solid line, the impurity concentration has a predetermined value at a depth up to h corresponding to the thickness of the 30 Si layer 21 that has been selectively epitaxially grown. In a position deeper than h, there is a profile shape showing an abrupt change in which no impurity concentration exists. In this way, a shallow junction can be formed on the silicon substrate 1.

また、イオン注入法では、シリコン基板1表面から約20nmの深さまでの浅い領域に高濃度の不純物原子をドープすることができないが、第1の実施の形態の方法によれば、シリコン基板1表面から約20nmの深さまでの浅い領域でも、高濃度の不純物原子をドープすることができる。   Further, in the ion implantation method, a high concentration impurity atom cannot be doped in a shallow region from the surface of the silicon substrate 1 to a depth of about 20 nm. However, according to the method of the first embodiment, the surface of the silicon substrate 1 Even in a shallow region from about 20 nm to a depth of about 20 nm, high-concentration impurity atoms can be doped.

なお、上述した例では、シリコン基板1にゲート絶縁膜4を堆積させたものを用いているが、基板としてSOI(Silicon On Insulator)構造の基板を用いてもよい。また、ゲート絶縁膜4はSiO2に限定されるものではなく、遷移金属や希土類金属を含むような酸化物、いわゆる高誘電率(High-k)膜であってもよい。同様にゲート電極5はPoly-Siに限定されるものではなく、遷移金属またはその化合物で構成されるような導電性材料であってもよい。さらに、上述した例では、ゲート電極5にPoly-Siを用いているが、このPoly-Siを30Siで形成することにより、中性子照射によるソース/ドレイン領域7の形成時に、同時にゲート電極5にも31Pをドープして、その後の熱処理により活性化してもよい。 In the above-described example, the silicon substrate 1 having the gate insulating film 4 deposited thereon is used. However, an SOI (Silicon On Insulator) structure substrate may be used as the substrate. The gate insulating film 4 is not limited to SiO 2 , and may be an oxide containing a transition metal or a rare earth metal, a so-called high dielectric constant (High-k) film. Similarly, the gate electrode 5 is not limited to Poly-Si, and may be a conductive material composed of a transition metal or a compound thereof. Furthermore, in the above-described example, Poly-Si is used for the gate electrode 5, but when this Poly-Si is formed of 30 Si, the gate electrode 5 is simultaneously formed when the source / drain region 7 is formed by neutron irradiation. Alternatively, 31 P may be doped and activated by a subsequent heat treatment.

また、接合部近傍での接合リークを低減させるために、ソース/ドレイン領域7のシリコン基板1との接合部付近では30Si濃度を中性子照射前に予め低濃度に設定するなどして(たとえば、シリコン基板1をエッチングした領域に30Si層を成長させる場合に、堆積初期には、ソースガスの同位体ガス30SiH4の流量を28SiH4の流量に比して低く設定し、所定の厚さに達した後には、30SiH4の流量を高く設定するなどして)、不純物濃度プロファイルを変化させることで任意に設定することができる。 In order to reduce the junction leakage in the vicinity of the junction, the 30 Si concentration is set to a low concentration before neutron irradiation in the vicinity of the junction between the source / drain region 7 and the silicon substrate 1 (for example, When a 30 Si layer is grown in a region where the silicon substrate 1 has been etched, at the initial stage of deposition, the flow rate of the source gas isotope gas 30 SiH 4 is set lower than the flow rate of 28 SiH 4 to a predetermined thickness. the after reaching the are, such as by setting high flow rate of 30 SiH 4), it can be arbitrarily set by varying the impurity concentration profile.

さらに、上述した例では、nチャネルMISFETの場合に浅い接合のn型拡散層を形成する場合を説明したが、MISFETのチャネルに不純物原子を導入する場合にも、上記と同様の方法を用いることができる。ただし、この場合には、ゲート絶縁膜4の堆積前に、n型またはノンドープのシリコン基板全面またはチャネル領域に薄く30Si層を堆積させ、中性子線を照射することによって、レトログレードチャネル(階段型チャネルプロファイル)と呼ばれるような、深さ方向に非常に急峻なプロファイルを有するシリコン基板、または同様な手法を用いた適当なタイプの基板を用いる。このように埋め込みチャネルを有するシリコン基板に、ゲート構造を形成し、ゲート構造のゲート長方向両側にp型の不純物原子をイオン注入法などによって注入して、p型拡散層からなるソース/ドレイン領域を形成する。 Furthermore, in the above-described example, the case where an n-type diffusion layer having a shallow junction is formed in the case of an n-channel MISFET has been described. However, when impurity atoms are introduced into the channel of the MISFET, the same method as described above is used. Can do. However, in this case, before the gate insulating film 4 is deposited, a thin 30 Si layer is deposited on the entire surface of the n-type or non-doped silicon substrate or on the channel region, and irradiated with neutron rays, thereby introducing a retrograde channel (step type). A silicon substrate having a very steep profile in the depth direction, referred to as a channel profile, or an appropriate type of substrate using a similar technique is used. Thus, a gate structure is formed on a silicon substrate having a buried channel, and p-type impurity atoms are implanted into both sides of the gate structure in the gate length direction by an ion implantation method or the like to form a source / drain region made of a p-type diffusion layer. Form.

この第1の実施の形態によれば、p型シリコン基板1表面(ゲート絶縁膜4とシリコン基板1との境界面)から20nmまでの非常に浅い範囲の深さにも高濃度のn型の不純物をドープして、ソース/ドレイン領域7の表面抵抗を低くすることができるという効果を有する。   According to the first embodiment, high-concentration n-type is also used in a very shallow range from the surface of the p-type silicon substrate 1 (the boundary surface between the gate insulating film 4 and the silicon substrate 1) to 20 nm. It has an effect that the surface resistance of the source / drain region 7 can be lowered by doping impurities.

(第2の実施の形態)
この第2の実施の形態では、ソース/ドレイン領域の抵抗の低減を図るために、ソース/ドレイン領域を持ち上げた構造のエレベーテッド構造を有する半導体装置の製造方法について説明する。図4は、本発明が適用される半導体装置の構造の一例を模式的に示す一部断面図である。この半導体装置は、図1の半導体装置において、ソース/ドレイン領域7上に、高濃度の不純物原子31Pを含むシリコン層からなる持ち上げソース/ドレイン層8が形成される構造を有している。この様に半導体装置のソース/ドレイン領域7がエレベーテッド構造を有することによって、シリコン基板1上に形成されたソース/ドレイン領域7の不純物濃度を高められずに抵抗を下げることができない場合でも、その表面抵抗を下げることができる。なお、第1の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device having an elevated structure in which the source / drain regions are raised in order to reduce the resistance of the source / drain regions will be described. FIG. 4 is a partial cross-sectional view schematically showing an example of the structure of a semiconductor device to which the present invention is applied. This semiconductor device has a structure in which a lifted source / drain layer 8 made of a silicon layer containing high-concentration impurity atoms 31 P is formed on the source / drain region 7 in the semiconductor device of FIG. Thus, even when the source / drain region 7 of the semiconductor device has an elevated structure, the impurity concentration of the source / drain region 7 formed on the silicon substrate 1 cannot be increased and the resistance cannot be lowered. Its surface resistance can be lowered. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

つぎに、本発明にかかる中性子照射を用いた原子核転換によって形成されたエレベーテッド構造をソース/ドレイン領域に有する半導体装置の製造方法について説明する。図5−1〜図5−4は、本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である。ここでも第1の実施の形態と同様に、シリコン酸化膜からなる図示しない素子分離絶縁膜により電気的に分離された1つのMISFETの作製手順を表示している。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device having an elevated structure formed by nuclear conversion using neutron irradiation in a source / drain region according to the present invention will be described. 5A to 5D are diagrams schematically illustrating an example of the manufacturing procedure of the semiconductor device according to the present invention. Here, as in the first embodiment, the manufacturing procedure of one MISFET electrically isolated by an element isolation insulating film (not shown) made of a silicon oxide film is displayed.

まず、図5−1に示されるように、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜4、Poly-Siからなるゲート電極5、およびこれらの側面のシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなるサイドウォール6を含むゲート構造3と、ゲート構造3のゲート長方向の両側に形成されたソース/ドレイン領域7とが形成されたp型シリコン基板1を用意する。ここで、基板として、第1の実施の形態と同様にSOI構造の基板を用いてもよい。また、ソース/ドレイン領域7は、イオン注入によりPを導入後、アニール工程により活性化され、n型拡散層が形成されているものとする。なお、このイオン注入される元素は、Pのほかにn型不純物となるAs(砒素)やIn(インジウム)であってもよい。また、このソース/ドレイン領域7のn型拡散層は、公知のプロセスによるもののほか、第1の実施の形態のプロセスによって作成されたものであってもよい。   First, as shown in FIG. 5A, a gate insulating film 4 made of a silicon oxide film, a gate electrode 5 made of Poly-Si, and sidewalls 6 made of a silicon oxide film or a silicon nitride film on these side surfaces are included. A p-type silicon substrate 1 is prepared in which a gate structure 3 and source / drain regions 7 formed on both sides of the gate structure 3 in the gate length direction are formed. Here, a substrate having an SOI structure may be used as the substrate as in the first embodiment. The source / drain region 7 is assumed to be activated by an annealing process after introducing P by ion implantation to form an n-type diffusion layer. In addition to P, this ion-implanted element may be As (arsenic) or In (indium), which is an n-type impurity. In addition, the n-type diffusion layer of the source / drain region 7 may be formed by the process of the first embodiment in addition to a known process.

ついで、図5−2に示されるように、ソース/ドレイン領域7上にCVD法でシランの同位体ガス30SiH4をソースガスとして用いることによって、30Si層23を20nmまでの厚さで選択エピタキシャル成長させる。なお、後の工程でこの30Si層23に生じさせる31Pを所定の濃度とするために、ソースガスにおけるシランの同位体ガス30SiH4の濃度を、28SiH4に対して変化させるようにしてもよい。ただし、同位体ガス30SiH4の濃度の選択は、30Siを31Pに変化させる処理工程における変換の割合によって定められるものである。また、CVD法によって30Si層23をソース/ドレイン領域7上に選択エピタキシャル成長させる際に、ゲート構造3上にもアモルファスの30Si層23αが堆積する。 Next, as shown in FIG. 5B, the 30 Si layer 23 is selected to a thickness of up to 20 nm by using the silane isotope gas 30 SiH 4 as the source gas by the CVD method on the source / drain region 7. Epitaxially grow. In order to make 31 P generated in the 30 Si layer 23 in a later step a predetermined concentration, the concentration of the silane isotope gas 30 SiH 4 in the source gas is changed with respect to 28 SiH 4 . May be. However, the selection of the concentration of the isotope gas 30 SiH 4 is determined by the rate of conversion in the processing step of changing 30 Si to 31 P. Further, when the 30 Si layer 23 is selectively epitaxially grown on the source / drain region 7 by the CVD method, an amorphous 30 Si layer 23α is also deposited on the gate structure 3.

ついで、図5−3に示されるように、シリコン基板1表面に垂直な方向から、熱中性子源からの中性子線50を所定の条件で照射する。この際、中性子線50の照射量の均一性を得るために、シリコン基板1を基板面の中心の法線を軸にして面内方向に回転しながら照射するのが望ましい。この中性子線50の照射により、図5−4に示されるように、背景技術の(1)式で示した核反応が行われ、ソース/ドレイン領域7上に形成された30Si層23中の30Siが31Pに変化する。その結果、所望の表面抵抗率を有する持ち上げソース/ドレイン層8が得られる。 Next, as shown in FIG. 5C, a neutron beam 50 from a thermal neutron source is irradiated under a predetermined condition from a direction perpendicular to the surface of the silicon substrate 1. At this time, in order to obtain a uniform irradiation amount of the neutron beam 50, it is desirable to irradiate the silicon substrate 1 while rotating in the in-plane direction around the normal line of the center of the substrate surface. By the irradiation of the neutron beam 50, as shown in FIG. 5-4, the nuclear reaction shown by the equation (1) of the background art is performed, and the 30 Si layer 23 formed on the source / drain region 7 30 Si changes to 31 P. As a result, a lifted source / drain layer 8 having a desired surface resistivity is obtained.

なお、持ち上げソース/ドレイン層8の表面抵抗率は、30Si層23を選択エピタキシャル成長させる膜厚や選択エピタキシャル成長させる膜中の30Siの濃度、熱中性子束、照射時間を適宜調整することによって変更することができる。 The surface resistivity of the lifted source / drain layer 8 is changed by appropriately adjusting the film thickness for selective epitaxial growth of the 30 Si layer 23, the concentration of 30 Si in the film for selective epitaxial growth, the thermal neutron flux, and the irradiation time. be able to.

その後、ゲート構造3上のアモルファス30Si層23αを除去し、公知の手法により、シリコン基板1上に層間絶縁膜11を形成し、持ち上げソース/ドレイン層8に接続するコンタクトプラグ12を層間絶縁膜11に形成し、層間絶縁膜11上に所定の形状にパターニングされた上部配線層13を形成することによって、図4に示される半導体装置が得られる。 Thereafter, the amorphous 30 Si layer 23α on the gate structure 3 is removed, an interlayer insulating film 11 is formed on the silicon substrate 1 by a known method, and the contact plug 12 connected to the lifted source / drain layer 8 is connected to the interlayer insulating film. 4 and forming the upper wiring layer 13 patterned into a predetermined shape on the interlayer insulating film 11, the semiconductor device shown in FIG. 4 is obtained.

この第2の実施の形態によれば、イオン注入法などの方法によって、ソース/ドレイン領域7の浅い領域に高濃度の不純物原子をドープできない場合に、ソース/ドレイン領域7上に、中性子線を照射して30Siから得られる高濃度の不純物(31P)濃度を有する持ち上げソース/ドレイン層8を形成したエレベーテッド構造とすることで、ソース/ドレイン領域7の表面抵抗を低くすることができるという効果を有する。 According to the second embodiment, when a high concentration of impurity atoms cannot be doped in a shallow region of the source / drain region 7 by a method such as ion implantation, a neutron beam is applied to the source / drain region 7. The surface resistance of the source / drain region 7 can be lowered by employing an elevated structure in which the lifted source / drain layer 8 having a high impurity ( 31 P) concentration obtained from 30 Si is formed by irradiation. It has the effect.

(第3の実施の形態)
第1の実施の形態では、シリコン基板1上にゲート構造3を形成してから、ゲート構造3のゲート長方向の両側にソース/ドレイン領域7を形成する場合を例に挙げたが、この第3の実施の形態では、中性子照射を用いた原子核転換によって形成されたn型のソース/ドレイン領域7をゲート絶縁膜4堆積前に形成する場合を説明する。
(Third embodiment)
In the first embodiment, the gate structure 3 is formed on the silicon substrate 1 and then the source / drain regions 7 are formed on both sides of the gate structure 3 in the gate length direction. In the third embodiment, a case will be described in which the n-type source / drain region 7 formed by nuclear conversion using neutron irradiation is formed before the gate insulating film 4 is deposited.

図6−1〜図6−4は、本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である。まず、図6−1に示されるように、p型シリコン基板1を用意する。ついで、図6−2に示されるようにCVD法でシランの同位体ガス30SiH4をソースガスとして用いることによって、30Si層25を浅い接合のソース/ドレイン領域7の深さに対応する20nmまでの厚さで選択エピタキシャル成長させる。なお、後の工程でこの30Si層25に生じさせる31Pを所定の濃度とするために、ソースガスにおけるシランの同位体ガス30SiH4の濃度を、28SiH4に対して変化させるようにしてもよい。ただし、同位体ガス30SiH4の濃度の選択は、30Siを31Pに変化させる処理工程における変換の割合によって定められるものである。また、基板として、第1の実施の形態と同様にSOI構造の基板を用いてもよい。 6A to 6D are diagrams schematically illustrating an example of a manufacturing procedure of the semiconductor device according to the present invention. First, as shown in FIG. 6A, a p-type silicon substrate 1 is prepared. Next, as shown in FIG. 6B, by using the silane isotope gas 30 SiH 4 as a source gas by the CVD method, the 30 Si layer 25 is 20 nm corresponding to the depth of the source / drain region 7 of the shallow junction. Selective epitaxial growth with thickness up to It should be noted that the concentration of silane isotope gas 30 SiH 4 in the source gas is changed with respect to 28 SiH 4 so that 31 P generated in the 30 Si layer 25 in a later step has a predetermined concentration. May be. However, the selection of the concentration of the isotope gas 30 SiH 4 is determined by the rate of conversion in the processing step of changing 30 Si to 31 P. Further, as the substrate, a substrate having an SOI structure may be used as in the first embodiment.

ついで、図6−3に示されるように、このエピタキシャル成長された30Si層25上に、中性子吸収材32でパターンが形成されているガラス製のマスク31を設置する。中性子吸収材32としては、Hf(ハフニウム)などの中性子を吸収する物質が用いられる。また、マスク31の設置時には、図示しない素子分離絶縁膜によって規定される素子形成領域内のほぼ中央付近に中性子吸収材32が位置するように位置合せが行われる。その後、熱中性子源からの中性子線50が、このマスク31を介して30Si層25を有するシリコン基板1上に照射される。 Next, as shown in FIG. 6C, a glass mask 31 in which a pattern is formed with a neutron absorber 32 is placed on the epitaxially grown 30 Si layer 25. As the neutron absorber 32, a substance that absorbs neutrons such as Hf (hafnium) is used. Further, when the mask 31 is installed, alignment is performed so that the neutron absorber 32 is located in the vicinity of the center in the element formation region defined by the element isolation insulating film (not shown). Thereafter, the neutron beam 50 from the thermal neutron source is irradiated onto the silicon substrate 1 having the 30 Si layer 25 through the mask 31.

ついで、図6−4に示されるように、30Si層25のうちマスク31によって中性子が吸収されることなく透過してきた領域では、原子核転換が誘起されることにより30Siが31Pへ変換され、所定のP濃度を有するソース/ドレイン領域7が形成される。また、30Si層25のうち中性子吸収材32でパターンされた領域では、中性子がマスク31を透過せず、30Si層25に照射されないために、不純物がドープされない30Si層(チャンネル領域)9がそのまま残った状態となる。 Next, as shown in FIG. 6-4, in the region of the 30 Si layer 25 in which neutrons are transmitted without being absorbed by the mask 31, nuclear conversion is induced to convert 30 Si into 31 P. A source / drain region 7 having a predetermined P concentration is formed. Further, in the region patterned with the neutron absorber 32 in the 30 Si layer 25, neutrons do not pass through the mask 31 and are not irradiated to the 30 Si layer 25, and therefore, the 30 Si layer (channel region) 9 that is not doped with impurities. Remains as it is.

その後、チャンネル領域9上にゲート絶縁膜4、ゲート電極5およびこれらのゲート絶縁膜4とゲート電極5を所定の形状にした後にゲート長方向の両側にサイドウォール6を形成したゲート構造3を形成する。そして、公知の手法により、シリコン基板1上に層間絶縁膜11を形成し、ソース/ドレイン領域7に接続するコンタクトプラグ12を層間絶縁膜11に形成し、層間絶縁膜11上に所定の形状を有する上部配線層13を形成することによって、図1に示される半導体装置が得られる。なお、ゲート絶縁膜4を形成する前に、たとえば、チャンネル領域9以外の領域にフォトレジストなどでマスクをしてイオン注入法によって、ソース/ドレイン領域7間の30Si層のチャンネル領域9にp型の不純物を導入してもよい。 Thereafter, the gate insulating film 4, the gate electrode 5 and the gate structure 3 in which the side walls 6 are formed on both sides in the gate length direction after forming the gate insulating film 4 and the gate electrode 5 in a predetermined shape on the channel region 9 are formed. To do. Then, an interlayer insulating film 11 is formed on the silicon substrate 1 by a known method, contact plugs 12 connected to the source / drain regions 7 are formed in the interlayer insulating film 11, and a predetermined shape is formed on the interlayer insulating film 11. By forming the upper wiring layer 13 having the semiconductor device, the semiconductor device shown in FIG. 1 is obtained. Before forming the gate insulating film 4, for example, a region other than the channel region 9 is masked with a photoresist or the like and the channel region 9 of the 30 Si layer between the source / drain regions 7 is formed by ion implantation. Type impurities may be introduced.

この第3の実施の形態によれば、浅い接合を形成する領域を第1の実施の形態のように、30Si層を選択エピタキシャル成長させる領域をエッチングする必要がなく、エッチングに比べて高い精度で30Si層25の膜厚を制御することができるという効果を有する。 According to the third embodiment, it is not necessary to etch the region where the 30 Si layer is selectively epitaxially grown as in the first embodiment, and the region where the shallow junction is formed is more accurate than etching. 30 The film thickness of the Si layer 25 can be controlled.

以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、素子サイズが微細化されたMISFET構造を有する半導体装置に有用である。   As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is useful for a semiconductor device having a MISFET structure in which an element size is miniaturized.

本発明が適用される半導体装置の構造の一例を模式的に示す一部断面図である。It is a partial sectional view showing typically an example of the structure of the semiconductor device to which the present invention is applied. 本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である(その1)。It is a figure which shows typically an example of the manufacturing procedure of the semiconductor device by this invention (the 1). 本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である(その2)。It is a figure which shows typically an example of the manufacturing procedure of the semiconductor device by this invention (the 2). 本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である(その3)。It is a figure which shows typically an example of the manufacturing procedure of the semiconductor device by this invention (the 3). 本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である(その4)。FIG. 10 is a diagram schematically showing an example of a manufacturing procedure of the semiconductor device according to the present invention (part 4); 本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である(その5)。It is a figure which shows typically an example of the manufacturing procedure of the semiconductor device by this invention (the 5). ソース/ドレイン領域におけるシリコン基板表面からの不純物原子の濃度のプロファイルを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the profile of the density | concentration of the impurity atom from the silicon substrate surface in a source / drain area | region. 本発明が適用される半導体装置の構造の一例を模式的に示す一部断面図である。It is a partial sectional view showing typically an example of the structure of the semiconductor device to which the present invention is applied. 本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である(その1)。It is a figure which shows typically an example of the manufacturing procedure of the semiconductor device by this invention (the 1). 本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である(その2)。It is a figure which shows typically an example of the manufacturing procedure of the semiconductor device by this invention (the 2). 本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である(その3)。It is a figure which shows typically an example of the manufacturing procedure of the semiconductor device by this invention (the 3). 本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である(その4)。FIG. 10 is a diagram schematically showing an example of a manufacturing procedure of the semiconductor device according to the present invention (part 4). 本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である(その1)。It is a figure which shows typically an example of the manufacturing procedure of the semiconductor device by this invention (the 1). 本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である(その2)。It is a figure which shows typically an example of the manufacturing procedure of the semiconductor device by this invention (the 2). 本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である(その3)。It is a figure which shows typically an example of the manufacturing procedure of the semiconductor device by this invention (the 3). 本発明による半導体装置の製造手順の一例を模式的に示す図である(その4)。FIG. 10 is a diagram schematically showing an example of a manufacturing procedure of the semiconductor device according to the present invention (part 4);

符号の説明Explanation of symbols

1 p型半導体基板
2 素子分離絶縁膜
3 ゲート構造
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 サイドウォール
7 ソース/ドレイン領域
7a 低濃度不純物領域
8 持ち上げソース/ドレイン層
9 チャンネル領域
11 層間絶縁膜
12 コンタクトプラグ
13 上層配線層
21,23,25 30Si層
21α,23α アモルファス30Si層
22 突出部
31 マスク
32 中性子吸収材
50 中性子線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 p-type semiconductor substrate 2 Element isolation insulating film 3 Gate structure 4 Gate insulating film 5 Gate electrode 6 Side wall 7 Source / drain region 7a Low concentration impurity region 8 Lifting source / drain layer 9 Channel region 11 Interlayer insulating film 12 Contact plug 13 Upper wiring layers 21, 23, 25 30 Si layer 21α, 23α Amorphous 30 Si layer 22 Projection 31 Mask 32 Neutron absorber 50 Neutron beam

Claims (5)

p型シリコン基板上の所定の位置に形成された所定形状のゲート絶縁膜とゲート電極を含むゲート構造のゲート長方向両側に浅い接合のソース/ドレイン領域を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記ソース/ドレイン領域の形成領域を、所定の深さにエッチングするエッチング工程と、
前記p型シリコン基板上に所定の組成の30Si層を堆積させ、前記ソース/ドレイン領域の形成領域に30Si層を選択エピタキシャル成長させる30Si層形成工程と、
前記p型シリコン基板に中性子線を照射して、前記30Si層中に所定の濃度の31Pを形成する中性子線照射工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein shallow junction source / drain regions are formed on both sides in a gate length direction of a gate structure including a gate insulating film and a gate electrode having a predetermined shape formed at a predetermined position on a p-type silicon substrate. ,
An etching step of etching the source / drain region formation region to a predetermined depth;
The p-type silicon was on the substrate is deposited a 30 Si layer of a predetermined composition, and 30 Si layer formation step of selective epitaxial growth of the 30 Si layer formation region of the source / drain regions,
Irradiating the p-type silicon substrate with a neutron beam to form a predetermined concentration of 31 P in the 30 Si layer; and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
p型シリコン基板上の所定の位置に形成されたゲート構造と、該ゲート構造のゲート長方向両側に形成されたソース/ドレイン領域と、前記ソース/ドレイン領域上にエレベーテッド構造を有する半導体装置の製造方法であって、
前記p型シリコン基板上に所定の組成の30Si層を堆積させ、前記ソース/ドレイン領域に30Si層を選択エピタキシャル成長させる30Si層形成工程と、
前記p型シリコン基板に中性子線を照射して、前記30Si層中に所定の濃度の31Pを有する持ち上げソース/ドレイン層を形成する中性子線照射工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A semiconductor device having a gate structure formed at a predetermined position on a p-type silicon substrate, source / drain regions formed on both sides of the gate structure in the gate length direction, and an elevated structure on the source / drain region. A manufacturing method comprising:
A 30 Si layer forming step of depositing a 30 Si layer having a predetermined composition on the p-type silicon substrate and selectively epitaxially growing the 30 Si layer in the source / drain regions;
Irradiating the p-type silicon substrate with a neutron beam to form a lifted source / drain layer having a predetermined concentration of 31 P in the 30 Si layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
シリコン基板上の所定の位置に形成された所定形状のゲート絶縁膜とゲート電極を含むゲート構造のゲート長方向両側にp型のソース/ドレイン領域を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート構造の形成前に前記ゲート構造の形成領域を含む領域に所定の厚さの30Si層を堆積させ、該30Si層に中性子線を照射して、所定の濃度の31Pを含むチャンネル領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein p-type source / drain regions are formed on both sides of a gate structure in a gate length direction of a gate structure including a gate insulating film having a predetermined shape and a gate electrode formed at a predetermined position on a silicon substrate,
Before forming the gate structure, a 30 Si layer having a predetermined thickness is deposited in a region including the formation region of the gate structure, and the 30 Si layer is irradiated with neutron beams, so that a channel containing 31 P having a predetermined concentration is formed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a region.
p型シリコン基板上に所定の組成の30Si層をエピタキシャル成長させる30Si層形成工程と、
所定の位置に中性子吸収材を配置したマスクを、前記中性子吸収材が前記p型シリコン基板上のゲート構造形成領域と重なるように位置合せして、前記p型シリコン基板上に配置するマスク配置工程と、
前記マスク上から中性子線を前記p型シリコン基板上に照射して、前記30Si層中に所定の濃度の31Pに変換してソース/ドレイン領域を形成する中性子線照射工程と、
を含み、前記中性子吸収材の配置位置に対応する前記ゲート構造形成領域にゲート構造を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
a 30 Si layer forming step of epitaxially growing a 30 Si layer having a predetermined composition on a p-type silicon substrate;
A mask placement step in which a mask in which a neutron absorber is disposed at a predetermined position is aligned on the p-type silicon substrate by aligning the neutron absorber with the gate structure formation region on the p-type silicon substrate. When,
A neutron beam irradiation step of irradiating the p-type silicon substrate with a neutron beam from above the mask and converting it into a predetermined concentration of 31 P in the 30 Si layer to form a source / drain region;
And a gate structure is formed in the gate structure formation region corresponding to the position where the neutron absorber is disposed.
請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法を用いて製造した半導体装置。

A semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.

JP2005229887A 2005-08-08 2005-08-08 Semiconductor device and manufacturing method thereof Abandoned JP2007048840A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005229887A JP2007048840A (en) 2005-08-08 2005-08-08 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005229887A JP2007048840A (en) 2005-08-08 2005-08-08 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007048840A true JP2007048840A (en) 2007-02-22

Family

ID=37851440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005229887A Abandoned JP2007048840A (en) 2005-08-08 2005-08-08 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007048840A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101737447B1 (en) * 2015-04-28 2017-05-18 주식회사 로터텍 Motor device having an elongate shaft for inhibiting rotation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101737447B1 (en) * 2015-04-28 2017-05-18 주식회사 로터텍 Motor device having an elongate shaft for inhibiting rotation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6242323B1 (en) Semiconductor device and process for producing the same
KR101811796B1 (en) Semiconductor devices including source/drain regions with abrupt junction profiles and methods of fabricating the same
US6465842B2 (en) MIS semiconductor device and method of fabricating the same
US9196710B2 (en) Integrated circuits with relaxed silicon / germanium fins
US20030119276A1 (en) Semiconductor device and process for producing the same
US8222100B2 (en) CMOS circuit with low-k spacer and stress liner
KR20010110769A (en) SEMICONDUCTOR DEVICE WITH AN INTEGRATED CMOS CIRCUIT WITH MOS TRANSISTORS HAVING SILICON-GERMANIUM (Si1-xGex) GATE ELECTRODES, AND METHOD OF MANUFACTURING SAME
JP2006059843A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP2007123896A (en) Method of manufacturing chip and fet (transistor having dielectric stressor element for applying in-plane shear stress)
CN103681454A (en) Isolation for semiconductor devices
JP2012079745A (en) Method of manufacturing semiconductor device
US5525535A (en) Method for making doped well and field regions on semiconductor substrates for field effect transistors using liquid phase deposition of oxides
US20020179996A1 (en) Semiconductor device having a nitride barrier for preventing formation of structural defects
CN109119473B (en) Transistor and manufacturing method thereof
JP2007048840A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
TW201347007A (en) Method for manufacturing semiconductor device
US20100032813A1 (en) Ic formed with densified chemical oxide layer
JP4031408B2 (en) Manufacturing method of MOS transistor
CN107170704A (en) Semiconductor structure and forming method thereof
JPH04715A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH09312397A (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
JPH04350942A (en) Manufacture of semiconductor device
KR101180976B1 (en) Field effect transistor having a doped gate electrode with reduced gate depletion and method of forming the transistor
JPH07302908A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
US6242295B1 (en) Method of fabricating a shallow doped region for a shallow junction transistor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061215

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080924

A762 Written abandonment of application

Effective date: 20100108

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762