JP2009087982A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法、特に、Fin型半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a Fin-type semiconductor device.
集積回路技術において、トランジスタを微細化することが要求されている。その微細化手段の一つに、三次元構造型電界効果トランジスタの一種であるFin型電界効果トランジスタが提案されている。Fin型電界効果トランジスタは、基板に凸部が形成されており、凸部の側面と上面とを覆うゲート電極が形成されている構造である。Fin型電界効果トランジスタは、凸部の上面だけでなく、側面にもチャネルが形成されるため、上面のみにチャネルが形成されるトランジスタと比較してトランジスタの実効的なチャネル幅を増加させることができる。 In integrated circuit technology, miniaturization of transistors is required. As one of the miniaturization means, a Fin type field effect transistor which is a kind of three-dimensional structure type field effect transistor has been proposed. The Fin-type field effect transistor has a structure in which a convex portion is formed on a substrate and a gate electrode is formed to cover a side surface and an upper surface of the convex portion. In the Fin-type field effect transistor, a channel is formed not only on the top surface of the convex portion but also on the side surface, so that the effective channel width of the transistor can be increased as compared with a transistor in which a channel is formed only on the top surface. it can.
また、三次元構造型電界効果トランジスタの一種で、基板を凸型構造ではなく五角形型構造とした電界効果トランジスタの構造についても知られている(特許文献1参照)。 Further, a structure of a field effect transistor which is a kind of a three-dimensional structure type field effect transistor and has a pentagonal structure instead of a convex structure is also known (see Patent Document 1).
しかしながら、Fin型電界効果トランジスタでは、上面や側面よりも先に上面と側面とを繋ぐ角部でチャネルが形成されやすいため、Fin型電界効果トランジスタでは理想的なトランジスタ特性が得られなかった。また、特許文献1のように五角形型構造とするには、製造工程が多くなり、製造コストの増加につながる恐れがあった。
However, in the Fin-type field effect transistor, a channel is easily formed at a corner portion connecting the upper surface and the side surface before the upper surface and the side surface. Therefore, ideal transistor characteristics cannot be obtained in the Fin-type field effect transistor. Moreover, in order to make it a pentagon type structure like
そこで、本発明では、製造コストを大幅に増加させることなくトランジスタ特性を向上させる半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that improves transistor characteristics without significantly increasing the manufacturing cost.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法は、凸部形成領域と前記凸部形成領域を囲む素子分離層形成領域とを有する基板を準備する工程と、前記基板の表面上に、前記凸部形成領域を覆うマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンを形成した後、前記基板の前記素子分離層形成領域を前記基板表面側からエッチングする第1エッチング工程と、前記第1エッチング工程の後、前記基板の前記凸部形成領域に前記基板表面側から第1不純物を注入する第1不純物注入工程と、前記第1不純物注入工程の後、前記基板の前記素子分離層形成領域を前記基板表面側からエッチングすることにより、前記基板の前記凸部形成領域に上面と側面とを有する凸部を形成する第2エッチング工程と、前記第2エッチング工程の後、前記凸部の上面に形成された前記マスクパターンを除去する工程と、前記マスクパターンを除去した後、前記基板の前記凸部に前記基板表面側から前記第1不純物と同型の第2不純物を注入する第2不純物注入工程と、前記凸部の上面と側面とにゲート絶縁膜を形成する工程と、前記凸部のゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。
The method of manufacturing a semiconductor device according to
請求項1に記載の半導体装置の製造方法によれば、第1エッチング工程、第1不純物注入工程、第2エッチング工程、第2不純物注入工程の順に行っていることから、凸部の角部の不純物濃度が角部を除く上面及び露出する側面の不純物濃度よりも高くなることになる。これにより、角部から先にチャネルが形成されることを防止することができ、トランジスタ特性を向上させることのできる半導体装置を製造することが可能となる。
According to the manufacturing method of the semiconductor device according to
また、エッチング工程、不純物注入工程をそれぞれ第1、第2エッチング工程、第1、第2不純物注入工程と2段階にするだけでマスクを増やすことのない製造方法であることから、製造コストを大幅に増加させることなく上記の半導体装置を製造することが可能となる。 Further, since the etching process and the impurity implantation process are the first and second etching processes and the first and second impurity implantation processes, respectively, and the manufacturing method does not increase the mask, the manufacturing cost is greatly increased. The above-described semiconductor device can be manufactured without increasing it.
また、請求項7に記載の半導体装置の製造方法は、第1方向を長辺方向とし前記第1方向と垂直の方向である第2方向を短辺方向とするライン形状を有する凸部形成領域と前記凸部形成領域を囲む素子分離層形成領域とを有する基板を準備する工程と、前記基板の表面上に、前記凸部形成領域を覆い、前記第1方向を長辺方向とし前記第2方向を短辺方向とするライン形状を有するマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンが形成された前記基板の前記素子分離層形成領域を前記基板表面側からエッチングすることにより、前記基板の前記凸部形成領域に上面と側面とを有する凸部を形成する第1エッチング工程と、前記第1エッチング工程の後、前記マスクパターンにエッチングを行うことにより、前記マスクパターンの前記第2方向におけるパターン幅を狭くする第2エッチング工程と、前記第2エッチング工程の後、前記基板の前記凸部に前記基板表面側から前記第1不純物を注入する第1不純物注入工程と、前記第1不純物注入工程の後、前記マスクパターンを除去する工程と、前記マスクパターンを除去した後、前記基板の前記凸部に前記基板表面側から前記第1不純物と同型の第2不純物を注入する第2不純物注入工程と、前記凸部の上面と側面とにゲート絶縁膜を形成する工程と、前記凸部のゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the protrusion forming region has a line shape having a first direction as a long side direction and a second direction that is a direction perpendicular to the first direction as a short side direction. And a step of preparing a substrate having an element isolation layer forming region surrounding the protruding portion forming region, covering the protruding portion forming region on the surface of the substrate, and setting the first direction as a long side direction. Forming a mask pattern having a line shape with the direction of the short side, and etching the element isolation layer forming region of the substrate on which the mask pattern is formed from the substrate surface side, thereby A first etching step of forming a convex portion having an upper surface and a side surface in the convex portion formation region; and etching the mask pattern after the first etching step, whereby the mask pattern A second etching step for narrowing a pattern width in two directions; a first impurity implantation step for implanting the first impurity from the substrate surface side into the convex portion of the substrate after the second etching step; A step of removing the mask pattern after the first impurity implantation step; and a step of implanting a second impurity of the same type as the first impurity from the substrate surface side into the convex portion of the substrate after removing the mask pattern. And a step of forming a gate insulating film on an upper surface and a side surface of the convex portion, and a step of forming a gate electrode on the gate insulating film of the convex portion.
請求項7に記載の半導体装置の製造方法によれば、第1エッチング工程及び第2エッチング工程の後に第1不純物注入工程及び第2不純物注入工程を行っていることから、凸部の角部の不純物濃度が角部を除く上面及び露出する側面の不純物濃度よりも高くなることになる。これにより、角部から先にチャネルが形成されることを防止することができ、トランジスタ特性を向上させることのできる半導体装置を製造することが可能となる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, since the first impurity implantation step and the second impurity implantation step are performed after the first etching step and the second etching step, the corner portions of the convex portions are formed. The impurity concentration becomes higher than the impurity concentration on the upper surface excluding the corners and the exposed side surface. Thus, a channel can be prevented from being formed from the corner first, and a semiconductor device that can improve transistor characteristics can be manufactured.
また、エッチング工程、不純物注入工程をそれぞれ第1、第2エッチング工程、第1、第2不純物注入工程と2段階にするだけでマスクを増やすことのない製造方法であることから、製造コストを大幅に増加させることなく上記の半導体装置を製造することが可能となる。 Further, since the etching process and the impurity implantation process are the first and second etching processes and the first and second impurity implantation processes, respectively, and the manufacturing method does not increase the mask, the manufacturing cost is greatly increased. The above-described semiconductor device can be manufactured without increasing it.
本発明によれば、製造コストを大幅に増加させることなくトランジスタ特性の向上させる半導体装置を製造することができる。 According to the present invention, a semiconductor device with improved transistor characteristics can be manufactured without significantly increasing manufacturing costs.
以下に、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の半導体装置100について、図1A、図1B、図1Cを用いて説明する。図1Aは、実施例1の半導体装置100の上面図、図1Bは、図1AのB−B’切断線における断面図、図1Cは、図1AのC−C’切断線における断面図である。
A
図1A、図1B、図1Cに示すように、半導体装置100は、基板110に凸部111が形成されている。基板110は例えばシリコンで構成されている。
As shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, the
凸部111は、第1方向101を長辺方向とし第1方向101とは垂直の方向である第2方向102を短辺とするライン形状を有している。第2方向102における凸部111のパターン幅、すなわち第2方向102における凸部111の長さは、例えば100nmである。
The
凸部111の周囲には、凸部111を囲む素子分離層120が形成されている。素子分離層120は、例えばシリコン酸化膜により構成されている。素子分離層120の膜厚は、例えば200nmである。素子分離層120に囲まれた凸部111の側面の一部は、素子分離層120から露出している。素子分離層120の上面から凸部111の上面までの高さは、例えば100nmである。ここで、側面とは、第1方向101に沿って延在しており、かつ、その面に対して垂直の方向が第1方向101の垂直方向となる凸部111の面のことである。
An
凸部111には、ゲート絶縁膜130が形成されている。ゲート絶縁膜130は、例えばシリコン酸化膜により構成されている。
A
ゲート絶縁膜130上及び素子分離層120上には、ゲート電極140が形成されている。ゲート電極140は、例えばポリシリコンにより構成されている。ゲート電極140は、第2方向102に沿って形成されており、凸部111に形成されたゲート絶縁膜130と素子分離層120とを覆うように形成されている。
A
凸部111の上面及び素子分離層120から露出する側面には、エクステンション領域150とソース・ドレイン領域151とが形成されている。また、エクステンション領域150上には、サイドウォール160が形成されている。
An
次に、図1Bの拡大図である図2を用いて、凸部111について説明する。なお、説明の都合上、ゲート絶縁膜130とゲート電極140については記載していない。
Next, the convex
凸部111は、上面と素子分離層120から露出する側面113とを有している。ここで、露出する側面113とは、素子分離層120から露出し、凸部111の第1方向101に沿って延在しているとともに、その面に対して垂直の方向が第1方向101の垂直方向となる凸部111の面のことである。上面112と露出する側面113とを繋ぐ接続線近傍の角部には、例えばP型の第1不純物層114が形成されている。第1不純物層114は、例えば、上面112と露出する側面113とを繋ぐ接続線から上面112及び側面113方向にそれぞれ20nmに形成されている。第1不純物層114は、例えば6×1017 atoms/cm3程度の不純物濃度で形成されている。
The
さらに、角部を除く上面112及び露出する側面113には、角部に形成された第1不純物層114の不純物濃度よりも低濃度であり、第1不純物層114と同型の第2不純物層115が形成されている。第2不純物層115は、例えばP型の不純物層であり、例えば2×1017 atoms/cm3程度の不純物濃度で形成されている。すなわち、角部の第1不純物層114の不純物濃度は、例えば、角部を除く上面112及び露出する側面113に形成された第2不純物層115の不純物濃度よりも3倍程度である。
Further, the
ここで、比較例として、角部の不純物層の不純物濃度と、角部を除く上面及び露出する側面に形成された不純物層の不純物濃度とが同じFin型半導体装置と、本発明のように、角部の第1不純物層114の不純物濃度が、角部を除く上面112及び露出する側面113に形成された第2不純物層115の不純物濃度よりも高濃度の半導体装置100とのトランジスタ特性についてそれぞれ説明する。
Here, as a comparative example, a Fin-type semiconductor device in which the impurity concentration of the impurity layer at the corner and the impurity concentration of the impurity layer formed on the upper surface and the exposed side surface excluding the corner are the same as in the present invention, The transistor characteristics of the
まず、比較例の半導体装置では、ゲート電極に電圧を印加したときに、上面及び側面の不純物層よりも先に角部の不純物層の電子濃度が濃くなる。Fin型半導体装置において、凸部の角部は、電界が集中しやすいからである。これにより、印加電圧を上げていくと、先に角部の不純物層にチャネルが形成されるため、角部の不純物層のみを介してソース・ドレイン間に電流が流れることになる。さらに印加電圧を上げていくと、凸部の上面の不純物層、側面の不純物層にチャネルが形成されることになる。つまり、上面及び側面の不純物層よりも先に角部の不純物層にチャネルが形成されてしまうため、比較例の半導体装置では、理想的なトランジスタ特性とはならず、ハンプ特性を引き起こす恐れがある。 First, in the semiconductor device of the comparative example, when a voltage is applied to the gate electrode, the electron concentration of the impurity layer at the corner portion is higher than the impurity layer on the upper surface and the side surface. This is because, in the Fin-type semiconductor device, the electric field tends to concentrate at the corners of the protrusions. As a result, when the applied voltage is increased, a channel is formed in the corner impurity layer first, so that a current flows between the source and drain only through the corner impurity layer. When the applied voltage is further increased, a channel is formed in the impurity layer on the upper surface of the convex portion and the impurity layer on the side surface. In other words, since the channel is formed in the corner impurity layer before the upper and side impurity layers, the semiconductor device of the comparative example does not have ideal transistor characteristics and may cause hump characteristics. .
一方、本発明の半導体装置100では、ゲート電極140に電圧を印加したときに、角部の第1不純物層114よりも先に角部を除く上面112及び露出する側面113の第2不純物層115の電子濃度が濃くなる。角部の第1不純物層114を角部を除く上面112及び露出する側面113の第2不純物層115よりもチャネルが形成されにくい不純物濃度としているからであり、例えば、第1不純物層114が第2不純物層115よりも3倍程度の高濃度の不純物濃度を有しているからである。これにより、印加電圧を上げていくと、先に第2不純物層115にチャネルが形成されるため、第2不純物層115のみを介してソース・ドレイン間に電流が流れることになる。さらに、印加電圧を上げていくと、第1不純物層114にチャネルが形成されることになる。
On the other hand, in the
第1不純物層114よりも第2不純物層115のほうがその断面積がはるかに大きい、つまり、第1不純物層114よりも第2不純物層115のほうがその電流量がはるかに多いため、第2不純物層115でチャネルが形成されることが半導体装置100のトランジスタ特性に対して支配的になる。つまり、本発明の半導体装置100では、トランジスタ特性に対して支配的な第2不純物層115に先にチャネルを形成しその後に第1不純物層114にチャネルを形成するため、本発明の半導体装置100では、比較例のようにハンプ特性の影響は少なくなり、トランジスタ特性を向上させることができる。
The
次に、本実施例の半導体装置の製造方法について、図3〜図13を用いて説明する。図3A〜図13Aは各工程での上面図、図3B〜図13Bは、図3A〜図13AのB−B’切断線における断面図、図3C〜図13Cは、図3A〜図13AのC−C’切断線における断面図である。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of this example will be described with reference to FIGS. 3A to 13A are top views in the respective steps, FIGS. 3B to 13B are cross-sectional views taken along the line BB ′ of FIGS. 3A to 13A, and FIGS. 3C to 13C are C in FIGS. 3A to 13A. It is sectional drawing in a -C 'cut line.
まず、図3A、図3B、図3Cに示すように、基板110を準備する。基板110は、凸部形成領域103と凸部形成領域103を囲む素子分離層形成領域104とを有している。基板110は、例えばシリコンにより構成されている。凸部形成領域103は、第1方向101を長辺方向とし第1方向101と垂直の方向である第2方向102を短辺方向とするライン形状を有している。第2方向102における凸部形成領域103のパターン幅、すなわち第2方向102における凸部形成領域103の長さは、例えば100nmである。
First, as shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, a
次に、図4A、図4B、図4Cに示すように、基板110の表面上にマスクパターン105を形成する。マスクパターン105は、凸部形成領域103を覆い、かつ、素子分離層形成領域104を露出するように形成されている。マスクパターン105は、例えばシリコン窒化膜により構成されている。
Next, as shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C, a
次に、図5A、図5B、図5Cに示すように、基板表面側から素子分離層形成領域104に対してエッチングを行う(第1エッチング工程)。エッチングは異方性エッチングにより行われる。エッチングは、例えば20nmの深さにまで達した時点でエッチングを終了する。すなわち、この時点で、凸部形成領域103の基板は、20nmの側面を有することとなる。
Next, as shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, the element isolation
次に、図6A、図6B、図6Cに示すように、基板表面側から第1不純物を注入する(第1不純物注入工程)。第1不純物は、例えばP型の不純物である。第1不純物注入工程は、例えば、ボロン(B)イオンを加速電圧15keV、ドーズ量8×1011 atoms/cm2として注入することにより行われる。第1不純物は、基板110に対して垂直に入射されるのではなく、基板表面に対して斜めから入射される。すなわち、基板110に対する第1不純物の入射角θは、0°<θとなる。第1エッチング工程により露出した凸部形成領域103の基板110の側面に対して、第1不純物を注入するためである。また、この時点では、マスクパターン105が形成されているため、凸部形成領域103の基板表面には第1不純物が注入されないことになる。
Next, as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C, a first impurity is implanted from the substrate surface side (first impurity implantation step). The first impurity is, for example, a P-type impurity. The first impurity implantation step is performed, for example, by implanting boron (B) ions at an acceleration voltage of 15 keV and a dose amount of 8 × 10 11 atoms / cm 2 . The first impurities are not incident on the
次に、図7A、図7B、図7Cに示すように、基板表面側から素子分離形成領域104に対してエッチングを行う(第2エッチング工程)。エッチングは、異方性エッチングにより行われる。エッチングの深さは、第1エッチング工程のエッチング深さよりも大きい。エッチングは、例えば300nmの深さにまで達した時点でエッチングを終了する。この時点では、凸部形成領域103の角部の部分にのみ、すなわち、第1不純物形成領域106にのみ、不純物が注入されていることになる。第2エッチング工程により、凸部形成領域103には、上面と側面とを有する凸部111が形成されることとなる。
Next, as shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C, the element
次に、図8A、図8B、図8Cに示すように、素子分離層形成領域104に、素子分離層120を形成する。まず、基板表面側から基板110上に絶縁層を堆積させる。この絶縁層は例えばシリコン酸化膜である。次に、マスクパターン105が露出するまで、絶縁層をエッチングする。このエッチングは、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)により行われる。次に、絶縁層に対して異方性エッチングを行う。異方性エッチングは、素子分離層形成領域104の絶縁層の厚さが例えば200nmになるまで行う。以上の工程により、素子分離層形成領域104に、素子分離層120を形成することができ、凸部111は、例えば上面から100nmだけ側面が露出することになる。なお、マスクパターン105は、異方性エッチングのマスクとしても機能することから、凸部形成領域104の表面がエッチングによるダメージを受けることを防止している。
Next, as shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C, the
次に、図9A、図9B、図9Cに示すように、凸部形成領域103の上面を覆うマスクパターン105を除去する。
Next, as shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, the
次に、図10A、図10B、図10Cに示すように、基板表面側から第1不純物と同型の第2不純物を注入する(第2不純物注入工程)。第2不純物は、例えばP型の不純物である。第2不純物注入工程は、例えば、ボロン(B)イオンを加速電圧15keV、ドーズ量4×1011 atoms/cm2として注入することにより形成される。第2不純物は、基板表面に対して斜めから入射される。すなわち、基板110に対する第2不純物の入射角θは、0°<θとなる。第2不純物は、第1不純物が注入された凸部の角部、露出する凸部の側面、及び、マスクパターン105を除去することにより露出した凸部の上面に注入されることになる。
Next, as shown in FIGS. 10A, 10B, and 10C, a second impurity of the same type as the first impurity is implanted from the substrate surface side (second impurity implantation step). The second impurity is, for example, a P-type impurity. The second impurity implantation step is formed, for example, by implanting boron (B) ions at an acceleration voltage of 15 keV and a dose of 4 × 10 11 atoms / cm 2 . The second impurity is incident on the substrate surface from an oblique direction. That is, the incident angle θ of the second impurity with respect to the
第2不純物注入工程の後、熱拡散を行うことにより、凸部の角部に第1不純物層114を形成し、角部を除く上面及び露出する側面に第1不純物層114と同型の第2不純物層115を形成する。第1不純物層114は第1不純物注入工程、第2不純物注入工程により不純物が注入されたものであり、第2不純物層は第2不純物注入工程により不純物が注入されたものであるから、第1不純物層114は第2不純物層115よりも高濃度の不純物層となる。第1不純物層114は、例えばP型の不純物層であり、例えば6×1017 atoms/cm3程度の不純物濃度である。第2不純物層115は、例えばP型の不純物層であり、例えば2×1017 atoms/cm3程度の不純物濃度である。すなわち、第1不純物層114の不純物濃度は、例えば、第2不純物層115の不純物濃度よりも3倍程度である。
After the second impurity implantation step, thermal diffusion is performed to form the
次に、図11A、図11B、図11Cに示すように、凸部111の上面及び露出する側面にゲート絶縁膜130を形成する。ゲート絶縁膜130は、例えばシリコン酸化膜により構成されており、熱酸化法により形成される。
Next, as shown in FIGS. 11A, 11B, and 11C, a
次に、図12A、図12B、図12Cに示すように、ゲート絶縁膜130上および素子分離層120上にゲート電極140を形成する。ゲート電極140は、例えばポリシリコンにより構成されており、ポリシリコンを基板上に堆積した後、パターニングされることにより形成される。ゲート電極140直下に形成されるゲート絶縁膜130以外のゲート絶縁膜130は除去されることにより、素子分離層形成領域103の凸部111は露出することになる。ゲート電極140は、第2方向102に沿って形成され、凸部111と素子分離層120とを覆うように形成されている。
Next, as shown in FIGS. 12A, 12B, and 12C, the
次に、図13A、図13B、図13Cに示すように、凸部111の上面および露出する側面にエクステンション領域150を形成する。さらに、凸部111にサイドウォール160を形成した後、凸部111の上面および露出する側面にソース・ドレイン領域151を形成する。以上の工程により半導体装置100が製造される。
Next, as shown in FIGS. 13A, 13B, and 13C, an
本実施例の半導体装置100の製造方法では、第1エッチング工程の後に第1不純物を凸部形成領域103に注入し、第2エッチング工程の後に第2不純物を凸部形成領域103に注入していることから、凸部111の角部に形成された第1不純物層114の不純物濃度が角部を除く上面及び露出する側面に形成された第2不純物層115の不純物濃度よりも高くなることになる。これにより、角部から先にチャネルが形成されることを防止することができ、トランジスタ特性を向上させることのできる半導体装置を製造することが可能となる。
In the method of manufacturing the
また、角部の不純物層の不純物濃度が角部を除く上面及び露出する側面の不純物層の不純物濃度よりも高くなる半導体装置を、エッチング工程、不純物注入工程をそれぞれ第1、第2エッチング工程、第1、第2不純物注入工程と2段階にするだけで、マスクを増やすことなく製造することができることから、製造コストを大幅に増加させることなく上記の半導体装置を製造することが可能となる。 In addition, a semiconductor device in which the impurity concentration of the impurity layer at the corner is higher than the impurity concentration of the upper surface excluding the corner and the impurity layer of the exposed side surface is etched in the first and second etching steps, respectively. Since the first and second impurity implantation steps and only two steps can be performed without increasing the number of masks, it becomes possible to manufacture the semiconductor device without significantly increasing the manufacturing cost.
次に、半導体装置100の別の製造方法である実施例2の製造方法について、図14〜図24を用いて説明する。図14A〜図24Aは各工程での上面図、図14B〜図24Bは、図14A〜図24AのB−B’切断線における断面図、図14C〜図24Cは、図14A〜図24AのC−C’切断線における断面図である。
Next, the manufacturing method of Example 2 which is another manufacturing method of the
まず、図14A、図14B、図14Cに示すように、基板110を準備する。基板110は、凸部形成領域103と凸部形成領域103を囲む素子分離層形成領域104とを有している。基板110は、例えばシリコンにより構成されている。凸部形成領域103は、第1方向101を長辺方向とし第1方向101と垂直の方向である第2方向102を短辺方向とするライン形状を有している。第2方向102における凸部形成領域103のパターン幅、すなわち第2方向102における凸部形成領域103の長さは、例えば100nmである。
First, as shown in FIGS. 14A, 14B, and 14C, a
次に、図15A、図15B、図15Cに示すように、基板110の表面上にマスクパターン107を形成する。マスクパターン107は、凸部形成領域103を覆い、かつ、素子分離層形成領域104を露出するように形成されている。マスクパターン107は、例えばシリコン窒化膜により構成されている。マスクパターン107は、第1方向101を長辺方向とし第2方向102を短辺方向とするライン形状を有している。マスクパターン107の第2方向102におけるパターン幅、すなわち第2方向102におけるマスクパターン107の長さは、例えば100nmである。
Next, as shown in FIGS. 15A, 15B, and 15C, a
次に、図16A、図16B、図16Cに示すように、基板表面側から素子分離形成領域104に対してエッチングを行う(第1エッチング工程)。エッチングは異方性エッチングにより行われる。第1エッチング工程により、凸部形成領域103には、上面と側面とを有する凸部111が形成されることとなる。
Next, as shown in FIGS. 16A, 16B, and 16C, the element
次に、図17A、図17B、図17Cに示すように、素子分離層形成領域104に、素子分離層120を形成する。まず、基板表面側から基板110上に絶縁層を堆積させる。この絶縁層は例えばシリコン酸化膜である。次に、マスクパターン107が露出するまで、絶縁層をエッチングする。このエッチングは、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)により行われる。
Next, as shown in FIGS. 17A, 17B, and 17C, the
次に、絶縁層に対して異方性エッチングを行う。異方性エッチングは、素子分離層形成領域104の絶縁層の厚さが例えば200nmになるまで行う。以上の工程により、素子分離層形成領域104に、素子分離層120を形成することができ、凸部111は、例えば上面から100nmだけ側面が露出することになる。なお、マスクパターン107は、異方性エッチングのマスクとしても機能することから、凸部形成領域104の表面がエッチングによるダメージを受けることを防止している。
Next, anisotropic etching is performed on the insulating layer. The anisotropic etching is performed until the thickness of the insulating layer in the element isolation
次に、図18A、図18B、図18Cに示すように、マスクパターン107に対してエッチングを行う(第2エッチング工程)。エッチングは等方性エッチングにより行われる。エッチングは、マスクパターン107のパターン幅を狭くする、すなわち、第2方向102におけるマスクパターン107の長さを小さくすることで、凸部111の上面の端部を露出させる。エッチングにより、例えば、100nmの幅を有していたマスクパターン107を幅60nmとし、凸部111の上面の端部をそれぞれ20nmずつ露出させることとなる。
Next, as shown in FIGS. 18A, 18B, and 18C, the
次に、図19A、図19B、図19Cに示すように、基板表面側から第1不純物を注入する(第1不純物注入工程)。第1不純物は、例えばP型の不純物である。第1不純物注入工程は、例えば、ボロン(B)イオンを加速電圧15keV、ドーズ量8×1011 atoms/cm2として注入することにより行われる。第1不純物は、基板110に対して垂直に入射されて基板に注入される。凸部111の上面のうち、露出する上面、すなわち、マスクパターン107が形成されていない上面の端部に対して第1不純物を注入させ、かつ、マスクパターン107が形成されている凸部111の上面及び露出する凸部の側面には第1不純物を注入させないためである。この時点では、凸部形成領域103の角部の部分にのみ、すなわち、第1不純物形成領域106にのみ、不純物が注入されていることになる。ここで、垂直入射とは、入射角度が0〜2°となっても最終的なトランジスタ特性にはほとんど影響ないため、入射角度0°だけでなく、不純物注入装置の注入精度により入射角度が0〜2°となったものをも含むものとする。
Next, as shown in FIGS. 19A, 19B, and 19C, a first impurity is implanted from the substrate surface side (first impurity implantation step). The first impurity is, for example, a P-type impurity. The first impurity implantation step is performed, for example, by implanting boron (B) ions at an acceleration voltage of 15 keV and a dose amount of 8 × 10 11 atoms / cm 2 . The first impurity is incident on the
次に、図20A、図20B、図20Cに示すように、凸部形成領域103の上面を覆うマスクパターン107を除去する。
Next, as shown in FIGS. 20A, 20B, and 20C, the
次に、図21A、図21B、図21Cに示すように、基板表面側から第1不純物と同型の第2不純物を注入する(第2不純物注入工程)。第2不純物は、例えばP型の不純物である。第2不純物注入工程は、例えば、ボロン(B)イオンを加速電圧15keV、ドーズ量4×1011 atoms/cm2として注入することにより形成される。第2不純物は、基板表面に対して斜めから入射される。すなわち、基板110に対する第2不純物の入射角θは、0°<θとなる。第2不純物は、第1不純物が注入された凸部の角部、露出する凸部の側面、及び、マスクパターン107を除去することにより露出した凸部の上面に注入されることになる。
Next, as shown in FIGS. 21A, 21B, and 21C, a second impurity of the same type as the first impurity is implanted from the substrate surface side (second impurity implantation step). The second impurity is, for example, a P-type impurity. The second impurity implantation step is formed, for example, by implanting boron (B) ions at an acceleration voltage of 15 keV and a dose of 4 × 10 11 atoms / cm 2 . The second impurity is incident on the substrate surface from an oblique direction. That is, the incident angle θ of the second impurity with respect to the
第2不純物注入工程の後、熱拡散を行うことにより、凸部の角部に第1不純物層114を形成し、角部を除く上面及び露出する側面に第1不純物層114と同型の第2不純物層115を形成する。第1不純物層114は第1不純物注入工程、第2不純物注入工程により不純物が注入されたものであり、第2不純物層は第2不純物注入工程により不純物が注入されたものであるから、第1不純物層114は第2不純物層115よりも高濃度の不純物層となる。第1不純物層114は、例えばP型の不純物層であり、例えば6×1017 atoms/cm3程度の不純物濃度である。第2不純物層115は、例えばP型の不純物層であり、例えば2×1017 atoms/cm3程度の不純物濃度である。すなわち、第1不純物層114の不純物濃度は、例えば、第2不純物層115の不純物濃度よりも3倍程度である。
After the second impurity implantation step, thermal diffusion is performed to form the
次に、図22A、図22B、図22Cに示すように、凸部111の上面及び露出する側面にゲート絶縁膜130を形成する。ゲート絶縁膜130は、例えばシリコン酸化膜により構成されており、熱酸化法により形成される。
Next, as shown in FIGS. 22A, 22B, and 22C, a
次に、図23A、図23B、図23Cに示すように、ゲート絶縁膜130上および素子分離層120上にゲート電極140を形成する。ゲート電極140は、例えばポリシリコンにより構成されており、ポリシリコンを基板上に堆積した後、パターニングされることにより形成される。ゲート電極140直下に形成されるゲート絶縁膜130以外のゲート絶縁膜130は除去されることにより、素子分離層形成領域103の凸部111は露出することになる。ゲート電極140は、第2方向102に沿って形成され、凸部111と素子分離層120とを覆うように形成されている。
Next, as shown in FIGS. 23A, 23B, and 23C, the
次に、図24A、図24B、図24Cに示すように、凸部111の上面および露出する側面にエクステンション領域150を形成する。さらに、凸部111にサイドウォール160を形成した後、凸部111の上面および露出する側面にソース・ドレイン領域151を形成する。以上の工程により、半導体装置100が製造される。
Next, as shown in FIGS. 24A, 24B, and 24C, the
本実施例の半導体装置100の製造方法では、第1エッチング工程及び第2エッチング工程の後に第1不純物注入工程及び第2不純物注入工程を行っていることから、凸部111の角部に形成された第1不純物層114の不純物濃度が角部を除く上面及び露出する側面に形成された第2不純物層115の不純物濃度よりも高くなることになる。これにより、角部から先にチャネルが形成されることを防止することができ、トランジスタ特性を向上させることのできる半導体装置を製造することが可能となる。
In the manufacturing method of the
また、角部の不純物層の不純物濃度が角部を除く上面及び露出する側面の不純物層の不純物濃度よりも高くなる半導体装置を、エッチング工程、不純物注入工程をそれぞれ第1、第2エッチング工程、第1、第2不純物注入工程と2段階にするだけで、マスクを増やすことなく製造することができることから、製造コストを大幅に増加させることなく上記の半導体装置を製造することが可能となる。 In addition, a semiconductor device in which the impurity concentration of the impurity layer at the corner is higher than the impurity concentration of the upper surface excluding the corner and the impurity layer of the exposed side surface is etched in the first and second etching steps, respectively. Since the first and second impurity implantation steps and only two steps can be performed without increasing the number of masks, it becomes possible to manufacture the semiconductor device without significantly increasing the manufacturing cost.
なお、実施例1及び実施例2では第1不純物をP型不純物として説明したが、第1不純物をN型不純物としてもよい。
In the first and second embodiments, the first impurity is described as a P-type impurity, but the first impurity may be an N-type impurity.
100 半導体装置
110 基板
111 凸部
114 第1不純物層
115 第2不純物層
120 素子分離層
130 ゲート絶縁膜
140 ゲート電極
150 エクステンション領域
151 ソース・ドレイン領域
160 サイドウォール
100
Claims (13)
前記基板の表面上に、前記凸部形成領域を覆うマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンを形成した後、前記基板の前記素子分離層形成領域を前記基板表面側からエッチングする第1エッチング工程と、
前記第1エッチング工程の後、前記基板の前記凸部形成領域に前記基板表面側から第1不純物を注入する第1不純物注入工程と、
前記第1不純物注入工程の後、前記基板の前記素子分離層形成領域を前記基板表面側からエッチングすることにより、前記基板の前記凸部形成領域に上面と側面とを有する凸部を形成する第2エッチング工程と、
前記第2エッチング工程の後、前記凸部の上面に形成された前記マスクパターンを除去する工程と、
前記マスクパターンを除去した後、前記基板の前記凸部に前記基板表面側から前記第1不純物と同型の第2不純物を注入する第2不純物注入工程と、
前記凸部の上面と側面とにゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記凸部のゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Preparing a substrate having a convex portion forming region and an element isolation layer forming region surrounding the convex portion forming region;
Forming a mask pattern on the surface of the substrate to cover the convex formation region;
A first etching step of etching the element isolation layer forming region of the substrate from the substrate surface side after forming the mask pattern;
After the first etching step, a first impurity injection step of injecting a first impurity from the substrate surface side into the convex portion forming region of the substrate;
After the first impurity implantation step, the element isolation layer forming region of the substrate is etched from the substrate surface side to form a convex portion having an upper surface and a side surface in the convex portion forming region of the substrate. 2 etching steps;
After the second etching step, removing the mask pattern formed on the upper surface of the convex portion;
After removing the mask pattern, a second impurity implantation step of implanting a second impurity of the same type as the first impurity from the substrate surface side into the convex portion of the substrate;
Forming a gate insulating film on an upper surface and a side surface of the convex portion;
Forming a gate electrode on the convex gate insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
をさらに有することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 Forming an element isolation layer in the element isolation formation region of the substrate after the second etching step and before removing the mask pattern;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising:
前記基板の表面上に、前記凸部形成領域を覆い、前記第1方向を長辺方向とし前記第2方向を短辺方向とするライン形状を有するマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンが形成された前記基板の前記素子分離層形成領域を前記基板表面側からエッチングすることにより、前記基板の前記凸部形成領域に上面と側面とを有する凸部を形成する第1エッチング工程と、
前記第1エッチング工程の後、前記マスクパターンにエッチングを行うことにより、前記マスクパターンの前記第2方向におけるパターン幅を狭くする第2エッチング工程と、
前記第2エッチング工程の後、前記基板の前記凸部に前記基板表面側から前記第1不純物を注入する第1不純物注入工程と、
前記第1不純物注入工程の後、前記マスクパターンを除去する工程と、
前記マスクパターンを除去した後、前記基板の前記凸部に前記基板表面側から前記第1不純物と同型の第2不純物を注入する第2不純物注入工程と、
前記凸部の上面と側面とにゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記凸部のゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A convex portion forming region having a line shape having a first direction as a long side direction and a second direction that is a direction perpendicular to the first direction as a short side direction, and an element isolation layer forming region surrounding the convex portion forming region. Preparing a substrate having:
Forming a mask pattern on the surface of the substrate, the mask pattern having a line shape that covers the convex portion forming region, has the first direction as a long side direction, and the second direction as a short side direction;
First etching for forming a convex portion having an upper surface and a side surface in the convex portion forming region of the substrate by etching the element isolation layer forming region of the substrate on which the mask pattern is formed from the substrate surface side. Process,
A second etching step for narrowing a pattern width in the second direction of the mask pattern by etching the mask pattern after the first etching step;
After the second etching step, a first impurity implantation step of injecting the first impurity from the substrate surface side into the convex portion of the substrate;
Removing the mask pattern after the first impurity implantation step;
After removing the mask pattern, a second impurity implantation step of implanting a second impurity of the same type as the first impurity from the substrate surface side into the convex portion of the substrate;
Forming a gate insulating film on an upper surface and a side surface of the convex portion;
Forming a gate electrode on the convex gate insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
をさらに有することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 Forming an element isolation layer in the element isolation layer forming region of the substrate after the first etching step and before the second etching step;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising:
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