JP2009277771A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のMIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタを備えた半導体装置とその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a plurality of MIS (Metal Insulator Semiconductor) transistors and a manufacturing method thereof.
近年の半導体集積回路に要求される微細化と高速化を実現するため、トランジスタのゲート寸法を微細化しつつ、駆動力向上と寄生容量低減を両立することが求められている。
トランジスタの駆動力を改善するための有効な手法の1つとして、トランジスタのソースドレイン領域となる高濃度不純物領域に隣接する低濃度不純物領域を形成する際に、イオン注入工程の不純物注入量を増大し、低濃度不純物領域を低抵抗化する方法がある。しかしながら、上記の手法によると、ゲート電極と低濃度不純物領域とのオーバーラップ量が増大する。これにより、トランジスタの実効ゲート長が減少し、ショートチャネル効果が劣化するため、ゲート寸法の微細化が阻害されてしまう。また、オーバーラップ量の増大は、ゲート電極とソースドレイン領域間の寄生容量を増大させるため、トランジスタの高速動作を阻害する。
In order to realize miniaturization and high speed required for semiconductor integrated circuits in recent years, it is required to achieve both improvement in driving capability and reduction in parasitic capacitance while miniaturizing the gate dimensions of transistors.
As one of the effective methods for improving the driving capability of the transistor, the impurity implantation amount in the ion implantation process is increased when forming a low concentration impurity region adjacent to the high concentration impurity region which becomes the source / drain region of the transistor. There is a method of reducing the resistance of the low-concentration impurity region. However, according to the above method, the amount of overlap between the gate electrode and the low concentration impurity region increases. As a result, the effective gate length of the transistor is reduced and the short channel effect is deteriorated, so that miniaturization of the gate dimension is hindered. In addition, an increase in the amount of overlap increases a parasitic capacitance between the gate electrode and the source / drain region, which hinders high-speed operation of the transistor.
そのため、高駆動力化と寄生容量低減が要求される内部回路のトランジスタにおいては、ゲート電極の側壁に側壁絶縁膜を形成した後に、低濃度不純物領域を形成するためのイオン注入を行うことにより、ゲート電極とのオーバーラップ量を増加させること無く、低濃度不純物領域を低抵抗化することが行われている。ここで、薄いゲート絶縁膜を有する内部トランジスタと、厚いゲート絶縁膜を有する入出力トランジスタとを備えた半導体装置において、内部トランジスタのゲート電極の側壁絶縁膜を形成した後に、イオン注入を行う製造方法が示されている(例えば特許文献1参照)。以下、図10〜図12を用いて、従来の半導体装置の製造方法を説明する。図10(a)〜(d)、図11(a)〜(c)、及び図12(a)、(b)は、従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。 Therefore, in an internal circuit transistor that requires high driving power and reduced parasitic capacitance, by performing ion implantation for forming a low concentration impurity region after forming a sidewall insulating film on the sidewall of the gate electrode, The resistance of the low-concentration impurity region is reduced without increasing the amount of overlap with the gate electrode. Here, in a semiconductor device including an internal transistor having a thin gate insulating film and an input / output transistor having a thick gate insulating film, a manufacturing method for performing ion implantation after forming a sidewall insulating film of the gate electrode of the internal transistor Is shown (for example, refer to Patent Document 1). Hereinafter, a conventional method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIGS. FIGS. 10A to 10D, FIGS. 11A to 11C, and FIGS. 12A and 12B are cross-sectional views showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
まず、図10(a)に示すように、p型シリコンからなる半導体基板400に、シリコン酸化膜などからなる素子分離領域401を形成する。これにより、素子分離領域401によって囲まれた半導体基板400からなる活性領域400a、400bを形成する。その後、活性領域400a上にシリコン酸化膜からなる第1のゲート絶縁膜402aを形成するとともに、活性領域400b上にシリコン酸化膜からなる第2のゲート絶縁膜402bを形成する。次いで、第1のゲート絶縁膜402a上に、多結晶シリコン膜からなる第1のゲート電極403aを形成するとともに、第2のゲート絶縁膜402b上に、多結晶シリコン膜からなる第2のゲート電極403bを形成する。
First, as shown in FIG. 10A, an
次に、図10(b)に示すように、半導体基板400上に、活性領域400aを覆うレジスト406を形成する。次いで、レジスト406をマスクとして燐をイオン注入することにより、活性領域400bにおける第2のゲート電極403bの側方下に入出力トランジスタのエクステンション領域あるいはLDD領域となる低濃度不純物領域407bを形成する。その後、アッシング、硫酸過水洗浄、アンモニア過水洗浄を行うことによりレジスト406を除去する。
Next, as illustrated in FIG. 10B, a
次に、図10(c)に示すように、半導体基板400の全面上に、活性領域400a、400bを覆い、膜厚が10nmでシリコン酸化膜からなる絶縁膜408を堆積する。続いて、図10(d)に示すように、絶縁膜408を異方性ドライエッチングすることにより、第1のゲート電極403aの側壁にオフセットスペーサ408aを形成するとともに、第2のゲート電極403bの側壁にオフセットスペーサ408bを形成する。
Next, as shown in FIG. 10C, an
次に、図11(a)に示すように、半導体基板400上に、活性領域400bを覆うレジスト411を形成する。次いで、レジスト411をマスクとして、砒素をイオン注入することにより、活性領域400aにおける第1のゲート電極403aの側方下に内部トランジスタのエクステンション領域あるいはLDD領域となる低濃度不純物領域407aを形成する。
Next, as illustrated in FIG. 11A, a
次に、図11(b)に示すように、アッシング、硫酸過水洗浄、アンモニア過水洗浄を行うことによりレジスト411を除去した後、半導体基板400の全面上に、活性領域400a、400bを覆い、膜厚が10nmでシリコン酸化膜からなる絶縁膜413を堆積する。続いて、絶縁膜413上に、膜厚が40nmでシリコン窒化膜からなる絶縁膜414を堆積する。
Next, as shown in FIG. 11B, the
次に、図11(c)に示すように、絶縁膜414、413を異方性ドライエッチングすることにより、第1のゲート電極403aの側壁にオフセットスペーサ408aを介して絶縁膜413からなる第1の内側サイドウォールスペーサ413a、及び絶縁膜414からなる第1の外側サイドウォールスペーサ414aを形成するとともに、第2のゲート電極403bの側壁にオフセットスペーサ408bを介して絶縁膜414からなる第2の内側サイドウォールスペーサ413b、及び絶縁膜414からなる第2の外側サイドウォールスペーサ414bを形成する。これにより、内部トランジスタ領域では、第1の内側サイドウォールスペーサ413aと第1の外側サイドウォールスペーサ414aとから構成されるサイドウォールスペーサ415aが形成され、入出力トランジスタ領域では、第2の内側サイドウォールスペーサ413bと第2の外側サイドウォールスペーサ414bとから構成されるサイドウォールスペーサ415bが形成される。
Next, as shown in FIG. 11C, the
次に、図12(a)に示すように、第1のゲート電極403a、第2のゲート電極403b、オフセットスペーサ408a、408b、サイドウォールスペーサ415a、415bをマスクとして、活性領域400a、400bに砒素をイオン注入することで、内部トランジスタのソースドレイン領域となる高濃度不純物領域417a、及び入出力トランジスタ領域のソースドレイン領域となる高濃度不純物領域417bを形成する。
Next, as shown in FIG. 12A, arsenic is formed in the
次に、図12(b)に示すように、第1のゲート電極403a及び高濃度不純物領域417a、並びに、第2のゲート電極403b及び高濃度不純物領域417bの上部に、それぞれシリサイド膜419a、419bをそれぞれ形成する。次いで、半導体基板400の全面上に、層間絶縁膜421を形成した後、シリサイド膜419a、419b上に、層間絶縁膜421を貫通するコンタクトプラグ423a、423bをそれぞれ形成する。続いて、コンタクトプラグ423a、423bにそれぞれ接続される金属配線424a、424bを形成する。
Next, as shown in FIG. 12B,
この従来の製造方法では、第1のゲート電極403aの側壁にオフセットスペーサ408aを形成した後、イオン注入を行って内部トランジスタの低濃度不純物領域407aを形成している。その結果、所定の実効チャネル長を有するMOSトランジスタにおいて、第1のゲート電極403aとソースドレイン領域の一部となる低濃度不純物領域407aとのオーバーラップ長を短くすることができ、オーバーラップ容量を低減することができる。
しかしながら、従来の方法では、入出力トランジスタの低濃度不純物領域407aを形成した後に、レジスト406を除去するためのアンモニア過水洗浄工程で、内部トランジスタ領域の半導体基板400のシリコン表面が約0.5nm程度ウェットエッチングされてしまう。上述の従来の方法では、1種類のN型入出力トランジスタを形成する場合について示したが、例えば3.3V系、1.8V系などの複数の電源電圧に対して、N型及びP型入出力トランジスタをそれぞれ形成する場合、ウェットエッチングの回数が増えるため、内部トランジスタ領域の半導体基板のウェットエッチング量は、約2nmに増大する。内部トランジスタ領域の低濃度不純物領域を形成するためのイオン注入は、ウェットエッチングされた半導体基板に対して行われるので、基板のウェットエッチング量の分だけ、低濃度不純物領域の接合が深くなることが問題となる。ここで、トランジスタの微細化に伴い、内部トランジスタの低濃度不純物領域の浅接合化が必要となっている。例えば、32nm世代の半導体デバイスでは、15nm以下の浅い接合が求められているため、イオン注入前の半導体基板のウェットエッチング量を削減しなければならない。
However, in the conventional method, after forming the low-
上記に鑑み、本発明は、接合深さが深くなるのが抑制され、低抵抗化された低濃度不純物領域を備え、高い駆動能力を有する半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a low-concentration impurity region in which the junction depth is suppressed and having a low resistance and a high driving capability, and a method for manufacturing the same. .
上記目的を達成するため、本発明の半導体装置は、第1のMISトランジスタと第2のMISトランジスタとを備えた半導体装置において、前記第1のMISトランジスタは、半導体基板における第1の活性領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電極と、前記第1の活性領域における前記第1のゲート電極の側方下に形成され、第1の不純物が拡散してなる第1の不純物領域と、前記第1のゲート電極の側面上に形成され、断面形状がL字状の第1の内側サイドウォールスペーサと、前記第1の内側サイドウォールスペーサにおけるL字状の内側表面上に形成された第1の外側サイドウォールスペーサとを備え、前記第2のMISトランジスタは、前記半導体基板における第2の活性領域上に形成された第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜上に形成された第2のゲート電極と、前記第2の活性領域における前記第2のゲート電極の側方下に形成され、前記第1の不純物と同一導電型の第2の不純物が拡散してなる第2の不純物領域と、前記第2のゲート電極の側面上に形成され、断面形状がL字状の第2の内側サイドウォールスペーサと、前記第2の内側サイドウォールスペーサにおけるL字状の内側表面上に形成された第2の外側サイドウォールスペーサとを備え、前記第2の内側サイドウォールスペーサは、前記第2の外側サイドウォールスペーサとの界面領域に前記第2の不純物を含有している。 In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention is a semiconductor device including a first MIS transistor and a second MIS transistor, wherein the first MIS transistor is on a first active region in a semiconductor substrate. A first gate insulating film formed on the first gate insulating film; a first gate electrode formed on the first gate insulating film; and formed laterally below the first gate electrode in the first active region. A first impurity region formed by diffusing the first impurity, a first inner sidewall spacer formed on a side surface of the first gate electrode and having an L-shaped cross section, and the first A first outer side wall spacer formed on an L-shaped inner surface of the inner side wall spacer, and the second MIS transistor has a second active side in the semiconductor substrate. A second gate insulating film formed on the region, a second gate electrode formed on the second gate insulating film, and laterally below the second gate electrode in the second active region Formed on the side surface of the second gate electrode and a second impurity region formed by diffusing a second impurity of the same conductivity type as the first impurity and having an L-shaped cross section A second inner side wall spacer; and a second outer side wall spacer formed on an L-shaped inner surface of the second inner side wall spacer. The second impurity is contained in an interface region with the second outer sidewall spacer.
この構成では、第2の不純物領域の形成時に、半導体基板が第2の内側サイドウォールスペーサを構成する絶縁膜に覆われた状態でイオン注入することで、該絶縁膜にも不純物が注入される結果、第2の不純物を含む第2の内側サイドウォールスペーサが形成される。一方、第1の内側サイドウォールスペーサを構成する絶縁膜は、第1の不純物領域の形成後であって第2の不純物領域の形成時に設けられるため、第1の不純物領域の形成時に該絶縁膜に第1の不純物が注入されることはない。 In this configuration, when the second impurity region is formed, the semiconductor substrate is ion-implanted in a state covered with the insulating film constituting the second inner side wall spacer, so that the impurity is also injected into the insulating film. As a result, the second inner side wall spacer containing the second impurity is formed. On the other hand, since the insulating film constituting the first inner side wall spacer is provided after the formation of the first impurity region and at the time of forming the second impurity region, the insulating film is formed at the time of forming the first impurity region. The first impurity is not implanted into the first electrode.
このように本発明の構成では、第2の不純物領域が形成される前に、第1の不純物領域が形成されるので、第1の不純物領域の形成前にウェットエッチングの工程が行われるのを回避できる。これにより、第1の不純物領域の接合を比較的浅く形成することができ、第1の不純物領域の寄生抵抗を低減することができる。その結果、本発明の半導体装置では、低抵抗された第1の不純物領域を有する第1のMISトランジスタを備え、十分な駆動能力を有する半導体装置を実現することができる。 As described above, in the configuration of the present invention, the first impurity region is formed before the second impurity region is formed. Therefore, the wet etching process is performed before the formation of the first impurity region. Can be avoided. Thereby, the junction of the first impurity region can be formed relatively shallow, and the parasitic resistance of the first impurity region can be reduced. As a result, in the semiconductor device of the present invention, it is possible to realize a semiconductor device that includes the first MIS transistor having the first impurity region with a low resistance and has sufficient driving capability.
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板における第1の活性領域に形成された第1のMISトランジスタと、前記半導体基板における第2の活性領域に形成された第2のMISトランジスタとを備えた半導体装置の製造方法において、前記第1の活性領域上に第1のゲート絶縁膜を形成するとともに、前記第2の活性領域上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程(a)と、前記第1のゲート絶縁膜上に第1のゲート電極を形成するとともに、前記第2のゲート絶縁膜上に第2のゲート電極を形成する工程(b)と、前記第1の活性領域における前記第1のゲート電極の側方下に、第1の不純物をイオン注入することにより第1の不純物領域を形成する工程(c)と、前記工程(c)の後に、前記半導体基板上に、前記第1の活性領域及び前記第2の活性領域を覆う第1の絶縁膜を形成する工程(d)と、前記第2の活性領域における前記第2のゲート電極の側方下に、前記第1の絶縁膜を通して前記第1の不純物と同一導電型の第2の不純物をイオン注入することにより第2の不純物領域を形成する工程(e)と、前記工程(e)の後に、前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成する工程(f)と、前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜を異方性ドライエッチングすることにより、前記第1のゲート電極の側面上に、前記第1の絶縁膜からなる断面形状がL字状の第1の内側サイドウォールスペーサ及び前記第2の絶縁膜からなる第1の外側サイドウォールスペーサを形成するとともに、前記第2のゲート電極の側面上に、前記第1の絶縁膜からなる断面形状がL字状の第2の内側サイドウォールスペーサ及び前記第2の絶縁膜からなる第2の外側サイドウォールスペーサを形成する工程(g)とを備えている。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a first MIS transistor formed in a first active region of a semiconductor substrate; a second MIS transistor formed in a second active region of the semiconductor substrate; (A) forming a first gate insulating film on the first active region and forming a second gate insulating film on the second active region. (B) forming a first gate electrode on the first gate insulating film and forming a second gate electrode on the second gate insulating film; and the first active region A step (c) of forming a first impurity region by ion-implanting a first impurity under the side of the first gate electrode in the step, and after the step (c), on the semiconductor substrate The first activity A step (d) of forming a first insulating film covering the region and the second active region; and passing through the first insulating film below the side of the second gate electrode in the second active region. A step (e) of forming a second impurity region by ion-implanting a second impurity having the same conductivity type as the first impurity; and after the step (e), on the first insulating film A step (f) of forming a second insulating film; and anisotropically etching the first insulating film and the second insulating film to form the second insulating film on the side surface of the first gate electrode. Forming a first inner side wall spacer having an L-shaped cross section made of one insulating film and a first outer side wall spacer made of the second insulating film, and on a side surface of the second gate electrode; Further, the cross-sectional shape made of the first insulating film is L And a Jo second inner sidewall spacers and forming a second outer side wall spacer made of the second insulating film (g).
この方法によれば、第1の不純物領域を形成する前に、第1のMISトランジスタ領域にレジストを形成する必要が無く、レジストを除去するためのウェットエッチングを行わないため、第1のMISトランジスタ領域において半導体基板の表面が削れるのを回避できる。その結果、第1の不純物領域の接合深さが深くなるのを抑制することができる。さらに、第2の不純物領域を形成する際には、第1のMISトランジスタ領域は第1の絶縁膜で保護されているため、第2の不純物領域の形成時に第1のMISトランジスタ領域を覆うレジストが形成されても、第1のMISトランジスタ領域に設けられた第1の不純物領域の表面が削れるのを防ぐことができる。従って、本発明の半導体装置の製造方法を用いると、接合深さが深くなるのが抑制され、寄生抵抗が小さい第1の不純物領域を有するMISトランジスタを形成することができるので、微細化されても高い駆動能力を有する半導体装置を製造することができる。 According to this method, it is not necessary to form a resist in the first MIS transistor region before forming the first impurity region, and wet etching for removing the resist is not performed. Therefore, the first MIS transistor It is possible to avoid the surface of the semiconductor substrate from being scraped in the region. As a result, the junction depth of the first impurity region can be suppressed from increasing. Further, when the second impurity region is formed, the first MIS transistor region is protected by the first insulating film, so that a resist that covers the first MIS transistor region when the second impurity region is formed. Even if formed, the surface of the first impurity region provided in the first MIS transistor region can be prevented from being scraped. Therefore, when the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is used, an increase in junction depth is suppressed, and a MIS transistor having a first impurity region with a small parasitic resistance can be formed. In addition, a semiconductor device having a high driving capability can be manufactured.
本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、浅接合化され、低抵抗化された第1の不純物領域を有するMISトランジスタを備えているため、微細化されても高速に動作可能な半導体装置を実現することができる。 According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, since the MIS transistor having the first impurity region having a shallow junction and a low resistance is provided, the semiconductor device that can operate at high speed even when miniaturized. Can be realized.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。図1(a)〜(d)、図2(a)〜(d)、及び図3(a)、(b)は、本実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
(First embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A to 1D, FIGS. 2A to 2D, and FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment.
まず、図1(a)に示すように、p型シリコンからなる半導体基板100に、例えばSTI(Shallow Trench. Isolation)法により設けられ、シリコン酸化膜などからなる素子分離領域101を形成する。これにより、素子分離領域101によって取り囲まれた半導体基板100からなる活性領域100a、100bを形成する。その後、活性領域100a上に、例えば膜厚が2nmでシリコン酸化膜からなる第1のゲート絶縁膜102aを形成するとともに、活性領域100b上に、例えば膜厚が5nmでシリコン酸化膜からなる第2のゲート絶縁膜102bを形成する。次いで、第1のゲート絶縁膜102a上に、多結晶シリコン膜からなる第1のゲート電極103aを形成するとともに、第2のゲート絶縁膜102b上に、多結晶シリコン膜からなる第2のゲート電極103bを形成する。
First, as shown in FIG. 1A, an
次に、図1(b)に示すように、半導体基板100の全面上に、活性領域100a、100bを覆い、例えば膜厚が7nmでシリコン酸化膜からなる絶縁膜104を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, an insulating
次に、図1(c)に示すように、絶縁膜104を異方性ドライエッチングすることにより、第1のゲート電極103aの側壁に、例えば膜厚が5nmで絶縁膜104からなるオフセットスペーサ104aを形成するとともに、第2のゲート電極103bの側壁に、例えば膜厚が5nmで絶縁膜104からなるオフセットスペーサ104bを形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, by performing anisotropic dry etching on the insulating
次に、図1(d)に示すように、半導体基板100上に、活性領域100bを覆うレジスト105を形成する。次いで、レジスト105をマスクとして、例えばn型不純物の砒素(第1の不純物)をイオン注入することにより、活性領域100aにおける第1のゲート電極103aの側方下に内部トランジスタのエクステンション領域あるいはLDD領域となる低濃度不純物領域(第1の不純物領域)106aを形成する。
Next, as illustrated in FIG. 1D, a resist 105 that covers the
次に、図2(a)に示すように、アッシング、硫酸過水洗浄、アンモニア過水洗浄を行うことによりレジスト105を除去した後、半導体基板100の全面上に、活性領域100a、100bを覆い、例えば膜厚が10nmでシリコン酸化膜からなる絶縁膜107を堆積する。
Next, as shown in FIG. 2A, the resist 105 is removed by ashing, sulfuric acid / hydrogen peroxide cleaning, and ammonia hydrogen peroxide cleaning, and then the
次に、図2(b)に示すように、半導体基板100上に、活性領域100aを覆うレジスト108を形成する。次いで、レジスト108をマスクとして、絶縁膜107を通して例えばn型不純物の燐(第2の不純物)をイオン注入することにより、活性領域100bにおける第2のゲート電極103bの側方下に入出力トランジスタのエクステンション領域あるいはLDD領域となる低濃度不純物領域(第2の不純物領域)106bを形成する。この時、絶縁膜107のうち活性領域100bを覆う部分にも、燐がイオン注入される。
Next, as illustrated in FIG. 2B, a resist 108 that covers the
次に、図2(c)に示すように、アッシング、硫酸過水洗浄、アンモニア過水洗浄を行うことによりレジスト108を除去した後、絶縁膜107上に、活性領域100a、100bを覆い、例えば膜厚が30nmでシリコン窒化膜からなる絶縁膜109を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, the resist 108 is removed by ashing, sulfuric acid / hydrogen peroxide cleaning, and ammonia hydrogen peroxide cleaning, and then the
続いて、図2(d)に示すように、絶縁膜109、107を異方性ドライエッチングすることにより、第1のゲート電極103aの側壁にオフセットスペーサ104aを介して絶縁膜107からなる第1の内側サイドウォールスペーサ107a、及び絶縁膜109からなる第1の外側サイドウォールスペーサ109aを形成するとともに、第2のゲート電極103bの側壁にオフセットスペーサ104bを介して絶縁膜107からなる第2の内側サイドウォールスペーサ107b、及び絶縁膜109からなる第2の外側サイドウォールスペーサ109bを形成する。これにより、内部トランジスタ領域では、第1の内側サイドウォールスペーサ107aと第1の外側サイドウォールスペーサ109aとから構成されるサイドウォールスペーサ110aが形成され、入出力トランジスタ領域では、第2の内側サイドウォールスペーサ107bと第2の外側サイドウォールスペーサ109bとから構成されるサイドウォールスペーサ110bが形成される。なお、第2の内側サイドウォールスペーサ107bには低濃度不純物領域106bの不純物である燐が含まれているが、第1の内側サイドウォールスペーサ107aには低濃度不純物領域106aの不純物である砒素が含まれていない。
Subsequently, as shown in FIG. 2D, the insulating
次に、図3(a)に示すように、第1のゲート電極103a、第2のゲート電極103b、オフセットスペーサ104a、104b、サイドウォールスペーサ110a、110bをマスクとして、活性領域100a、100bに例えばn型不純物の砒素をイオン注入することで、内部トランジスタのソースドレイン領域となる高濃度不純物領域111a、及び入出力トランジスタ領域のソースドレイン領域となる高濃度不純物領域111bを形成する。
Next, as shown in FIG. 3A, for example, in the
次に、図3(b)に示すように、第1のゲート電極103a及び高濃度不純物領域111a、並びに、第2のゲート電極103b及び高濃度不純物領域111bの上部に、シリサイド膜112a、112bをそれぞれ形成する。次いで、半導体基板100の全面上に、層間絶縁膜113を形成した後、シリサイド膜112a、112b上に、層間絶縁膜113を貫通するコンタクトプラグ114a、114bをそれぞれ形成する。続いて、コンタクトプラグ114a、114bにそれぞれ接続される金属配線115a、115bを形成する。以上の工程により、本実施形態の半導体装置を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 3B,
本実施形態の半導体装置の製造方法の特徴は、図1(d)に示す内部トランジスタ領域の低濃度不純物領域106aの形成工程までに、入出力トランジスタ領域のイオン注入工程を行わないことにある。この方法によれば、低濃度不純物領域106aを形成する前に、内部トランジスタ領域にレジストを形成する必要が無く、レジストを除去するためのウェットエッチングを行わないため、内部トランジスタ領域の半導体基板100のシリコン表面が削れるのを回避できる。その結果、内部トランジスタ領域の低濃度不純物領域106aの接合深さが深くなるのを抑制することができる。さらに、本実施形態の製造方法では、入出力トランジスタ領域の低濃度不純物領域106bをイオン注入により形成する際には、絶縁膜107上に内部トランジスタ領域を覆うレジスト108を形成するため、内部トランジスタの低濃度不純物領域106aが絶縁膜107に保護され、レジスト108の除去時に低濃度不純物領域106aの表面が削れるのを防ぐことができる。従って、本実施形態の製造方法を用いると、接合深さが深くなるのが抑制され、寄生抵抗が小さい低濃度不純物領域106aを有する内部トランジスタを形成できるため、微細化されても高い駆動能力を有する半導体装置を実現することができる。
The feature of the semiconductor device manufacturing method of this embodiment is that the ion implantation process of the input / output transistor region is not performed until the step of forming the low-
ここで、本実施形態の製造方法により形成された内部トランジスタの低濃度不純物領域106aの構成について図4を用いて説明する。図4(a)は、本実施形態に係る内部トランジスタの低濃度不純物領域の構成を示す断面図であり、図4(b)は、従来の内部トランジスタの低濃度不純物領域の構成を示す断面図である。
Here, the configuration of the low-
図4(a)、(b)に示すように、本実施形態の製造方法により形成された低濃度不純物領域では、従来の低濃度不純物領域407aに比べて基板の削れ量が小さくなる。従来の方法で形成された低濃度不純物領域407aでは、基板の削れ量が大きくなるため、ゲート絶縁膜402aと半導体基板400との界面から低濃度不純物領域407aの下面までの深さ(接合深さ)が深くなる結果、ゲート電極403aの端部下における電流経路が拡大し、低濃度不純物領域407aの寄生抵抗が増大してしまう。一方、本実施形態では、従来に比べて、ゲート絶縁膜102aと半導体基板100との界面からの低濃度不純物領域106aの接合深さを例えば0.5〜2.0nm程度低減することができ、ショートチャネル効果、すなわちゲート長が小さくなった場合の閾値電圧低下を約10%低減させることができる。その結果、浅接合化され、寄生抵抗の増大が抑制された低濃度不純物領域を形成することができる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, in the low concentration impurity region formed by the manufacturing method of the present embodiment, the amount of chipping of the substrate is smaller than that of the conventional low
また、本実施形態の半導体装置の製造方法では、低濃度不純物領域106aの保護膜として設けられた絶縁膜107を用いて、第1の内側サイドウォールスペーサ107a、第2の内側サイドウォールスペーサ107bを形成するので、内側サイドウォールスペーサ用の絶縁膜を別途形成する必要が無く、製造コストの削減を図ることができる。
In the semiconductor device manufacturing method of this embodiment, the first inner
さらに、本実施形態の半導体装置の製造方法では、図1(c)に示す工程で、5nmと比較的薄い膜厚で、絶縁膜104からなるオフセットスペーサ104aを形成することで、図1(d)に示す工程で、第1のゲート電極103aと低濃度不純物領域106aのオーバーラップ量が増加するのを抑制できる。これにより、ショートチャネル効果による特性の劣化を抑えることができる。なお、絶縁膜104の材料は、シリコン酸化膜に限定されるものではなく、例えばシリコン窒化膜などを用いてもよい。
Further, in the method of manufacturing the semiconductor device of this embodiment, the offset spacer 104a made of the insulating
また、図2(b)に示す工程では、半導体基板100に垂直な方向に対して、例えば10度から45度傾斜した方向から、活性領域100bにイオン注入してもよい。これにより、絶縁膜107を介したイオン注入を行う場合でも、第2のゲート電極103bと低濃度不純物領域106bのオーバーラップ量を制御することができ、所望の特性を有する入出力トランジスタを形成することができる。
In the step shown in FIG. 2B, ions may be implanted into the
続いて、本実施形態の半導体装置の製造方法により形成された半導体装置の構成について図3(b)を用いて説明する。図3(b)に示すように、本実施形態の半導体装置では、同一半導体基板に内部トランジスタと入出力トランジスタとを備えている。内部トランジスタは、半導体基板100における活性領域100a上に形成された第1のゲート絶縁膜102a及び第1のゲート電極103aと、活性領域100aにおける第1のゲート電極103aの側方下に形成され、例えば燐などのn型の第1の不純物が拡散してなる低濃度不純物領域106aと、第1のゲート電極103aの側面上に形成されたオフセットスペーサ104aと、オフセットスペーサ104aの側面上に形成され、断面形状がL字状の第1の内側サイドウォールスペーサ107aと、第1の内側サイドウォールスペーサ107aにおけるL字状の内側表面に形成された第1の外側サイドウォールスペーサ109aとを備えている。
Next, the configuration of the semiconductor device formed by the semiconductor device manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3B, the semiconductor device of this embodiment includes an internal transistor and an input / output transistor on the same semiconductor substrate. The internal transistor is formed below the first
一方、入出力トランジスタは、半導体基板100における活性領域100b上に形成された第2のゲート絶縁膜102b及び第2のゲート電極103bと、活性領域100bにおける第2のゲート電極103bの側方下に形成され、例えば砒素などのn型の第2の不純物が拡散してなる低濃度不純物領域106bと、第2のゲート電極103bの側面上に形成されたオフセットスペーサ104bと、オフセットスペーサ104bの側面上に形成され、断面形状がL字状の第2の内側サイドウォールスペーサ107bと、第2の内側サイドウォールスペーサ107bにおけるL字状の内側表面に形成された第2の外側サイドウォールスペーサ109bとを備えている。
On the other hand, the input / output transistor is formed laterally below the second
ここで、本実施形態の半導体装置では、第2の内側サイドウォールスペーサ107bは、第2の外側サイドウォールスペーサ109bとの界面領域に、低濃度不純物領域106bに拡散された不純物と同じ第2の不純物を含んでいる。一方、第1の内側サイドウォールスペーサ107aは、第1の外側サイドウォールスペーサ109aとの界面領域に、低濃度不純物領域106aに拡散された不純物と同じ第1の不純物を含んでいない。このように、各内側サイドウォールスペーサの構成が互いに異なるのは、低濃度不純物領域106a、106bの形成工程が互いに異なることによる。
Here, in the semiconductor device of the present embodiment, the second inner
まず、低濃度不純物領域106bの形成時には、半導体基板100が第2の内側サイドウォールスペーサ107bを構成する絶縁膜に覆われた状態でイオン注入することで、該絶縁膜にも不純物が注入される結果、第2の不純物を有する第2の内側サイドウォールスペーサ107bが得られる。特に、本実施形態の半導体装置では、第2の内側サイドウォールスペーサ107bが、第2の外側サイドウォールスペーサ109bとの界面領域のうちL字状のコーナー部に第2の不純物を含有している点が従来の半導体装置と異なる点である。従来の半導体装置では、低濃度不純物領域の形成時に内側サイドウォールスペーサに不純物が注入されなくても、以降の高濃度不純物領域の形成時には、内側サイドウォールスペーサの露出した部分(外側サイドウォールスペーサに覆われていない上端部及び下端部)に、高濃度不純物領域形成用の不純物が注入される。しかしながら、内側サイドウォールスペーサのL字状のコーナー部は外側サイドウォールスペーサに覆われているため、不純物は注入されない。
First, when forming the low-
次に、第1の内側サイドウォールスペーサ107aを構成する絶縁膜は、低濃度不純物領域106aの形成後であって低濃度不純物領域106bの形成時に設けられるため、低濃度不純物領域106aの形成時に、該絶縁膜に第1の不純物が注入されることはない。特に、本実施形態の半導体装置では、第1の内側サイドウォールスペーサ107aは、第1の外側サイドウォールスペーサ109aとの界面領域のうちL字状のコーナー部に第1の不純物を含有していない。これは、低濃度不純物領域106aの形成後、高濃度不純物領域111aの形成時に、第1の内側サイドウォールスペーサ107aの露出した部分には、高濃度不純物領域111a形成用の例えば第1の不純物が注入されるが、第1の内側サイドウォールスペーサ107aのL字状のコーナー部は、第1の外側サイドウォールスペーサ109aに覆われているため、第1の不純物が注入されないからである。
Next, since the insulating film constituting the first
以上の構成によれば、ウェットエッチングの工程を経ずに内部トランジスタの低濃度不純物領域106aが形成されるので、低濃度不純物領域106aの接合を比較的浅く形成することができ、低濃度不純物領域106aの寄生容量を低減することができる。その結果、低抵抗された低濃度不純物領域106aを有する内部トランジスタを備え、十分な駆動能力を有する半導体装置を実現することができる。
According to the above configuration, the low-
なお、本実施形態の半導体装置及びその製造方法では、第1のゲート絶縁膜102aの膜厚は第2のゲート絶縁膜102bの膜厚よりも小さいことが好ましい。内部トランジスタ領域に設けられた第1のゲート絶縁膜102aの膜厚を小さくすることで、高速に動作可能な内部トランジスタを実現することができる。さらに、入出力トランジスタ領域に設けられた第2のゲート絶縁膜102bの膜厚を第1のゲート絶縁膜102aの膜厚よりも大きくすることで、例えば比較的大きな耐圧を必要とするトランジスタが形成されても、第2のゲート絶縁膜102bが破壊されるのを抑制でき、所望の特性を有する入出力トランジスタを実現することができる。
In the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, it is preferable that the film thickness of the first
また、本実施形態の半導体装置及びその製造方法では、同一半導体基板にn型の内部トランジスタとn型の入出力トランジスタとを備えた半導体装置を一例に挙げたが、これに限定されるものではない。例えばn型トランジスタだけでなく、p型の内部トランジスタ及び入出力トランジスタをさらに備え、複数のトランジスタが形成された半導体装置であっても、本実施形態と同様な効果が得られる。 In the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the semiconductor device provided with the n-type internal transistor and the n-type input / output transistor on the same semiconductor substrate is taken as an example. However, the semiconductor device is not limited thereto. Absent. For example, not only an n-type transistor but also a p-type internal transistor and an input / output transistor are provided, and a semiconductor device in which a plurality of transistors are formed can provide the same effects as those of the present embodiment.
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。図5(a)、(b)、及び図6(a)、(b)は、本実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。なお、本実施形態の製造方法では、第1の実施形態の製造方法における図1(a)〜(d)、図2(a)、(b)に示す工程と同様の工程を経て、図5(a)に示す工程を行う。従って、第1の実施形態の製造方法と同様な工程については、簡略して説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 5A, 5B, 6A, and 6B are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment. In the manufacturing method of the present embodiment, the same steps as those shown in FIGS. 1A to 1D, FIGS. 2A and 2B in the manufacturing method of the first embodiment are performed, and then FIG. The process shown in (a) is performed. Therefore, steps similar to those in the manufacturing method according to the first embodiment will be briefly described.
まず、図1(a)〜(d)、図2(a)、(b)に示す工程と同様の工程によって、図2(b)に示す構成を得る。 First, the configuration shown in FIG. 2B is obtained by the same steps as those shown in FIGS. 1A to 1D and FIGS. 2A and 2B.
次に、図5(a)に示すように、アッシング、硫酸過水洗浄、アンモニア過水洗浄を行うことによりレジスト108を除去した後、絶縁膜107上に、活性領域100a、100bを覆い、例えば膜厚が5nmでシリコン酸化膜からなる絶縁膜116、及び例えば膜厚が30nmでシリコン窒化膜からなる絶縁膜109を順次形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, after the resist 108 is removed by ashing, sulfuric acid / hydrogen peroxide cleaning, and ammonia water / aqueous cleaning, the
次に、図5(b)に示すように、絶縁膜109、116、107を異方性ドライエッチングすることにより、内部トランジスタ領域では、第1のゲート電極103aの側壁にオフセットスペーサ104aを介して、絶縁膜107からなる第1の内側サイドウォールスペーサ107a、絶縁膜116からなる第1の中間サイドウォールスペーサ116a、及び絶縁膜109からなる第1の外側サイドウォールスペーサ109aから構成されるサイドウォールスペーサ110aを形成する。これと同時に、入出力トランジスタ領域では、第2のゲート電極103bの側壁にオフセットスペーサ104bを介して、絶縁膜107からなる第2の内側サイドウォールスペーサ107b、絶縁膜116からなる第2の中間サイドウォールスペーサ116b、及び絶縁膜109からなる第2の外側サイドウォールスペーサ109bから構成されるサイドウォールスペーサ110bを形成する。なお、第2の内側サイドウォールスペーサ107bには低濃度不純物領域106bの不純物である燐が含まれているが、第1の内側サイドウォールスペーサ107aには低濃度不純物領域106aの不純物である砒素が含まれていない。
Next, as shown in FIG. 5B, by performing anisotropic dry etching on the insulating
次に、図6(a)に示すように、第1のゲート電極103a、第2のゲート電極103b、オフセットスペーサ104a、104b、サイドウォールスペーサ110a、110bをマスクとして、活性領域100a、100bに例えばn型不純物の砒素をイオン注入することで、内部トランジスタのソースドレイン領域となる高濃度不純物領域111a、及び入出力トランジスタ領域のソースドレイン領域となる高濃度不純物領域111bを形成する。
Next, as shown in FIG. 6A, for example, the
続いて、図6(b)に示すように、第1のゲート電極103a及び高濃度不純物領域111a、並びに、第2のゲート電極103b及び高濃度不純物領域111bの上部に、シリサイド膜112a、112bをそれぞれ形成する。次いで、半導体基板100の全面上に、層間絶縁膜113を形成した後、シリサイド膜112a、112b上に、層間絶縁膜113を貫通するコンタクトプラグ114a、114bをそれぞれ形成する。続いて、コンタクトプラグ114a、114bにそれぞれ接続される金属配線115a、115bを形成する。以上の工程により、本実施形態の半導体装置を製造することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 6B,
本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、第1の実施形態と同様にして、低濃度不純物領域106aを形成する前に、内部トランジスタ領域にレジストを形成する必要が無いため、レジストを除去するためのウェットエッチングにより内部トランジスタの半導体基板100のシリコン表面が削れるのを回避することができる。また、低濃度不純物領域106bの形成時には、内部トランジスタ領域は絶縁膜107により保護されているため、レジスト108の除去時に低濃度不純物領域106aの表面が削れるのを防ぐことができる。従って、本実施形態の半導体装置の製造方法を用いると、浅接合化され、寄生抵抗が小さい低濃度不純物領域106aを有する内部トランジスタを形成でき、微細化されても高い駆動能力を有する半導体装置を実現することができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, it is not necessary to form a resist in the internal transistor region before forming the low-
なお、本実施形態の半導体装置の構成は、第1の実施形態とサイドウォールスペーサ110a、110bの構成のみが異なるため、詳細な説明は省略する。本実施形態の半導体装置では、サイドウォールスペーサ110a、110bに、それぞれ第1の中間サイドウォールスペーサ116a及び第2の中間サイドウォールスペーサ116bがさらに備えられている。ここで、第2の内側サイドウォールスペーサ107bは、L字状のコーナー部における第2の中間サイドウォールスペーサ116bとの界面領域に、低濃度不純物領域106bに拡散された不純物と同じ第2の不純物を含有している。一方、第1の内側サイドウォールスペーサ107aは、L字状のコーナー部における第1の中間サイドウォールスペーサ116aとの界面領域に、低濃度不純物に拡散された不純物と同じ第1の不純物を含有していない。この構成により、浅接合化され、寄生抵抗が小さい低濃度不純物領域106aを有する内部トランジスタを備え、高い駆動能力を有する半導体装置を実現することができる。
Note that the configuration of the semiconductor device of this embodiment is different from that of the first embodiment only in the configuration of the
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。図7(a)〜(d)、図8(a)〜(d)、図9(a)、(b)は、本実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。なお、本実施形態の半導体装置の製造方法では、第1の実施形態の製造方法とゲート絶縁膜及びゲート電極の構成が異なっている。従って、同様な部分については、同一の符号を付すことにより、詳細な説明は省略する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 7A to 7D, 8A to 8D, 9A, and 9B are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment. Note that the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment differs from the manufacturing method of the first embodiment in the configuration of the gate insulating film and the gate electrode. Accordingly, the same parts are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
まず、図7(a)に示すように、p型シリコンからなる半導体基板100に、シリコン酸化膜などからなる素子分離領域101を形成する。これにより、素子分離領域101によって取り囲まれた半導体基板100からなる活性領域100a、100bを形成する。その後、活性領域100a上に、例えば膜厚が1nmのシリコン酸化膜上に膜厚が2nmの高誘電率膜が積層された第1のゲート絶縁膜120aを形成するとともに、活性領域100b上に、例えば膜厚が5nmのシリコン酸化膜上に膜厚が2nmの高誘電率膜が積層された第2のゲート絶縁膜120bを形成する。次いで、第1のゲート絶縁膜120a上に、高融点金属からなる金属膜121aと、金属膜121a上に形成され、多結晶シリコン膜からなるシリコン膜122aとから構成された第1のゲート電極123aを形成するとともに、第2のゲート絶縁膜120b上に、高融点金属からなる金属膜121bと、金属膜121b上に形成され、多結晶シリコン膜からなるシリコン膜122bとから構成された第2のゲート電極123bを形成する。
First, as shown in FIG. 7A, an
次に、図7(b)、(c)に示すように、半導体基板100の全面上に、活性領域100a、100bを覆い、例えば膜厚が7nmでシリコン酸化膜からなる絶縁膜104を形成した後、絶縁膜104を異方性ドライエッチングすることにより、第1のゲート電極123a及び第2のゲート電極123bの側壁に、例えば膜厚が5nmで絶縁膜104からなるオフセットスペーサ104a、及び例えば膜厚が5nmで絶縁膜104からなるオフセットスペーサ104bをそれぞれ形成する。
Next, as shown in FIGS. 7B and 7C, an insulating
次に、図7(d)に示すように、半導体基板100上に、活性領域100bを覆うレジスト105を形成する。次いで、レジスト105をマスクとして、例えばn型不純物の砒素をイオン注入することにより、活性領域100aにおける第1のゲート電極123aの側方下に内部トランジスタのエクステンション領域あるいはLDD領域となる低濃度不純物領域106aを形成する。
Next, as illustrated in FIG. 7D, a resist 105 that covers the
次に、図8(a)に示すように、アッシング、硫酸過水洗浄、アンモニア過水洗浄を行うことによりレジスト105を除去した後、半導体基板100の全面上に、活性領域100a、100bを覆い、例えば膜厚が5nmでシリコン酸化膜からなる絶縁膜107を堆積する。
Next, as shown in FIG. 8A, after the resist 105 is removed by ashing, sulfuric acid / hydrogen peroxide cleaning, and ammonia hydrogen peroxide cleaning, the
次に、図8(b)に示すように、半導体基板100上に、活性領域100aを覆うレジスト108を形成する。次いで、レジスト108をマスクとして、絶縁膜107を通して例えばn型不純物の燐をイオン注入することにより、活性領域100bにおける第2のゲート電極123bの側方下に入出力トランジスタのエクステンション領域あるいはLDD領域となる低濃度不純物領域106bを形成する。この時、絶縁膜107のうち活性領域100bを覆う部分にも、燐がイオン注入される。
Next, as illustrated in FIG. 8B, a resist 108 that covers the
次に、図8(c)に示すように、アッシング、硫酸過水洗浄、アンモニア過水洗浄を行うことによりレジスト108を除去した後、絶縁膜107上に、活性領域100a、100bを覆い、例えば膜厚が30nmでシリコン窒化膜からなる絶縁膜109を形成する。
Next, as shown in FIG. 8C, after removing the resist 108 by performing ashing, sulfuric acid / hydrogen peroxide cleaning, and ammonia hydrogen peroxide cleaning, the
続いて、図8(d)に示すように、絶縁膜109、107を異方性ドライエッチングすることにより、内部トランジスタ領域では、第1のゲート電極123aの側壁にオフセットスペーサ104aを介して絶縁膜107からなる第1の内側サイドウォールスペーサ107a、及び絶縁膜109からなる第1の外側サイドウォールスペーサ109aから構成されるサイドウォールスペーサ110aを形成する。これと同時に、入出力トランジスタ領域では、第2のゲート電極123bの側壁にオフセットスペーサ104bを介して絶縁膜107からなる第2の内側サイドウォールスペーサ107b、及び絶縁膜109からなる第2の外側サイドウォールスペーサ109bから構成されるサイドウォールスペーサ110bを形成する。なお、第2の内側サイドウォールスペーサ107bには低濃度不純物領域106bの不純物である燐が含まれているが、第1の内側サイドウォールスペーサ107aには低濃度不純物領域106aの不純物である砒素は含まれていない。
Subsequently, as shown in FIG. 8D, the insulating
次に、図9(a)に示すように、第1のゲート電極123a、第2のゲート電極123b、オフセットスペーサ104a、104b、サイドウォールスペーサ110a、110bをマスクとして、活性領域100a、100bに例えばn型不純物の砒素をイオン注入することで、内部トランジスタのソースドレイン領域となる高濃度不純物領域111a、及び入出力トランジスタ領域のソースドレイン領域となる高濃度不純物領域111bを形成する。
Next, as shown in FIG. 9A, for example, the
次に、図9(b)に示すように、第1のゲート電極123a及び高濃度不純物領域111a、並びに、第2のゲート電極123b及び高濃度不純物領域111bの上部に、それぞれシリサイド膜112a、112bをそれぞれ形成する。次いで、半導体基板100の全面上に、層間絶縁膜113を形成した後、シリサイド膜112a、112b上に、層間絶縁膜113を貫通するコンタクトプラグ114a、114bをそれぞれ形成する。続いて、コンタクトプラグ114a、114bにそれぞれ接続される金属配線115a、115bを形成する。以上の工程により、本実施形態の半導体装置を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 9B,
本実施形態の半導体装置の製造方法を用いれば、第1の実施形態と同様にして、低濃度不純物領域106aの形成前に内部トランジスタ領域における半導体基板100が削れるのが抑制されるとともに、低濃度不純物領域106bの形成時に、形成された低濃度不純物領域106aの表面が削れるのを防止することができる。その結果、浅接合化され、寄生抵抗が小さい低濃度不純物領域106aを有する内部トランジスタを形成でき、微細化されても高い駆動能力を有する半導体装置を実現することができる。
If the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment is used, the
また、本実施形態の半導体装置の製造方法では、第1のゲート絶縁膜120a及び第2のゲート絶縁膜120bとして高誘電率膜を用い、第1のゲート電極123a及び第2のゲート電極123bとして、金属膜とシリコン膜との積層膜を用いている。これにより、微細化されてもリーク電流及びゲート電極の空乏化が抑制できるため、駆動能力の低下が抑制された信頼性の高い半導体装置を製造することができる。なお、本実施形態では、内部トランジスタ及び入出力トランジスタの両方において、積層膜からなるゲート電極を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、入出力トランジスタの第2のゲート電極123bが多結晶シリコン膜のみから構成され、第1のゲート電極123aと異なる構造であっても、上述の効果を得ることができる。
In the semiconductor device manufacturing method of this embodiment, high dielectric constant films are used as the first
本実施形態の半導体装置に構成については、第1の実施形態の半導体装置とゲート構造のみが異なるため、詳細な説明は省略する。なお、本実施形態の半導体装置及びその製造方法においても、第2の実施形態と同様にして、第1の内側サイドウォールスペーサ107aと第1の外側サイドウォールスペーサ109aとの間、及び第2の内側サイドウォールスペーサ107bと第2の外側サイドウォールスペーサ109bとの間に、断面形状がL字状の第1の中間サイドウォールスペーサ及び第2の中間サイドウォールスペーサをそれぞれ形成してもよい。
The configuration of the semiconductor device according to the present embodiment is different from the semiconductor device according to the first embodiment only in the gate structure, and thus detailed description thereof is omitted. In the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, as in the second embodiment, the second
本発明の半導体装置及びその製造方法は、半導体装置の微細化及び高駆動化に有用である。 The semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention are useful for miniaturization and high drive of the semiconductor device.
100 半導体基板
100a、100b 活性領域
101 素子分離領域
102a 第1のゲート絶縁膜
102b 第2のゲート絶縁膜
103a 第1のゲート電極
103b 第2のゲート電極
104 絶縁膜
104a、104b オフセットスペーサ
105 レジスト
106a、106b 低濃度不純物領域
107 絶縁膜
107a 第1の内側サイドウォールスペーサ
107b 第2の内側サイドウォールスペーサ
108 レジスト
109 絶縁膜
109a 第1の外側サイドウォールスペーサ
109b 第2の外側サイドウォールスペーサ
110a、110b サイドウォールスペーサ
111a、111b 高濃度不純物領域
112a、112b シリサイド膜
113 層間絶縁膜
114a、114b コンタクトプラグ
115a、115b 金属配線
116 絶縁膜
116a 第1の中間サイドウォールスペーサ
116b 第2の中間サイドウォールスペーサ
120a 第1のゲート絶縁膜
120b 第2のゲート絶縁膜
121a、121b 金属膜
122a、122b シリコン膜
123a 第1のゲート電極
123b 第2のゲート電極
100
Claims (14)
前記第1のMISトランジスタは、
半導体基板における第1の活性領域上に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電極と、
前記第1の活性領域における前記第1のゲート電極の側方下に形成され、第1の不純物が拡散してなる第1の不純物領域と、
前記第1のゲート電極の側面上に形成され、断面形状がL字状の第1の内側サイドウォールスペーサと、
前記第1の内側サイドウォールスペーサにおけるL字状の内側表面上に形成された第1の外側サイドウォールスペーサとを備え、
前記第2のMISトランジスタは、
前記半導体基板における第2の活性領域上に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜上に形成された第2のゲート電極と、
前記第2の活性領域における前記第2のゲート電極の側方下に形成され、前記第1の不純物と同一導電型の第2の不純物が拡散してなる第2の不純物領域と、
前記第2のゲート電極の側面上に形成され、断面形状がL字状の第2の内側サイドウォールスペーサと、
前記第2の内側サイドウォールスペーサにおけるL字状の内側表面上に形成された第2の外側サイドウォールスペーサとを備え、
前記第2の内側サイドウォールスペーサは、前記第2の外側サイドウォールスペーサとの界面領域に前記第2の不純物を含有していることを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device including a first MIS transistor and a second MIS transistor,
The first MIS transistor is
A first gate insulating film formed on the first active region in the semiconductor substrate;
A first gate electrode formed on the first gate insulating film;
A first impurity region formed in a side lower side of the first gate electrode in the first active region and formed by diffusing a first impurity;
A first inner sidewall spacer formed on a side surface of the first gate electrode and having an L-shaped cross section;
A first outer sidewall spacer formed on an L-shaped inner surface of the first inner sidewall spacer;
The second MIS transistor is
A second gate insulating film formed on a second active region in the semiconductor substrate;
A second gate electrode formed on the second gate insulating film;
A second impurity region formed under the second gate electrode in the second active region and formed by diffusing a second impurity of the same conductivity type as the first impurity;
A second inner side wall spacer formed on a side surface of the second gate electrode and having an L-shaped cross section;
A second outer sidewall spacer formed on an L-shaped inner surface of the second inner sidewall spacer;
The second inner side wall spacer contains the second impurity in an interface region with the second outer side wall spacer.
前記第2の内側サイドウォールスペーサは、L字状のコーナー部における前記第2の外側サイドウォールスペーサとの界面領域に前記第2の不純物を含有していることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the second inner side wall spacer contains the second impurity in an interface region with the second outer side wall spacer in an L-shaped corner portion.
前記第1の内側サイドウォールスペーサは、L字状のコーナー部における前記第1の外側サイドウォールスペーサとの界面領域に前記第1の不純物を含有していないことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The first inner sidewall spacer does not contain the first impurity in an interface region with the first outer sidewall spacer in an L-shaped corner portion.
前記第1のゲート電極と前記第1の内側サイドウォールスペーサとの間に形成された第1のオフセットスペーサと、
前記第2のゲート電極と前記第2の内側サイドウォールスペーサとの間に形成された第2のオフセットスペーサとをさらに備えていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
A first offset spacer formed between the first gate electrode and the first inner sidewall spacer;
A semiconductor device further comprising a second offset spacer formed between the second gate electrode and the second inner sidewall spacer.
前記第1の内側サイドウォールスペーサ及び前記第2の内側サイドウォールスペーサは、シリコン酸化膜からなり、
前記第1の外側サイドウォールスペーサ及び前記第2の外側サイドウォールスペーサは、シリコン窒化膜からなることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device of any one of Claims 1-4 WHEREIN:
The first inner side wall spacer and the second inner side wall spacer are made of a silicon oxide film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first outer side wall spacer and the second outer side wall spacer are made of a silicon nitride film.
前記第1の不純物は、前記第2の不純物と異なる不純物であることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The semiconductor device, wherein the first impurity is different from the second impurity.
前記第1のゲート絶縁膜の膜厚は、前記第2のゲート絶縁膜の膜厚に比べて薄いことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6,
The semiconductor device is characterized in that the film thickness of the first gate insulating film is smaller than the film thickness of the second gate insulating film.
前記第1のMISトランジスタは、内部トランジスタであり、
前記第2のMISトランジスタは、入出力トランジスタであることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7,
The first MIS transistor is an internal transistor;
The semiconductor device, wherein the second MIS transistor is an input / output transistor.
前記第1の内側サイドウォールスペーサと前記第1の外側サイドウォールスペーサとの間に形成され、断面形状がL字状の第1の中間サイドウォールスペーサと、
前記第2の内側サイドウォールスペーサと前記第2の外側サイドウォールスペーサとの間に形成され、断面形状がL字状の第2の中間サイドウォールスペーサとをさらに備え、 前記第2の内側サイドウォールスペーサは、前記第2の中間サイドウォールスペーサとの界面領域に前記第2の不純物を含有していることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8,
A first intermediate sidewall spacer formed between the first inner sidewall spacer and the first outer sidewall spacer and having an L-shaped cross section;
A second intermediate sidewall spacer formed between the second inner sidewall spacer and the second outer sidewall spacer and having an L-shaped cross section; and the second inner sidewall spacer. The spacer includes the second impurity in an interface region with the second intermediate sidewall spacer.
前記第1のゲート電極は、前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1の金属膜と、前記第1の金属膜上に形成された第1のシリコン膜とを有し、
前記第2のゲート電極は、前記第2のゲート絶縁膜上に形成された第2の金属膜と、前記第2の金属膜上に形成された第2のシリコン膜とを有していることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 9,
The first gate electrode includes a first metal film formed on the first gate insulating film and a first silicon film formed on the first metal film,
The second gate electrode has a second metal film formed on the second gate insulating film and a second silicon film formed on the second metal film. A semiconductor device characterized by the above.
前記第1の活性領域上に第1のゲート絶縁膜を形成するとともに、前記第2の活性領域上に第2のゲート絶縁膜を形成する工程(a)と、
前記第1のゲート絶縁膜上に第1のゲート電極を形成するとともに、前記第2のゲート絶縁膜上に第2のゲート電極を形成する工程(b)と、
前記第1の活性領域における前記第1のゲート電極の側方下に、第1の不純物をイオン注入することにより第1の不純物領域を形成する工程(c)と、
前記工程(c)の後に、前記半導体基板上に、前記第1の活性領域及び前記第2の活性領域を覆う第1の絶縁膜を形成する工程(d)と、
前記第2の活性領域における前記第2のゲート電極の側方下に、前記第1の絶縁膜を通して前記第1の不純物と同一導電型の第2の不純物をイオン注入することにより第2の不純物領域を形成する工程(e)と、
前記工程(e)の後に、前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成する工程(f)と、
前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜を異方性ドライエッチングすることにより、前記第1のゲート電極の側面上に、前記第1の絶縁膜からなる断面形状がL字状の第1の内側サイドウォールスペーサ及び前記第2の絶縁膜からなる第1の外側サイドウォールスペーサを形成するとともに、前記第2のゲート電極の側面上に、前記第1の絶縁膜からなる断面形状がL字状の第2の内側サイドウォールスペーサ及び前記第2の絶縁膜からなる第2の外側サイドウォールスペーサを形成する工程(g)とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method of manufacturing a semiconductor device comprising: a first MIS transistor formed in a first active region in a semiconductor substrate; and a second MIS transistor formed in a second active region in the semiconductor substrate.
Forming a first gate insulating film on the first active region and forming a second gate insulating film on the second active region;
Forming a first gate electrode on the first gate insulating film and forming a second gate electrode on the second gate insulating film;
A step (c) of forming a first impurity region by ion-implanting a first impurity under the side of the first gate electrode in the first active region;
A step (d) of forming a first insulating film covering the first active region and the second active region on the semiconductor substrate after the step (c);
A second impurity having the same conductivity type as that of the first impurity is ion-implanted through the first insulating film below the side of the second gate electrode in the second active region. Forming a region (e);
A step (f) of forming a second insulating film on the first insulating film after the step (e);
By performing anisotropic dry etching on the first insulating film and the second insulating film, a cross-sectional shape made of the first insulating film is formed on the side surface of the first gate electrode. A first outer side wall spacer made of the first inner side wall spacer and the second insulating film, and a cross-sectional shape made of the first insulating film on the side surface of the second gate electrode is L A step (g) of forming a second inner sidewall spacer having a letter shape and a second outer sidewall spacer made of the second insulating film.
前記工程(b)の後で前記工程(c)の前に、前記第1のゲート電極の側面上に第1のオフセットスペーサを形成するとともに、前記第2のゲート電極の側面上に第2のオフセットスペーサを形成する工程(h)をさらに備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 11,
After the step (b) and before the step (c), a first offset spacer is formed on the side surface of the first gate electrode and a second side is formed on the side surface of the second gate electrode. A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising a step (h) of forming an offset spacer.
前記工程(e)の後で前記工程(f)の前に、前記第1の絶縁膜上に第3の絶縁膜を形成する工程(i)をさらに備え、
前記工程(f)では、前記第3の絶縁膜上に前記第2の絶縁膜を形成し、
前記工程(g)では、前記第1の絶縁膜、前記第3の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜を異方性ドライエッチングすることにより、前記第1の内側サイドウォールスペーサと前記第1の外側サイドウォールスペーサとの間に、前記第3の絶縁膜からなる断面形状がL字状の第1の中間サイドウォールスペーサを形成するとともに、前記第2の内側サイドウォールスペーサと前記第2の外側サイドウォールスペーサとの間に、前記第3の絶縁膜からなる断面形状がL字状の第2の中間サイドウォールスペーサを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 11 or 12,
A step (i) of forming a third insulating film on the first insulating film after the step (e) and before the step (f);
In the step (f), the second insulating film is formed on the third insulating film,
In the step (g), the first insulating film, the third insulating film, and the second insulating film are anisotropically dry-etched to thereby form the first inner sidewall spacer and the first insulating film. A first intermediate sidewall spacer having an L-shaped cross-section made of the third insulating film is formed between the outer sidewall spacer and the second inner sidewall spacer and the second outer sidewall spacer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a second intermediate sidewall spacer having an L-shaped cross section made of the third insulating film between the sidewall spacers.
前記第1のゲート電極は、前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1の金属膜と前記第1の金属膜上に形成された第1のシリコン膜とを有し、
前記第2のゲート電極は、前記第2のゲート絶縁膜上に形成された第2の金属膜と前記第2の金属膜上に形成された第2のシリコン膜とを有していることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device of any one of Claims 11-13,
The first gate electrode includes a first metal film formed on the first gate insulating film and a first silicon film formed on the first metal film,
The second gate electrode has a second metal film formed on the second gate insulating film and a second silicon film formed on the second metal film. A method of manufacturing a semiconductor device.
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