JP2011066058A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
図1から図5は、従来の半導体装置の製造工程図である。図1の(A)及び(B)は、半導体基板1の上にゲート絶縁膜2を形成し、ゲート絶縁膜2の上にゲート電極3A及びゲート電極3Bが形成された場合の半導体装置の製造工程図である。ゲート電極3A及びゲート電極3Bの材質は、ポリシリコンである。図1の(A)では、半導体基板1における内部トランジスタが形成される領域(以下、「内部Tr領域」と表記する。)にゲート電極3Aが形成されている。図1の(B)では、半導体基板1における入出力(I/O)トランジスタが形成される領域(以下、「入出力Tr領域」と表記する。)にゲート電極3Bが形成されている。また、図1の(A)及び(B)において、素子分離領域4が形成されている。
1 to 5 are manufacturing process diagrams of a conventional semiconductor device. 1A and 1B show the manufacturing of a semiconductor device when a
ゲート電極3A及びゲート電極3Bの形成後、図2の(A)及び(B)に示すように、内部Tr領域を覆うようにレジストパターン5を形成する。レジストパターン5をマスクにして低ドーズ量でイオン注入を行うことにより、図2の(B)に示すように、入出力Tr領域にポケット領域6及びエクステンション領域7を形成する。入出力Tr領域に対するポケット領域6及びエクステンション領域7の形成は、低ドーズ量でイオン注入が行われるため、入出力Tr領域のゲート電極3Bのポリシリコンはアモルファス化しておらず微結晶の状態である。次に、レジストパターン5を除去し、ゲート電極3A及びゲート電極3Bの側面にThinサイドウォール(SW)8を形成する。
After forming the
次に、図3の(A)及び(B)に示すように、入出力Tr領域を覆うようにレジストパターン9を形成する。レジストパターン9をマスクにして高ドーズ量でイオン注入を行うことにより、図3の(A)に示すように、内部Tr領域にポケット領域10及びエクステンション領域11を形成する。内部Tr領域に対するポケット領域10及びエクステンション領域11の形成は、高ドーズ量でイオン注入が行われるため、図3の(A)に示すように、内部Tr領域のゲート電極3Aのポリシリコンの上部にアモルファス層12が形成される。
Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, a
そして、図4の(A)及び(B)に示すように、ゲート電極3A及びゲート電極3Bの側方にサイドウォール膜13を形成する。サイドウォール膜13の材質は窒化膜であり、窒化膜の成膜温度は545℃程度である。サイドウォール13膜の材質が酸化膜の場合、酸化膜の成膜温度は515℃程度であるため、ゲート電極3A及びゲート電極3Bのポリシリコンのグレイン成長が小さい。これに対して、窒化膜の成膜温度は、酸化膜の成膜温度よりも30℃程度高く、ゲート電極3A及びゲート電極3Bのポリシリコンのグレインサイズが大きくなり、ゲート電極3A及びゲート電極3Bのポリシリコンは単結晶シリコン14となる。
Then, as shown in FIGS. 4A and 4B,
図5の(A)及び(B)に示すように、内部Tr領域及び入出力Tr領域にソースドレイン拡散領域15を形成する場合、内部Tr領域及び入出力Tr領域に対してイオン注入が行われる。内部Tr領域のゲート電極3Aの上部にはアモルファス層12が形成されているため、ゲート電極3Aに対する不純物の突き抜けが起こり難い。しかし、入出力Tr領域のゲート電極3Bにはアモルファス層12が形成されていないため、チャネリングが発生しやすくなり、ゲート電極3Bに対する不純物の突き抜けが起きやすい。ゲート電極3Bに対する不純物の突き抜けは、トランジスタ特性の変動を引き起こすため好ましくな
い。
As shown in FIGS. 5A and 5B, when the source /
本件は、ゲート電極に対する不純物の突き抜けを抑止することを目的とする。 The purpose of this case is to suppress the penetration of impurities into the gate electrode.
本件の一観点による半導体装置の製造方法は、基板上方に多結晶シリコンを成膜し、多結晶シリコンをエッチングすることにより、基板の第1領域上方に第1ゲート電極を形成し、基板の第2領域上方に第2ゲート電極を形成する工程と、第1領域及び第1ゲート電極を覆う第1レジストパターンを基板上方に形成する工程と、第2ゲート電極及び第1レジストパターンをマスクにして第2領域に第1不純物を第1ドーズ量で注入することにより、第2領域に第1エクステンション領域を形成する工程と、第1レジストパターンを除去する工程と、第1エクステンション領域を覆い、第1ゲート電極、第1領域及び第2ゲート電極の上面を露出させた第2レジストパターンを基板上方に形成する工程と、第1ゲート電極、第2ゲート電極及び第2レジストパターンをマスクにして第1領域に第2不純物を第1ドーズ量よりも多い第2ドーズ量で注入することにより、第1領域に第2エクステンション領域を形成するとともに、第1ゲート電極及び第2ゲート電極の少なくとも上部をアモルファス化する工程と、を備える。 According to one aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device forms a first gate electrode above a first region of a substrate by forming polycrystalline silicon over the substrate and etching the polycrystalline silicon. Forming a second gate electrode above the two regions, forming a first resist pattern covering the first region and the first gate electrode above the substrate, and using the second gate electrode and the first resist pattern as a mask By implanting a first impurity into the second region at a first dose, a step of forming a first extension region in the second region, a step of removing the first resist pattern, a step of covering the first extension region, Forming a second resist pattern exposing the upper surface of the first gate electrode, the first region, and the second gate electrode above the substrate; a first gate electrode; a second gate electrode; The second extension region is formed in the first region by implanting the second impurity into the first region with a second dose amount larger than the first dose amount using the two resist pattern as a mask, and the first gate electrode and And amorphizing at least the upper part of the second gate electrode.
本件によれば、ゲート電極に対する不純物の突き抜けを抑止することができる。 According to this case, it is possible to prevent impurities from penetrating the gate electrode.
以下、図面を参照して本実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について説明する。以下の実施例の構成は例示であり、本実施形態に係る半導体装置及びその製造方法は実施例の構成に限定されない。 The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment will be described below with reference to the drawings. The configurations of the following examples are illustrative, and the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment are not limited to the configurations of the examples.
本実施形態に係る半導体装置及びその製造方法の第1の実施例を説明する。実施例1に係る半導体装置の製造方法においては、内部トランジスタ及び入出力(I/O)トランジスタを同一の半導体基板に形成する。内部トランジスタは、例えば、電源電圧1.0Vで動作するn型Metal Oxide Semiconductor電界効果トランジスタ(n型MOSFET)である。入出力(I/O)トランジスタは、例えば、電源電圧1.8V又は3.3Vで動作するn型MOSFETである。実施例1ではn型MOSFETを製造する例を示すが、これに限らず、p型MOSFETを製造する場合に本実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を適用してもよい。 A first example of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to this embodiment will be described. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, an internal transistor and an input / output (I / O) transistor are formed on the same semiconductor substrate. The internal transistor is, for example, an n-type Metal Oxide Semiconductor field effect transistor (n-type MOSFET) that operates at a power supply voltage of 1.0V. The input / output (I / O) transistor is, for example, an n-type MOSFET that operates at a power supply voltage of 1.8 V or 3.3 V. Example 1 shows an example in which an n-type MOSFET is manufactured. However, the present invention is not limited to this, and the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment may be applied when manufacturing a p-type MOSFET.
図6は、実施例1に係る半導体装置の製造工程図である。実施例1に係る半導体装置の製造方法において、まず、図6の(A)及び(B)に示すように、p型の半導体基板21の上にゲート絶縁膜22を形成し、ゲート絶縁膜22の上にポリシリコン(微結晶シリコン)膜23を形成する。半導体基板21は、例えばシリコン基板である。半導体基板21には素子分離領域24が形成されている。半導体基板21に複数の素子分離領域24を形成することにより、内部トランジスタが形成される領域(以下、「内部Tr領域」と表記する。)と、入出力(I/O)トランジスタが形成される領域(以下、「入出力Tr領域」と表記する。)とがそれぞれ画定される。素子分離領域24は、例えば、Shallow Trench Isolation(STI)又はLOCOS法等の方法を用いて形成される。
FIG. 6 is a manufacturing process diagram of the semiconductor device in accordance with the first embodiment. In the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, first, as shown in FIGS. 6A and 6B, a
内部Tr領域は、半導体基板21のソースドレイン拡散領域、ポケット領域及びエクステンション領域(ソースドレイン拡張領域)が形成される領域(以下、「第1半導体領域」と表記する。)と、第1半導体領域の上方の領域とを含む。入出力Tr領域は、半導体基板21のソースドレイン拡散領域、ポケット領域及びエクステンション領域(ソースドレイン拡張領域)が形成される領域(以下、「第2半導体領域」と表記する。)と、第2半導体領域の上方の領域とを含む。
The internal Tr region includes a region where a source / drain diffusion region, a pocket region, and an extension region (source / drain extension region) of the
ゲート絶縁膜22は、例えば、ゲート酸化膜である。ゲート絶縁膜22の成膜は、例えば、熱酸化法を用いて行われる。ゲート絶縁膜22の膜厚は、内部Tr領域と入出力Tr領域とで異なっており、内部Tr領域におけるゲート絶縁膜22の膜厚よりも、入出力Tr領域におけるゲート絶縁膜22の膜厚は厚くなっている。これは、半導体基板21の全面にゲート絶縁膜22を成膜し、内部Tr領域におけるゲート絶縁膜22をエッチングにより除去し、再度、半導体基板21の全面にゲート絶縁膜22を成膜することで、ゲート絶縁膜22の膜厚を異ならせている。
The
ポリシリコン膜23の成膜は、例えば、CVD法を用いて、成膜温度605℃の条件で行われる。ポリシリコン膜23の成膜の際、リン(P)や砒素(As)等のn型不純物をポリシリコン膜23に添加する。また、ポリシリコン膜23の成膜後に、リン(P)や砒素(As)等のn型不純物をポリシリコン膜23にイオン注入してもよい。
The
次に、図7の(A)及び(B)に示すように、内部Tr領域にゲート電極25Aを形成し、入出力Tr領域にゲート電極25Bを形成する。換言すれば、半導体基板21の第1
半導体領域の上方にゲート電極25Aが形成され、半導体基板21の第2半導体領域の上方にゲート電極25Bが形成される。例えば、スピンコート法によりポリシリコン膜23の上にレジスト膜を塗布した後、フォトリソグラフィ技術によりレジスト膜をパターニングすることにより、ポリシリコン膜23の上にレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクにしてポリシリコン膜23をエッチングすることにより、内部Tr領域にゲート電極25Aが形成され、入出力Tr領域にゲート電極25Bが形成される。
Next, as shown in FIGS. 7A and 7B, the
A
次に、図8の(A)及び(B)に示すように、半導体基板21上方にレジストパターン26を形成する。具体的には、図8の(A)に示すように、半導体基板21の第1半導体領域及びゲート電極25Aを覆うようにレジストパターン26を形成する。また、図8の(B)に示すように、レジストパターン26から半導体基板21の第2半導体領域及びゲート電極25Bが露出するようにレジストパターン26には開口が設けられている。レジストパターン26の形成は、例えば、スピンコート法によりゲート絶縁膜22の上にレジスト膜を塗布した後、フォトリソグラフィ技術によりレジスト膜をパターニングすることにより行われる。
Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, a resist
次に、図8の(A)及び(B)に示すように、ゲート電極25B及びレジストパターン26をマスクにしてイオン注入を行うことにより、半導体基板21の第2半導体領域にポケット領域27及びエクステンション領域28を形成する。例えば、p型不純物としてボロン(B)を用いて、加速電圧を9kev、ドーズ量を3×1012/cm2、入射角を28度の条件で4回それぞれ異なる方向からイオン注入を行う。そして、アニール(熱処理)を行い、半導体基板21の第2半導体領域にポケット領域27を形成する。また、例えば、n型不純物として砒素(As)を用いて、加速電圧を7kev、ドーズ量を7×1014/cm2、入射角を0度の条件でイオン注入を行う。そして、アニール(熱処理)を行い、半導体基板21の第2半導体領域にエクステンション領域28を形成する。
Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, by performing ion implantation using the
ポケット領域27及びエクステンション領域28の形成は、低ドーズ量でイオン注入が行われるため、入出力Tr領域のゲート電極25Bのポリシリコンはアモルファス化しておらず微結晶の状態である。
Since the
次に、半導体基板21上方のレジストパターン26を除去する。例えば、レジストパターン26の除去は、酸素ガス(O2)を含む気体に高周波を印加して生成するプラズマを用いたアッシング(灰化)法により行われる。
Next, the resist
次に、ゲート電極25A及びゲート電極25Bの側面にThinサイドウォール(SW)29を形成する。ThinSW29の形成は、例えば、半導体基板21の全面に酸化膜を形成し、酸化膜をエッチバックすることにより行われる。ただし、本実施形態では、ThinSW29を形成する例を示すが、ThinSW29の形成を省略してもよい。
Next, thin sidewalls (SW) 29 are formed on the side surfaces of the
次に、図9の(A)及び(B)に示すように、半導体基板21上方にレジストパターン30を形成する。具体的には、図9の(B)に示すように、半導体基板21の第2半導体領域及びゲート電極25Bを覆うようにレジストパターン30を形成する。図9の(A)に示すように、レジストパターン30から半導体基板21の第1半導体領域及びゲート電極25Aが露出するようにレジストパターン30には開口が設けられている。
Next, as shown in FIGS. 9A and 9B, a resist
次に、図10の(A)及び(B)に示すように、エッチバックを行い、レジストパターン30からゲート電極25Bの上面を露出させる。図10の(B)においては、ゲート電極25Bの上面とレジストパターン30の上面とは段差ができているが、ゲート電極Bの上面とレジストパターン30の上面とで段差が生じないようにエッジバックを行ってもよ
い。
Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, etch back is performed to expose the upper surface of the gate electrode 25 </ b> B from the resist
次に、図11の(A)及び(B)に示すように、ゲート電極25A、ゲート電極25B及びレジストパターン30をマスクにしてイオン注入を行うことにより、半導体基板21の第1半導体領域にポケット領域31及びエクステンション領域32を形成する。例えば、p型不純物としてインジウム(In)を用いて、加速電圧を60kev、ドーズ量を1.5×1013/cm2、入射角を28度の条件で4回それぞれ異なる方向からイオン注入を行う。これにより、半導体基板21の第1半導体領域にポケット領域31を形成する。また、例えば、n型不純物として砒素(As)を用いて、加速電圧を1kev、ドーズ量を4×1014/cm2、入射角を0度の条件で4回イオン注入を行う。これにより、半導体基板21の第1半導体領域にエクステンション領域32を形成する。この後1000℃/10secのアニール(熱処理)を行う。
Next, as shown in FIGS. 11A and 11B, by performing ion implantation using the
ポケット領域31及びエクステンション領域32を形成するためのイオン注入は、高ドーズ量で行われる。すなわち、図9に示す半導体基板21の第2半導体領域にポケット領域27を形成するためのイオン注入よりも高ドーズ量の条件で、図11に示す半導体基板21の第1半導体領域にポケット領域31を形成するためのイオン注入が行われる。また、図9に示す半導体基板21の第2半導体領域にエクステンション領域28を形成するためのイオン注入よりも高ドーズ量の条件で、図11に示す半導体基板21の第1半導体領域にエクステンション領域32を形成するためのイオン注入が行われる。
Ion implantation for forming the
図11の(A)及び(B)に示すように、内部Tr領域のゲート電極25A及び入出力Tr領域のゲート電極25Bに高ドーズ量のイオン注入が同時に行われる。高ドーズ量のイオン注入により、半導体基板21の第1半導体領域にポケット領域31を形成するとともに、内部Tr領域のゲート電極25A及び入出力Tr領域のゲート電極25Bの少なくとも上部にアモルファス層33を形成することができる。また、高ドーズ量のイオン注入により、半導体基板21の第1半導体領域にエクステンション領域32を形成するとともに、内部Tr領域のゲート電極25A及び入出力Tr領域のゲート電極25Bの少なくとも上部にアモルファス層33を形成することができる。インジウム(In)や砒素(As)を用いてイオン注入する場合、空乏化を発生させずに内部Tr領域のゲート電極25A及び入出力Tr領域のゲート電極25Bの上部にアモルファス層33を形成することができる。
As shown in FIGS. 11A and 11B, high dose ion implantation is simultaneously performed on the
図12及び図13を参照して、高ドーズ量でイオン注入を行うときの加速電圧について説明する。図12は、加速電圧を変更してイオン注入を行った場合におけるインジウム(In)の濃度プロファイルを示す図である。加速電圧以外の条件は、p型不純物としてインジウム(In)を用いて、ドーズ量を1.5×1013/cm2、入射角を28度の条件で4回それぞれ異なる方向からイオン注入を行った。また、ゲート電極25Bの膜厚(高さ)を95nm、レジストパターンの膜厚(高さ)を90nmとしている。
With reference to FIG. 12 and FIG. 13, an acceleration voltage when ion implantation is performed with a high dose will be described. FIG. 12 is a diagram showing a concentration profile of indium (In) when ion implantation is performed while changing the acceleration voltage. The conditions other than the acceleration voltage are as follows. Indium (In) is used as a p-type impurity, and ion implantation is performed four times under different conditions with a dose of 1.5 × 10 13 / cm 2 and an incident angle of 28 degrees. It was. The
図12の縦軸は、インジウム(In)の濃度(1015〜1020atoms/cm3)を示している。図12の横軸は、半導体基板21の上面を基準として、レジストパターン30、ゲート酸化膜22及び半導体基板21の厚さ(10−8m)、及び、ゲート電極25B、ゲート酸化膜22及び半導体基板21の厚さ(10−8m)を示している。
The vertical axis in FIG. 12 indicates the concentration of indium (In) (10 15 to 10 20 atoms / cm 3 ). The horizontal axis in FIG. 12 is based on the upper surface of the
図12の実線Cは、加速電圧を80kevにしてイオン注入を行った場合について、レジストパターン30、ゲート酸化膜22及び半導体基板21におけるインジウム(In)の濃度を示している。図12の点線Dは、加速電圧を75kevにしてイオン注入を行った場合について、レジストパターン30、ゲート酸化膜22及び半導体基板21におけるインジウム(In)の濃度を示している。図12の破線Eは、加速電圧を70kevにし
てイオン注入を行った場合について、レジストパターン30、ゲート酸化膜22及び半導体基板21におけるインジウム(In)の濃度を示している。
A solid line C in FIG. 12 indicates the concentration of indium (In) in the resist
図12の実線Fは、加速電圧を80kevにしてイオン注入を行った場合について、ゲート電極25B、ゲート酸化膜22及び半導体基板21におけるインジウム(In)の濃度を示している。図12の点線Gは、加速電圧を75kevにしてイオン注入を行った場合について、ゲート電極25B、ゲート酸化膜22及び半導体基板21におけるインジウム(In)の濃度を示している。図12の破線Hは、加速電圧を70kevにしてイオン注入を行った場合について、ゲート電極25B、ゲート酸化膜22及び半導体基板21におけるインジウム(In)の濃度を示している。
A solid line F in FIG. 12 indicates the concentration of indium (In) in the
図12に示すように、加速電圧を70kevにしてイオン注入を行った場合、半導体基板21におけるインジウム(In)の濃度は1017atoms/cm3以下である。半導体基板21におけるインジウム(In)の濃度が1017atoms/cm3以下であれば、ゲート電極25Bの閾値変化は生じにくい。したがって、加速電圧を70kev以下でイオン注入を行えば、ゲート電極25Bの閾値に影響を与えずに、半導体基板21の第1半導体領域にポケット領域31を形成することが可能である。
As shown in FIG. 12, when ion implantation is performed with an acceleration voltage of 70 kev, the concentration of indium (In) in the
図13は、加速電圧を変更してイオン注入を行った場合における砒素(As)の濃度プロファイルを示す図である。加速電圧以外の条件は、n型不純物として砒素(As)を用いて、ドーズ量を4×1014/cm2、入射角を0度の条件で4回それぞれ異なる方向からイオン注入を行った。また、ゲート電極25Bの膜厚(高さ)を95nm、レジストパターンの膜厚(高さ)を90nmとしている。
FIG. 13 is a diagram showing a concentration profile of arsenic (As) when ion implantation is performed while changing the acceleration voltage. As conditions other than the acceleration voltage, arsenic (As) was used as an n-type impurity, and ions were implanted four times from different directions under the conditions of a dose amount of 4 × 10 14 / cm 2 and an incident angle of 0 degree. The
図13の縦軸は、砒素(As)の濃度(1015〜1020atoms/cm3)を示している。図13の横軸は、半導体基板21の上面を基準として、レジストパターン30、ゲート酸化膜22及び半導体基板21の厚さ(10−8m)、及び、ゲート電極25B、ゲート酸化膜22及び半導体基板21の厚さ(10−8m)を示している。
The vertical axis in FIG. 13 indicates the arsenic (As) concentration (10 15 to 10 20 atoms / cm 3 ). The horizontal axis in FIG. 13 is based on the upper surface of the
図13の実線Jは、加速電圧を1kevにしてイオン注入を行った場合について、レジストパターン30、ゲート酸化膜22及び半導体基板21における砒素(As)の濃度を示している。図13の点線Kは、加速電圧を40kevにしてイオン注入を行った場合について、レジストパターン30、ゲート酸化膜22及び半導体基板21における砒素(As)の濃度を示している。図13の破線Lは、加速電圧を50kevにしてイオン注入を行った場合について、レジストパターン30、ゲート酸化膜22及び半導体基板21における砒素(As)の濃度を示している。
A solid line J in FIG. 13 indicates the concentration of arsenic (As) in the resist
図13の実線Mは、加速電圧を1kevにしてイオン注入を行った場合について、ゲート電極25B、ゲート酸化膜22及び半導体基板21における砒素(As)の濃度を示している。図13の点線Nは、加速電圧を40kevにしてイオン注入を行った場合について、ゲート電極25B、ゲート酸化膜22及び半導体基板21における砒素(As)の濃度を示している。図13の破線Oは、加速電圧を50kevにしてイオン注入を行った場合について、ゲート電極25B、ゲート酸化膜22及び半導体基板21における砒素(As)の濃度を示している。
A solid line M in FIG. 13 indicates the concentration of arsenic (As) in the
図13に示すように、加速電圧を40kevにしてイオン注入を行った場合、半導体基板21における砒素(As)の濃度は1017atoms/cm3以下である。半導体基板21における砒素(As)の濃度が1017atoms/cm3以下であれば、ゲート電極25Bの閾値変化は生じにくい。したがって、加速電圧を40kev以下でイオン注入を行えば、ゲート電極25Bの閾値に影響を与えずに、半導体基板21の第1半導体領域にエク
ステンション領域32を形成することが可能である。
As shown in FIG. 13, when ion implantation is performed with an acceleration voltage of 40 kev, the arsenic (As) concentration in the
実施例1に係る半導体装置の製造方法の説明に戻る。図14の(A)及び(B)に示すように、半導体基板21上方のレジストパターン30を除去する。例えば、レジストパターン30の除去は、酸素ガス(O2)を含む気体に高周波を印加して生成するプラズマを用いたアッシング(灰化)法により行われる。
Returning to the description of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment. As shown in FIGS. 14A and 14B, the resist
次に、図14の(A)及び(B)に示すように、内部Tr領域のゲート電極25Aの側方にサイドウォール膜34を形成し、入出力Tr領域のゲート電極25Bの側方にサイドウォール膜34を形成する。サイドウォール膜34は、例えば、窒化膜である。例えば、半導体基板21上方に窒化膜を成膜した後、窒化膜をエッチバックすることによりゲート電極25A及びゲート電極25Bの側方にサイドウォール膜34を形成する。窒化膜の成膜は、例えば、シラン(SiH4)とアンモニア(NH3)を用いたCVD法により、成膜温度545℃の条件で行われる。
Next, as shown in FIGS. 14A and 14B, a
窒化膜の成膜温度を545℃とする場合、ゲート電極25A及びゲート電極25Bのポリシリコンのグレインサイズが大きくなり、ゲート電極25A及びゲート電極25Bのポリシリコンは単結晶シリコン35となる。図14の(A)及び(B)に示すように、ゲート電極25A及びゲート電極25Bの上部にはアモルファス層33が形成されているため、ゲート電極25A及びゲート電極25Bは、上部がアモルファス層33、下部が単結晶シリコン35となる。
When the deposition temperature of the nitride film is set to 545 ° C., the grain size of the polysilicon of the
次に、図15の(A)及び(B)に示すように、イオン注入を行うことにより、半導体基板21の第1半導体領域にソースドレイン拡散領域36を形成し、半導体基板21の第2半導体領域にソースドレイン拡散領域37を形成する。
Next, as shown in FIGS. 15A and 15B, ion implantation is performed to form a source /
例えば、初めにn型不純物としてリン(P)を用いて、加速電圧を15kev、ドーズ量を5×1013/cm2、入射角を0度の条件でイオン注入を行う。次にn型不純物としてリン(P)を用いて、加速電圧を5kev、ドーズ量を6×1015/cm2、入射角を0度の条件でイオン注入を行う。そして、1030℃/3secのアニール(熱処理)を行い、半導体基板21の第1半導体領域にソースドレイン拡散領域36を形成し、半導体基板21の第2半導体領域にソースドレイン拡散領域37を形成する。
For example, first, phosphorus (P) is used as an n-type impurity, and ion implantation is performed under the conditions of an acceleration voltage of 15 kev, a dose of 5 × 10 13 / cm 2 , and an incident angle of 0 degrees. Next, using phosphorus (P) as an n-type impurity, ion implantation is performed under the conditions of an acceleration voltage of 5 kev, a dose of 6 × 10 15 / cm 2 , and an incident angle of 0 degree. Then, annealing (heat treatment) at 1030 ° C./3 sec is performed, the source /
このように、2回のイオン注入を行うことにより、半導体基板21の第1半導体領域にソースドレイン拡散領域36を形成し、半導体基板21の第2半導体領域にソースドレイン拡散領域37を形成する。異なる条件で2回のイオン注入を行うことにより、ソースドレイン拡散領域36及びソースドレイン拡散領域37に濃度勾配が形成される。
As described above, by performing ion implantation twice, the source /
半導体基板21にソースドレイン拡散領域36及びソースドレイン拡散領域37を形成する際のイオン注入により、ゲート電極25A及びゲート電極25Bにはn型不純物が添加される。図15の(A)及び(B)に示すように、ゲート電極25A及びゲート電極25Bの上部にはアモルファス層33が形成されている。そのため、ゲート電極25A及びゲート電極25Bの上部のアモルファス層33によりチャネリングが抑制され、ゲート電極25A及びゲート電極25Bに対するn型不純物の突き抜けが抑止される。したがって、アモルファス層33は、ゲート電極25A及びゲート電極25Bに対する不純物の突き抜けを抑止する抑止層として機能する。
An n-type impurity is added to the
図16は、半導体基板21にソースドレイン拡散領域36及びソースドレイン拡散領域37を形成する際のイオン注入直後のリン(P)の濃度プロファイルを示す図である。イオン注入は、n型不純物としてリン(P)を用い、加速電圧を15kev、ドーズ量を5
×1013/cm2、入射角を0度の条件、及び、加速電圧を5kev、ドーズ量を6×1015/cm2、入射角を0度の条件で行っている。
FIG. 16 is a diagram showing a phosphorus (P) concentration profile immediately after ion implantation when forming the source /
The conditions are × 10 13 / cm 2 , the incident angle is 0 °, the acceleration voltage is 5 kev, the dose is 6 × 10 15 / cm 2 , and the incident angle is 0 °.
図16の縦軸は、リン(P)の濃度(1015〜1022atoms/cm3)を示している。図16の横軸は、半導体基板21の上面を基準として、ゲート電極25A、ゲート酸化膜22及び半導体基板21の厚さ(10−8m)、及び、ゲート電極25B、ゲート酸化膜22及び半導体基板21の厚さ(10−8m)を示している。
The vertical axis in FIG. 16 indicates the phosphorus (P) concentration (10 15 to 10 22 atoms / cm 3 ). The horizontal axis of FIG. 16 is based on the upper surface of the
図16の実線Pは、ゲート電極25A、ゲート酸化膜22及び半導体基板21におけるリン(P)の濃度を示している。図16に示すように、ゲート酸化膜22及び半導体基板21にはリン(P)は存在しておらず、ゲート電極25Aに対するリン(P)の突き抜けが発生していないことがわかる。
A solid line P in FIG. 16 indicates the concentration of phosphorus (P) in the gate electrode 25 </ b> A, the
図16の実線Qは、ゲート電極25B、ゲート酸化膜22及び半導体基板21におけるリン(P)の濃度を示している。図16に示すように、ゲート酸化膜22及び半導体基板21にはリン(P)は存在しておらず、ゲート電極25Bに対するリン(P)の突き抜けが発生していないことがわかる。
A solid line Q in FIG. 16 indicates the concentration of phosphorus (P) in the gate electrode 25 </ b> B, the
図17は、図5に示す従来例において、半導体基板1にソースドレイン拡散領域を形成する際のイオン注入直後のリン(P)の濃度プロファイルを示す図である。イオン注入は、n型不純物としてリン(P)を用い、加速電圧を15kev、ドーズ量を5×1013/cm2、入射角を0度の条件、及び、加速電圧を5kev、ドーズ量を6×1015/cm2、入射角を0度の条件で行っている。 FIG. 17 is a diagram showing a phosphorus (P) concentration profile immediately after ion implantation when forming a source / drain diffusion region in the semiconductor substrate 1 in the conventional example shown in FIG. The ion implantation uses phosphorus (P) as an n-type impurity, an acceleration voltage of 15 kev, a dose amount of 5 × 10 13 / cm 2 , an incident angle of 0 degree, an acceleration voltage of 5 kev, and a dose amount of 6 The condition is × 10 15 / cm 2 and the incident angle is 0 degree.
図17の縦軸は、リン(P)の濃度(1015〜1022atoms/cm3)を示している。図17の横軸は、半導体基板1の上面を基準として、ゲート電極3A、ゲート酸化膜2及び半導体基板1の厚さ(10−8m)、及び、ゲート電極3B、ゲート酸化膜2及び半導体基板1の厚さ(10−8m)を示している。
The vertical axis in FIG. 17 indicates the phosphorus (P) concentration (10 15 to 10 22 atoms / cm 3 ). The horizontal axis of FIG. 17 indicates the thickness (10 −8 m) of the
図17の実線Rは、ゲート電極3A、ゲート酸化膜2及び半導体基板1におけるリン(P)の濃度を示しており、図17の実線Sは、ゲート電極3B、ゲート酸化膜2及び半導体基板1におけるリン(P)の濃度を示している。図17に示すように、ゲート酸化膜2及び半導体基板1にはリン(P)は存在しており、ゲート電極3Bに対するリン(P)の突き抜けが発生していることがわかる。
17 indicates the concentration of phosphorus (P) in the
ポケット領域27及びポケット領域31は、空乏層の伸びを抑え、短チャネル効果を抑制する。実施例1に係る半導体装置の製造方法においては、半導体基板21にポケット領域27及びポケット領域31を形成する例を示したが、半導体基板21にポケット領域27及びポケット領域31を形成しないようにしてもよい。すなわち、図8において、半導体基板21の第2半導体領域にポケット領域27を形成しないようにしてもよい。また、図11において、半導体基板21の第1半導体領域にポケット領域31を形成しないようにしてもよい。
The
図11において、半導体基板21の第1半導体領域にエクステンション領域32を形成するためのイオン注入は、高ドーズの条件で行われている。そのため、半導体基板21の第1半導体領域にポケット領域31を形成しない場合であっても、図11において、内部Tr領域のゲート電極25A及び入出力Tr領域のゲート電極25Bの少なくとも上部にはアモルファス層33が形成される。
In FIG. 11, ion implantation for forming the
本実施形態に係る半導体装置及びその製造方法の第2の実施例を説明する。実施例1に係る半導体装置の製造方法においては、図9及び図10で説明したように、半導体基板21上方にレジストパターン30を形成し、エッチバックを行うことにより、レジストパターン30からゲート電極25Bの上面を露出させた。実施例2に係る半導体装置の製造方法においては、露光量を調整することによって、レジストパターン43からゲート電極25Bの上面を露出させる例を説明する。なお、同一の構成要素については、実施例1と同一の符号を付し、その説明を省略する。また、必要に応じて図1から図17の図面を参照する。
A second example of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to this embodiment will be described. In the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, as described with reference to FIGS. 9 and 10, the resist
実施例2に係る半導体装置の製造方法においては、実施例1に係る半導体装置の製造方法の図6から図8で説明した工程と同様の工程を行う。そして、半導体基板21上方のレジストパターン26を除去する。次に、図18の(A)及び(B)に示すように、例えば、スピンコート法により半導体基板21上方にレジスト膜40を塗布する。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment, the same steps as those described with reference to FIGS. 6 to 8 of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment are performed. Then, the resist
次に、図19の(A)及び(B)に示すように、半導体基板21の第1半導体領域及び第2半導体領域の上方が開口されたフォトマスク(遮光部)41を用いて、半導体基板21の第1半導体領域及び第2半導体領域の上方に形成されたレジスト膜40を露光する。例えば、エキシマレーザ(KrF)を用いて、レジスト膜40を露光する。この場合、露光量を調整することにより、図19の(A)及び(B)に示すように、半導体基板21の第1半導体領域及び第2半導体領域の上方に形成されたレジスト膜40の上部を露光する。なお、図19の(A)及び(B)では、半導体基板21の第1半導体領域及び第2半導体領域の上方が開口されたフォトマスク41を用いたが、半導体基板21の第2半導体領域の上方のみが開口されたフォトマスク41を用いてもよい。
Next, as shown in FIGS. 19A and 19B, a semiconductor substrate is used by using a photomask (light-shielding portion) 41 having openings above the first semiconductor region and the second semiconductor region of the
次に、図20の(A)及び(B)に示すように、半導体基板21の第1半導体領域の上方のみが開口されたフォトマスク(遮光部)42を用いて、半導体基板21の第1半導体領域の上方に形成されたレジスト膜40を露光する。例えば、エキシマレーザ(KrF)を用いて、レジスト膜40を露光する。この場合、露光量を調整することにより、図20の(A)及び(B)に示すように、半導体基板21の第1半導体領域の上方に形成されたレジスト膜40の全部を露光する。
Next, as shown in FIGS. 20A and 20B, the
次に、図21の(A)及び(B)に示すように、レジスト膜40を現像することにより、半導体基板21の第1半導体領域、ゲート電極25A及びゲート電極25Bの上面を露出させたレジストパターン43を形成する。レジスト膜40の現像は、例えば、薬液を用いたウェット処理により行う。図21の(B)においては、ゲート電極25Bの上面とレジストパターン43の上面とは段差ができているが、露光量を調整することにより、ゲート電極Bの上面とレジストパターン43の上面とで段差が生じないようにしてもよい。
Next, as shown in FIGS. 21A and 21B, the resist
半導体基板21の第1半導体領域の上方のレジスト膜40について、露光量を調整してレジスト膜40の全部を露光した後、レジスト膜40を現像する。これにより、半導体基板21の第1半導体領域及びゲート電極25Aをレジストパターン43から露出させることができる。また、半導体基板21の第2半導体領域の上方のレジスト膜40について、露光量を調整してレジスト膜40の上部を露光した後、レジスト膜40を現像する。これにより、ゲート電極25Bの上面をレジストパターン43から露出させることができる。レジストパターン43からゲート電極25Bの上面を露出させた後は、実施例1に係る半導体装置の製造方法の図11、図14及び図15で説明した工程と同様の工程を行う。
With respect to the resist
1、21 半導体基板
2、22 ゲート絶縁膜
3A、3B、25A、25B ゲート電極
4、24 素子分離領域
5、9、26、30、43 レジストパターン
6、10、27、31 ポケット領域
7、11、28、32 エクステンション領域
8、29 Thinサイドウォール
12、33 アモルファス層
13、34 サイドウォール膜
14、35 単結晶シリコン
15、36、37 ソースドレイン拡散領域
23 ポリシリコン膜
40 レジスト膜
41、42 フォトマスク(遮光部)
1, 21
Claims (6)
前記第1領域及び前記第1ゲート電極を覆う第1レジストパターンを前記基板上方に形成する工程と、
前記第2ゲート電極及び前記第1レジストパターンをマスクにして前記第2領域に第1不純物を第1ドーズ量で注入することにより、前記第2領域に第1エクステンション領域を形成する工程と、
前記第1レジストパターンを除去する工程と、
前記第1エクステンション領域を覆い、前記第1ゲート電極、前記第1領域及び前記第2ゲート電極の上面を露出させた第2レジストパターンを前記基板上方に形成する工程と、
前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極及び前記第2レジストパターンをマスクにして前記第1領域に第2不純物を前記第1ドーズ量よりも多い第2ドーズ量で注入することにより、前記第1領域に第2エクステンション領域を形成するとともに、前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極の少なくとも上部をアモルファス化する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A polycrystalline silicon film is formed over the substrate, and the polycrystalline silicon is etched to form a first gate electrode over the first region of the substrate, and a second gate electrode over the second region of the substrate. Forming, and
Forming a first resist pattern covering the first region and the first gate electrode above the substrate;
Forming a first extension region in the second region by implanting a first impurity in the second region with a first dose using the second gate electrode and the first resist pattern as a mask;
Removing the first resist pattern;
Forming a second resist pattern covering the first extension region and exposing the top surfaces of the first gate electrode, the first region, and the second gate electrode above the substrate;
Using the first gate electrode, the second gate electrode, and the second resist pattern as a mask, a second impurity is implanted into the first region at a second dose larger than the first dose. Forming a second extension region in one region and amorphizing at least an upper portion of the first gate electrode and the second gate electrode;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第2領域及び前記第2ゲート電極を覆うように前記第2レジストパターンを形成する工程と、
前記第2レジストパターンをエッチバックし、前記第2レジストパターンから前記第2ゲート電極の上面を露出させる工程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 Forming the second resist pattern above the substrate;
Forming the second resist pattern so as to cover the second region and the second gate electrode;
Etching back the second resist pattern to expose an upper surface of the second gate electrode from the second resist pattern;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising:
前記基板上方にレジスト膜を形成する工程と、
前記第1領域上方及び前記第2領域上方が開口された第1露光マスクを用いて、前記第1領域上方及び前記第2領域上方に形成された前記レジスト膜の上部を露光する工程と、
前記第1領域上方が開口された第2露光マスクを用いて、前記第1領域上方に形成された前記レジスト膜を露光する工程と、
前記レジスト膜を現像することにより、前記第1ゲート電極、前記第1領域及び前記第2ゲート電極の上面を露出させた前記第2レジストパターンを前記基板上方に形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 Forming the second resist pattern above the substrate;
Forming a resist film above the substrate;
Exposing the upper part of the resist film formed above the first region and above the second region using a first exposure mask having openings above the first region and above the second region;
Exposing the resist film formed above the first region using a second exposure mask having an opening above the first region;
Forming the second resist pattern on the substrate by exposing the upper surface of the first gate electrode, the first region, and the second gate electrode by developing the resist film;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising:
前記第1ゲート電極及び前記第2ゲート電極の側方にサイドウォールを形成する工程と、
前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクにして第1領域及び第2領域に第3不純物を注入することにより、第1領域及び第2領域にソースドレイン領域を形成する工程と、
を更に備えることを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。 Removing the second resist pattern;
Forming sidewalls on the sides of the first gate electrode and the second gate electrode;
A source / drain region is formed in the first region and the second region by implanting a third impurity into the first region and the second region using the first gate electrode, the second gate electrode, and the sidewall as a mask. Process,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising:
前記ゲート電極をマスクにして前記基板に第1不純物を第1ドーズ量で注入することに
より、前記基板にエクステンション領域を形成する工程と、
前記基板上方にレジスト膜を形成する工程と、
少なくとも前記ゲート電極上方が開口された露光マスクを用いて、前記基板上方に形成された前記レジスト膜の上部を露光する工程と、
前記レジスト膜を現像することにより、前記ゲート電極の上面が露出した開口を有するレジストパターンを前記基板上方に形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクにして前記ゲート電極の上面に第2不純物を前記第1ドーズ量よりも多い第2ドーズ量で注入することにより、前記ゲート電極の少なくとも上部をアモルファス化する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a polycrystalline silicon film over the substrate and etching the polycrystalline silicon to form a gate electrode over the substrate;
Forming an extension region in the substrate by implanting a first impurity in the substrate at a first dose using the gate electrode as a mask;
Forming a resist film above the substrate;
Exposing an upper portion of the resist film formed above the substrate using an exposure mask having an opening above at least the gate electrode; and
Developing the resist film to form a resist pattern having an opening in which the upper surface of the gate electrode is exposed above the substrate;
A process of amorphizing at least an upper portion of the gate electrode by injecting a second impurity into the upper surface of the gate electrode at a second dose larger than the first dose using the resist pattern as a mask;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記ゲート電極の側方にサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクにして前記基板に第3不純物を注入することにより、前記基板にソースドレイン領域を形成する工程と、
を更に備えることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 Removing the resist pattern;
Forming a sidewall on the side of the gate electrode;
Forming a source / drain region in the substrate by injecting a third impurity into the substrate using the gate electrode and the sidewall as a mask;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising:
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