JP2011243908A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor )を備えた半導体装置の製造方法に関し、特に90nm世代以降のオフセットサイドウォール構造及びソース/ドレイン・エクステンション構造を有するMISFETを備えた半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device including a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor), and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device including a MISFET having an offset sidewall structure and a source / drain extension structure after the 90 nm generation. About.
近年、半導体装置の微細化が進んだ結果、寸法ばらつきが回路特性に与える影響が相対的に大きくなっている。特に、MISFETのゲート長のばらつきは、MISFETの特性に大きな影響を与えるため、ゲート電極加工工程においては、非常に厳しい寸法管理が必要とされる。一方、より高い寸法精度を得るためには、より波長の短い露光機の導入や、空気より屈折率の高い水をレンズとウェハとの間の光導波領域に積極的に利用する液浸露光機の導入等が必要となるが、これらの導入は、コスト上昇の非常に大きな要因となっている。 In recent years, as semiconductor devices have been miniaturized, the influence of dimensional variations on circuit characteristics has become relatively large. In particular, since the variation in the gate length of the MISFET has a great influence on the characteristics of the MISFET, very strict dimension control is required in the gate electrode processing step. On the other hand, in order to obtain higher dimensional accuracy, an immersion exposure machine that introduces an exposure machine with a shorter wavelength or actively uses water having a higher refractive index than air in the optical waveguide region between the lens and the wafer. However, these introductions are a major factor in increasing costs.
そこで、ゲート長の仕上がり差(設計値からのズレ)を、MISFETの特性に大きな影響を持つ後工程で補償することによって、MISFETの特性ばらつきを低減するフィードフォワード技術が提案されている。 In view of this, a feed-forward technique has been proposed that compensates for the difference in gate length finish (deviation from the design value) in a post-process that has a great influence on the characteristics of the MISFET, thereby reducing variations in the characteristics of the MISFET.
例えば特許文献1には、ゲート長の仕上がり寸法の設計値からのズレ量と、MISFETの特性を設計値と一致させるのに必要なソース/ドレイン・エクステンション領域のドーズ量との関係を予め定式化しておき、ゲート長の仕上がり寸法の実測値と設計値とのズレ量、及び定式化した関係に基づいて、後工程であるソース/ドレイン・エクステンション領域形成工程における注入ドーズ量を補正する手法が開示されている。この手法では、ゲート長がばらついても、ソース/ドレイン・エクステンション領域のドーズ量を調整し、実効チャネル長を所定範囲内に保つことによって、MISFETの特性ばらつきを低減することができる。
For example,
しかしながら、前述のフィードフォワード技術を用いた従来の半導体装置の製造方法によって、90nm世代以降のMISFETを形成した場合、所望のトランジスタ特性が得られなかったり、リーク特性が劣化したりする等の問題が生じる。 However, when a MISFET of the 90 nm generation or later is formed by the conventional semiconductor device manufacturing method using the above-described feedforward technology, there are problems such as failure to obtain desired transistor characteristics and deterioration of leakage characteristics. Arise.
前記に鑑み、本発明は、ゲート長の加工ばらつきに起因する特性劣化を確実に抑制できる半導体装置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 method of manufacturing a semiconductor device that can reliably suppress characteristic deterioration due to processing variations in gate length.
前記の目的を達成するために、特許文献1に開示されているフィードフォワード技術を90nm世代以降のMISFETの形成に適用しても、ゲート長の加工ばらつきに起因する特性劣化を抑制できない原因について、本願発明者らが種々の検討を行ったところ、次のような知見を得た。
In order to achieve the above object, even if the feedforward technique disclosed in
MISFETの微細化が90nm世代以降に進むと、
(1)ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とのオーバーラップ量のスケーリングが困難になること、及び
(2)ソース/ドレイン・エクステンション領域を浅接合化すると、ソース/ドレイン・エクステンション領域の表面近傍濃度がより濃くなり、ソース/ドレイン・エクステンション領域の表面部で空乏化が生じにくくなること
等の要因によって、ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とのオーバーラップ容量が低減されず逆に増加傾向となる。その結果、GIDL(Gate Induced Drain Leakage)などのリーク電流が増加して回路特性が劣化しやすくなる等の問題が生じる。
When miniaturization of MISFET progresses after 90nm generation,
(1) It becomes difficult to scale the overlap amount between the gate electrode and the source / drain extension region, and (2) When the source / drain extension region is shallowly joined, the vicinity of the surface of the source / drain extension region is obtained. The overlap capacitance between the gate electrode and the source / drain extension region is not reduced due to factors such as higher concentration and less depletion at the surface of the source / drain extension region. It becomes. As a result, problems such as increase in leakage current such as GIDL (Gate Induced Drain Leakage) and deterioration of circuit characteristics occur.
そこで、ゲート電極の側面上にオフセットサイドウォールスペーサを形成し、その後、ゲート電極及びオフセットサイドウォールスペーサをマスクとして、不純物注入を実施してソース/ドレイン・エクステンション領域を形成することによって、ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とのオーバーラップ量(つまりオーバーラップ容量)をスペーサ長の調整により適正化している。これにより、GIDLなどのリーク電流を抑制しつつ、回路特性を向上させることができる。 Therefore, an offset sidewall spacer is formed on the side surface of the gate electrode, and then impurity implantation is performed using the gate electrode and the offset sidewall spacer as a mask to form a source / drain extension region. The overlap amount (that is, overlap capacitance) with the source / drain extension region is optimized by adjusting the spacer length. Thereby, it is possible to improve circuit characteristics while suppressing leakage current such as GIDL.
ところが、前述のようなオフセットサイドウォール構造及びソース/ドレイン・エクステンション構造を有するMISFETの形成に、特許文献1に開示されているフィードフォワード技術を適用した場合、ゲート長のばらつきを考慮してソース/ドレイン・エクステンション領域のドーズ量を調整しているものの、その際に、オフセットサイドウォールスペーサのスペーサ長(以下、オフセットサイドウォール長と称する)のばらつきは考慮されていないので、当該ばらつきを補償することはできない。
However, when the feedforward technology disclosed in
また、ゲート長の設計値からのズレ方向とオフセットサイドウォール長の設計値からのズレ方向とが反対である場合には、以下のような問題が発生する。
(1)ゲート長が設計値よりも短く且つオフセットサイドウォール長が設計値よりも長い場合
ゲート長が設計値よりも短いため、ソース/ドレイン・エクステンション領域のドーズ量は相対的に小さくなる方向に制御されるが、そうすると、オフセットサイドウォール長が設計値よりも長いことに起因して、ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とのオーバーラップ長が小さくなり、最悪、ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とがオーバーラップしなくなる(オフセットトランジスタとなってしまう)。
(2)ゲート長が設計値よりも長く且つオフセットサイドウォール長が設計値よりも短い場合
ゲート長が設計値よりも長いため、ソース/ドレイン・エクステンション領域のドーズ量は相対的に大きくなる方向に制御されるが、そうすると、オフセットサイドウォール長が設計値よりも短いことに起因して、ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とのオーバーラップ長が大きくなり、最悪、当該オーバーラップ長が過剰になる。ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とのオーバーラップ長が過剰になると、GIDLなどのリーク電流が増加して回路特性が悪化する。
Further, when the deviation direction from the design value of the gate length is opposite to the deviation direction from the design value of the offset sidewall length, the following problem occurs.
(1) When the gate length is shorter than the design value and the offset sidewall length is longer than the design value Since the gate length is shorter than the design value, the dose amount of the source / drain extension region tends to be relatively small. In this case, the overlap length between the gate electrode and the source / drain extension region is reduced due to the offset sidewall length being longer than the design value. The extension region does not overlap (becomes an offset transistor).
(2) When the gate length is longer than the design value and the offset sidewall length is shorter than the design value Since the gate length is longer than the design value, the dose amount of the source / drain extension region is relatively increased. In this case, the overlap length between the gate electrode and the source / drain extension region becomes large due to the fact that the offset sidewall length is shorter than the design value. In the worst case, the overlap length is excessive. Become. When the overlap length between the gate electrode and the source / drain extension region becomes excessive, a leakage current such as GIDL increases and circuit characteristics deteriorate.
以上のような知見に基づき、本願発明者らは、オフセットサイドウォール構造及びソース/ドレイン・エクステンション構造を有するMISFETにおいて、ゲート長及びオフセットサイドウォール長の加工ばらつきに起因する特性劣化を抑制できる以下の発明を想到した。 Based on the above knowledge, the inventors of the present invention can suppress the deterioration of characteristics due to processing variations in the gate length and offset sidewall length in the MISFET having the offset sidewall structure and the source / drain extension structure as follows. Invented the invention.
すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の側面上に形成されたオフセットサイドウォールスペーサと、前記半導体基板の表面部における前記ゲート電極の両側に形成されたソース/ドレイン・エクステンション領域とを有するトランジスタを備えた半導体装置の製造方法であって、前記半導体装置の製造前に、前記ゲート電極のゲート長の設計値からのズレ量及び前記オフセットサイドウォールスペーサのスペーサ長の設計値からのズレ量と、前記トランジスタの特性を設計値に設定するために前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量との相関関係を求めておく工程(a)と、前記ゲート電極を形成した後、前記ゲート電極のゲート長を実測する工程(b)と、前記オフセットサイドウォールスペーサを形成した後、前記オフセットサイドウォールスペーサのスペーサ長を実測する工程(c)と、前記工程(b)で実測された前記ゲート電極のゲート長の設計値からのズレ量、前記工程(c)で実測された前記オフセットサイドウォールスペーサのスペーサ長の設計値からのズレ量、及び、前記工程(a)で求めた相関関係に基づいて、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量を、前記トランジスタの特性の設計値からのズレ量が所定の範囲内に収まるように調整する工程(d)とを備えている。 That is, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a gate electrode formed on a semiconductor substrate, an offset sidewall spacer formed on a side surface of the gate electrode, and the gate electrode on a surface portion of the semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor device including a transistor having source / drain extension regions formed on both sides of the gate electrode, wherein a deviation amount from a design value of a gate length of the gate electrode and The correlation between the offset amount from the design value of the spacer length of the offset sidewall spacer and the dose amount of the impurity implanted into the source / drain extension region in order to set the transistor characteristics to the design value is obtained. Step (a), and after forming the gate electrode, the gate length of the gate electrode A step (b) of measuring, a step (c) of measuring a spacer length of the offset sidewall spacer after forming the offset sidewall spacer, and a gate length of the gate electrode measured in the step (b) Based on the amount of deviation from the design value, the amount of deviation from the design value of the spacer length of the offset sidewall spacer actually measured in the step (c), and the correlation obtained in the step (a), And a step (d) of adjusting a dose amount of the impurity implanted into the source / drain extension region so that a deviation amount from a design value of the characteristics of the transistor falls within a predetermined range.
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、ゲート長及びオフセットサイドウォール長のそれぞれの設計値からのズレ量と、トランジスタの特性を設計値に設定するためのソース/ドレイン・エクステンション領域のドーズ量との相関関係を予め求めておき、ゲート長及びオフセットサイドウォール長を実測した後、ゲート長及びオフセットサイドウォール長のそれぞれの実測値の設計値からのズレ量、並びに前記相関関係に基づいて、ソース/ドレイン・エクステンション領域のドーズ量を、トランジスタの特性の設計値からのズレ量が所定の範囲内に収まるように調整する。すなわち、ゲート長のばらつきのみならずオフセットサイドウォール長のばらつきも考慮して、ソース/ドレイン・エクステンション領域のドーズ量を調整できるので、オフセットサイドウォール構造及びソース/ドレイン・エクステンション構造を有するMISFETにおいて、ゲート長及びオフセットサイドウォール長の加工ばらつきに起因するトランジスタ特性の劣化を抑制することができる。 According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the amount of deviation from the design value of the gate length and the offset sidewall length, and the amount of dose of the source / drain extension region for setting the transistor characteristics to the design value In advance, and after measuring the gate length and offset sidewall length, based on the amount of deviation from the design value of each measured value of the gate length and offset sidewall length, and the correlation, The dose of the source / drain extension region is adjusted so that the deviation from the design value of the transistor characteristics falls within a predetermined range. That is, since the dose amount of the source / drain extension region can be adjusted in consideration of not only the variation in gate length but also the variation in offset sidewall length, in the MISFET having the offset sidewall structure and the source / drain extension structure, Degradation of transistor characteristics due to variations in processing of the gate length and offset sidewall length can be suppressed.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法によると、ゲート長及びオフセットサイドウォール長の両方のばらつきを考慮して、ソース/ドレイン・エクステンション領域のドーズ量を調整できるため、ゲート長が設計値よりも短く且つオフセットサイドウォール長が設計値よりも長い場合にも、ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とのオーバーラップ不足を防止できると共に、ゲート長が設計値よりも長く且つオフセットサイドウォール長が設計値よりも短い場合にも、ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とのオーバーラップ過剰を防止できる。従って、リーク特性や回路特性等の劣化を防止してチップ特性の向上を図ることができる。 In addition, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the dose of the source / drain extension region can be adjusted in consideration of variations in both the gate length and the offset sidewall length. Even when the offset sidewall length is shorter than the design value, the overlap between the gate electrode and the source / drain extension region can be prevented, and the gate length is longer than the design value and the offset sidewall length is Even when the design value is shorter than the designed value, it is possible to prevent the gate electrode from being excessively overlapped with the source / drain extension region. Accordingly, it is possible to improve the chip characteristics by preventing the deterioration of the leak characteristics and the circuit characteristics.
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記工程(c)は、前記オフセットサイドウォールスペーサを含む前記ゲート電極のゲート長を実測し、当該実測値から、前記工程(b)で実測された前記ゲート電極のゲート長を減じた値の半分を、前記オフセットサイドウォールスペーサのスペーサ長として算出する工程を含んでいてもよい。このようにすると、オフセットサイドウォール長を簡単に算出することができる。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step (c), the gate length of the gate electrode including the offset sidewall spacer is measured, and the actual value measured in the step (b) is measured. A step of calculating half the value obtained by subtracting the gate length of the gate electrode as the spacer length of the offset sidewall spacer may be included. In this way, the offset sidewall length can be easily calculated.
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記トランジスタの特性は、前記ゲート電極の閾値電圧や飽和電流等であってもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the characteristics of the transistor may be a threshold voltage or a saturation current of the gate electrode.
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記工程(d)は、前記ゲート電極と前記ソース/ドレイン・エクステンション領域とがオーバーラップするように、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量を調整する工程を含んでいてもよい。このようにすると、ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とがオーバーラップしなくなる(オフセットトランジスタとなってしまう)事態を回避することができる。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step (d), the impurity implanted into the source / drain extension region may be formed such that the gate electrode and the source / drain extension region overlap. A step of adjusting the dose may be included. By doing so, it is possible to avoid a situation where the gate electrode and the source / drain extension region do not overlap (become an offset transistor).
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記工程(d)は、前記工程(b)で実測された前記ゲート電極のゲート長が小さいほど、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量を小さくする工程を含んでいてもよい。このようにすると、実効チャネル長を所定範囲内に保つことによって、トランジスタの特性ばらつきを低減することができる。この場合、前記工程(d)は、前記工程(c)で実測された前記オフセットサイドウォールスペーサのスペーサ長が設計値よりも大きい場合において、前記工程(b)で実測された前記ゲート電極のゲート長が所定値よりも小さくなった場合、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量の低減を抑制する工程を含んでいてもよい。例えば、前記工程(b)で実測された前記ゲート電極のゲート長が所定値よりも小さくなった場合には、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量を一定にしてもよい。このようにすると、ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とのオーバーラップ不足(最悪、ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とがオーバーラップしなくなること)を防止できるので、トランジスタ特性の劣化を防止できる。尚、ウェハレベルで本発明を実施する場合、ウェハ内でのバラツキを考慮して、ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とを確実にオーバーラップさせるためには、両者のオーバーラップ長は0.5nm程度以上であることが好ましい。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step (d), the smaller the gate length of the gate electrode actually measured in the step (b), the smaller the impurity implanted into the source / drain extension region. A step of reducing the dose may be included. In this way, variation in transistor characteristics can be reduced by keeping the effective channel length within a predetermined range. In this case, in the step (d), when the spacer length of the offset sidewall spacer measured in the step (c) is larger than a design value, the gate of the gate electrode measured in the step (b) is measured. When the length is smaller than a predetermined value, a step of suppressing the reduction of the dose of the impurity implanted into the source / drain extension region may be included. For example, when the gate length of the gate electrode actually measured in the step (b) becomes smaller than a predetermined value, the dose of the impurity implanted into the source / drain extension region may be constant. . In this way, it is possible to prevent insufficient overlap between the gate electrode and the source / drain extension region (worst case, the gate electrode does not overlap with the source / drain extension region), thus preventing deterioration of transistor characteristics. it can. When the present invention is carried out at the wafer level, the overlap length between the gate electrode and the source / drain extension region is set to 0.degree. It is preferably about 5 nm or more.
本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記工程(d)は、前記工程(b)で実測された前記ゲート電極のゲート長が大きいほど、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量を大きくする工程を含んでいてもよい。このようにすると、実効チャネル長を所定範囲内に保つことによって、トランジスタの特性ばらつきを低減することができる。この場合、前記工程(d)は、前記工程(c)で実測された前記オフセットサイドウォールスペーサのスペーサ長が設計値よりも小さい場合において、前記工程(b)で実測された前記ゲート電極のゲート長が所定値よりも大きくなった場合、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量の増大を抑制する工程を含んでいてもよい。例えば、前記工程(b)で実測された前記ゲート電極のゲート長が所定値よりも大きくなった場合には、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量を一定にしてもよい。このようにすると、ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とのオーバーラップ過剰を防止できるので、リーク特性や回路特性等の劣化を防止できる。尚、ゲート電極とソース/ドレイン・エクステンション領域とのオーバーラップ過剰、つまり実効チャネル長の減少に起因するGIDLなどのリーク電流の発生を確実に防止するためには、両者のオーバーラップ長は5nm程度以下であることが好ましい。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step (d), the larger the gate length of the gate electrode actually measured in the step (b), the larger the impurity implanted into the source / drain extension region. A step of increasing the dose may be included. In this way, variation in transistor characteristics can be reduced by keeping the effective channel length within a predetermined range. In this case, in the step (d), when the spacer length of the offset sidewall spacer measured in the step (c) is smaller than a design value, the gate of the gate electrode measured in the step (b) is measured. When the length becomes larger than a predetermined value, a step of suppressing an increase in the dose of the impurity implanted into the source / drain extension region may be included. For example, when the gate length of the gate electrode actually measured in the step (b) becomes larger than a predetermined value, the dose of the impurity implanted into the source / drain extension region may be made constant. . In this way, excessive overlap between the gate electrode and the source / drain extension region can be prevented, so that deterioration of leak characteristics and circuit characteristics can be prevented. In order to reliably prevent the occurrence of leakage current such as GIDL due to excessive overlap between the gate electrode and the source / drain extension region, that is, reduction in effective channel length, the overlap length of both is about 5 nm. The following is preferable.
本発明によると、ゲート長のばらつきのみならずオフセットサイドウォール長のばらつきも考慮して、ソース/ドレイン・エクステンション領域のドーズ量を調整できるので、オフセットサイドウォール構造及びソース/ドレイン・エクステンション構造を有するMISFETにおいて、ゲート長及びオフセットサイドウォール長の加工ばらつきに起因するトランジスタ特性の劣化を抑制することができる。 According to the present invention, since the dose amount of the source / drain extension region can be adjusted in consideration of not only the variation in gate length but also the variation in offset sidewall length, the offset sidewall structure and the source / drain extension structure are provided. In the MISFET, it is possible to suppress deterioration of transistor characteristics due to processing variations in the gate length and offset sidewall length.
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、具体例を挙げて、図1(a)〜(g)、図2、図3(a)〜(e)を参照しながら説明する。図1(a)〜(g)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるエクステンション注入のドーズ量に対するフィード・フォワード制御によって製造ばらつきを補償する手法を示すフローチャートである。図3(a)〜(e)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるゲート長及びオフセットサイドウォール長のズレをエクステンション注入のドーズ量によって補償する手法の一例を説明する図である。
(First embodiment)
Hereinafter, the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1G, FIG. 2, and FIGS. 3A to 3E with specific examples. While explaining. FIGS. 1A to 1G are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. FIG. 2 is a flowchart showing a method of compensating for manufacturing variation by feed-forward control with respect to the dose amount of extension implantation in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 3A to 3E illustrate an example of a technique for compensating for the deviation between the gate length and the offset sidewall length in the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention by the dose amount of the extension implantation. It is a figure to do.
まず、図1(a)に示すように、例えば埋め込み素子分離(Shallow trench Isolation:STI)法により、例えばシリコン領域等の半導体領域を有する一導電型の基板(以下、半導体基板と称する)1の上部に、トレンチ内に絶縁膜が埋め込まれてなる素子分離領域2を選択的に形成する。これにより、半導体基板1における素子分離領域2に囲まれた領域が活性領域3となる。その後、図示は省略しているが、半導体基板1に対してP型不純物をイオン注入することにより、P型ウェル及びP型パンチスルーストッパを形成する。ここで、P型ウェルの注入条件は、例えば、注入イオン種がB(ボロン)、注入エネルギーが200keV、注入ドーズ量が1×1013cm-2であり、P型パンチスルーストッパの注入条件は、例えば、注入イオン種がB、注入エネルギーが100keV、注入ドーズ量が1×1013cm-2である。その後、半導体基板1に対してP型不純物をイオン注入することにより、活性領域3の上部にN型MISFETのチャネル領域4を形成する。ここで、チャネル領域4の注入条件は、例えば、注入イオン種がB、注入エネルギーが30keV、注入ドーズ量が2×1012cm-2である。
First, as shown in FIG. 1A, a one-conductivity-type substrate (hereinafter referred to as a semiconductor substrate) 1 having a semiconductor region such as a silicon region is formed by, for example, a buried trench isolation (STI) method. An
その後、図1(a)に示すように、半導体基板1上に例えば膜厚2nmのシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜5を形成した後、当該ゲート絶縁膜5上に、例えばポリシリコンからなるゲート電極膜6を堆積する。
Thereafter, as shown in FIG. 1A, after a
次に、ゲート電極膜6上に、ゲートパターン形状を有するレジストパターン(図示省略)を形成した後、当該レジストパターンをマスクにして、ドライエッチングにより、ゲート電極膜6及びゲート絶縁膜5を順次パターニングして、図1(b)に示すように、活性領域3上にゲート絶縁膜5を介してゲート電極6Aを形成する。
Next, after forming a resist pattern (not shown) having a gate pattern shape on the
ここで、図2のステップS1として、例えば測長SEM(scanning electron microscope)などを用いて、ゲート電極6Aのゲート長Lgを測定する。この時、測定対象のパターンは、実回路パターンであってもよいし、測長専用のパターンであってもよいし、又は電気特性モニター用のTEG(test element group)パターン等であってもよい。また、測長専用のパターンやTEGパターン等を用いる場合、これらのパターンの測定値と実回路パターンの代表値との相関関係(差分、比率など)が明確であれば、測長専用のパターンやTEGパターン等の寸法は、実回路パターンの寸法と異なっていてもよい。
Here, as step S1 in FIG. 2, the gate length Lg of the
次に、ゲート電極6A上を含む半導体基板1上に、例えば厚さ5nm程度のシリコン窒化膜(SiN膜)を堆積した後、当該SiN膜に対してエッチバックを行うことにより、図1(c)に示すように、ゲート電極6Aの側面上にオフセットサイドウォールスペーサ7を形成する。
Next, after depositing, for example, a silicon nitride film (SiN film) having a thickness of about 5 nm on the
ここで、図2のステップS2として、例えば測長SEMなどを用いて、オフセットサイドウォールスペーサ7を含むゲート電極6Aのゲート長Lgsを測定する。この時、測定対象のパターンは、ステップS1で使用したパターンと同じパターンである。
Here, as step S2 in FIG. 2, the gate length Lgs of the
続いて、図2のステップS3として、オフセットサイドウォールスペーサ7のスペーサ長(以下、オフセットサイドウォール長)Lsを、例えば計算式Ls=(Lgs−Lg)/2を用いて算出する。ここで、LgはステップS1で測定されたゲート長Lgであり、LgsはステップS2で測定されたゲート長Lgsである。
Subsequently, as step S3 in FIG. 2, the spacer length (hereinafter referred to as offset sidewall length) Ls of the offset
続いて、図2のステップS4として、ステップS1で測定されたゲート長Lgの設計値からのズレ量ΔLg、及びステップS3で求めたオフセットサイドウォール長Lsの設計値からのズレ量ΔLsに基づいて、エクステンション注入のドーズ量の補正を行う。具体的には、半導体装置の製造を開始する前に、ゲート長Lgの設計値からのズレ量ΔLg及びオフセットサイドウォール長Lsの設計値からのズレ量ΔLsと、トランジスタの特性(例えば閾値電圧)を設計値に設定するためにソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量(つまりエクステンション注入のドーズ量)Dextとの相関関係を求めておき、当該相関関係に、実測されたΔLg及びΔLsを適用することにより、ドーズ量Dextを、トランジスタの特性の設計値からのズレ量が所定の範囲内(例えば閾値電圧のばらつきが20mV以内)に収まるように調整する。 Subsequently, as step S4 in FIG. 2, based on the deviation amount ΔLg from the design value of the gate length Lg measured in step S1 and the deviation amount ΔLs from the design value of the offset sidewall length Ls obtained in step S3. Then, the dose amount of the extension injection is corrected. Specifically, before starting the manufacture of the semiconductor device, a deviation amount ΔLg from the design value of the gate length Lg and a deviation amount ΔLs from the design value of the offset sidewall length Ls, and transistor characteristics (for example, threshold voltage) Is set to the design value, a correlation with the dose amount of the impurity implanted into the source / drain extension region (that is, the dose amount of extension implantation) Dext is obtained, and the measured ΔLg and By applying ΔLs, the dose amount Dext is adjusted so that the deviation amount from the design value of the transistor characteristics falls within a predetermined range (for example, variation in threshold voltage is within 20 mV).
図3(a)は、ΔLgに対する閾値電圧Vtの感度を示しており、図3(b)は、ΔLsに対する閾値電圧Vtの感度を示しており、図3(c)は、ドーズ量Dextの補正量(エクステンションドーズ補正量)ΔDextに対する閾値電圧Vtの感度を示しており、図3(d)は、ΔLg及びΔLsに対する閾値電圧Vtの感度を示している。また、図3(e)は、ΔLg及びΔLsと、閾値電圧Vtを設計値に設定するためのエクステンションドーズ補正量ΔDextとの関係を示している。ここで、例えば、図3(a)〜図3(d)に示す各関係に基づいて、図3(e)に示す関係を求めることができる。 3A shows the sensitivity of the threshold voltage Vt with respect to ΔLg, FIG. 3B shows the sensitivity of the threshold voltage Vt with respect to ΔLs, and FIG. 3C shows the correction of the dose amount Dext. The sensitivity of the threshold voltage Vt with respect to the amount (extension dose correction amount) ΔDext is shown, and FIG. 3D shows the sensitivity of the threshold voltage Vt with respect to ΔLg and ΔLs. FIG. 3E shows the relationship between ΔLg and ΔLs and the extension dose correction amount ΔDext for setting the threshold voltage Vt to the design value. Here, for example, based on the relationships shown in FIGS. 3A to 3D, the relationship shown in FIG. 3E can be obtained.
尚、図3(a)〜図3(e)に示す各関係は、一例として、ゲート長Lgの設計値が40nm、オフセットサイドウォール長Lsの設計値が5nm、ドーズ量(Lg、Lsが設計値通りの場合に閾値電圧を設計値通りに設定するためのドーズ量)が1×1015/cm2 、注入種が砒素(As)、注入エネルギーが2keV、注入角度(基板主面の法線方向に対する傾き角)が0°の条件で得られたものである。また、図3(a)〜図3(e)に示す各関係を得るために、例えば、様々なゲート長やオフセットサイドウォール長を持つTEGパターンを用いてもよい。この場合、TEGパターンの測定値と実回路パターンの代表値との相関関係(差分、比率など)が明確であれば、TEGパターンの寸法は、実回路パターンの寸法と異なっていてもよい。 3A to 3E, as an example, the design value of the gate length Lg is 40 nm, the design value of the offset sidewall length Ls is 5 nm, and the doses (Lg and Ls are designed). If the value is as it is, the dose amount for setting the threshold voltage as the design value is 1 × 10 15 / cm 2 , the implantation type is arsenic (As), the implantation energy is 2 keV, and the implantation angle (normal to the substrate main surface) (Tilt angle with respect to direction) was obtained under the condition of 0 °. Further, in order to obtain the relationships shown in FIGS. 3A to 3E, for example, TEG patterns having various gate lengths and offset sidewall lengths may be used. In this case, if the correlation (difference, ratio, etc.) between the measured value of the TEG pattern and the representative value of the actual circuit pattern is clear, the dimension of the TEG pattern may be different from the dimension of the actual circuit pattern.
次に、図1(d)に示すように、ゲート電極6A及びオフセットサイドウォールスペーサ7をマスクとして、前述のステップS4で例えば図3(e)に示す関係に基づいて得られたエクステンションドーズ補正量ΔDextによって調整されたドーズ量Dextを用いて、活性領域3にn型不純物として例えばAsイオンを注入することによって、N型のソース/ドレイン・エクステンション領域10を形成する。ここで、調整前のドーズ量Dextは例えば1×1015/cm2 であり、注入エネルギーは例えば2keVである。
Next, as shown in FIG. 1D, using the
尚、ソース/ドレイン・エクステンション領域10の形成前に、例えばボロン(B)イオンの注入によってポケット領域(図示省略)を形成してもよい。この場合、注入ドーズ量は例えば1×1013/cm2 であり、注入エネルギーは例えば10keVである。
Before forming the source /
次に、例えばCVD(chemical vapor deposition )法により、半導体基板1上の全面に、例えば膜厚50nmのシリコン酸化膜からなる絶縁膜を堆積した後、当該絶縁膜に対して異方性エッチングによるエッチバックを行うことにより、図1(e)に示すように、ゲート電極6Aの側面上にオフセットサイドウォールスペーサ7を挟んでサイドウォールスペーサ11を形成する。
Next, an insulating film made of, for example, a 50 nm-thickness silicon oxide film is deposited on the entire surface of the
次に、図1(f)に示すように、ゲート電極6A、オフセットサイドウォールスペーサ7及びサイドウォールスペーサ11をマスクとして、活性領域3にn型不純物として例えばAsイオンを注入することによって、N型のソース/ドレイン領域12を形成する。ここで、注入ドーズ量は例えば5×1015/cm2 であり、注入エネルギーは例えば10keVである。その後、半導体基板1に対して、例えば1050℃の温度でスパイクRTA(rapid thermal annealing )処理を行い、それによって、ソース/ドレイン・エクステンション領域10及びソース/ドレイン領域12に注入されている不純物を活性化させる。
Next, as shown in FIG. 1F, for example, As ions are implanted into the
次に、半導体基板1上の全面に、例えばスパッタリング法により、例えば膜厚10nmのニッケル(Ni)膜からなるシリサイド用金属膜(図示省略)を堆積する。その後、例えば窒素雰囲気中において、半導体基板1に対して、例えば320℃の温度で1回目のRTA処理を行い、ソース/ドレイン領域12及びゲート電極6Aのそれぞれの上部に含まれるシリコンと、前記シリサイド用金属膜に含まれるニッケルとを反応させる。その後、例えば硫酸と過酸化水素水との混合液からなるエッチング液中に半導体基板1を浸漬することにより、素子分離領域2及びサイドウォールスペーサ11等の上に残存する未反応の前記シリサイド用金属膜を除去する。その後、半導体基板1に対して、1回目のRTA処理の温度よりも高い温度(例えば550℃)で2回目のRTA処理を行う。これにより、図1(g)に示すように、ソース/ドレイン領域12及びゲート電極6Aのそれぞれの上部に、ニッケルシリサイド膜(NiSi膜)からなるシリサイド膜13が形成される。
Next, a silicide metal film (not shown) made of, for example, a nickel (Ni) film having a thickness of 10 nm is deposited on the entire surface of the
以上に説明した第1の実施形態によると、ゲート長Lg及びオフセットサイドウォール長Lsのそれぞれの設計値からのズレ量ΔLg及びΔLsと、トランジスタの特性を設計値に設定するためのソース/ドレイン・エクステンション領域10のドーズ量Dextとの相関関係を予め求めておき、ゲート長Lg及びオフセットサイドウォール長Lsを実測した後、ゲート長Lg及びオフセットサイドウォール長Lsのそれぞれの実測値の設計値からのズレ量ΔLg及びΔLs、並びに前記相関関係に基づいて、ソース/ドレイン・エクステンション領域10のドーズ量を、トランジスタの特性の設計値からのズレ量が所定の範囲内に収まるように調整する。すなわち、ゲート長Lgのばらつきのみならずオフセットサイドウォール長Lsのばらつきも考慮して、ソース/ドレイン・エクステンション領域10のドーズ量を調整できるので、オフセットサイドウォール構造及びソース/ドレイン・エクステンション構造を有するMISFETにおいて、ゲート長Lg及びオフセットサイドウォール長Lsの加工ばらつきに起因するトランジスタ特性の劣化を抑制することができる。
According to the first embodiment described above, the shift amounts ΔLg and ΔLs from the respective design values of the gate length Lg and the offset sidewall length Ls, and the source / drain region for setting the transistor characteristics to the design values. A correlation with the dose amount Dext of the
尚、第1の実施形態において、トランジスタの特性として閾値電圧Vtを対象として、ソース/ドレイン・エクステンション領域10のドーズ量の調整を行ったが、これに代えて、飽和電流等のトランジスタ特性を対象として、ソース/ドレイン・エクステンション領域10のドーズ量の調整を行ってもよい。
In the first embodiment, the threshold voltage Vt is targeted as the transistor characteristics, and the dose amount of the source /
また、第1の実施形態において、オフセットサイドウォールスペーサ7を含むゲート電極6Aのゲート長Lgsと、ゲート電極6Aのゲート長Lgとの差分を用いて、オフセットサイドウォール長Lsを求めたが、これに代えて、オフセットサイドウォール長Lsを直接測定する等の他の方法により、オフセットサイドウォール長Lsを求めてもよい。
In the first embodiment, the offset sidewall length Ls is obtained using the difference between the gate length Lgs of the
また、第1の実施形態において、ソース/ドレイン・エクステンション領域10のドーズ量の調整は、ゲート電極6Aとソース/ドレイン・エクステンション領域10とがオーバーラップするように行われることが好ましい。このようにすると、ゲート電極6Aとソース/ドレイン・エクステンション領域10とがオーバーラップしなくなる(オフセットトランジスタとなってしまう)事態を回避することができる。
In the first embodiment, the adjustment of the dose of the source /
また、第1の実施形態において、ソース/ドレイン・エクステンション領域10のドーズ量の調整は、実測されたゲート電極6Aのゲート長Lgが小さいほど、当該ドーズ量が小さくなるように、言い換えると、実測されたゲート電極6Aのゲート長Lgが大きいほど、当該ドーズ量が大きくなるように、行われることが好ましい。このようにすると、実効チャネル長を所定範囲内に保つことによって、トランジスタの特性ばらつきを低減することができる。
In the first embodiment, the adjustment of the dose amount of the source /
(第1の実施形態の変形例)
以下に、本発明の第1の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法、具体的には、エクステンション注入のドーズ量に対するフィード・フォワード制御の変形例について、図4を参照しながら説明する。図4は、本変形例におけるゲート長及びオフセットサイドウォール長のズレをエクステンション注入のドーズ量によって補償する手法の一例を説明する図である。
(Modification of the first embodiment)
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to a modification of the first embodiment of the present invention, specifically, a modification of feed forward control with respect to a dose amount of extension implantation will be described with reference to FIG. . FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a technique for compensating for the deviation between the gate length and the offset sidewall length in the present modification by the dose amount of the extension implantation.
第1の実施形態では、例えば図3(e)に示すように、ゲート長Lgの設計値からのずれ量ΔLgの増大又は減少に対して、エクステンション注入のドーズ量Dextが単調に増大又は減少するように調整を行っている。しかし、このような調整を行うと、ゲート長Lgの設計値からのズレ方向とオフセットサイドウォール長Lsの設計値からのズレ方向とが反対である場合に、以下のような問題が発生する。
(1)ゲート長Lgが設計値よりも短く且つオフセットサイドウォール長Lsが設計値よりも長い場合
ゲート長Lgが設計値よりも短いため、ソース/ドレイン・エクステンション領域10のドーズ量は相対的に小さくなる方向に制御されるが、そうすると、オフセットサイドウォール長Lsが設計値よりも長いことに起因して、ゲート電極6Aとソース/ドレイン・エクステンション領域10とのオーバーラップ長が小さくなり、最悪、ゲート電極6Aとソース/ドレイン・エクステンション領域10とがオーバーラップしなくなる(オフセットトランジスタとなって回路特性が悪化してしまう)。
(2)ゲート長Lgが設計値よりも長く且つオフセットサイドウォール長Lsが設計値よりも短い場合
ゲート長Lgが設計値よりも長いため、ソース/ドレイン・エクステンション領域10のドーズ量は相対的に大きくなる方向に制御されるが、そうすると、オフセットサイドウォール長Lsが設計値よりも短いことに起因して、ゲート電極6Aとソース/ドレイン・エクステンション領域10とのオーバーラップ長が大きくなり、最悪、当該オーバーラップ長が過剰になる。ゲート電極6Aとソース/ドレイン・エクステンション領域10とのオーバーラップ長が過剰になると、GIDLなどのリーク電流が増加して回路特性が悪化する。
In the first embodiment, for example, as shown in FIG. 3E, the dose amount Dext of the extension implantation monotonously increases or decreases as the deviation amount ΔLg from the design value of the gate length Lg increases or decreases. Adjustments are made as follows. However, when such adjustment is performed, the following problem occurs when the deviation direction from the design value of the gate length Lg is opposite to the deviation direction from the design value of the offset sidewall length Ls.
(1) When the gate length Lg is shorter than the design value and the offset sidewall length Ls is longer than the design value Since the gate length Lg is shorter than the design value, the dose amount of the source /
(2) When the gate length Lg is longer than the design value and the offset sidewall length Ls is shorter than the design value Since the gate length Lg is longer than the design value, the dose amount of the source /
前述の問題点(1)を解決するために、本変形例では、図4に示すように、オフセットサイドウォール長Lsの実測値が設計値よりも大きい場合(ΔLs>0の場合)において、ゲート長Lgが所定値よりも小さくなった場合(図4中の左側(ΔLg<0)の一点鎖線領域)、エクステンション注入のドーズ量の低減を抑制する。具体的には、オフセットサイドウォール長Lsの実測値が設計値よりも大きい場合において、ゲート長が所定値よりも小さくなった場合、エクステンション注入のドーズ量を一定にする。このようにすると、ゲート電極6Aとソース/ドレイン・エクステンション領域10とのオーバーラップ不足(最悪、ゲート電極6Aとソース/ドレイン・エクステンション領域10とがオーバーラップしなくなること)を防止できるので、トランジスタ特性の劣化を防止できる。尚、本変形例により、ゲート電極6Aとソース/ドレイン・エクステンション領域10とのオーバーラップ不足に起因する特性劣化は回避されるものの、例えば閾値電圧等の他の特性について若干の劣化が生じる可能性があるので、前述の所定値は、これらの特性間のトレードオフを考慮して設定することが好ましい。また、ウェハレベルで本変形例を実施する場合、ウェハ内でのバラツキを考慮して、ゲート電極6Aとソース/ドレイン・エクステンション領域10とを確実にオーバーラップさせるために、両者のオーバーラップ長を0.5nm程度以上確保することが好ましい。
In order to solve the above-mentioned problem (1), in this modification, as shown in FIG. 4, when the measured value of the offset sidewall length Ls is larger than the design value (when ΔLs> 0), the gate When the length Lg is smaller than a predetermined value (the one-dot chain line region on the left side in FIG. 4 (ΔLg <0)), the reduction of the extension injection dose is suppressed. Specifically, when the measured value of the offset sidewall length Ls is larger than the design value, the extension implantation dose is made constant when the gate length becomes smaller than a predetermined value. In this way, it is possible to prevent insufficient overlap between the
また、前述の問題点(2)を解決するために、本変形例では、図4に示すように、オフセットサイドウォール長Lsの実測値が設計値よりも小さい場合(ΔLs<0の場合)において、ゲート長Lgが所定値よりも大きくなった場合(図4中の右側(ΔLg>0)の一点鎖線領域)、エクステンション注入のドーズ量の増大を抑制する。具体的には、オフセットサイドウォール長Lsの実測値が設計値よりも小さい場合において、ゲート長が所定値よりも大きくなった場合、エクステンション注入のドーズ量を一定にする。このようにすると、ゲート電極6Aとソース/ドレイン・エクステンション領域10とのオーバーラップ過剰を防止できるので、リーク特性や回路特性等の劣化を防止できる。尚、本変形例により、ゲート電極6Aとソース/ドレイン・エクステンション領域10とのオーバーラップ過剰に起因する特性劣化は回避されるものの、例えば閾値電圧等の他の特性について若干の劣化が生じる可能性があるので、前述の所定値は、これらの特性間のトレードオフを考慮して設定することが好ましい。また、ゲート電極6Aとソース/ドレイン・エクステンション領域10とのオーバーラップ過剰、つまり実効チャネル長の減少に起因するGIDLなどのリーク電流の発生を確実に防止するためには、両者のオーバーラップ長を5nm程度以下に設定することが好ましい。
Further, in order to solve the above-mentioned problem (2), in this modification, as shown in FIG. 4, when the measured value of the offset sidewall length Ls is smaller than the design value (when ΔLs <0). When the gate length Lg is larger than the predetermined value (the one-dot chain line region on the right side in FIG. 4 (ΔLg> 0)), an increase in the dose amount of extension injection is suppressed. Specifically, when the measured value of the offset sidewall length Ls is smaller than the design value, when the gate length becomes larger than a predetermined value, the dose amount of extension implantation is made constant. In this way, excessive overlap between the
尚、本変形例において、オフセットサイドウォール長Lsの実測値が設計値よりも大きい場合において、ゲート長が所定値よりも小さくなった場合に、エクステンション注入のドーズ量を一定にしたが、これに代えて、ΔLgに対するΔDextの低減率を相対的に小さくしてもよい。 In this modification, when the measured value of the offset sidewall length Ls is larger than the design value, the dose amount of the extension implantation is made constant when the gate length is smaller than the predetermined value. Instead, the reduction rate of ΔDext with respect to ΔLg may be relatively small.
また、本変形例において、オフセットサイドウォール長Lsの実測値が設計値よりも小さい場合において、ゲート長が所定値よりも大きくなった場合に、エクステンション注入のドーズ量を一定にしたが、これに代えて、ΔLgに対するΔDextの増大率を相対的に小さくしてもよい。 Further, in this modification, when the measured value of the offset sidewall length Ls is smaller than the design value, the dose amount of the extension implantation is made constant when the gate length becomes larger than the predetermined value. Instead, the increase rate of ΔDex with respect to ΔLg may be relatively small.
また、前述の実施形態又はその変形例では、ゲート長及びオフセットサイドウォール長のズレをエクステンション注入のドーズ量によって補償したが、これに限られず、ゲート長及びオフセットサイドウォール長のズレを、エクステンション注入におけるドーズ量、注入角度及び加速エネルギーのいずれか1つ又は2つ以上の組合せ(全ての組合せを含む)によって補償してもよい。また、ゲート長及びオフセットサイドウォール長のズレをエクステンション注入のドーズ量等によって補償することに代えて、又は、これに加えて、ポケット注入におけるドーズ量、注入角度及び加速エネルギーのいずれか1つ又は2つ以上の組合せ(全ての組合せを含む)によって補償してもよい。 Further, in the above-described embodiment or its modification, the deviation of the gate length and the offset sidewall length is compensated by the dose amount of the extension implantation. However, the present invention is not limited to this, and the deviation of the gate length and the offset sidewall length is compensated by the extension implantation. May be compensated by any one or a combination of two or more of the dose, implantation angle, and acceleration energy (including all combinations). Further, in place of or in addition to compensating for the deviation of the gate length and the offset sidewall length by the dose amount of the extension implantation or the like, any one of the dose amount, implantation angle and acceleration energy in the pocket implantation or Two or more combinations (including all combinations) may be compensated.
また、前述の実施形態又はその変形例では、ゲート長及びオフセットサイドウォール長のズレに起因するN型MISFETの特性劣化を防止したが、これに代えて、又は、これに加えて、同様の方法により、ゲート長及びオフセットサイドウォール長のズレに起因するP型MISFETの特性劣化を防止してもよい。この場合、ゲート長及びオフセットサイドウォール長の測定は、N型MISFET及びP型MISFETのそれぞれについて行ってもよいし、又は、いずれか一方のMISFETについての測定値を代表値として用いてもよい。 Further, in the above-described embodiment or the modification thereof, the characteristic deterioration of the N-type MISFET due to the deviation of the gate length and the offset sidewall length is prevented, but a similar method is used instead of or in addition to this. Accordingly, the characteristic deterioration of the P-type MISFET due to the deviation of the gate length and the offset sidewall length may be prevented. In this case, the measurement of the gate length and the offset sidewall length may be performed for each of the N-type MISFET and the P-type MISFET, or a measured value for one of the MISFETs may be used as a representative value.
また、前述の実施形態又はその変形例では、MISFETのゲート構造として、ポリシリコン膜/シリコン酸化膜構造を用いたが、当該ゲート構造は特に限定されるものではなく、例えば、メタル膜/high−k(高誘電率)膜構造を用いてもよい。 In the above-described embodiment or its modification, the polysilicon film / silicon oxide film structure is used as the gate structure of the MISFET. However, the gate structure is not particularly limited. For example, the metal film / high− A k (high dielectric constant) film structure may be used.
また、前述の実施形態又はその変形例では、オフセットサイドウォールスペーサ7として、単層のシリコン窒化膜を用いたが、オフセットサイドウォールスペーサ7の構造は特に限定されるものではなく、オフセットサイドウォールスペーサ7として、例えば、単層のシリコン酸化膜、又は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とからなる積層膜などを用いてもよい。また、サイドウォールスペーサ11として、単層のシリコン酸化膜を用いたが、サイドウォールスペーサ11の構造は特に限定されるものではなく、サイドウォールスペーサ11として、例えば、単層のシリコン窒化膜、又は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とからなる積層膜などを用いてもよい。
In the above-described embodiment or its modification, a single-layer silicon nitride film is used as the offset
本発明は、MISFETを備えた半導体装置の製造方法に関し、特に90nm世代以降のオフセットサイドウォール構造及びソース/ドレイン・エクステンション構造を有するMISFETにおいて、ゲート長及びオフセットサイドウォール長の加工ばらつきに起因する特性劣化を抑制することができるため、半導体装置の性能向上及び製造コスト削減等に有用である。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device including a MISFET, and particularly to a MISFET having an offset sidewall structure and a source / drain extension structure after the 90 nm generation, and characteristics resulting from processing variations in gate length and offset sidewall length. Since the deterioration can be suppressed, it is useful for improving the performance of the semiconductor device and reducing the manufacturing cost.
1 半導体基板
2 素子分離領域
3 活性領域
4 チャネル領域
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極膜
6A ゲート電極
7 オフセットサイドウォールスペーサ
10 ソース/ドレイン・エクステンション領域
11 サイドウォールスペーサ
12 ソース/ドレイン領域
13 シリサイド膜
Lg ゲート電極のゲート長
Lgs オフセットサイドウォールスペーサを含むゲート電極のゲート長
Ls オフセットサイドウォール長
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記半導体装置の製造前に、前記ゲート電極のゲート長の設計値からのズレ量及び前記オフセットサイドウォールスペーサのスペーサ長の設計値からのズレ量と、前記トランジスタの特性を設計値に設定するために前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量との相関関係を求めておく工程(a)と、
前記ゲート電極を形成した後、前記ゲート電極のゲート長を実測する工程(b)と、
前記オフセットサイドウォールスペーサを形成した後、前記オフセットサイドウォールスペーサのスペーサ長を実測する工程(c)と、
前記工程(b)で実測された前記ゲート電極のゲート長の設計値からのズレ量、前記工程(c)で実測された前記オフセットサイドウォールスペーサのスペーサ長の設計値からのズレ量、及び、前記工程(a)で求めた相関関係に基づいて、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量を、前記トランジスタの特性の設計値からのズレ量が所定の範囲内に収まるように調整する工程(d)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。 A gate electrode formed on a semiconductor substrate; an offset sidewall spacer formed on a side surface of the gate electrode; and source / drain extension regions formed on both sides of the gate electrode on a surface portion of the semiconductor substrate; A method of manufacturing a semiconductor device including a transistor having
In order to set the amount of deviation from the design value of the gate length of the gate electrode, the amount of deviation from the design value of the spacer length of the offset sidewall spacer, and the characteristics of the transistor to the design value before manufacturing the semiconductor device. (A) obtaining a correlation with a dose amount of impurities implanted into the source / drain extension region;
(B) measuring the gate length of the gate electrode after forming the gate electrode;
(C) measuring the spacer length of the offset sidewall spacer after forming the offset sidewall spacer;
The amount of deviation from the design value of the gate length of the gate electrode measured in the step (b), the amount of deviation from the design value of the spacer length of the offset sidewall spacer measured in the step (c), and Based on the correlation obtained in the step (a), the dose of the impurity implanted into the source / drain extension region is set so that the deviation from the design value of the transistor characteristics falls within a predetermined range. And a step (d) of adjusting the semiconductor device.
前記工程(c)は、前記オフセットサイドウォールスペーサを含む前記ゲート電極のゲート長を実測し、当該実測値から、前記工程(b)で実測された前記ゲート電極のゲート長を減じた値の半分を、前記オフセットサイドウォールスペーサのスペーサ長として算出する工程を含む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 1,
In the step (c), the gate length of the gate electrode including the offset sidewall spacer is measured, and half the value obtained by subtracting the gate length of the gate electrode measured in the step (b) from the measured value. Including a step of calculating as a spacer length of the offset sidewall spacer.
前記トランジスタの特性は、前記ゲート電極の閾値電圧であ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 1 or 2,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the characteristic of the transistor is a threshold voltage of the gate electrode.
前記工程(d)は、前記ゲート電極と前記ソース/ドレイン・エクステンション領域とがオーバーラップするように、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量を調整する工程を含む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 1-3,
The step (d) includes a step of adjusting a dose amount of impurities implanted into the source / drain extension region so that the gate electrode and the source / drain extension region overlap each other. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記工程(d)は、前記工程(b)で実測された前記ゲート電極のゲート長が小さいほど、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量を小さくする工程を含む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 given in any 1 paragraph of Claims 1-4,
The step (d) includes a step of reducing the dose of the impurity implanted into the source / drain extension region as the gate length of the gate electrode actually measured in the step (b) is smaller. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記工程(d)は、前記工程(c)で実測された前記オフセットサイドウォールスペーサのスペーサ長が設計値よりも大きい場合において、前記工程(b)で実測された前記ゲート電極のゲート長が所定値よりも小さくなった場合、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量の低減を抑制する工程を含む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 5,
In the step (d), when the spacer length of the offset sidewall spacer measured in the step (c) is larger than a design value, the gate length of the gate electrode measured in the step (b) is predetermined. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of suppressing a reduction in dose of impurities implanted into the source / drain extension region when the value is smaller than the value.
前記工程(d)は、前記ゲート電極と前記ソース/ドレイン・エクステンション領域とが0.5nm以上オーバーラップするように、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量を調整する工程を含む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 5 or 6,
The step (d) includes a step of adjusting a dose amount of impurities implanted into the source / drain extension region so that the gate electrode and the source / drain extension region overlap each other by 0.5 nm or more. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記工程(d)は、前記工程(b)で実測された前記ゲート電極のゲート長が大きいほど、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量を大きくする工程を含む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 given in any 1 paragraph of Claims 1-4,
The step (d) includes a step of increasing the dose of the impurity implanted into the source / drain extension region as the gate length of the gate electrode actually measured in the step (b) increases. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記工程(d)は、前記工程(c)で実測された前記オフセットサイドウォールスペーサのスペーサ長が設計値よりも小さい場合において、前記工程(b)で実測された前記ゲート電極のゲート長が所定値よりも大きくなった場合、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量の増大を抑制する工程を含む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 8,
In the step (d), when the spacer length of the offset sidewall spacer measured in the step (c) is smaller than a design value, the gate length of the gate electrode measured in the step (b) is predetermined. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of suppressing an increase in the dose of impurities implanted into the source / drain extension region when the value exceeds the value.
前記工程(d)は、前記ゲート電極と前記ソース/ドレイン・エクステンション領域とが5nm以下オーバーラップするように、前記ソース/ドレイン・エクステンション領域に注入される不純物のドーズ量を調整する工程を含む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 8 or 9,
The step (d) includes a step of adjusting a dose amount of impurities implanted into the source / drain extension region so that the gate electrode and the source / drain extension region overlap each other by 5 nm or less. A method of manufacturing a semiconductor device.
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