JP2014165371A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン基板1のN型MOSトランジスタ形成部に表面チャネル型のN型MOSトランジスタ30を形成する工程と、シリコン基板1のP型MOSトランジスタ形成部に埋め込みチャネル型のP型MOSトランジスタ40を形成する工程と、シリコン基板1上にシリコン窒化膜20を堆積してN型MOSトランジスタ30及びP型MOSトランジスタ40を覆う工程と、シリコン窒化膜20を部分的にエッチングして、N型MOSトランジスタ30上からシリコン窒化膜20を除去すると共に、P型MOSトランジスタ40上にはシリコン窒化膜20を残す工程と、を有する。
【選択図】図3
Description
そこで、この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、シリコン窒化膜を用いたP型MOSトランジスタのスロートラップ抑制と、N型MOSトランジスタ及びP型MOSトランジスタの低1/fノイズ化とを両立できるようにした半導体装置の製造方法及び半導体装置の提供を目的とする。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記シリコン窒化膜を堆積する工程では、該シリコン窒化膜をLPCVD(Low Pressre Chemical Vapor Deposition)法で成膜することを特徴としてもよい。ここで、LPCVD法では、例えば15〜25[Pa]という低圧の雰囲気下で成膜を行うCVD法のことである。
図1(a)〜図3(c)は、本発明の第1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。この第1実施形態では、表面チャネル型のN型MOSトランジスタと、埋め込みチャネル型のP型MOSトランジスタとを基板に形成する場合について説明する。
図1(a)に示すように、まず始めに、シリコン基板1上に素子分離用のLOCOS領域2を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術とイオン注入技術を用いて、シリコン基板1のP型MOSトランジスタ形成部にPウェル領域3を形成する。Pウェル領域3を形成した後、図示しないレジストパターンをアッシングして除去する。続いて、フォトリソグラフィ技術とイオン注入技術を用いて、シリコン基板1のN型MOSトランジスタ形成部にNウェル領域4を形成する。Nウェル領域4を形成した後、図示しないレジストパターンをアッシングして除去する。なお、Pウェル領域3とNウェル領域4の形成順は逆でもよい。即ち、Nウェル領域4を形成した後で、Pウェル領域3を形成してもよい。
レジストパターン10を除去後、図2(a)に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、N型MOSトランジスタ形成部の上方を開口し、それ以外の領域を覆うレジストパターン11を形成する。そして、このレジストパターン11をマスクに用いて、N型MOSトランジスタ部にリンイオン(P+)イオン注入してN−拡散層12を形成する。N−拡散層12を形成した後、レジストパターン11をアッシングして除去する。
次に、図2(d)に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、N型MOSトランジスタ形成部の上方を開口し、それ以外の領域を覆うレジストパターン16を形成する。そして、このレジストパターン16をマスクに用いて、N型MOSトランジスタ部にヒ素イオン(As+)をイオン注入してN+拡散層17を形成する。N+拡散層17を形成した後、レジストパターン16をアッシングして除去する。
次に、図3(b)に示すように、シリコン基板1の上方全面に、スロートラップ抑制のためのシリコン窒化膜20を130Åの厚みで堆積させる。このシリコン窒化膜20の堆積方法は、例えばLPCVD法である。
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、N型MOSトランジスタ形成部の上方を開口し、P型MOSトランジスタ形成部を覆うレジストパターン21を形成する。そして、このレジストパターン21をマスクに用いて、表面チャネル型のN型MOSトランジスタ30上に堆積されたシリコン窒化膜20だけをエッチングして除去する。シリコン窒化膜20のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。
第1実施形態及び、後述の第2実施形態では、シリコン基板1が本発明の基板に対応し、N型MOSトランジスタ形成部が本発明の第1の領域に対応し、P型MOSトランジスタ形成部が本発明の第2の領域に対応している。
本発明の第1実施形態は、以下の効果を奏する。
(1)P型MOSトランジスタ40を埋め込みチャネル型とし、チャネルをゲート酸化絶縁膜8とシリコン基板1との界面より深い、基板内部に形成する。これにより、ゲート酸化絶縁膜8とシリコン基板1との界面準位(例えば、ダングリングボンドなどに起因する)の影響を受けにくくすることができ、P型MOSトランジスタ40の1/fノイズを低く抑えることができる。
上記の第1実施形態では、シリコン基板1に表面チャネル型のN型MOSトランジスタ30と埋め込みチャネル型のP型MOSトランジスタ40を形成する場合について説明した。しかしながら、本発明において、N型MOSトランジスタは表面チャネル型ではなく、埋め込みチャネル型でもよい。第2実施形態では、このような態様について説明する。
図4(a)〜(c)は、本発明の第2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。
次に、図4(b)に示すように、熱酸化処理によって、シリコン基板1の表面にシリコン酸化膜5を形成する。
本発明の第2実施形態は、第1実施形態の効果(1)(2)(4)と同様の効果を奏する。また、第2実施形態は、以下の効果(1)(2)も奏する。
(1)P型MOSトランジスタ40だけでなく、N型MOSトランジスタ50も埋め込みチャネル型とする。N型MOSトランジスタ50のチャネルはゲート酸化絶縁膜8とシリコン基板1との界面より深い、基板内部に形成する。これにより、N型MOSトランジスタ50においても、ゲート酸化絶縁膜8とシリコン基板1との界面準位(例えば、ダングリングボンドなどに起因する)の影響を受けにくくすることができ、1/fノイズを低く抑えることができる。
図5は、表面チャネル型のN型MOSトランジスタについて、厚さ130Åのシリコン窒化膜で覆われている場合(即ち、窒化有り)と、シリコン窒化膜で覆われていない場合(即ち、窒化膜無し)の、ノイズ係数Kfを比較した図である。図5の横軸は累積分布を示し、縦軸はノイズ係数Kfを示す。
「窒化膜有り」のKf値は、N型MOSトランジスタがシリコン窒化膜で覆われている状態で水素アニールを施し、その後、測定したものである。「窒化膜無し」のKf値は、N型MOSトランジスタがシリコン窒化膜で覆われていない状態で水素アニールを施し、その後、測定したものである。
図5に示すように、「窒化膜有り」、「窒化膜無し」の何れも、Kf値を10点ずつ測定した。その結果、表面チャネル型のN型MOSトランジスタでは、「窒化膜有り」は、「窒化膜無し」と比べて、ノイズ係数Kfが約3倍劣化することを確認した。このことから、表面チャネル型のN型MOSトランジスタは、その上方をシリコン窒化膜で覆わない(即ち、シリコン窒化膜下から露出させた)状態で水素アニールを施すことにより、1/fノイズを抑制することができる、ということが分かった。
図6は、埋め込みチャネル型のP型MOSトランジスタについて、厚さ130Åのシリコン窒化膜で覆われている場合(即ち、窒化有り)と、シリコン窒化膜で覆われていない場合(即ち、窒化膜無し)の、ノイズ係数Kfを比較した図である。図6の横軸は累積分布を示し、縦軸はノイズ係数Kfを示す。
「窒化膜有り」のKf値は、P型MOSトランジスタがシリコン窒化膜で覆われている状態で水素アニールを施し、その後、測定したものである。「窒化膜無し」のKf値は、P型MOSトランジスタがシリコン窒化膜で覆われていない状態で水素アニールを施し、その後、測定したものである。
図6に示すように、「窒化膜有り」、「窒化膜無し」の何れも、Kf値を10点ずつ測定した。その結果、埋め込みチャネル型のP型MOSトランジスタでは、「窒化膜無し」、「窒化膜有り」の何れも、ノイズ係数Kfはほぼ同じ値であることを確認した。このことから、埋め込みチャネル型のP型MOSトランジスタでは、その上方をシリコン窒化膜で覆った状態で水素アニールを施しても、1/fノイズは劣化しない、ということが分かった。
図7は、埋め込みチャネル型のP型MOSトランジスタについて、厚さ130Åのシリコン窒化膜で覆われている場合(即ち、窒化有り)と、シリコン窒化膜で覆われていない場合(即ち、窒化膜無し)の、Vthシフトを比較した図である。図7の横軸はストレス印加時間を示し、縦軸はΔVth(即ち、Vthのシフト量)を示す。なお、実験3では、ストレス印加として、埋め込みチャネル型のP型MOSトランジスタを125℃の高温環境下に置き、この状態でゲート電極にゲート電圧(Vg)=−5.5Vを印加した。図7に示すように、「窒化膜有り」は、「窒化膜無し」と比べて、Vthシフト、即ち、スロートラップを抑制できていることを確認した。
本発明は、以上に記載した各実施形態に限定されうるものではない。当業者の知識に基づいて各実施形態に設計の変更等を加えることが可能であり、そのような変更等を加えた態様も本発明の範囲に含まれる。
2 LOCOS領域
3 Pウェル領域
4 Nウェル領域
5 シリコン酸化膜
6 チャネル領域
7 チャネル領域
8 ゲート酸化絶縁膜
9´ ポリシリコン膜
9 ゲート電極
10、11、13、16、18、21 レジストパターン
12 N−拡散層
14 P−拡散層
15 サイドスペーサー
17 N+拡散層
19 P+拡散層
20 シリコン窒化膜
30 (表面チャネル型の)N型MOSトランジスタ
40 (埋め込みチャネル型の)P型MOSトランジスタ
50 (埋め込みチャネル型の)N型MOSトランジスタ
Claims (5)
- 基板の第1の領域に表面チャネル型のN型MOSトランジスタを形成する工程と、
前記基板の前記第1の領域とは異なる第2の領域に埋め込みチャネル型のP型MOSトランジスタを形成する工程と、
前記基板上にシリコン窒化膜を堆積して前記N型MOSトランジスタ及び前記P型MOSトランジスタを覆う工程と、
前記シリコン窒化膜を部分的にエッチングして、前記N型MOSトランジスタ上から前記シリコン窒化膜を除去すると共に、前記P型MOSトランジスタ上には前記シリコン窒化膜を残す工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記シリコン窒化膜を部分的にエッチングした後で、前記基板に水素アニールを施す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。
- 前記シリコン窒化膜を堆積する工程では、該シリコン窒化膜をLPCVD法で成膜することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板の第1の領域に形成された表面チャネル型のN型MOSトランジスタと、
前記基板の前記第1の領域とは異なる第2の領域に形成された埋め込みチャネル型のP型MOSトランジスタと、
前記基板の上方に堆積されたシリコン窒化膜と、を備え、
前記P型MOSトランジスタは前記シリコン窒化膜で覆われ、前記N型MOSトランジスタは前記シリコン窒化膜下から露出していることを特徴とする半導体装置。 - 基板の第1の領域に形成された埋め込みチャネル型のN型MOSトランジスタと、
前記基板の前記第1の領域とは異なる第2の領域に形成された埋め込みチャネル型のP型MOSトランジスタと、
前記基板の上方に堆積されたシリコン窒化膜と、を備え、
前記P型MOSトランジスタ及び前記N型MOSトランジスタはそれぞれ前記シリコン窒化膜で覆われていることを特徴とする半導体装置。
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