JP3103903B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP3103903B2 JP03293872A JP29387291A JP3103903B2 JP 3103903 B2 JP3103903 B2 JP 3103903B2 JP 03293872 A JP03293872 A JP 03293872A JP 29387291 A JP29387291 A JP 29387291A JP 3103903 B2 JP3103903 B2 JP 3103903B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法、
更に詳しくは、半導体装置中の結晶欠陥の発生を防止し
得る半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置には、図5に示すようなトレ
ンチ構造、あるいはLOCOS構造等から成る素子分離
絶縁膜10がシリコン基板1上に形成されている。半導
体装置のゲート電極構造は、LDD(Lightly Doped Dr
ain)構造を取る傾向にある。図5中、20はゲート電
極、22はゲート酸化膜、24はシリサイド層、28は
LDD低濃度ソース・ドレイン領域である。LDD構造
のゲート電極の側壁にはサイドウォール26が形成され
ている。
【0003】シリコン基板への不純物のイオン注入によ
ってソース・ドレイン領域40を形成したとき、ソース
・ドレイン領域におけるシリコン基板にはダメージ層が
発生する。通常、かかるダメージ層は、イオン注入後の
活性化アニールによって除去され得る。素子分離絶縁膜
の端部近傍12あるいはサイドウォール端部近傍30に
位置するシリコン基板中のダメージ層には、素子分離絶
縁膜10、サイドウォール26等を含む素子構造に起因
した応力が加わっている。活性化アニールの際に、この
ような応力が加わった状態にあるダメージ層には結晶欠
陥50が生じる。この結晶欠陥は接合リーク電流の増
加、更にはDRAMやSRAMといったメモリのデータ
保持力の低下という問題を生じさせる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この結晶欠陥の発生を
抑制するために、イオン注入の低エネルギー化、活性化
アニールの高温化等が有効である。しかしながら、イオ
ン注入の低エネルギー化では、イオンの加速電圧が低く
なるに従いイオン電流を増加させることが困難となり、
その結果、スループットの低下を招くという問題があ
る。また、活性化アニールの高温化は浅い結合の形成を
困難にするという問題がある。
【0005】一方、素子構造に起因した応力を緩和ある
いは消滅させることがシリコン基板の結晶欠陥発生の防
止に有効であることは周知である。
【0006】従って、本発明の目的は、従来のイオン注
入の低エネルギー化、活性化アニールの高温化等の手段
に依ることなく、イオン注入によって発生したシリコン
基板中のダメージ層から素子構造に起因した応力を取り
除くことにより、半導体装置中の結晶欠陥の発生を防止
し得る半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、(イ)シ
リコン基板表面と同一平面あるいはシリコン基板表面よ
りも上方に素子分離絶縁膜の表面が位置するように、シ
リコン基板に素子分離絶縁膜を形成する工程と、(ロ)
高濃度の不純物をイオン注入する工程と、(ハ)前記素
子分離絶縁膜の表面がシリコン基板表面の下方に位置す
るように、該絶縁膜の一部分をエッチングする工程と、
(ニ)不純物を活性化アニールする工程から成ることを
特徴とする本発明の半導体装置の製造方法によって達成
される。
【0008】本発明の半導体装置の製造方法には、上記
工程(イ)の後に、ゲート電極の側面にサイドウォール
絶縁膜を形成する工程と、上記(ハ)の工程において、
該サイドウォールの一部分を同時にエッチングする工程
を更に含ませることができる。
【0009】上記の素子分離絶縁膜は、シリコン基板に
形成されたトレンチ内に形成されて成るかあるいはLO
COS構造を有することが好ましい。
【0010】
【作用】本発明の半導体装置の製造方法によれば、当
初、シリコン基板表面と同一平面あるいはシリコン基板
表面よりも上方に素子分離絶縁膜の表面が位置するよう
にシリコン基板に形成された素子分離絶縁膜は、高濃度
の不純物のイオン注入後、その一部分がエッチングされ
る。その結果、素子分離絶縁膜の表面はシリコン基板表
面の下方に位置する。これによって、素子分離絶縁膜に
起因した応力を取り除くことができ、不純物を活性化ア
ニールする工程における結晶欠陥の発生を有効に抑制す
ることができる。
【0011】本発明の半導体装置の製造方法の一態様に
おいては、ゲート電極の側面に形成されたサイドウォー
ル絶縁膜の一部分をエッチングすることによって、サイ
ドウォールに起因した応力を取り除く。その結果、不純
物を活性化アニールする際の結晶欠陥の発生を有効に抑
制することができる。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の半導体装置の
製造方法を説明する。
【0013】まず、シリコン基板1に異方性エッチング
によってトレンチを形成し、次に、CVD法にてSiO
2 から成る絶縁膜をトレンチ内に埋め込むことによって
トレンチ構造から成る素子分離絶縁膜10を形成する
(図1の(A)参照)。このとき、シリコン基板1の表
面3と同一平面あるいはシリコン基板1の表面3よりも
上方に素子分離絶縁膜10の表面14が位置するよう
に、絶縁膜をトレンチ内に埋め込むことが重要である。
その理由を以下説明する。
【0014】図2の(A)は、素子分離絶縁膜10、ゲ
ート電極20及びソース・ドレイン領域40の配置を示
す平面図である。図2の(A)の線B−Bに沿った断面
図を図2の(B)に示す。尚、図1に示す断面図は、図
2の(A)の線A−Aに沿った断面の一部分を示す。
【0015】図2の(B)から明かなように、素子分離
絶縁膜10Aはゲート電極20で覆われている。従っ
て、素子分離絶縁膜の表面の一部分をシリコン基板の表
面よりも下方に位置させるために、後で素子分離絶縁膜
の一部分をエッチングするとき、素子分離絶縁膜10A
はエッチングされない。尚、図2の(B)中、22Aは
ゲート酸化膜である。素子分離絶縁膜10Aの表面14
Aは、シリコン基板1の表面3Aよりも上方に位置す
る。もしも、素子分離絶縁膜10Aの表面がシリコン基
板の表面3Aより下方に位置するように、シリコン基板
に素子分離絶縁膜を形成した場合の結果を図2の(C)
に示す。
【0016】半導体装置においては、ゲート電極に電圧
を印加してトランジスタ部のON/OFFを制御する
が、ゲート電極に一定以上の電界が加わると絶縁破壊が
生じる。図2の(C)に示す状態の場合、シリコン基板
のコーナー部12Aを覆うようにゲート酸化膜22Aが
形成されるため、かかるコーナー部12Aに電界が集中
してしまい、この部分から絶縁破壊が起こり易くなる。
それ故、ゲート電極に隣接する素子分離絶縁膜の表面
は、シリコン基板の表面と同一平面あるいはシリコン基
板の表面より上方に位置することが重要である。
【0017】次に、従来の方法によってゲート電極を形
成した後、ソース・ドレイン領域40を形成するために
高濃度の不純物をイオン注入する。イオン注入によっ
て、ソース・ドレイン領域40におけるシリコン基板の
表面3から一定深さの所までダメージ層が発生する。
【0018】次に、素子分離絶縁膜10の表面14がシ
リコン基板1の表面3の下方に位置するように、素子分
離絶縁膜10の一部分をエッチングする(図1の(B)
参照)。これによって、素子分離絶縁膜10に起因した
応力を取り除くことができる。尚、このエッチング時、
ゲート電極に隣接する素子分離絶縁膜は、ゲート電極に
よって覆われているのでエッチングされない。図2の
(B)に示すように、ゲート電極20で覆われた素子分
離絶縁膜の表面14Aは、シリコン基板の表面3Aと同
一平面あるいはシリコン基板3Aの表面より上方に位置
した状態に保持される。
【0019】次いで、不純物を活性化アニールする。活
性化アニールはFA(Furnace Annealing)やRTA(R
apid Thermal Annealing)にて行うことができる。以
降、通常の半導体装置の製造方法に従って半導体装置を
完成させる。
【0020】次に、半導体装置のゲート電極構造がLD
D構造を取る場合を以下説明する。
【0021】シリコン基板表面と同一平面あるいはシリ
コン基板表面よりも上方に素子分離絶縁膜の表面が位置
するように、シリコン基板に素子分離絶縁膜を形成した
後、従来の方法でLDD構造を有するゲート電極構造を
形成する。ゲート電極20の側壁にはSiO2 から成る
サイドウォール26が形成されている。
【0022】次に、ソース・ドレイン領域を形成するた
めに高濃度の不純物をイオン注入する(図3の(A)参
照)。イオン注入によって、ソース・ドレイン領域40
におけるシリコン基板の表面3から一定深さの所までダ
メージ層が発生する。図3の(A)中、22はゲート酸
化膜、24はシリサイド層、28はLDD低濃度ソース
・ドレイン領域、30はサイドウォール端部である。
【0023】次に、素子分離絶縁膜の表面がシリコン基
板表面の下方に位置するように、素子分離絶縁膜の一部
分をエッチングすると同時に、サイドウォール26の一
部分を同時にエッチングする(図3の(B)参照)。こ
れによって、サイドウォール26の端部はイオン注入に
よって発生したダメージ層から離れる方向に移動する。
これによって、エッチング前のサイドウォールの端部3
0に起因した応力を取り除くことができる。尚、サイド
ウォール26のエッチング量はイオン注入条件、アニー
ル条件、素子構造によって異なるが、エッチング後のサ
イドウォール26がゲート酸化膜22の側壁を確実に被
覆するだけのサイドウォールを残す必要がある。
【0024】次いで、不純物を活性化アニールする。以
降、通常の半導体装置の製造方法に従って半導体装置を
完成させる。
【0025】図4の(A)に、サイドウォールのエッチ
ング量(X)(図4の(B)参照)とサイドウォール端
部の欠陥発生率の関係を示す。イオン注入の条件をAs
イオン、20keV、5×1015/cm2、Pイオン、
20keV、3×1014/cm2とし、活性化アニール
の条件を900゜C、30分とした。エッチング前のサ
イドウォール26の厚さ(t)(図4の(B)参照)は
1500オングストロームであった。尚、サイドウォー
ルの欠陥発生率とは、図4の(C)の平面図に示すよう
に、ゲート電極20のサイドウォール26の端部30の
全長をL0、活性化アニール後にソース・ドレイン領域
40に発生した結晶欠陥の領域50Aの長さL1、L2
3、L4等の長さの合計をLとした場合、L/L0で定
義される。尚、図4の(C)中、左側のソース・ドレイ
ン領域におけるサイドウォール端部の欠陥領域の図示は
省略した。
【0026】図4の(A)から明かなように、サイドウ
ォールの一部分をエッチングすることによってサイドウ
ォール端部に起因した応力を除去することができ、活性
化アニールの際に結晶欠陥がソース・ドレイン領域に発
生することを抑制することができる。
【0027】
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、素子分離絶縁膜、サイドウォール等の素子構造に起
因した応力を取り除くことによって、不純物を活性化ア
ニールする際の結晶欠陥の発生を有効に抑制することが
できる。これによって、リーク電流の減少、及びDRA
MやSRAMにおけるデータ保持能力の向上を図ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法の一部分の工程
を示す、半導体装置の一部断面図である。
【図2】半導体装置を模式的に表した平面図及び断面図
である。
【図3】本発明の半導体装置の製造方法の一実施態様の
一部分の工程を示す、半導体装置の一部断面図である。
【図4】本発明の半導体装置の製造方法により結晶欠陥
の発生を抑制することができることを示す図である。
【図5】従来の半導体装置における結晶欠陥の発生を示
す図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 3,3A シリコン基板の表面 10,10A 素子分離絶縁膜 14,14A 素子分離絶縁膜の表面 20 ゲート電極 26 サイドウォール 40 ソース・ドレイン領域 50 結晶欠陥
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−245145(JP,A) 特開 昭57−202755(JP,A) 特開 昭60−85539(JP,A) 特開 昭63−237542(JP,A) 特開 平1−117338(JP,A) 特開 昭60−206150(JP,A) 特開 平1−14241(JP,A) 特開 平1−117023(JP,A) 特開 平3−159131(JP,A) 特開 平3−157972(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/76 H01L 21/265 604 H01L 21/316 H01L 21/336 H01L 21/78

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(イ)シリコン基板表面と同一平面あるい
    はシリコン基板表面よりも上方に素子分離絶縁膜の表面
    が位置するように、シリコン基板に素子分離絶縁膜を形
    成する工程と、 (ロ)高濃度の不純物をイオン注入する工程と、 (ハ)前記素子分離絶縁膜の表面がシリコン基板表面の
    下方に位置するように、該絶縁膜の一部分をエッチング
    する工程と、 (ニ)不純物を活性化アニールする工程、 から成ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記工程(イ)の後に、ゲート電極の側面
    にサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、 前記(ハ)の工程において、該サイドウォールの一部分
    を同時にエッチングする工程、 から更に成る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。
  3. 【請求項3】前記素子分離絶縁膜は、シリコン基板に形
    成されたトレンチ内に形成されてい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。
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