JP3166911B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3166911B2
JP3166911B2 JP24179698A JP24179698A JP3166911B2 JP 3166911 B2 JP3166911 B2 JP 3166911B2 JP 24179698 A JP24179698 A JP 24179698A JP 24179698 A JP24179698 A JP 24179698A JP 3166911 B2 JP3166911 B2 JP 3166911B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に係わり、特に電界効果型トランジスタ等の半導体装
置の製造方法に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device such as a field effect transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】トランジスタの高性能化のためには微細
化が求められ、これによる電源電圧の低下に伴いゲート
酸化膜厚も薄膜化されるようになってきている。
2. Description of the Related Art In order to improve the performance of a transistor, miniaturization is required. As a result, a gate oxide film thickness is becoming thinner with a decrease in power supply voltage.

【0003】この酸化膜厚の薄膜化によって従来のポリ
シリコンを用いたゲート電極ではゲート/酸化膜界面で
の不純物が充分にできないことによるゲート空乏化が、
微細化による性能改善を阻害する大きな原因となってき
ている。これは、0.1ミクロンレベルのMOSトラン
ジスタのゲート酸化膜厚は1.5nm程度になるが、こ
のような薄い酸化膜に対して、pMOS側で問題となる
ボロンの突き抜け現象を抑制しつつ、かつ、ゲートポリ
シリコン中に不純物を充分ドープしてゲート空乏化を抑
制するようにするためには、プロセスのマージンが狭く
なるなどの問題、というよりは微細化にともなうゲート
電極としてのポリシリコンの限界があった。
Due to the reduction in the thickness of the oxide film, the gate electrode using conventional polysilicon cannot be sufficiently depleted of impurities at the gate / oxide film interface.
This is a major cause of hindering performance improvement by miniaturization. This means that the gate oxide film thickness of a MOS transistor at the 0.1 micron level is about 1.5 nm. For such a thin oxide film, while suppressing the boron penetration phenomenon which is a problem on the pMOS side, In addition, in order to suppress the gate depletion by sufficiently doping impurities into the gate polysilicon, the problem of narrowing the process margin, etc. There was a limit.

【0004】これに対してゲート電極を金属で形成する
メタルゲート構造はゲート空乏化の問題はなく微細化に
対しては有望な構造ではあるが、薄いゲート酸化膜と金
属が接触する構造であるため、ゲート構造を形成した後
は高温の熱処理プロセスを適用できないといった制約が
あるために、ダミーのゲートを形成しソース・ドレイン
を形成した後、再度、ゲートを形成するという手法が取
られている。
On the other hand, a metal gate structure in which a gate electrode is formed of metal has no problem of gate depletion and is a promising structure for miniaturization, but is a structure in which a thin gate oxide film comes into contact with metal. Therefore, there is a restriction that a high-temperature heat treatment process cannot be applied after the gate structure is formed. Therefore, a method of forming a dummy gate, forming a source / drain, and then forming a gate again has been adopted. .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、ここで問題
となるのは、これまでの、ソース・ドレイン構造の形成
方法では0.1ミクロンレベルのトランジスタに対応し
たソース・ドレイン構造の形成が困難であるという点で
ある。
However, the problem here is that it is difficult to form a source / drain structure corresponding to a 0.1 micron level transistor by the conventional method of forming a source / drain structure. There is a point.

【0006】これは、現在の微細デバイス対応のソース
・ドレイン構造はソース・ドレイン−エクステンション
構造による浅い接合とポケット構造によって成り立って
いるが、この領域がソース・ドレイン形成のためのイオ
ン注入時に発生する点欠陥によって、これらの領域を形
成する不純物が、イオン注入後の活性化のアニールを行
った時に増速拡散という現象によって、接合深さが深く
なる、又は、微細化されたトランジスタでは必須である
ポケット構造となる局所的にチャネル不純物濃度を高く
した領域の不純物が拡散し、濃度が下がってしまい、結
局、ゲートの空乏化という現象は抑制できたものの、微
細デバイスの短チャネル特性を維持できなくなるという
問題点が生じていた。しかも、メタルゲート構造のデバ
イスではソース・ドレイン形成後にゲート酸化工程が行
われるために、この問題は更に顕著になり、この増速拡
散による接合深さの広がりやポケット構造を形成する不
純物の拡散についての解決が望まれていた。この微細化
に伴う問題点を、図5(a)〜(c)に示す製造工程を
例に以下に説明する。
This is because the current source / drain structure for a fine device is formed by a shallow junction and a pocket structure by a source / drain-extension structure, and this region is generated at the time of ion implantation for forming the source / drain. Due to point defects, the impurity forming these regions is indispensable in a transistor having a deep junction or a miniaturized transistor due to a phenomenon called accelerated diffusion when activation annealing is performed after ion implantation. The impurity in the region where the channel impurity concentration is locally increased to become a pocket structure is diffused, and the impurity concentration is reduced. As a result, the phenomenon of gate depletion can be suppressed, but the short channel characteristics of the fine device cannot be maintained. The problem had arisen. Moreover, in a device having a metal gate structure, the gate oxidation step is performed after the formation of the source / drain, so that this problem becomes more remarkable. The solution was desired. The problems associated with this miniaturization will be described below with reference to the manufacturing steps shown in FIGS.

【0007】図5(a)はメタルゲート電極をもつデバ
イスで、まず、ダミーゲート電極(40)に対してソー
ス・ドレイン−エクステンション領域のためのイオン注
入、及びポケット構造のためのイオンを行った後の図で
ある。図5(b)は窒化シリコンからなるサイドウォー
ル(6)を形成した後、ソース・ドレイン領域形成のた
めのイオン注入を行った後の図である。図5(c)はソ
ース・ドレイン領域の活性化のための熱処理を施した時
の図である。
FIG. 5A shows a device having a metal gate electrode. First, ion implantation for a source / drain-extension region and ions for a pocket structure are performed on a dummy gate electrode (40). FIG. FIG. 5B is a view showing a state after forming a sidewall (6) made of silicon nitride and then performing ion implantation for forming a source / drain region. FIG. 5C is a diagram when a heat treatment for activating the source / drain regions is performed.

【0008】ソース・ドレイン領域の形成のためのイオ
ン注入は高ドーズで行われるため、イオン注入の際には
多くの点欠陥(注入されたイオンにより格子位置からず
れたシリコン原子)が多数存在する。これらの点欠陥は
予めドーピングされている不純物原子と結合して、その
不純物の拡散係数を増加させる、いわゆる増速拡散を起
こさせる。即ち、比較的低温の熱処理にもかかわらず、
例えば、しきい値電圧を決定するチャネル領域の不純物
や先に導入されているポケット構造を形成する不純物を
著しく拡散させる(図5(c)中(53)の領域)。特
に、このソース・ドレイン領域に近いポケット構造を形
成する不純物の分布が、この増速拡散によって分布が変
化してしまえば、短チャネル特性に大きな影響を与える
ことになる。又、この点欠陥が関与した増速拡散は、製
造プロセスの変化に敏感に左右されるので、トランジス
タ自体の電気的特性のばらつきが増加するといった弊害
も合わせて持つ。せっかく、微細デバイスに適した空乏
化のきわめて少ないゲートを持ってきても、ソース・ド
レイン領域の設計が、微細デバイスに適合していなけれ
ば、デバイス自体の性能は上がらない。更に、このよう
なメタルゲート構造を持つトランジスタでは、このダミ
ーのメタルゲートをソース・ドレイン領域形成後に除去
し、その後でゲート酸化膜を形成し直すので、例えば、
ポケット構造を形成していた不純物分布は更に、拡散さ
れることになる。
[0008] Since ion implantation for forming the source / drain regions is performed at a high dose, there are many point defects (silicon atoms shifted from the lattice position due to the implanted ions) during the ion implantation. . These point defects combine with impurity atoms that have been doped in advance and cause so-called enhanced diffusion that increases the diffusion coefficient of the impurities. That is, despite the relatively low temperature heat treatment
For example, the impurities in the channel region that determines the threshold voltage and the impurities that form the pocket structure introduced earlier are significantly diffused (region (53) in FIG. 5C). In particular, if the distribution of the impurities forming the pocket structure close to the source / drain regions changes due to the enhanced diffusion, it will greatly affect the short channel characteristics. Further, since the enhanced diffusion involving the point defect is sensitively affected by a change in the manufacturing process, it also has a disadvantage that the variation in the electrical characteristics of the transistor itself increases. Even if a gate with a very low depletion suitable for a micro device is brought into consideration, the performance of the device itself will not improve unless the design of the source / drain regions is suitable for the micro device. Further, in a transistor having such a metal gate structure, the dummy metal gate is removed after the formation of the source / drain regions, and then the gate oxide film is formed again.
The impurity distribution forming the pocket structure is further diffused.

【0009】以上から分かるように、微細デバイスとし
て有力なメタルゲートのデバイスに適合した増速拡散に
よる不純物の再分布の影響を受けないプロセス、そし
て、特に、微細デバイスに十分対応したシャローな(浅
い)ポケットを実現するプロセスが望まれていた。
As can be seen from the above, a process which is not affected by the redistribution of impurities due to enhanced diffusion and which is suitable for a metal gate device which is a prominent device as a fine device, and particularly a shallow (shallow) process which is sufficiently compatible with a fine device ) A process for realizing a pocket was desired.

【0010】なお、ダミーゲート電極を用いてソースド
レイン領域を形成した後に該ダミーゲート電極を除去し
て、ゲート電極を形成する半導体装置は、例えば、特開
昭61−152080号公報、特開平5−121446
号公報、特開平6−84952号公報、特開平6−17
7161号公報に開示されている。
A semiconductor device in which a source / drain region is formed using a dummy gate electrode and then the dummy gate electrode is removed to form a gate electrode is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. -12446
JP, JP-A-6-84952, JP-A-6-17
No. 7161 discloses this.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は半導体装置の製
造方法は、ダミーゲート電極を用いて、低濃度のソース
・ドレイン−エクステンション領域及び高濃度のソース
・ドレイン領域を半導体基板に形成した後に該ダミー
ゲート電極を除去して、ゲート電極を形成する半導体装
置の製造方法において、前記ダミーゲート電極を除去し
た後に、ポケット構造領域を形成するイオン注入を、前
記ダミーゲート電極があった溝に対して前記半導体基板
から一定角度傾けて行い、前記ポケット構造領域を前記
ソース・ドレイン−エクステンション領域のチャネル側
の下部と側部、及び前記ソース・ドレイン領域のチャネ
ル側の側部に接して設けることを特徴とする。本発明は
ダミーゲート電極を用いてソース・ドレイン形成後にゲ
ート電極を形成するメタルゲート構造トランジスタ等の
半導体装置の形成において、ダミーのゲート電極の除去
の後に、ダミーゲート電極があった溝に対して半導体基
板から一定角度傾けたイオン注入を行うことで、従来問
題となっていたソース・ドレイン活性化の時に起こって
いた、このイオン注入されたポケット領域を形成する不
純物の増速拡散を抑制することで、微細デバイスに適し
たシャロー(浅い)、かつ局所的な不純物プロファイル
を実現するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a method of manufacturing a semiconductor device, using the dummy gate electrode, lightly doped source of
.Drain-extension regions and high-concentration sources
- a drain region after forming the semiconductor substrate, and removing the dummy gate electrode, in the method of manufacturing a semiconductor device for forming a gate electrode, after removing the dummy gate electrode, the ion implantation for forming a pocket structure area The semiconductor substrate with respect to the groove where the dummy gate electrode was located.
From the pocket structure area
Source / drain-channel side of extension region
The bottom and sides of the channel, and the channel of the source / drain region.
It is characterized in that it is provided in contact with the side on the side of the console . The present invention relates to a method of forming a semiconductor device such as a metal gate transistor in which a gate electrode is formed after forming a source / drain using a dummy gate electrode. Semiconductor base
By performing ion implantation at a fixed angle from the plate, it is possible to suppress the accelerated diffusion of impurities forming the ion-implanted pocket region, which has occurred at the time of source / drain activation, which has conventionally been a problem. And a shallow (shallow) and local impurity profile suitable for a fine device.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0013】本発明に基づく半導体装置の製造方法の一
実施形態を図1〜図4に示す。 尚、ここではn型MO
Sトランジスタを例にして本発明による半導体装置の製
造方法を説明するが、p型MOSトランジスタに対して
も同様に適用することができる。
One embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is shown in FIGS. Here, the n-type MO
Although the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described using an S transistor as an example, the present invention can be similarly applied to a p-type MOS transistor.

【0014】図1(a)に示すように、シリコン基板
(1)上にゲート酸化を行ってダミー酸化膜(30)を
形成し、さらにダミーゲート電極(40)を形成し、ダ
ミーのゲート構造を形成する。ダミーのゲート酸化膜
(30)及びダミーのゲート電極(40)は、ソース・
ドレインを形成した後で、除去してしまうものである。
As shown in FIG. 1A, a gate oxide is formed on a silicon substrate (1) to form a dummy oxide film (30), a dummy gate electrode (40) is further formed, and a dummy gate structure is formed. To form The dummy gate oxide film (30) and the dummy gate electrode (40) are
After the drain is formed, it is removed.

【0015】ここで示す実施例では、シリコン基板
(1)に対してn型MOSトランジスタ形成のため、p
型不純物、例えばボロンをイオン注入法によってドーピ
ングし、トランジスタ動作のために必要な分離特性やし
きい値電圧を持つよう濃度を設定する。0.1ミクロン
レベルのトランジスタであれば、ゲート酸化膜厚を1.
5nmとした場合、例えば、ボロンを100keVで1
×1013/cm2及び30keVで6×1012/cm2
度が注入される。このような不純物のドーピングによっ
てチャネル領域(11)が形成される。
In the embodiment shown here, a p-type MOS transistor is formed on the silicon substrate (1).
A type impurity, for example, boron is doped by an ion implantation method, and the concentration is set so as to have a separation characteristic and a threshold voltage necessary for transistor operation. For a 0.1 micron level transistor, the gate oxide film thickness should be 1.
In the case of 5 nm, for example, boron is set to 1 at 100 keV.
A dose of about 6 × 10 12 / cm 2 is implanted at × 10 13 / cm 2 and 30 keV. The channel region (11) is formed by such impurity doping.

【0016】ダミー酸化膜(30)は例えば、ランプア
ニール装置などで急峻酸化処理によって1.5nmの膜
厚をもつシリコン酸化膜もしくは窒素が含有されたシリ
コン酸化膜である。
The dummy oxide film (30) is, for example, a silicon oxide film having a thickness of 1.5 nm or a silicon oxide film containing nitrogen by a steep oxidation treatment by a lamp annealing device or the like.

【0017】ダミーのゲート電極(40)は、材質にポ
リシリコンを膜厚200nm堆積したものを、エキシマ
レーザーリソグラフィー又は電子線リソグラフィー技
術、更には、酸化膜との高選択比エッチング技術を用い
ることで形成できる。
The dummy gate electrode (40) is obtained by depositing a 200-nm-thick polysilicon film on the material by using an excimer laser lithography or electron beam lithography technique, and further, using a high-selectivity etching technique with an oxide film. Can be formed.

【0018】その後、図1(b)に示すように、n型M
OSトランジスタにおける、ソース・ドレイン−エクス
テンション領域(51)となる領域を、イオン注入法に
よって、ひ素を7keVで4×1014/cm2程度の条
件で形成する。この時のドレイン−エクステンション領
域の接合深さは30nm程度である。
Thereafter, as shown in FIG.
A region serving as a source / drain-extension region (51) in the OS transistor is formed by arsenic at 7 keV and about 4 × 10 14 / cm 2 by an ion implantation method. At this time, the junction depth of the drain-extension region is about 30 nm.

【0019】ここで重要な点は、通常はトランジスタを
微細化していっても短チャネル効果が起きないように、
ソース・ドレイン−エクステンション領域(51)を覆
うように基板と導電型の不純物、ここではn型トランジ
スタを例にしているのでp型不純物である、例えばボロ
ン等、からなるポケット構造もイオン注入法によって形
成するが、本発明では、この時点では行わない点であ
る。
The important point here is that the short channel effect does not usually occur even if the transistor is miniaturized.
A pocket structure made of a substrate and a conductive type impurity, such as an n-type transistor, for example, boron, which is a p-type impurity, is also formed by ion implantation so as to cover the source / drain-extension region (51). Although it is formed, the present invention is not performed at this time.

【0020】その後、サイドウォール形成のために窒化
シリコン膜を80nm程度堆積する。この窒化シリコン
は例えばCVD(chemical vapor deposition)法によ
って形成される。この堆積における基板温度は700度
程度で、シラン(SiH4)とアンモニア(NH3)雰囲
気中で反応させる。その後、エッチバック法によってダ
ミーのゲート電極の側壁のみに残すようにエッチング
し、図1(c)に示すような構造のサイドウォール
(6)を形成する。
Thereafter, a silicon nitride film is deposited to a thickness of about 80 nm to form a side wall. This silicon nitride is formed by, for example, a CVD (chemical vapor deposition) method. The substrate temperature in this deposition is about 700 ° C., and the reaction is performed in an atmosphere of silane (SiH 4 ) and ammonia (NH 3 ). Thereafter, etching is performed by an etch-back method so as to leave only the side wall of the dummy gate electrode, thereby forming a side wall (6) having a structure as shown in FIG. 1C.

【0021】次に図2(d)に示すように、トランジス
タのソース・ドレイン領域(7)を形成する為のイオン
注入を行う。例えば、n型のMOSトランジスタであれ
ば、0.1ミクロンレベルの設計においては、イオン種
にひ素を50keVで6×1015/cm2程度で行う。
尚、図には示さなかったが、このような高ドーズ量のイ
オン注入においては、イオン注入雰囲気からの(ノック
オン現象などに関与した)汚染の影響を避けるため、C
VD法等で形成した酸化シリコン膜を10nm程度堆積
してから、このソース・ドレイン領域形成のためのイオ
ン注入を行う。
Next, as shown in FIG. 2D, ion implantation for forming a source / drain region (7) of the transistor is performed. For example, in the case of an n-type MOS transistor, arsenic is used as an ion species at 50 keV and about 6 × 10 15 / cm 2 in a 0.1-micron level design.
Although not shown in the figure, in such a high dose ion implantation, in order to avoid the influence of contamination (related to the knock-on phenomenon) from the ion implantation atmosphere, C
After a silicon oxide film formed by the VD method or the like is deposited to a thickness of about 10 nm, ion implantation for forming the source / drain regions is performed.

【0022】その後、図2(e)に示すように、先にイ
オン注入した不純物を活性化する為の熱処理を行う。こ
の熱処理は常圧、窒素雰囲気中で1000℃で10秒か
ら20秒、程度の条件で行われる。この熱処理はランプ
アニーラ装置等によって急峻な熱処理が可能な装置によ
って行われる。この熱処理時に、先に形成したソース・
ドレイン−エクステンション領域(51)及びソース・
ドレイン領域(7)は拡散によって若干深くなる。ここ
で、注目することは、上述したようにポケット構造形成
のためのイオン注入を行っていないので、従来、この活
性化の熱処理時に顕著に起きていたポケット構造を形成
する局所的に基板の不純物濃度を濃くした領域の不純物
に対する増速拡散が起きない点である。
Thereafter, as shown in FIG. 2E, a heat treatment for activating the previously implanted impurities is performed. This heat treatment is performed at 1000 ° C. for 10 seconds to 20 seconds in a nitrogen atmosphere at normal pressure. This heat treatment is performed by a device capable of performing a steep heat treatment by a lamp annealing device or the like. During this heat treatment, the source
Drain-extension region (51) and source
The drain region (7) becomes slightly deeper due to diffusion. Here, it should be noted that since the ion implantation for forming the pocket structure is not performed as described above, the impurity on the substrate locally forming the pocket structure which has been conspicuously generated during the heat treatment for activation in the past. The point is that the enhanced diffusion does not occur for the impurity in the region where the concentration is increased.

【0023】この後、酸化シリコンによる絶縁膜(8)
を図2(f)に示すように、膜厚300nm程度堆積す
る。この酸化シリコン膜はCVD法によって、400℃
程度の成長条件で堆積される。又、膜厚に関しては、ダ
ミーゲート電極(40)の膜厚が、この場合では200
nmであるので、図に示すように基板全体を覆うような
膜厚であればよい。
Thereafter, an insulating film (8) of silicon oxide is formed.
Is deposited to a thickness of about 300 nm as shown in FIG. This silicon oxide film is formed at 400 ° C. by a CVD method.
Deposited under moderate growth conditions. Regarding the thickness, the thickness of the dummy gate electrode (40) is 200 in this case.
Since it is nm, it is sufficient if the film thickness covers the entire substrate as shown in the figure.

【0024】その後、図3(g)に示すように、基板表
面をCMP法(化学的機械的研磨法:chemical mechani
cal polishing法)によってダミーゲート(40)の表
面が現れるまで研磨を行う。この時、ダミーゲート(4
0)の側壁部に堆積されている窒化シリコン膜からなる
サイドウォール(6)はこの研磨に対して、酸化シリコ
ン膜(8)よりも硬いため、研磨の際のストッパーとな
るので図3(g)のような構造が実現できる。
Then, as shown in FIG. 3 (g), the substrate surface is subjected to a CMP method (chemical mechanical polishing).
Polishing is performed until the surface of the dummy gate (40) appears by the cal polishing method. At this time, the dummy gate (4
Since the side wall (6) made of a silicon nitride film deposited on the side wall portion of (0) is harder than the silicon oxide film (8) for this polishing, it serves as a stopper during polishing. ) Can be realized.

【0025】この後、ダミーゲート(40)のみをエッ
チングする(図3(h))。この時のエッチングは、先
のダミーのゲート構造を形成した時の酸化膜に対して高
選択比をもつ異方性エッチングでも、または、ふっ酸と
硝酸の混合液によるウェット系のエッチングでも構わな
い。
Thereafter, only the dummy gate (40) is etched (FIG. 3 (h)). The etching at this time may be anisotropic etching having a high selectivity to the oxide film when the dummy gate structure is formed, or wet etching using a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid. .

【0026】この状態で、図3(i)に示すように、ポ
ケット構造を形成するためのイオン注入を、角度を付け
て行うことによって、先に形成したソース・ドレイン−
エクステンション領域(51)よりも深く、ソース・ド
レイン領域(7)よりは浅い領域に基板と同じ導電型の
不純物を導入する(ポケット領域(52)の形成)。こ
の場合では、n型トランジスタを例にしているので、イ
オン種としては、p型になるべく、BF2をイオン注入
する。イオン注入の条件としては、これまで述べてき
た、ソース・ドレイン−エクステンション領域(5
1)、ソース・ドレイン領域(7)、の形成条件に対し
ては、BF2を加速エネルギー20から30keVで1
×1013から3×1013/cm2のドーズ量を、ダミー
のゲートがあった溝に対して基板から角度25度から4
0度にて行うことで、先に述べた不純物分布、即ち、微
細デバイスの実現のために充分シャローであり、又、ダ
ミーゲート電極の溝に対してイオン注入されるので充分
局所的なポケット構造のための不純物分布を得ることが
できる(図3(i)のポケット領域(52)参照)。
In this state, as shown in FIG. 3 (i), ion implantation for forming a pocket structure is performed at an angle, thereby forming the source / drain formed earlier.
Impurities of the same conductivity type as the substrate are introduced into a region deeper than the extension region (51) and shallower than the source / drain region (7) (formation of the pocket region (52)). In this case, since an n-type transistor is used as an example, BF 2 is ion-implanted so that the ion species becomes p-type. The conditions for ion implantation are the source / drain-extension region (5
Regarding the conditions for forming 1) and the source / drain region (7), BF 2 is increased by 1 at an acceleration energy of 20 to 30 keV.
A dose amount of × 10 13 to 3 × 10 13 / cm 2 is set at an angle of 25 ° to 4 ° from the substrate with respect to the groove where the dummy gate was located.
By performing at 0 degrees, the impurity distribution described above, that is, the shallowness is sufficient for realizing a fine device, and the ion implantation is performed on the groove of the dummy gate electrode, so that the pocket structure is sufficiently local. (See the pocket region (52) in FIG. 3 (i)).

【0027】その後、ダミーのゲート酸化膜(30)を
エッチングする。尚、この際のウェット系のエッチング
で酸化シリコン膜(8)も若干エッチングされるが、ダ
ミーのゲート酸化膜は1.5nm程度なので、このエッ
チングにおける酸化膜(8)自体の膜減りはほとんど問
題にならない。
Thereafter, the dummy gate oxide film (30) is etched. Although the silicon oxide film (8) is slightly etched by the wet etching at this time, since the dummy gate oxide film is about 1.5 nm, the reduction of the oxide film (8) itself in this etching is almost a problem. do not become.

【0028】この後、再び基板全面を酸化しゲート酸化
膜(32)を形成し、ゲート電極を形成する。ゲート酸
化は窒素を混入する酸化膜でもよい。0.1ミクロンレ
ベルのトランジスタの実現には酸化膜厚は1.5nm程
度となるため、先に述べたような急峻酸化法等の方法に
よって形成する。ここで、ゲート電極を構成する金属膜
(42)は先の薄い酸化膜と反応しないように、直接酸
化シリコン膜に金属膜を堆積するのではなく、バリアメ
タルとして、膜厚が例えば10nm程度の窒化チタン
(43)を先に堆積しておいて、その後で、タングステ
ン又はアルミニウムを溝自体が埋め尽くされるように3
00nmほど堆積する(図4(j)参照)。一般にバリ
アメタルである窒化チタン膜の堆積にはCVD法によ
り、又、この金属膜の堆積方法としてはスパッタリン
グ、又はCVD法によって形成される。
Thereafter, the entire surface of the substrate is again oxidized to form a gate oxide film (32), and a gate electrode is formed. The gate oxidation may be an oxide film into which nitrogen is mixed. Since the thickness of the oxide film is about 1.5 nm for realizing a 0.1-micron level transistor, it is formed by a method such as the steep oxidation method described above. Here, the metal film (42) constituting the gate electrode is not directly deposited on the silicon oxide film so as not to react with the thin oxide film, but is used as a barrier metal having a thickness of, for example, about 10 nm. Titanium nitride (43) is deposited first, and then tungsten or aluminum is deposited to fill the trench itself.
Deposit about 00 nm (see FIG. 4 (j)). Generally, a titanium nitride film as a barrier metal is formed by a CVD method, and a metal film is formed by a sputtering method or a CVD method.

【0029】その後、図4(k)に示すように、再びC
MP法によって、ゲート金属をサイドウォール(6)を
ストッパーにして溝の内部のみに残すように研磨する。
その後、通常の工程によってゲート電極、ソース、ドレ
イン等の拡散層に対するコンタクト孔を形成し、更に、
配線工程を行うことでトランジスタデバイスが形成され
る。
Thereafter, as shown in FIG.
Polishing is performed by the MP method so that the gate metal is left only inside the trench using the sidewall (6) as a stopper.
Thereafter, a contact hole for a diffusion layer such as a gate electrode, a source, and a drain is formed by a normal process, and further,
By performing the wiring step, a transistor device is formed.

【0030】又、このような製法で形成された為、微細
化を充分実現するようシャローなポケット構造を持ち、
且つ、メタルゲート電極を持つ0.1ミクロンレベルの
微細MOSトランジスタの形成が可能になる。
Also, since it is formed by such a manufacturing method, it has a shallow pocket structure so as to sufficiently realize miniaturization.
In addition, it is possible to form a 0.1-micron level fine MOS transistor having a metal gate electrode.

【0031】なお、前述した実施例は、トランジスタの
極性および酸化膜の厚さやイオン注入条件等の各種の数
値が上記に限定されるものではない。
In the above-described embodiment, various numerical values such as the polarity of the transistor, the thickness of the oxide film, and the ion implantation conditions are not limited to the above.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来、微細トランジスタで形成が困難であった、ソース
・ドレイン拡散層形成時に生じる増速拡散の影響を受け
ない、微細デバイスに対応したポケット構造を、特に、
その必要性が重要となるメタルゲート電極構造を持つデ
バイスで実現できる。
As described above, according to the present invention,
Conventionally, the pocket structure corresponding to the micro device, which is not affected by the accelerated diffusion generated at the time of forming the source / drain diffusion layer, which has been difficult to form with the micro transistor,
This can be realized by a device having a metal gate electrode structure in which the necessity is important.

【0033】すなわち、本発明では、ダミーのゲート構
造を形成し、ソース・ドレイン−エクステンション領域
及びソース・ドレイン領域を形成し、ダミーゲート電極
を除去した後に、ポケット構造のためのイオン注入を行
い、更にその後で、金属からなるゲート電極の埋め込み
形成を行う。従って、ポケット構造をなす不純物はシャ
ローに(浅く)、かつ、ダミーゲートのあった溝に対し
て、角度イオン注入によって形成されるので、充分局所
的に形成される。そして、この方法によって微細化に十
分適したソース・ドレイン−エクステンション構造及び
ソース・ドレイン構造をもつメタルゲートのトランジス
タが形成できる。
That is, in the present invention, a dummy gate structure is formed, a source / drain-extension region and a source / drain region are formed, and after removing the dummy gate electrode, ion implantation for a pocket structure is performed. After that, a buried gate electrode made of metal is formed. Therefore, the impurities forming the pocket structure are formed shallowly (shallowly) and formed in the trench where the dummy gate was formed by angle ion implantation, so that the impurities are formed sufficiently locally. By this method, a metal gate transistor having a source / drain-extension structure and a source / drain structure sufficiently suitable for miniaturization can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体装置の製造方法による一実施形
態の製造工程を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of an embodiment according to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の半導体装置の製造方法による一実施形
態の製造工程を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of an embodiment according to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図3】本発明の半導体装置の製造方法による一実施形
態の製造工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of an embodiment according to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図4】本発明の半導体装置の製造方法による一実施形
態の製造工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of an embodiment according to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図5】従来の製造方法による一例の製造工程を示す断
面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a manufacturing process according to a conventional manufacturing method.

【符号の説明】 1 p型半導体基板 6 サイドウォール 7 ソース・ドレイン領域 8 絶縁膜 11 チャネル領域 30 ダミーゲート酸化膜 32 ゲート酸化膜 40 ダミーゲート電極 42 金属からなるゲート電極 43 バリアメタル(窒化チタン) 51 ソース・ドレイン−エクステンション領域 52 ポケット領域 53 増速拡散によって著しく拡散したポケット領域[Description of Signs] 1 p-type semiconductor substrate 6 sidewall 7 source / drain region 8 insulating film 11 channel region 30 dummy gate oxide film 32 gate oxide film 40 dummy gate electrode 42 gate electrode made of metal 43 barrier metal (titanium nitride) 51 source / drain-extension region 52 pocket region 53 pocket region significantly diffused by enhanced diffusion

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−189966(JP,A) 特開 平5−152321(JP,A) 特開 平5−121446(JP,A) 特開 平4−28236(JP,A) 特開 平6−177161(JP,A) 特開 平6−84952(JP,A) 特開 平4−123439(JP,A) 特開 平8−130193(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/338 H01L 21/265 604 H01L 29/812 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-10-189966 (JP, A) JP-A-5-152321 (JP, A) JP-A-5-121446 (JP, A) JP-A-4- 28236 (JP, A) JP-A-6-177161 (JP, A) JP-A-6-84852 (JP, A) JP-A-4-123439 (JP, A) JP-A-8-130193 (JP, A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/338 H01L 21/265 604 H01L 29/812

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ダミーゲート電極を用いて、低濃度のソ
ース・ドレイン−エクステンション領域及び高濃度のソ
ース・ドレイン領域を半導体基板に形成した後に該ダ
ミーゲート電極を除去して、ゲート電極を形成する半導
体装置の製造方法において、 前記ダミーゲート電極を除去した後に、ポケット構造領
域を形成するイオン注入を、前記ダミーゲート電極があ
った溝に対して前記半導体基板から一定角度傾けて行
い、前記ポケット構造領域を前記ソース・ドレイン−エ
クステンション領域のチャネル側の下部と側部、及び前
記ソース・ドレイン領域のチャネル側の側部に接して設
けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A low-density source using a dummy gate electrode.
Source / drain-extension region and high-concentration source
After forming the over scan and drain regions in the semiconductor substrate, and removing the dummy gate electrode, in the method of manufacturing a semiconductor device for forming a gate electrode, after removing the dummy gate electrode, ion forming the pocket structure area The implantation is performed at a predetermined angle from the semiconductor substrate with respect to the groove where the dummy gate electrode was located.
The pocket structure region is
Lower and sides of the channel side of the extension area and in front
It is set in contact with the channel side of the source / drain region.
A method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】 前記イオン注入は前記溝に対して前記
導体基板から25゜〜45゜の角度で行われることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said ion implantation is performed at an angle of 25 ° to 45 ° with respect to said groove from said semiconductor substrate.
【請求項3】 前記ダミーゲート電極を形成した後にイ
オン注入により前記ソース・ドレイン−エクステンショ
ン領域を形成し、該ダミーゲート電極にサイドウォール
を形成した後にイオン注入により前記ソース・ドレイン
領域を形成したことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
3. The method according to claim 1, further comprising the steps of :
Source-drain-extension
A dummy region, and a sidewall is formed on the dummy gate electrode.
After the formation of the source / drain by ion implantation
Method of manufacturing semiconductor device characterized by forming region
Law.
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