JP3714396B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特に、SOI基板(Silicon On Insulating Substrate)に形成される半導体装置及びその製造法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
SOI基板を用いたトランジスタは高速動作に優れることから、研究開発が進められている。SOI基板は、絶縁物上にシリコン単結晶薄膜などの半導体層を形成したものであり、例えば、酸素イオンを半導体基板の所定の深さに注入し、これを熱処理によって酸化膜化し、埋込み型絶縁層を形成する。また、貼り合わせ技術と研磨技術によって、表面に酸化膜が形成された半導体基板上にシリコン単結晶薄膜を形成し、SOI基板を得ることが出来る。このSOI基板上にMOSFET等のデバイスを形成する。大量のMOSFET等をSOI基板に形成するために、個々のデバイスの微細化(スケーリング)が要求される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、デバイスのスケーリングを行うと、シリコン単結晶薄膜の膜厚も更に薄く形成され、従って、MOSFETのソース・ドレイン領域の膜厚も減少する。このため、図4に示すように、コンタクト孔形成工程において層間絶縁膜をエッチングする際に、層間絶縁膜下のシリコン単結晶層をも少し削ってしまうが(オーバーエッチング)、それによってより薄膜化されたシリコン単結晶薄膜は相対的に大きく削られ、シリコン単結晶薄膜がなくなる、寄生抵抗が大となる、オン電流の値が低くなる等の不具合を生ずる。
【0004】
よって、本発明は、SOI基板のシリコン単結晶薄膜のオーバーエッチングを回避可能とした半導体装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の半導体装置は、半導体基板に埋込み絶縁膜を介して形成された半導体薄膜にMOSFETを形成した半導体装置であって、前記半導体薄膜のソース・ドレイン領域における不純物濃度分布のピークが2箇所存在し、前記不純物濃度分布の第1のピークは、前記半導体薄膜における膜厚の略中央部に存在し、前記不純物濃度分布の第2のピークは、前記半導体薄膜における表面内側近傍に存在し、前記第2のピークは、前記第1のピークよりも高いことを特徴とする。
【0006】
かかる構成とすることによって、高濃度に不純物注入された領域の半導体薄膜層のエッチングレートが低くなるため、層間絶縁膜にコンタクト孔を形成する際等に、半導体薄膜(例えば、単結晶シリコン薄膜)のソース・ドレイン領域がオーバーエッチングにより浸食されることを抑制することが出来る。また、上記高濃度不純物注入領域の不純物(ドーパント)として、ソース・ドレイン領域を形成するために注入される不純物よりも原子量の大きいものを使用することによって、半導体薄膜のエッチングレートをさらに下げることが可能となる。
【0007】
また、本発明の半導体装置は、半導体基板に埋込み絶縁膜を介して形成された半導体薄膜(例えば、単結晶シリコン薄膜)にMOSFETを形成した半導体装置において、上記半導体薄膜のソース・ドレイン領域の不純物濃度分布のピークがソース・ドレイン領域の表面近傍に存在する。それにより、半導体薄膜のソース・ドレイン領域の表面が浸食されることを抑制可能となる。好ましくは、上記MOSFETを低濃度ドレイン(LDD, Lightly Doped Drain)構造とすることによって、ホットキャリアを抑制し、素子の微細化を容易にする。
【0008】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板に埋込み絶縁膜を介して形成された半導体薄膜に、トランジスタを形成すべき素子領域を絶縁分離する素子分離領域を形成する素子分離工程と、前記素子領域の前記半導体薄膜にゲート絶縁膜を介してゲートを形成するゲート形成工程と、前記ゲートをマスクとして前記半導体薄膜に不純物を注入してソース・ドレイン領域を形成する第1の不純物注入工程と、前記ソース・ドレイン領域の表面近傍に不純物注入を行う第2の不純物注入工程と、前記素子領域の前記半導体薄膜上に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、前記ソース・ドレイン領域を被覆する前記層間絶縁膜にコンタクト孔を形成するコンタクト孔形成工程とを含み、前記第1の不純物注入工程においては、前記半導体薄膜における膜厚の略中央部に不純物濃度分布の第1のピークが形成されるようにイオン注入条件が設定され、前記第2の不純物注入工程においては、前記半導体薄膜における前記表面近傍に不純物濃度分布の第2のピークが形成されるようにイオン注入条件が設定され、前記第2のピークは前記第1のピークよりも高く、前記第2の不純物注入工程の不純物は、前記第1の不純物注入工程の不純物よりも原子量が大きいことを特徴とする。
【0009】
かかる工程によって、ソース・ドレイン領域の表面に高濃度不純物拡散層を形成することが出来る。
【0010】
好ましくは、上記第2の不純物注入工程の不純物は、上記第1の不純物注入工程の不純物よりも原子量が大きい。また、第2の不純物注入工程の不純物注入は、前記第1の不純物注入よりも高濃度である。また、上記第2の不純物注入工程は、上記第2の不純物の濃度分布のピークが上記ソース・ドレイン領域の表面近傍となるようにイオン注入条件が設定される。更に上記第2の不純物注入工程の不純物は、熱処理及び/又はレーザアニール(熱処理若しくはレーザアニール又は両者の組合わせ)によって活性化される。
【0011】
半導体薄膜のエッチングレートは、不純物濃度が高い程、また、不純物の原子量が大きい程、低くなる傾向があるので、コンタクト孔を形成するエッチング工程によるソース・ドレイン領域のオーバーエッチングが抑制される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0013】
本発明の実施の形態においては、ソース・ドレイン領域の半導体層表面に高濃度及び/又はより大きい原子量の不純物を注入する。それによって、ソース・ドレイン領域表面のエッチングレートを下げ、コンタクト孔形成のエッチングによるソース・ドレイン領域の浸食を防止する。
【0014】
図1(a)は、本発明の半導体装置の実施例を示しており、電気素子としてMOSFETがSOI基板に形成された例を示している。同図において、半導体基板としてのシリコン基板1の上に、埋込み絶縁膜(酸化膜)2が形成されている。この埋込み絶縁膜2上にシリコン単結晶薄膜3が形成され、SOI構造が得られる。シリコン単結晶薄膜3は、その一部がフィールド酸化膜4による素子分離領域とされ、素子形成領域同士が絶縁分離される。素子形成領域には、電気素子として、例えば、MOSFETが形成される。MOSFETは、シリコン単結晶薄膜3に形成されたトランジスタの閾値を決定するイオンが低濃度で注入されたチャネル領域3a、このチャネル領域3a上にゲート絶縁膜4を介して形成されるゲート5、ゲート5の両側にそれぞれ形成されたソース領域3b及びドレイン領域3cによって構成される。MOSFETのゲート5には側壁スペーサ6が形成されたLDD構造とされ、チャネル3に不純物濃度の低い領域を設けて電界を緩和し、ホットキャリアの発生を減少する。ゲート5、ソース領域3b及びドレイン領域3c上に層間絶縁膜9が形成される。ソース領域3b及びドレイン領域3c上の層間絶縁膜9に開孔されたコンタクト孔10、10には、金属、例えば、アルミニウムが埋設され、それぞれソース、ドレインの端子11となる。
22はエッチング阻止用ソース・ドレイン領域の不純物である。
【0015】
図1(b)は、ソース・ドレイン領域の不純物濃度分布を示している。同図に示すように、不純物濃度は、ゲート5の下部ではチャネルイオンの濃度、側壁スペーサの下部では低濃度n(又はp)、ソース・ドレイン領域では高濃度n(又はp)、ソース・ドレイン領域の表面(上面)近傍では更に高濃度n++(又はp++)、になるように濃度プロファイルは設定される。ソース・ドレイン領域の表面(上面)近傍に不純物濃度のピークが設定される。
【0016】
高濃度n(又はp)の領域では、ソース・ドレイン領域に深くイオン注入される。nチャネルMOSFETの場合、例えば、リンを加速電圧40keV、ドーズ量2×1015/cmでシリコン単結晶薄膜3の膜厚の中央に集中するように注入する。pチャネルMOSFETの場合、例えば、ボロンを加速電圧20keV、ドーズ量2×1015/cm、で注入する。
【0017】
また、高濃度n++(又はp++)の領域では、nチャネルMOSFETの場合、例えば、砒素を加速電圧20keV、ドーズ量1×1016/cmでシリコン単結晶薄膜3の上面に集中するように注入する。pチャネルMOSFETの場合、例えば、インジウムを加速電圧30keV、ドーズ量1×1016/cm、で注入する。
【0018】
ソース・ドレイン領域の表面近傍に不純物が高濃度(n++又はp++)で注入されていることにより、また、ソース・ドレイン領域よりも原子量の大きい不純物が用いられることによって、表面近傍部分のエッチングレートは低く設定される。その結果、従来(図4参照)に比べて薄膜3の浸食が減少する。
【0019】
次に、上述した半導体装置の製造過程について図2及び図3説明する。尚、説明の都合上、図2(d)、同(f)、図3(b)は、上下方向を拡大して示している。
【0020】
まず、図2(a)に示すように、シリコン基板1に埋込み絶縁膜2を介してシリコン単結晶薄膜3が形成され、SOI基板が形成される。前述したように、SOI基板の製造には、シリコン基板への酸素イオン注入法やシリコン単結晶薄膜の貼り合せ法を使用することが出来る。
【0021】
このSOI基板にLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法によってフィールド酸化膜を形成して、図2(b)に示すように、素子分離領域を形成する。すなわち、シリコン単結晶薄膜3の表面に熱酸化によって薄く図示しないパッド酸化膜を形成し、この上にシリコン窒化膜(図示せず)を、例えは、CVD法によって形成する。このシリコン窒化膜を素子形成領域/素子分離領域に対応してパターニングし、素子形成領域上にシリコン窒化膜を残す。このシリコン窒化膜をマスクとしてシリコン単結晶薄膜3をウェットO酸化し、フィールド酸化膜4を形成する。
【0022】
次に、マスクとして用いたシリコン窒化膜及びパッド酸化膜を除去し、熱酸化によってゲート酸化膜4を形成する。このゲート酸化膜4上からチャネルイオンとして不純物イオン、例えば、pウェル部分にはボロン、nウェル部分にはリンを注入する。次にゲート電極・配線となるポリシリコン5をCVD法によってゲート酸化膜4上に堆積し、このポリシリコン膜5をリソグラフィとエッチングを使用してゲート電極・配線に対応したパターンとする。
【0023】
次に、必要により、ゲート電極部5をLDD(Lightly Doped Drain)構造とする。LDD構造は、ゲート5をマスクとしてイオン注入を行い、低濃度の既述不純物拡散層n(あるいはp)を形成する(図1(b)参照)。例えば、p−MOSFETの場合、p型のシリコン単結晶薄膜3に対してリンをドーズ量1×1013/cmでイオン打込みし、n層を形成する。また、n−MOSFETの場合、n型のシリコン単結晶薄膜3に対してボロンをドーズ量1×1013/cmでイオン打込みし、p層を形成する。その後、全面にCVD法によってシリコン酸化膜を被着し、方向性エッチングによってこの酸化膜を均一にエッチングすると、図2(c)に示すように、ゲート5に側壁スペーサ6が残存する構造が得られる。
【0024】
次に、このゲート5をマスクとしてイオン注入を行う。このイオン注入では、注入される不純物イオン21がシリコン単結晶薄膜3の膜厚のほぼ中央に集中するように打込み条件を調整する。例えば、p型のシリコン単結晶薄膜3に対しては、ボロンをドーズ量2×1015/cm、打込み電圧20KeVで行う。また、n型のシリコン単結晶薄膜3に対しては、リンをドーズ量2×1015/cm、打込み電圧40KeVで行う。
【0025】
次に、図2(e)に示すように、例えば、1000℃で20秒の程度の熱処理を行って、注入イオンの活性化を行う。
【0026】
次に、図2(f)に示すように、シリコン単結晶層3の表面近傍の浅い位置に、不純物イオン22をソース・ドレイン領域の不純物濃度よりも高濃度で注入する。このイオン注入は、コンタクト孔形成のためのエッチングがソース・ドレイン領域を削ることを抑制する。例えば、p型のシリコン単結晶薄膜3に対しては、インジウムをドーズ量1×1016/cm、打込み電圧30KeVで行う。また、n型のシリコン単結晶薄膜3に対しては、砒素をドーズ量1×1016/cm、打込み電圧20KeVで行う。この不純物の活性化は、1000℃以下の熱処理若しくはレーザアニール又は両者の組合わせによって行う。レーザアニールによる不純物活性化は、レーザ照射範囲内において非平衡状態での活性化が行えるので、シリコン単結晶層3の極々表面に高濃度の不純物を形成するには都合がよい。
【0027】
その後、図3(a)に示すように、CVD法によって酸化シリコンを全面に堆積し、層間絶縁膜9を形成する。この層間絶縁膜9上にレジスト(図示せず)を塗布し、コンタクト孔10のパターンを露光・現像してマスクを形成する。このコンタクト孔部分が開口したマスクを用いて方向性エッチング、例えば、RIEを行って、層間絶縁膜9を開孔する。エッチングは酸化膜11を開孔したところで終了するようにするが、コンタクト孔10直下のシリコン単結晶薄膜3のソース・ドレイン領域3b、3cは多少のエッチングを受ける。しかし、シリコン単結晶薄膜3は、その膜厚の上部側に高濃度で不純物が拡散されているため、また、ソース・ドレイン領域に注入された不純物よりも原子量の大きい不純物が用いられているため、シリコン単結晶薄膜3上部のエッチングレートは低く、ソース・ドレイン領域への浸食は抑制される(図3(b))。
【0028】
コンタクト孔開孔後、配線膜として導電膜、例えば、アルミニウムを全面に堆積する。配線膜にレジストを塗布し、配線・電極のパターンを露光・現像してマスクを形成する。このマスクを用いて方向性エッチング、例えば、RIEを行って、配線・電極を形成する。こうして、図3(c)に示すように、オーバーエッチングが防止された、SOI基板のMOSFETが形成される。この後は、パシベーション膜形成など従来の工程を経て半導体装置が完成される。
【0029】
このように、従来のSOI構造のMOSFETのソース・ドレイン領域の不純物は均一となるように、不純物打込み条件と熱拡散条件が最適化されていたが、実施例では、ソース・ドレイン領域表面部分の不純物濃度をソース・ドレイン領域に比べて高濃度、また、より大きい原子量とし、当該部分のエッチングレートが低下するようにしたので、ソース・ドレイン領域の薄膜半導体層のオーバーエッチングが可及的に回避可能となる。
【0030】
本実施例の構成によれば、ソーズ・ドレイン領域のコンタクト孔開切に伴うオーバーエッチングを防止するための複雑な構造が不要である。オーバーエッチングを防止するための追加工程を最低限に抑えるとが出来る。また、寄生抵抗を低くすることが可能となる。
【0031】
なお、実施例では、LDD構造としたがこれに限定されるものではない。また、本発明はコンタクト孔形成以外のエッチングの場合にも、半導体薄膜基板のオーバーエッチングを防止するために適用可能である。本発明はソース・ドレイン領域以外の部分の浸食抑止のために当該部分に適用可能である。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置は、半導体薄膜基板がオーバーエッチングされ難くなるようにしたので、ソース・ドレイン領域の所要の膜厚が確保され、寄生抵抗の増加を抑制可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の半導体装置の構成例を示す説明図である。
【図2】図2は、本発明の半導体装置の製造プロセスを説明する説明図である。
【図3】図3は、本発明の半導体装置の製造プロセスを説明する説明図である。
【図4】図4は、従来の半導体装置の不具合(オーバーエッチング)を説明する説明図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板(半導体基板)
2 埋込み絶縁膜(酸化膜)
3 シリコン単結晶薄膜
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート
6 側壁スペーサ
7 レジスト
21 エッチング抑制用の不純物(高濃度、大きい原子量)
22 ソース・ドレイン領域の不純物
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to an improvement of a semiconductor device formed on an SOI substrate (Silicon On Insulating Substrate) and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Since a transistor using an SOI substrate is excellent in high-speed operation, research and development have been advanced. An SOI substrate is obtained by forming a semiconductor layer such as a silicon single crystal thin film on an insulator. For example, oxygen ions are implanted into a predetermined depth of a semiconductor substrate, and this is converted into an oxide film by heat treatment, thereby providing embedded insulation. Form a layer. In addition, an SOI substrate can be obtained by forming a silicon single crystal thin film on a semiconductor substrate having an oxide film formed on the surface by a bonding technique and a polishing technique. A device such as a MOSFET is formed on the SOI substrate. In order to form a large amount of MOSFETs and the like on an SOI substrate, miniaturization (scaling) of each device is required.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the device is scaled, the film thickness of the silicon single crystal thin film is further reduced, so that the film thickness of the source / drain region of the MOSFET is also reduced. For this reason, as shown in FIG. 4, when the interlayer insulating film is etched in the contact hole forming step, the silicon single crystal layer under the interlayer insulating film is also slightly removed (overetching). The silicon single crystal thin film thus formed is shaved relatively large, resulting in problems such as loss of the silicon single crystal thin film, an increase in parasitic resistance, and a low on-current value.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of avoiding overetching of a silicon single crystal thin film on an SOI substrate.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which a MOSFET is formed on a semiconductor thin film formed on a semiconductor substrate through a buried insulating film, and the impurity concentration distribution in the source / drain regions of the semiconductor thin film There are two peaks of the impurity concentration distribution, the first peak of the impurity concentration distribution is present at substantially the center of the film thickness of the semiconductor thin film, and the second peak of the impurity concentration distribution is the inner surface of the semiconductor thin film. It exists in the vicinity, and the second peak is higher than the first peak.
[0006]
With such a configuration, the etching rate of the semiconductor thin film layer in the region into which the impurity is implanted at a high concentration is lowered. Therefore, when forming a contact hole in the interlayer insulating film, the semiconductor thin film (for example, a single crystal silicon thin film) It is possible to prevent the source / drain regions of the silicon oxide from being eroded by overetching. Further, by using an impurity (dopant) in the high-concentration impurity implantation region having an atomic weight larger than that of the impurity implanted to form the source / drain regions, the etching rate of the semiconductor thin film can be further reduced. It becomes possible.
[0007]
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device in which a MOSFET is formed on a semiconductor thin film (for example, a single crystal silicon thin film) formed on a semiconductor substrate via a buried insulating film. A concentration distribution peak exists near the surface of the source / drain region. Thereby, it is possible to suppress the surface of the source / drain regions of the semiconductor thin film from being eroded. Preferably, the MOSFET has a lightly doped drain (LDD) structure to suppress hot carriers and facilitate device miniaturization.
[0008]
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: an element isolation step for forming an element isolation region for insulating and isolating an element region in which a transistor is to be formed; A gate forming step of forming a gate in the semiconductor thin film in a region through a gate insulating film; and a first impurity injection step of forming a source / drain region by implanting impurities into the semiconductor thin film using the gate as a mask; A second impurity implantation step for implanting impurities near the surface of the source / drain region; an interlayer insulation film forming step for forming an interlayer insulation film on the semiconductor thin film in the element region; and covering the source / drain region wherein the interlayer insulating film and a contact hole formation step of forming a contact hole, wherein in the first impurity implantation step, the semiconductor thin that In the ion implantation conditions as the first peak of the impurity concentration distribution is formed in a substantially central portion of the film thickness is set, the in the second impurity implantation process, the impurity concentration distribution in the vicinity of the surface of the semiconductor thin film The ion implantation conditions are set such that the second peak is formed, the second peak is higher than the first peak, and the impurity in the second impurity implantation step is the first impurity implantation. The atomic weight is larger than the impurity of the process .
[0009]
Through this process, a high concentration impurity diffusion layer can be formed on the surface of the source / drain region.
[0010]
Preferably, the impurity in the second impurity implantation step has a larger atomic weight than the impurity in the first impurity implantation step. Further, the impurity implantation in the second impurity implantation step is higher in concentration than the first impurity implantation. In the second impurity implantation step, the ion implantation conditions are set so that the concentration distribution peak of the second impurity is near the surface of the source / drain region. Further, the impurities in the second impurity implantation step are activated by heat treatment and / or laser annealing (heat treatment or laser annealing or a combination of both).
[0011]
Since the etching rate of the semiconductor thin film tends to be lower as the impurity concentration is higher or the atomic weight of the impurity is larger, over-etching of the source / drain regions due to the etching process for forming contact holes is suppressed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
In the embodiment of the present invention, a high concentration and / or larger atomic weight impurity is implanted into the surface of the semiconductor layer in the source / drain region. Thereby, the etching rate of the surface of the source / drain region is lowered, and erosion of the source / drain region due to the etching for forming the contact hole is prevented.
[0014]
FIG. 1A shows an embodiment of a semiconductor device of the present invention, and shows an example in which a MOSFET is formed as an electric element on an SOI substrate. In the figure, a buried insulating film (oxide film) 2 is formed on a silicon substrate 1 as a semiconductor substrate. A silicon single crystal thin film 3 is formed on the buried insulating film 2 to obtain an SOI structure. Part of the silicon single crystal thin film 3 is used as an element isolation region by the field oxide film 4, and the element formation regions are insulated and isolated from each other. In the element formation region, for example, a MOSFET is formed as an electric element. The MOSFET includes a channel region 3a in which ions for determining a threshold value of a transistor formed in the silicon single crystal thin film 3 are implanted at a low concentration, a gate 5 formed on the channel region 3a via a gate insulating film 4, and a gate. 5 is constituted by a source region 3b and a drain region 3c respectively formed on both sides. The MOSFET gate 5 has an LDD structure in which sidewall spacers 6 are formed, and a region having a low impurity concentration is provided in the channel 3 to alleviate the electric field and reduce the generation of hot carriers. Interlayer insulating film 9 is formed on gate 5, source region 3b, and drain region 3c. In the contact holes 10 and 10 opened in the interlayer insulating film 9 on the source region 3b and the drain region 3c, a metal, for example, aluminum is buried and becomes the source and drain terminals 11 respectively.
22 is an impurity in the source / drain region for etching prevention.
[0015]
FIG. 1B shows the impurity concentration distribution of the source / drain regions. As shown in the figure, the impurity concentration is the channel ion concentration below the gate 5, the low concentration n (or p ) below the side wall spacer, and the high concentration n + (or p + ) in the source / drain regions. In the vicinity of the surface (upper surface) of the source / drain region, the concentration profile is set so as to have a higher concentration n ++ (or p ++ ). An impurity concentration peak is set near the surface (upper surface) of the source / drain region.
[0016]
In the high concentration n + (or p + ) region, ions are deeply implanted into the source / drain regions. In the case of an n-channel MOSFET, for example, phosphorus is implanted at an acceleration voltage of 40 keV and a dose of 2 × 10 15 / cm 2 so as to be concentrated at the center of the film thickness of the silicon single crystal thin film 3. In the case of a p-channel MOSFET, for example, boron is implanted at an acceleration voltage of 20 keV and a dose amount of 2 × 10 15 / cm 2 .
[0017]
Also, in the region of high concentration n ++ (or p ++ ), in the case of an n-channel MOSFET, for example, arsenic is concentrated on the upper surface of the silicon single crystal thin film 3 at an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 × 10 16 / cm 2. Inject. In the case of a p-channel MOSFET, for example, indium is implanted at an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 1 × 10 16 / cm 2 .
[0018]
Etching in the vicinity of the surface by implanting impurities at a high concentration (n ++ or p ++ ) near the surface of the source / drain region and using an impurity having an atomic weight larger than that of the source / drain region. The rate is set low. As a result, the erosion of the thin film 3 is reduced as compared with the conventional case (see FIG. 4).
[0019]
Next, the manufacturing process of the semiconductor device described above will be described with reference to FIGS. For convenience of explanation, FIGS. 2D, 2F, and 3B are enlarged in the vertical direction.
[0020]
First, as shown in FIG. 2A, a silicon single crystal thin film 3 is formed on a silicon substrate 1 via a buried insulating film 2 to form an SOI substrate. As described above, for manufacturing an SOI substrate, an oxygen ion implantation method or a silicon single crystal thin film bonding method to a silicon substrate can be used.
[0021]
A field oxide film is formed on this SOI substrate by a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method to form an element isolation region as shown in FIG. That is, a pad oxide film (not shown) is thinly formed on the surface of the silicon single crystal thin film 3 by thermal oxidation, and a silicon nitride film (not shown) is formed thereon, for example, by a CVD method. The silicon nitride film is patterned corresponding to the element formation region / element isolation region, leaving the silicon nitride film on the element formation region. Using this silicon nitride film as a mask, the silicon single crystal thin film 3 is wet O 2 oxidized to form a field oxide film 4.
[0022]
Next, the silicon nitride film and the pad oxide film used as the mask are removed, and a gate oxide film 4 is formed by thermal oxidation. Impurity ions such as boron are implanted into the p well portion and phosphorus is implanted into the n well portion as channel ions from the gate oxide film 4. Next, polysilicon 5 to be a gate electrode / wiring is deposited on the gate oxide film 4 by the CVD method, and the polysilicon film 5 is formed into a pattern corresponding to the gate electrode / wiring by using lithography and etching.
[0023]
Next, if necessary, the gate electrode portion 5 has an LDD (Lightly Doped Drain) structure. In the LDD structure, ion implantation is performed using the gate 5 as a mask to form the low-concentration impurity diffusion layer n (or p ) (see FIG. 1B). For example, in the case of a p-MOSFET, phosphorus is ion-implanted into the p-type silicon single crystal thin film 3 at a dose of 1 × 10 13 / cm 2 to form an n layer. In the case of an n-MOSFET, boron is ion-implanted with a dose of 1 × 10 13 / cm 2 into the n-type silicon single crystal thin film 3 to form a p layer. Thereafter, a silicon oxide film is deposited on the entire surface by a CVD method, and when this oxide film is uniformly etched by directional etching, a structure in which the side wall spacer 6 remains in the gate 5 is obtained as shown in FIG. It is done.
[0024]
Next, ion implantation is performed using the gate 5 as a mask. In this ion implantation, the implantation conditions are adjusted so that the implanted impurity ions 21 are concentrated at substantially the center of the thickness of the silicon single crystal thin film 3. For example, for the p-type silicon single crystal thin film 3, boron is performed at a dose of 2 × 10 15 / cm 2 and an implantation voltage of 20 KeV. Further, for the n-type silicon single crystal thin film 3, phosphorus is applied at a dose of 2 × 10 15 / cm 2 and an implantation voltage of 40 KeV.
[0025]
Next, as shown in FIG. 2E, for example, heat treatment is performed at 1000 ° C. for about 20 seconds to activate the implanted ions.
[0026]
Next, as shown in FIG. 2F, impurity ions 22 are implanted at a shallower position near the surface of the silicon single crystal layer 3 at a concentration higher than the impurity concentration of the source / drain regions. This ion implantation suppresses the etching for forming the contact hole from cutting the source / drain regions. For example, for the p-type silicon single crystal thin film 3, indium is dosed at a dose of 1 × 10 16 / cm 2 and an implantation voltage of 30 KeV. For the n-type silicon single crystal thin film 3, arsenic is applied at a dose of 1 × 10 16 / cm 2 and an implantation voltage of 20 KeV. The activation of the impurities is performed by heat treatment at 1000 ° C. or lower, laser annealing, or a combination of both. Impurity activation by laser annealing can be performed in a non-equilibrium state within the laser irradiation range, which is convenient for forming high-concentration impurities on the extreme surfaces of the silicon single crystal layer 3.
[0027]
Thereafter, as shown in FIG. 3A, silicon oxide is deposited on the entire surface by a CVD method to form an interlayer insulating film 9. A resist (not shown) is applied on the interlayer insulating film 9, and the pattern of the contact hole 10 is exposed and developed to form a mask. The interlayer insulating film 9 is opened by performing directional etching, for example, RIE, using the mask in which the contact hole portion is opened. Etching is terminated when the oxide film 11 is opened, but the source / drain regions 3b and 3c of the silicon single crystal thin film 3 immediately below the contact hole 10 are subjected to some etching. However, the silicon single crystal thin film 3 has an impurity diffused at a high concentration on the upper side of the film thickness, and an impurity having an atomic weight larger than that of the impurity implanted into the source / drain regions is used. The etching rate on the upper part of the silicon single crystal thin film 3 is low, and the erosion to the source / drain regions is suppressed (FIG. 3B).
[0028]
After opening the contact hole, a conductive film, for example, aluminum is deposited on the entire surface as a wiring film. A resist is applied to the wiring film, and a wiring / electrode pattern is exposed and developed to form a mask. Using this mask, directional etching, for example, RIE is performed to form wirings and electrodes. Thus, as shown in FIG. 3C, an SOI substrate MOSFET in which over-etching is prevented is formed. Thereafter, the semiconductor device is completed through conventional processes such as formation of a passivation film.
[0029]
As described above, the impurity implantation conditions and the thermal diffusion conditions have been optimized so that the impurities in the source / drain regions of the conventional MOSFET having the SOI structure are uniform. Impurity concentration is higher than that of the source / drain region, and the atomic weight is higher, and the etching rate of the part is reduced, so over-etching of the thin film semiconductor layer in the source / drain region is avoided as much as possible. It becomes possible.
[0030]
According to the configuration of the present embodiment, a complicated structure for preventing over-etching associated with the opening of the contact hole in the source / drain region is unnecessary. An additional process for preventing over-etching can be minimized. In addition, it is possible to reduce the parasitic resistance.
[0031]
In the embodiment, the LDD structure is used, but the present invention is not limited to this. Further, the present invention can be applied to prevent over-etching of a semiconductor thin film substrate even in etching other than contact hole formation. The present invention can be applied to portions other than the source / drain regions in order to suppress erosion.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, the semiconductor device of the present invention makes it difficult for the semiconductor thin film substrate to be over-etched, so that a required film thickness of the source / drain regions is ensured and an increase in parasitic resistance can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration example of a semiconductor device of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a problem (over-etching) of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
1 Silicon substrate (semiconductor substrate)
2 Buried insulating film (oxide film)
3 Silicon single crystal thin film 4 Gate insulating film 5 Gate 6 Side wall spacer 7 Resist 21 Impurity for suppressing etching (high concentration, large atomic weight)
22 Impurities in source / drain regions

Claims (2)

半導体基板に埋込み絶縁膜を介して形成された半導体薄膜に、トランジスタを形成すべき素子領域を絶縁分離する素子分離領域を形成する素子分離工程と、
前記素子領域の前記半導体薄膜にゲート絶縁膜を介してゲートを形成するゲート形成工程と、
前記ゲートをマスクとして前記半導体薄膜に不純物を注入してソース・ドレイン領域を形成する第1の不純物注入工程と、
前記ソース・ドレイン領域の表面近傍に不純物注入を行う第2の不純物注入工程と、
前記素子領域の前記半導体薄膜上に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
前記ソース・ドレイン領域を被覆する前記層間絶縁膜にコンタクト孔を形成するコンタクト孔形成工程とを含み、
前記第1の不純物注入工程においては、前記半導体薄膜における膜厚の略中央部に不純物濃度分布の第1のピークが形成されるようにイオン注入条件が設定され、
前記第2の不純物注入工程においては、前記半導体薄膜における前記表面近傍に不純物濃度分布の第2のピークが形成されるようにイオン注入条件が設定され、
前記第2のピークは前記第1のピークよりも高く、前記第2の不純物注入工程の不純物は、前記第1の不純物注入工程の不純物よりも原子量が大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
An element isolation step for forming an element isolation region for insulatingly isolating an element region in which a transistor is to be formed in a semiconductor thin film formed through an insulating film embedded in a semiconductor substrate;
Forming a gate through a gate insulating film on the semiconductor thin film in the element region;
A first impurity implantation step of implanting impurities into the semiconductor thin film using the gate as a mask to form source / drain regions;
A second impurity implantation step for implanting impurities in the vicinity of the surface of the source / drain region;
An interlayer insulating film forming step of forming an interlayer insulating film on the semiconductor thin film in the element region;
A contact hole forming step of forming a contact hole in the interlayer insulating film covering the source / drain region,
In the first impurity implantation step, ion implantation conditions are set so that a first peak of the impurity concentration distribution is formed at a substantially central portion of the film thickness of the semiconductor thin film,
In the second impurity implantation step, ion implantation conditions are set so that a second peak of the impurity concentration distribution is formed near the surface of the semiconductor thin film,
The method of manufacturing a semiconductor device , wherein the second peak is higher than the first peak, and the impurity in the second impurity implantation step has a larger atomic weight than the impurity in the first impurity implantation step. .
前記第2の不純物注入工程で注入された不純物は、熱処理及び/又はレーザアニールにより活性化されることを特徴とする請求項に記載の半導体装置の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein the impurity implanted in the second impurity implantation step is activated by heat treatment and / or laser annealing.
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