JP3910301B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大規模集積化半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
高速高機能半導体装置の実現のため、これに用いられる個々の半導体素子の微細化、及びその大規模集積化に対する要求は時を追って増大している。しかしながら、これらの半導体素子の主要な構成要素であるMOSFETの微細化を考えた場合、これには様々な困難が伴う。
【0003】
例えば、微細な半導体素子間を電気的に絶縁するための素子分離の形成は、素子の高密度集積化のために、より短い距離によって達成されなければならない。しかしながら、素子分離予定半導体基板表面を熱酸化して素子分離酸化膜を形成するLOCOS法では、素子分離酸化膜の周囲が素子領域に張り出す Birds beak 現象が起こり、実効的な素子領域を縮小し、微細な素子間分離が行えないという問題がある。
【0004】
このため、素子分離予定領域に、素子分離に必要とされる深さの溝 Shallow trench を形成し、しかる後に、この溝に化学気相成長法 Chemical Vapor Deposition (CVD) などをもちいてシリコン酸化膜などの絶縁物質を形成しこの溝を埋め、さらに半導体基板主平面を平坦化し素子分離を行う技術 Shallow Trench Isolation(STI) が開発されている。
【0005】
一方、MOSFETのチャネル長(ゲート電極の長さ)の縮小に伴いしきい値電圧が下降する短チャネル効果が知られている。この短チャネル効果では、ゲート電極の加工寸法に、しきい値電圧が大きく依存するため、加工寸法が小さくなると、わずかな加工ずれでも、目途の特性の素子を得る事が不可能となる。このため特に多数の均一な素子を必要とする半導体回路、例えばDynamic Random Access Memory(DRAM)の製造には、極めて不都合となる。
【0006】
このような短チャネル効果は、MOSFETのソース及びドレイン電極部分での電界の歪みが、チャネル長の縮小に伴い、チャネル部分にまで影響を与えることに起因している。この効果を抑制するためには、チャネル部分の不純物濃度を高くすればよいことが知られているが、チャネル部分の不純物濃度を高くすると基板とソース、ドレイン電極間の電気容量が増大し素子の高速動作を阻害する。このような問題を解決するために、絶縁膜上に形成された薄いシリコン層に半導体素子を形成する技術 (Silicon On Insulator, SOI) が開発されている。
【0007】
また短チャネル効果は、ソース及びドレインを形成するPn-junction の接合位置を半導体表面に近づける、(即ちPn-junction を”浅くする”)ことで回避することも出来る。しかし、単に、Pn- 接合を浅くすると、これにより構成されているソース、ドレイン電極の抵抗が増大し、素子を伝わる信号の高速伝達を阻害する。さらに、接合が浅いと、この部分に電気的接触を得るためのコンタクトを設けた場合、このコンタクトを構成する金属製物質が下方に拡散し接合を突き抜け、接合リークを誘起する恐れが出てくる。
この様な問題に対処するため、ソース、ドレイン電極を形成しようとする半導体基板表面部分に選択的に半導体物質を追加形成し、この領域の表面をもともとの半導体表面(チャネルの形成される面)より上方に移動させ、この追加形成された表面を通じてソース、ドレインのPn-junction を形成することで、接合の位置は本来の半導体表面(チャネルの形成される面)に対しては浅く、しかし、このように新たに形成された表面に対しては深く、従って、ソース、ドレインを形成する電極部分の厚み(拡散層の厚み)は確保するという手法(Elevated source drain method) が用いられて来た。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述した、STIによる素子分離及びElevated Source Drain 構造には、以下の問題がある。
先ず、STI構造の素子では、Shallow trench の埋め込みにはCVD法などによるシリコン酸化膜が用いられる。しかしながら、LOCOSで用いられる熱酸化膜に比べその密度が小さいため、このCVD絶縁膜はその後の熱工程で体積変化を起こしやすく、この結果Shallow trench の一部、特に底面角部に大きな応力が集中する。この底面角部に残留する大きな応力によって、転位が頻繁に発生し、これがこの近傍に形成されている、pn接合を横切ると激しい接合リークを起こすという問題が生じる。pn接合を通じて電流が漏れ出すと、素子の動作が損なわれたり、DRAMなどの記憶素子では、書き込まれた情報が失われてしまい、半導体装置の本来の機能が喪失するという問題がある。
【0009】
次に、Elevated Source Drain 構造の素子では、エピタキシャル成長技法が用いられるが、この方法は、選択成長を行う表面状態に非常に敏感である。例えば、成長直前の基板表面の自然酸化膜や、ゲート電極加工時に導入されるダメージなどによって、ソース、ドレイン領域内に結晶構造の乱れた結晶欠陥が残留する。このような結晶構造の乱れは、転位発生の核となり、発生した転位がソース、ドレインを構成するpn接合を横切ると激しい接合リークをおこすという問題が生じる。接合を通じて電流が漏れ出すと、素子の動作が損なわれたり、DRAMなどの記憶素子では、書き込まれた情報が失われてしまい、半導体装置の本来の機能が喪失する問題がある。
【0010】
本発明は、上記のような、従来技術の欠点を除去し、Shallow trench コーナー部や追加形成されたシリコン層と基板の界面などからの転位発生を抑制し、半導体装置製造工程の歩留まりを向上させ製造コストの削減された半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、STIコーナー部や加形成されたシリコン層と基板の界面などの転位の発生しやすい部位近傍のみに選択的に酸素原子や窒素原子を導入し転位の発生及びその伝播を抑制する半導体装置及びこの製造方法を提供する。
【0012】
即ち本発明は、半導体領域と、シャロートレンチ角部と、前記半導体領域中に存在するチャネル領域と、前記半導体領域中に存在するソースおよびドレイン領域と、前記半導体領域中に前記ソースおよびドレイン領域を形成するpn接合面と、前記シャロートレンチ角部と前記pn接合面との間の前記ソース或いはドレイン領域に存在し、前記チャネル領域よりも高濃度の酸素或いは窒素を含有する転位伝播阻止領域とを具備することを特徴とする半導体装置を提供する。
【0014】
また本発明は、前記シャロートレンチ形成直後、素子領域のチャネル幅方向と垂直で基板に対して特定の俯角を持つように、酸素或いは窒素原子の注入を行うことにより、ソース或いはドレイン領域の前記シャロートレンチ角部のみに選択的に酸素原子或いは窒素原子を導入することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明によると、酸素原子或いは窒素原子が転位発生領域の近くに存在するので、酸素或いは窒素原子は転位核に積極的に取り込まれ転位核の構造を変化させ転位の移動を阻害する。よって、STIコーナー部や形成されたシリコン層と基板の界面などの転位の発生しやすい部位近傍のみに選択的に酸素或いは窒素原子を導入することにより、発生した転位は長距離を移動することなく発生した近傍にとどまる。したがって転位が発生してもこれがpn接合部分を横切らないので、素子の電気的特性に影響を及ぼさない。特に、酸素はシリコン中をすばやく拡散するので、低温の熱工程でも転位の不動化は効果的に達成される。
【0017】
また、本発明によると、酸素原子はpn接合部分などを避け選択的に導入されるので、酸素原子に由来した析出物なども接合面には形成されない。このため、酸素原子の接合にたいする電気的影響もない。よって、転位の発生しやすい部位が存在しても、高温熱処理無しに、転移による素子の電気的特性に対する影響を回避することが可能となり、半導体装置製造工程の歩留まりを向上させ製造コストの削減された半導体装置の製造方法が達成される。
【0018】
次に、本発明によるSOIウエハ上に形成された、STI分離されたトレンチ型DRAMを高歩留まりに製造する工程を示す。
先ず、図1に示すように、n型シリコン半導体下部基板1100、このn型シリコン半導体下部基板上に形成されたシリコン酸化膜層1102、このシリコン酸化膜層1102上に形成された上部シリコン層1101が形成された基板を用意する。この基板上には、パッドシリコン窒化膜層1103が形成され、このパッドシリコン窒化膜層1103と上部シリコン層1101よりシリコン酸化膜層1102を貫き下部シリコン基板1100に至るトレンチ1201が形成されている。
【0019】
このトレンチ1201は、RIE工程により形成され、CVD工程、CMP工程により、n型シリコン半導体下部基板1100内壁に形成されたキャパシタ絶縁膜1202、トレンチ1201内側を上部シリコン層1101表面まで埋めるノードを構成するn型ポリシリコン1203が形成され電荷蓄積用の深いトレンチ、Deep Trench (DT) が構成されている。
【0020】
また、ウエハ製造工程中の熱処理で上部シリコン層1101の酸素濃度は1016cm-3程度にまで落ちている。n型ポリシリコン層1203、,絶縁膜1202,n型シリコン半導下部基板1100はDRAMの電荷蓄積用のキャパシタを構成する。
【0021】
次に、図2に示すように、STIを達成するために、上記半導体主表面にLithography 工程、RIE工程などの公知の技法のうち効果的な手法をもって、アクセス用MOSFETを形成すべき素子領域1301、これを囲むshallow trench,1311,1312を形成する。
【0022】
次に、図3に示すように、素子領域1301のチャネル幅方向(紙面垂直方向)と垂直で基板に対して特定の俯角を持つように調整した酸素原子のイオン注入を行う。この時アクセス用MOSFETのソース1302、ドレイン1303領域に同様に酸素原子が注入されるように、イオン注入はa,b二方向から行うことが望ましい。場合によってはドレイン1303領域(ノードポリシリコン1203に接続される側、b方向)にのみ酸素原子を注入してもよい。
このとき酸素原子濃度はshallow trench 角部1321,1322で、1×1017cm-3−1×1018cm-3 の範囲に調節されていることが望ましい。一般に、DRAMの各cellのチャネル方向はお互いに平行であるのでこのような斜めイオン注入で効果的にソース1302、ドレイン1303領域のshallow trench 角部1321,1322のみに酸素原子を導入することができる。
【0023】
また、素子領域1301の上面はパッドシリコン窒化膜層1103で保護されているために、酸素原子はチャネル領域1304には導入されることはない。よって高温の熱処理を避ける事により、酸素原子の影響がチャネル部分に及ぶことなく、ソース1302、ドレイン1303領域のshallow trench 角部1321,1322のみに限定される。このような工程はイオン注入以外、Lithography 工程のような新たな工程を何ら追加することなく実施できる。
【0024】
次に、図4に示すように、CVD法、CMP法などの公知の技法のうち効果的な手法をもってshallow trench 1311、1312を例えばシリコン酸化膜のような絶縁物質1311.1332で埋めその表面をパッドシリコン窒化膜層1103などを利用して平坦化し、熱酸化、或いは、CVD法などの公知の技法のうち効果的な手法をもってゲート絶縁膜1305、を形成する。この後、さらにCVD法、RIE法などの公知の技法のうち効果的な手法をもってゲート電極1306,さらに、イオン注入、RTA法などの公知の技法のうち効果的な手法をもってソース電極1307、ドレイン電極1308を構成する。ドレイン電極とn型ポリシリコン層1203は電気的に接続しており、Buried Strap 構造を達成する。
【0025】
これに引き続き、例えば、CVD法により、低誘電率絶縁膜を層間膜として堆積した後、ソース電極へのコンタクトホールを例えば、RIE技術により形成し、さらに、Alなどの配線材料物質を推積し、必要な形状にRIE法などをもちいて配線を形成し、さらに公知の技術を用いて、配線工程、実装工程などを経て、STI分離されたトレンチ型SOI−DRAM半導体装置を完成させる。
【0026】
上記実施例は、SOI基板を例に取って説明したが、これ以外に、HAI基板、Epi基板に応用できる事はいうまでもない。酸素原子に変わって、窒素原子を導入してもよい。また素子分離がLOCOSの場合にも同様な手法が適応できる。
【0027】
次に、本発明のソース、ドレイン電極間に局所的配線を備えた サリサイドCOMS 型 Elevated source drain MOSFET構造を高歩留まりに製造する工程を示す。
【0028】
先ず、図5に示すように、シリコン半導体基板100、このシリコン半導体基板100中に形成された、p型不純物を導入された領域(p-well)101、n型不純物を導入された領域(n-well)102、及びその表面に形成された浅い溝(shallow trench )111,112,113とそれを基板表面まで埋める絶縁物質、例えばシリコン酸化膜1200、及びその表面に形成されたゲート絶縁膜211,212を有する基板を準備する。
【0029】
この素子分離領域を備える半導体基板は、Lithography 工程、RIE工程、CVD(chemical vapor deposition )方による絶縁膜推積、さらに、CMP(chemical mechanical polishing )方による平坦化、イオン注入技術等の、公知の技術の効果的な方法により達成できる。また、これらのゲート絶縁膜は、シリコン基板100の表面に、50オングストロームの薄いシリコン窒化膜1201を、熱窒化、あるいは、JVD(Jet Vapor Deposition)法等の公知の技術の効果的な方法をもちいて形成後、211,212,111,112,113に該当する部分以外を,Lithography 法をもちいてマスク材、例えば、100オングストロームの薄いシリコン酸化膜で覆い、露出部分を例えば、加熱されたりん酸(H3 PO4 )溶液にさらし、選択的に除去し、さらにマスク材となる薄い酸化膜をHF溶液にさらして除去することによって達成できる。この時、ゲート絶縁膜の端は、ゲート電極とこの後追加形成するべきソース、ドレイン電極との間隙に対応する領域にはいっていればよい。ゲート電極からはみ出した絶縁膜は、ゲート電極及び、ソース、ドレイン追加電極形成後に容易に除去できるからである。よって、ゲート絶縁膜をあらかじめ形成するにあたって必要なリソグラフィ工程のあわせ精度は、Source-Drain,Extension部の幅程度となり、容易に実現できる。シリコン基板100の表面は無欠陥層(DZ層)を形成するために酸素濃度は極めて小さくなっている(1016cm-3程度)。
【0030】
次に、図6に示すように、基板上に、一面に形成されたゲート電極構成物質300、及び、このうち、n型不純物を導入された領域301、p型不純物を導入された領域302を形成する。これらのゲート電極構成物質、300は、シリコン基板100の表面に、基板上に、例えば、CVD法などの、公知の技術の効果的な方法をもちいて、例えば、ポリシリコン層300、を、例えば、2000オングストローム堆積し、この後、Lithography 法によりマスク材、例えばPhoto-resistを形成し、領域301,302に選択的に、それぞれn型不純物、p型不純物を選択的にイオン注入することで達成できる。イオン注入のエネルギーを調節してほぼ均一にポリシリコン層に不純物が導入される用にする。CVD法を用いているため、エピタキシャル成長技法に求められる選択性が必要なくなる。また、この時ポリシリコン層に混入する酸素の量を極小化(1016cm-3 以下)しておく。このため、均一で、等膜厚のシリコン層を形成することが容易となり、エピタキシャル成長技法に見られるソース、ドレイン追加形成部の膜厚のばらつきがなくなる。これにより、ソース、ドレインを形成するべき不純物を、追加形成されたシリコン表面より導入し接合を形成する場合に、目途の位置に精度よく接合を形成できる。
【0031】
次に、図7に示すように、この後さらに、ポリシリコン上層部1000に酸素原子を例えばイオン注入法をもちいて導入する。或いは、酸素混入量の大きいポリシリコン層をさらに堆積形成してもよい。酸素原子の導入深さは、その後熱処理で追加シリコン層−基板シリコン界面に達するが、酸素原子の析出がp/n 不純物が基板に形成するpn接合面で起こらないように調節する。酸素原子は拡散は、B,Pに比べ速いのでこのように上部のみに酸素を導入することが望ましい。これにより、転移の核となりうる界面に酸素原子が導入され、転移の発生及びその伝播を抑制し、しかも酸素析出などによりpn接合に影響を与えることはない。また、このような工程はイオン注入、或いは、CVD工程以外、Lithography 工程のような新たな工程を何ら追加することなく実施できる。
【0032】
次に、図8に示すように、RIE工程を経て、それぞれ、p-well,101,n-well,102上に形成されたゲート電極311,312及び、ソース、ドレイン領域上に追加形成されたシリコン層411,412,413を形成する。ゲート電極311,312及び、ソース、ドレイン領域上に追加形成されたシリコン層411,412,413を一度に形成できるため、エピタキシャル成長技法による選択成長のような新たな工程を経ずに、Elevated Source/Drain 構造が達成できる。このため、製造コストを削減できる事に注目すべきである。また、この時、ゲート絶縁膜の端は、ゲート電極311,312と追加形成されたシリコン層411,412,413との間隙511,512,513,514に対応する領域に入っていればよい。追加形成されたシリコン層411,412,413は、素子分離領域111,112,113、に伸びており、ソース、ドレイン電極と半導体基板の容量を低減している。さらに、追加形成されたシリコン層412は、p-well,101,n-well,102領域を連結している。これによって、単なる、ソース、ドレイン電極の追加形成にとどまらず、局所的素子間配線工程が、このシリコン層により同時に形成できる。よって、新たな局所的素子配線工程が必要なくなり、製造コストを削減できる。
【0033】
この後、この基板を熱処理して、シリコン層411,412,413と半導体基板、100とが接している部分から、シリコン層411,412,413に導入された不純物を基板に拡散させ、拡散層611,612,613,614を形成すると同時に、ゲート電極311,312,シリコン層411,412,413中の導電性不純物を活性化する。この時、拡散工程を、酸素原子が追加シリコン層−基板シリコン界面には達するが、pn接合面に達しない様に調整する。転移の核となりうる界面に酸素原子が導入され、転移の発生及びその伝播を抑制し、しかもpn接合には影響を与えない。このときの酸素濃度は、追加シリコン層−基板シリコン界面で、1×1017cm−1×1018cm-3の範囲に入っていれば好ましい。
【0034】
次に、図9に示すように、間隙511,512,513,514に残存するゲート絶縁膜を例えば、加熱されたりん酸(H3 PO4 )溶液により除去し、さらに、ゲート電極311.312と追加形成されたシリコン層411,412,413、及び、lithography 工程により形成したphoto-resistをマスクとして、間隙511,512,及び513,514にそれぞれ、n型、p型不純物をイオン注入する。さらに例えば、これに急速昇降御熱処理を施す事で、不純物を活性化し、Source-Drain Extention 部、711,712,713,714を形成する。浅いSource-Drain Extention 部の形成には、イオン注入技術の他、plasma immersion doping, Gas imsersion laser dopong, など、公知の技術の効果的な方法により達成できることは言うまでもない。
【0035】
次に、図10に示すように、CVD法により、例えばシリコン酸化膜を2000A推積し、しかる後に、CMP法により、平坦化を施して間隙511,512,513,514を低誘電率絶縁膜811,812,813,814で充填する。この時、ゲート電極311,312及び、追加形成されたシリコン層411,412,413の電極の高さは一様である。よって、表面の平坦化が非常に容易になる。引き続きこの平坦化された表面に、シリコンと選択的に反応する金属、例えばCoを全面にスパッタ法により堆積された後、これに熱処理、例えば窒素雰囲気中、500℃の急速熱処理(RTA)、を施すことにより、シリコンとの接触面、即ち、ゲート電極311,312及び、追加形成されたシリコン層411,412,413上でシリサイド化を選択的に進行させ、未反応の金属をHNO3 などの溶液で処理し除去することにより、シリサイド層901,902,903,904,905,をゲート、ソース、ドレイン上に自己整合的に形成する。このようにして、サリサイド構造を実現出来る。
【0036】
追加形成されたソース、ドレイン電極上をシリサイド化されているので、金属原子がソース、ドレイン中を拡散し、接合部分に到達しにくい。このため、接合のリークが防止できる。また、追加形成されたシリコン層412及び、シリサイド層903は局所的素子間配線形成している。
【0037】
次に、CVD法などにより、低誘電率絶縁膜を層間膜として堆積した後、ソース、ドレイン電極へのコンタクトホールを例えば、RIE技術により形成し、さらに、Alなどの配線材料物質を堆積、加工し、さらに公知の技術を用いて、配線工程、実装工程などを経て、STI分離され、局所的配線を備えた、サリサイドCMOS型 Elevated source drain MOSFET構造を完成させる。
【0038】
以上酸素原子の導入を例として用いたが、同様の効果は窒素原子に於いても同様に得られる。また素子分離がLOCOSの場合にも同様な手法が適用できる。この時の窒素濃度は1×1015cm-3−1×1016cm-3の範囲に入っていれば好ましい。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体素子構造中の転移の発生しやすい部位が存在しても、この部分とpn接合面との間にあって、しかもこの間を遮断する高濃度酸素領域或いは窒素領域を形成することにより、転移の発生伝播を抑制し、転移がpn接合を横切る事を阻止する。この時の酸素濃度、窒素濃度は、それぞれ1×1017cm-3−1×1018cm-3及び1×1015cm-3−1×1016cm-3の範囲に入っていれば好ましい。これにより、半導体装置製造工程の歩留まりを向上させ製造コストの削減された半導体装置の製造方法が達成される。
【0040】
特に、shallow trench 角部に選択的に酸素原子或いは窒素原子を導入することにより、この部分に応力が残留しても、酸素或いは窒素原子が転移核に積極的に取り込まれ転移核の構造を変化させ転移の移動を阻害する。よって発生した転移は長距離を移動することなく発生した近傍にとどまる。転移が発生してもこれがpn接合部分を横切らないので電気的特性に影響を及ぼさない。
【0041】
また、酸素或いは窒素原子はpn接合部分などを避け選択的に導入されるので、酸素原子に由来した析出物なども接合面には形成されない。このため、酸素或いは窒素原子の接合にたいする電気的影響もない。
【0042】
さらに、shallow trench 形成直後、素子領域のチャネル幅方向と垂直で基板に対して特定の俯角を持つように調整した酸素或いは窒素原子のイオン注入により酸素或いは窒素原子の注入を行う事により、効果的にソース、ドレイン領域のshallow trench 角部のみに酸素原子を導入することができる。また、素子領域の上面はパッド層で保護されているために、酸素或いは窒素原子はチャネル領域には導入されることはない。よってイオン注入以外、Lithography 工程のような新たな工程を何ら追加することなく実施できる。
【0043】
あらかじめ、ゲート電極を形成すべき領域に、ゲート絶縁膜となる絶縁性の膜を形成しておき、しかる後に、シリコン層を全面に追加形成し、このシリコン層の上部に酸素或いは窒素原子を導入し、その導入深さを、その後の熱工程で、追加シリコン層−基板シリコン界面に達するが、酸素原子或いは窒素原子の析出がp/n 不純物が基板に形成するpn接合面で起こらない様に調節する。
【0044】
これにより、転移の核となりうる界面に酸素或いは窒素原子が導入され、転移の発生及びその伝播を抑制し、しかもpn接合には影響を与えない。よって半導体装置製造工程の歩留まりを向上させ製造コストが削減する。
【0045】
このような工程はイオン注入、或いは、CVD工程以外、Lithography 工程のような新たな工程を何ら追加することなく実施できる。
加えて、RIE(Reactive Ion Etching)により、ゲート電極及び、ソース、ドレイン領域上に追加形成すべきシリコン層を一度に形成できるため、エピタキシャル成長技法による選択成長のような新たな工程を経ずに、Elevated Source/Drain 構造が達成できる。このため、製造コストを削減できる。
【0046】
また、本発明によれば、均一で、等膜厚のシリコン層を形成することが容易となり、エピタキシャル成長技法に見られるソース、ドレイン追加形成部の膜厚のばらつきがなくなる。これにより、ソース、ドレインを形成するべき不純物を、追加形成されたシリコン表面より導入し接合を形成する場合に、目途の位置に精度よく接合を形成できる。
【0047】
追加形成されたソース、ドレイン電極は素子分離絶縁膜上に任意に設置できる。このため、半導体基板上の可形成されたソース、ドレイン電極は最小限の面積にとどめ、大部分を素子分離絶縁幕上に乗り上げさせる事により、ソース、ドレイン電極と半導体基板の容量を低減することが可能になる。このため、素子の高速動作が可能となる。この追加形成するシリコン層は、一つの素子に必ずしも対応している必要はなく、複数の素子のソース、ドレイン領域を連結するものであってもよい。これによって、単なる、ソース、ドレイン電極の追加形成にとどまらず、局所的素子間配線が、このシリコン層により同時に形成できる。よって、新たな局所的素子間配線工程が必要なくなり、製造コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 SOIウエハ上に形成された、STI分離されたトレンチ型DRAMを高歩留まりに製造する工程の断面図。
【図2】 SOIウエハ上に形成された、STI分離されたトレンチ型DRAMを高歩留まりに製造する工程の断面図。
【図3】 SOIウエハ上に形成された、STI分離されたトレンチ型DRAMを高歩留まりに製造する工程の断面図。
【図4】 SOIウエハ上に形成された、STI分離されたトレンチ型DRAMを高歩留まりに製造する工程の断面図。
【図5】 ソース、ドレイン電極間に局所的配線を備えたサリサイドCMOS型Elevated source drain MOSFET構造を高歩留まりに製造する工程の断面図。
【図6】 ソース、ドレイン電極間に局所的配線を備えたサリサイドCMOS型Elevated source drain MOSFET構造を高歩留まりに製造する工程の断面図。
【図7】 ソース、ドレイン電極間に局所的配線を備えたサリサイドCMOS型Elevated source drain MOSFET構造を高歩留まりに製造する工程の断面図。
【図8】 ソース、ドレイン電極間に局所的配線を備えたサリサイドCMOS型Elevated source drain MOSFET構造を高歩留まりに製造する工程の断面図。
【図9】 ソース、ドレイン電極間に局所的配線を備えたサリサイドCMOS型Elevated source drain MOSFET構造を高歩留まりに製造する工程の断面図。
【図10】 ソース、ドレイン電極間に局所的配線を備えたサリサイドCMOS型Elevated source drain MOSFET構造を高歩留まりに製造する工程の断面図。
【符号の説明】
100 半導体基板
101 p-well領域
102 n-well領域
111、112、113 shallow trench isolation
200 素子分離絶縁酸化膜
201、211、212 ゲート絶縁窒化膜
300 ポリシリコン
301 n型ポリシリコン領域
302 p型ポリシリコン領域
311 n型ポリシリコンゲート電極
312 p型ポリシリコンゲート電極
411、412、413、 ポリシリコン追加形成ソースドレイン電極
511、512、513、514 ゲート電極、追加形成ソースドレイン電極間に形成された間隔
611、612、613、614 ソース、ドレイン拡散層
711、712、713、714 拡張ソース、ドレイン領域
811、812、813、814 層間絶縁膜
901、902、903、904、905 シリサイド領域
1000 高濃度酸素含有領域
1100 SOIウエハn型シリコン下部半導体基板
1101 SOIウエハ上部シリコン層
1102 SOIウエハ絶縁シリコン酸化膜層
1103 パッドシリコン窒化膜
1201 DRAM電荷蓄積用Deep Trench
1202 ノード絶縁膜
1203 ノードn型ポリシリコン電極
1301 アクセストランジスタ用素子領域
1302 アクセストランジスタ用ソース領域
1303 アクセストランジスタ用ドレイン領域
1304 アクセストランジスタ用チャネル領域
1305 アクセストランジスタ用ゲート絶縁膜
1306 アクセストランジスタ用ゲート電極
1307 アクセストランジスタ用ソース電極
1308 アクセストランジスタ用ドレイン電極
1311、1312 素子分離用shallow trench
1321 酸素原子が導入されるソース領域shallow trench 角部
1322 酸素原子が導入されるドレイン領域shallow trench 角部
1331、1332 CVDシリコン酸化膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a large-scale integrated semiconductor device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In order to realize a high-speed and high-performance semiconductor device, demands for miniaturization of individual semiconductor elements used in the semiconductor device and large-scale integration thereof are increasing over time. However, considering the miniaturization of MOSFETs, which are the main components of these semiconductor elements, this involves various difficulties.
[0003]
For example, the formation of element isolation to electrically insulate minute semiconductor elements must be achieved with a shorter distance for high density integration of elements. However, in the LOCOS method in which the surface of the semiconductor substrate to be isolated is thermally oxidized to form an element isolation oxide film, a Birds beak phenomenon occurs in which the periphery of the element isolation oxide film protrudes into the element region, reducing the effective element region. There is a problem that fine separation between elements cannot be performed.
[0004]
Therefore, a shallow trench having a depth required for element isolation is formed in the element isolation scheduled region, and then a silicon oxide film is formed in this groove by using chemical vapor deposition (CVD) or the like. Shallow Trench Isolation (STI) has been developed, in which an insulating material such as the above is formed to fill this groove, and further planarize the main surface of the semiconductor substrate to isolate the element.
[0005]
On the other hand, a short channel effect is known in which the threshold voltage decreases as the channel length (gate electrode length) of the MOSFET decreases. In this short channel effect, the threshold voltage greatly depends on the processing dimension of the gate electrode. Therefore, if the processing dimension is small, it is impossible to obtain an element having the intended characteristics even with a slight processing shift. This is extremely inconvenient for manufacturing a semiconductor circuit that requires a large number of uniform elements, for example, a dynamic random access memory (DRAM).
[0006]
Such a short channel effect is caused by the fact that the distortion of the electric field at the source and drain electrode portions of the MOSFET affects the channel portion as the channel length decreases. In order to suppress this effect, it is known that the impurity concentration in the channel portion may be increased. However, if the impurity concentration in the channel portion is increased, the electric capacity between the substrate, the source and the drain electrode increases, and Impedes high-speed operation. In order to solve such a problem, a technique (Silicon On Insulator, SOI) for forming a semiconductor element on a thin silicon layer formed on an insulating film has been developed.
[0007]
The short channel effect can also be avoided by bringing the junction position of the Pn-junction forming the source and drain closer to the semiconductor surface (that is, making the Pn-junction shallow). However, if the Pn− junction is made shallower, the resistance of the source and drain electrodes formed thereby increases, which impedes high-speed transmission of signals transmitted through the device. Furthermore, if the junction is shallow, if a contact for obtaining electrical contact is provided at this portion, the metallic material constituting the contact may diffuse downward and penetrate the junction, possibly inducing junction leakage. .
In order to deal with such problems, a semiconductor material is selectively formed on the surface portion of the semiconductor substrate where the source and drain electrodes are to be formed, and the surface of this region is the original semiconductor surface (surface on which the channel is formed). By moving further upward and forming the Pn-junction of the source and drain through this additional formed surface, the position of the junction is shallow with respect to the original semiconductor surface (surface on which the channel is formed), however, Thus, a method (Elevated source drain method) of ensuring the thickness of the electrode portion (diffusion layer thickness) for forming the source and drain has been used. .
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described element isolation by STI and the elevated source drain structure have the following problems.
First, in an STI structure element, a silicon oxide film formed by CVD or the like is used for embedding a shallow trench. However, since its density is lower than that of the thermal oxide film used in LOCOS, this CVD insulating film is liable to undergo a volume change in the subsequent thermal process, and as a result, a large stress is concentrated on a part of the shallow trench, particularly on the bottom corner. To do. Due to the large stress remaining at the bottom corners, dislocations frequently occur, and when this crosses the pn junction formed in the vicinity thereof, there arises a problem that severe junction leakage occurs. When current leaks through the pn junction, the operation of the element is impaired, and in a storage element such as a DRAM, written information is lost, and the original function of the semiconductor device is lost.
[0009]
Next, in an Elevated Source Drain structure device, an epitaxial growth technique is used, but this method is very sensitive to a surface state where selective growth is performed. For example, a crystal defect with a disordered crystal structure remains in the source and drain regions due to a natural oxide film on the substrate surface immediately before growth or damage introduced during processing of the gate electrode. Such disorder of the crystal structure becomes a nucleus of dislocation generation, and there arises a problem that severe junction leakage occurs when the generated dislocation crosses the pn junction constituting the source and drain. When current leaks through the junction, the operation of the element is impaired, and in a storage element such as a DRAM, written information is lost, and the original function of the semiconductor device is lost.
[0010]
The present invention eliminates the disadvantages of the prior art as described above, suppresses the occurrence of dislocations from the shallow trench corner and the interface between the additionally formed silicon layer and the substrate, and improves the yield of the semiconductor device manufacturing process. An object of the present invention is to provide a semiconductor device with a reduced manufacturing cost and a manufacturing method thereof.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention selectively introduces oxygen atoms or nitrogen atoms only in the vicinity of sites where dislocations are likely to occur, such as the STI corner portion or the interface between the formed silicon layer and the substrate. Provided are a semiconductor device that suppresses generation and propagation thereof, and a manufacturing method thereof.
[0012]
That is, the present invention provides a semiconductor region, a shallow trench corner, a channel region present in the semiconductor region, a source and drain region present in the semiconductor region, and the source and drain regions in the semiconductor region. A pn junction surface to be formed, and a dislocation propagation blocking region present in the source or drain region between the shallow trench corner and the pn junction surface and containing oxygen or nitrogen at a higher concentration than the channel region. A semiconductor device is provided.
[0014]
In addition, the present invention provides that the shallow region of the source or drain region is implanted immediately after the shallow trench is formed by implanting oxygen or nitrogen atoms so as to have a specific depression angle with respect to the substrate perpendicular to the channel width direction of the element region. Provided is a method for manufacturing a semiconductor device, wherein oxygen atoms or nitrogen atoms are selectively introduced only into trench corners.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is described in detail below.
According to the present invention, since oxygen atoms or nitrogen atoms are present in the vicinity of the dislocation generation region, oxygen or nitrogen atoms are actively incorporated into the dislocation nuclei and change the structure of the dislocation nuclei, thereby inhibiting dislocation movement. Therefore, by introducing oxygen or nitrogen atoms selectively only in the vicinity of sites where dislocations are likely to occur, such as STI corners and the interface between the formed silicon layer and the substrate, the generated dislocations do not move over a long distance. Stay in the vicinity where it occurred. Therefore, even if dislocation occurs, this does not cross the pn junction portion, so that the electrical characteristics of the device are not affected. In particular, since oxygen diffuses quickly in silicon, dislocation immobilization can be effectively achieved even in a low temperature thermal process.
[0017]
In addition, according to the present invention, oxygen atoms are selectively introduced while avoiding the pn junction portion, so that precipitates derived from oxygen atoms are not formed on the junction surface. For this reason, there is no electrical influence on the bonding of oxygen atoms. Therefore, even if there is a site where dislocations are likely to occur, it is possible to avoid the influence on the electrical characteristics of the element due to the transition without high-temperature heat treatment, improving the yield of the semiconductor device manufacturing process and reducing the manufacturing cost. A method for manufacturing a semiconductor device is achieved.
[0018]
Next, a process for manufacturing the STI-isolated trench type DRAM formed on the SOI wafer according to the present invention with high yield will be described.
First, as shown in FIG. 1, an n-type silicon semiconductor lower substrate 1100, a silicon oxide film layer 1102 formed on the n-type silicon semiconductor lower substrate, and an upper silicon layer 1101 formed on the silicon oxide film layer 1102 A substrate on which is formed is prepared. A pad silicon nitride film layer 1103 is formed on the substrate, and a trench 1201 is formed from the pad silicon nitride film layer 1103 and the upper silicon layer 1101 through the silicon oxide film layer 1102 to the lower silicon substrate 1100.
[0019]
The trench 1201 is formed by an RIE process, and forms a capacitor insulating film 1202 formed on the inner wall of the n-type silicon semiconductor lower substrate 1100 and a node filling the inside of the trench 1201 up to the surface of the upper silicon layer 1101 by a CVD process and a CMP process. An n-type polysilicon 1203 is formed to form a deep trench for deepening electric charges, Deep Trench (DT).
[0020]
Further, the oxygen concentration of the upper silicon layer 1101 is 10 by heat treatment during the wafer manufacturing process.16cm-3It has fallen to the extent. The n-type polysilicon layer 1203, the insulating film 1202, and the n-type silicon semiconductor lower substrate 1100 constitute a DRAM charge storage capacitor.
[0021]
Next, as shown in FIG. 2, in order to achieve STI, an element region 1301 in which an access MOSFET is to be formed on the semiconductor main surface by an effective method among known techniques such as a Lithography process and an RIE process. Then, shallow trenches 1311, 1312 are formed surrounding the trench.
[0022]
Next, as shown in FIG. 3, ion implantation of oxygen atoms adjusted to have a specific depression angle with respect to the substrate perpendicular to the channel width direction (perpendicular to the paper surface) of the element region 1301 is performed. At this time, it is desirable to perform ion implantation from two directions a and b so that oxygen atoms are similarly implanted into the source 1302 and drain 1303 regions of the access MOSFET. In some cases, oxygen atoms may be implanted only into the drain 1303 region (side connected to the node polysilicon 1203, direction b).
At this time, the oxygen atom concentration is 1 × 10 at shallow trench corners 1321 and 1322.17cm-3-1 x 1018cm-3  It is desirable that the range is adjusted. In general, since the channel directions of the respective cells of the DRAM are parallel to each other, such oblique ion implantation can effectively introduce oxygen atoms only into the shallow trench corners 1321 and 1322 of the source 1302 and drain 1303 regions. .
[0023]
Further, since the upper surface of the element region 1301 is protected by the pad silicon nitride film layer 1103, oxygen atoms are not introduced into the channel region 1304. Therefore, by avoiding the high-temperature heat treatment, the influence of oxygen atoms does not reach the channel portion and is limited to the shallow trench corner portions 1321 and 1322 in the source 1302 and drain 1303 regions. Such a process can be performed without adding any new process such as a Lithography process other than ion implantation.
[0024]
Next, as shown in FIG. 4, the shallow trenches 1311 and 1312 are filled with an insulating material 1311.1332 such as a silicon oxide film by an effective method among known techniques such as a CVD method and a CMP method. The gate insulating film 1305 is planarized by using the pad silicon nitride film layer 1103 and the like, and the gate insulating film 1305 is formed by an effective method among known techniques such as thermal oxidation or CVD. Thereafter, the gate electrode 1306 is further effective from known techniques such as CVD and RIE, and the source electrode 1307 and drain electrode are further effective from known techniques such as ion implantation and RTA. 1308 is configured. The drain electrode and the n-type polysilicon layer 1203 are electrically connected to achieve a buried strap structure.
[0025]
Subsequently, after depositing a low dielectric constant insulating film as an interlayer film by, for example, a CVD method, a contact hole to the source electrode is formed by, for example, RIE technology, and a wiring material substance such as Al is further deposited. Then, a wiring is formed in a necessary shape using an RIE method or the like, and further, a trench type SOI-DRAM semiconductor device separated by STI is completed through a wiring process, a mounting process, and the like using a known technique.
[0026]
Although the above embodiment has been described by taking an SOI substrate as an example, it goes without saying that it can be applied to HAI substrates and Epi substrates. Instead of oxygen atoms, nitrogen atoms may be introduced. The same method can be applied when the element isolation is LOCOS.
[0027]
Next, a process of manufacturing a salicide COMS type Elevated source drain MOSFET structure having a local wiring between the source and drain electrodes of the present invention with high yield will be described.
[0028]
First, as shown in FIG. 5, a silicon semiconductor substrate 100, a region (p-well) 101 into which a p-type impurity is introduced, a region (n) into which an n-type impurity is introduced (n -well) 102, shallow trenches 111, 112, 113 formed on the surface thereof, and an insulating material such as a silicon oxide film 1200 that fills the substrate surface, and a gate insulating film 211 formed on the surface thereof. , 212 are prepared.
[0029]
The semiconductor substrate provided with this element isolation region is known in the Lithography process, RIE process, insulating film deposition by CVD (chemical vapor deposition) method, planarization by CMP (chemical mechanical polishing) method, ion implantation technique, etc. It can be achieved by an effective method of technology. In addition, these gate insulating films use an effective method of a known technique such as thermal nitridation or a JVD (Jet Vapor Deposition) method by forming a 50 angstrom thin silicon nitride film 1201 on the surface of the silicon substrate 100. Then, the portions other than those corresponding to 211, 212, 111, 112, and 113 are covered with a mask material using a Lithography method, for example, a thin silicon oxide film of 100 angstroms, and the exposed portions are heated with, for example, heated phosphoric acid. (HThree POFour It can be achieved by exposing to a solution and selectively removing it, and further removing the thin oxide film as a mask material by exposing it to an HF solution. At this time, the end of the gate insulating film may be in a region corresponding to the gap between the gate electrode and the source and drain electrodes to be additionally formed thereafter. This is because the insulating film protruding from the gate electrode can be easily removed after forming the gate electrode and the source and drain additional electrodes. Therefore, the alignment accuracy of the lithography process necessary for forming the gate insulating film in advance is about the width of the source-drain and extension portions, and can be easily realized. Since the surface of the silicon substrate 100 forms a defect-free layer (DZ layer), the oxygen concentration is extremely low (1016cm-3degree).
[0030]
Next, as shown in FIG. 6, a gate electrode constituent material 300 formed on one surface of the substrate, a region 301 into which an n-type impurity is introduced, and a region 302 into which a p-type impurity is introduced are included. Form. These gate electrode constituent materials 300 are formed on the surface of the silicon substrate 100 on the substrate, for example, by using an effective method of a known technique such as a CVD method. 2000 angstroms, and then a mask material such as a photo-resist is formed by the Lithography method, and n-type impurities and p-type impurities are selectively ion-implanted into the regions 301 and 302, respectively. it can. The energy for ion implantation is adjusted so that impurities are introduced into the polysilicon layer almost uniformly. Since the CVD method is used, the selectivity required for the epitaxial growth technique is not necessary. At this time, the amount of oxygen mixed in the polysilicon layer is minimized (1016cm-3  (Following) For this reason, it becomes easy to form a uniform and uniform silicon layer, and there is no variation in the film thickness of the additional source and drain formation portions found in the epitaxial growth technique. As a result, when the junction for forming the source and drain is introduced from the additionally formed silicon surface to form the junction, the junction can be accurately formed at the target position.
[0031]
Next, as shown in FIG. 7, oxygen atoms are further introduced into the polysilicon upper layer portion 1000 using, for example, an ion implantation method. Alternatively, a polysilicon layer containing a large amount of oxygen may be further deposited. The introduction depth of the oxygen atoms is adjusted so that, after that, the heat treatment reaches the interface between the additional silicon layer and the substrate silicon, but the precipitation of oxygen atoms does not occur at the pn junction where p / n impurities are formed on the substrate. Since diffusion of oxygen atoms is faster than that of B and P, it is desirable to introduce oxygen only into the upper portion. As a result, oxygen atoms are introduced into the interface that can become the nucleus of the transition, and the occurrence and propagation of the transition are suppressed, and the pn junction is not affected by oxygen precipitation or the like. Such a process can be carried out without adding any new process such as a Lithography process other than ion implantation or CVD process.
[0032]
Next, as shown in FIG. 8, through the RIE process, gate electrodes 311 and 312 formed on the p-well, 101, n-well, and 102, and additionally formed on the source and drain regions, respectively. Silicon layers 411, 412 and 413 are formed. Since the gate layers 311, 312 and the silicon layers 411, 412 and 413 additionally formed on the source and drain regions can be formed at a time, the Elevated Source / Drain structure can be achieved. For this reason, it should be noted that the manufacturing cost can be reduced. At this time, the end of the gate insulating film may be in a region corresponding to the gaps 511, 512, 513, 514 between the gate electrodes 311, 312 and the additionally formed silicon layers 411, 412, 413. The additionally formed silicon layers 411, 412, and 413 extend to the element isolation regions 111, 112, and 113, and reduce the capacitance of the source and drain electrodes and the semiconductor substrate. Further, the additionally formed silicon layer 412 connects the p-well, 101, n-well, and 102 regions. As a result, not only the additional formation of the source and drain electrodes, but also a local inter-element wiring process can be simultaneously formed by this silicon layer. Therefore, a new local element wiring process is not required, and the manufacturing cost can be reduced.
[0033]
Thereafter, the substrate is heat-treated to diffuse impurities introduced into the silicon layers 411, 412, and 413 from the portion where the silicon layers 411, 412, 413 and the semiconductor substrate 100 are in contact with each other. Simultaneously with the formation of 611, 612, 613, and 614, the conductive impurities in the gate electrodes 311 and 312 and the silicon layers 411, 412, and 413 are activated. At this time, the diffusion process is adjusted so that oxygen atoms reach the additional silicon layer-substrate silicon interface but do not reach the pn junction surface. Oxygen atoms are introduced into the interface that can be the nucleus of the transition, suppressing the generation and propagation of the transition, and without affecting the pn junction. The oxygen concentration at this time is 1 × 10 at the additional silicon layer-substrate silicon interface.17cm-1 × 1018cm-3If it is in the range, it is preferable.
[0034]
Next, as shown in FIG. 9, the gate insulating film remaining in the gaps 511, 512, 513, 514 is removed by, for example, a heated phosphoric acid (H 3 PO 4) solution, and further added to the gate electrode 311.312. N-type and p-type impurities are ion-implanted into the gaps 511, 512, and 513, 514, respectively, using the formed silicon layers 411, 412, 413 and the photo-resist formed by the lithography process as a mask. Further, for example, by subjecting this to a rapid raising / lowering heat treatment, the impurities are activated and source-drain extension portions 711, 712, 713, 714 are formed. Needless to say, the formation of the shallow source-drain extension can be achieved by an effective method of a known technique such as plasma immersion doping, gas impulse laser dopong, etc. in addition to the ion implantation technique.
[0035]
Next, as shown in FIG. 10, for example, a silicon oxide film is deposited by 2000 A by CVD, and then planarized by CMP to form gaps 511, 512, 513, and 514 with a low dielectric constant insulating film. Fill with 811,812,813,814. At this time, the heights of the electrodes of the gate electrodes 311 and 312 and the additionally formed silicon layers 411, 412 and 413 are uniform. Therefore, it is very easy to flatten the surface. Subsequently, a metal that selectively reacts with silicon, such as Co, is deposited on the entire surface by sputtering, and then subjected to a heat treatment, for example, a rapid thermal treatment (RTA) at 500 ° C. in a nitrogen atmosphere. By applying, silicidation is selectively advanced on the contact surfaces with silicon, that is, the gate electrodes 311 and 312 and the additionally formed silicon layers 411, 412 and 413, and the unreacted metal is converted into a solution such as HNO3. The silicide layers 901, 902, 903, 904, and 905 are formed on the gate, source, and drain in a self-aligned manner by processing and removing with the above. In this way, a salicide structure can be realized.
[0036]
Since the additionally formed source and drain electrodes are silicided, metal atoms diffuse in the source and drain and do not easily reach the junction. Therefore, junction leakage can be prevented. The additionally formed silicon layer 412 and silicide layer 903 form local inter-element wiring.
[0037]
Next, after depositing a low dielectric constant insulating film as an interlayer film by CVD or the like, contact holes to the source and drain electrodes are formed by, for example, RIE technology, and further, a wiring material substance such as Al is deposited and processed Further, a salicide CMOS type Elevated source drain MOSFET structure having STI isolation and local wiring is completed through a wiring process, a mounting process, and the like using a known technique.
[0038]
Although the introduction of oxygen atoms has been used as an example, the same effect can be obtained with nitrogen atoms as well. The same method can be applied when the element isolation is LOCOS. The nitrogen concentration at this time is 1 × 1015cm-3-1 x 1016cm-3If it is in the range, it is preferable.
[0039]
【The invention's effect】
According to the present invention, even if there is a site where a transition is likely to occur in the semiconductor element structure, a high-concentration oxygen region or a nitrogen region is formed between this portion and the pn junction surface and blocking this portion. This suppresses the propagation and propagation of dislocations and prevents the dislocations from crossing the pn junction. The oxygen concentration and nitrogen concentration at this time are 1 × 10 respectively.17cm-3-1 x 1018cm-3And 1 × 1015cm-3-1 x 1016cm-3If it is in the range, it is preferable. This achieves a semiconductor device manufacturing method that improves the yield of the semiconductor device manufacturing process and reduces the manufacturing cost.
[0040]
In particular, by selectively introducing oxygen atoms or nitrogen atoms into the shallow trench corners, even if stress remains in these areas, the oxygen or nitrogen atoms are actively incorporated into the transition nuclei and change the structure of the transition nuclei. To inhibit the movement of metastases. Thus, the generated transition remains in the vicinity of the generated distance without moving over a long distance. Even if the transition occurs, this does not cross the pn junction portion, so that the electrical characteristics are not affected.
[0041]
Further, since oxygen or nitrogen atoms are selectively introduced while avoiding the pn junction part, precipitates derived from oxygen atoms are not formed on the junction surface. For this reason, there is no electrical influence on the bonding of oxygen or nitrogen atoms.
[0042]
In addition, immediately after the shallow trench is formed, oxygen or nitrogen atoms can be effectively implanted by ion implantation of oxygen or nitrogen atoms adjusted to have a specific depression angle perpendicular to the channel width direction of the device region. In addition, oxygen atoms can be introduced only into the shallow trench corners of the source and drain regions. Further, since the upper surface of the element region is protected by the pad layer, oxygen or nitrogen atoms are not introduced into the channel region. Therefore, it can be performed without adding any new process such as a Lithography process other than ion implantation.
[0043]
An insulating film to be a gate insulating film is formed in advance in a region where a gate electrode is to be formed, and then a silicon layer is additionally formed over the entire surface, and oxygen or nitrogen atoms are introduced into the upper portion of the silicon layer. Then, the depth of introduction reaches the interface between the additional silicon layer and the substrate silicon in the subsequent thermal process, but precipitation of oxygen atoms or nitrogen atoms does not occur at the pn junction surface where p / n impurities form on the substrate. Adjust.
[0044]
As a result, oxygen or nitrogen atoms are introduced into the interface that can become the nucleus of the transition, and the occurrence and propagation of the transition are suppressed, and the pn junction is not affected. Therefore, the yield of the semiconductor device manufacturing process is improved and the manufacturing cost is reduced.
[0045]
Such a process can be carried out without adding any new process such as a Lithography process other than ion implantation or CVD process.
In addition, since a silicon layer to be additionally formed on the gate electrode and the source and drain regions can be formed at once by RIE (Reactive Ion Etching), a new process such as selective growth by an epitaxial growth technique is not required. Elevated Source / Drain structure can be achieved. For this reason, manufacturing cost can be reduced.
[0046]
In addition, according to the present invention, it is easy to form a uniform and uniform silicon layer, and there is no variation in the film thickness of the additional source and drain forming portions found in the epitaxial growth technique. As a result, when the junction for forming the source and drain is introduced from the additionally formed silicon surface to form the junction, the junction can be accurately formed at the target position.
[0047]
The additionally formed source and drain electrodes can be arbitrarily installed on the element isolation insulating film. For this reason, the formed source and drain electrodes on the semiconductor substrate are limited to a minimum area, and most of the source and drain electrodes are mounted on the element isolation insulating curtain, thereby reducing the capacitance of the source and drain electrodes and the semiconductor substrate. Is possible. For this reason, the device can be operated at high speed. This additional silicon layer does not necessarily correspond to one element, and may connect source and drain regions of a plurality of elements. Thereby, not only the additional formation of the source and drain electrodes, but also the local inter-element wiring can be formed simultaneously by this silicon layer. Therefore, a new local inter-element wiring process is not necessary, and the manufacturing cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a process of manufacturing an STI-isolated trench type DRAM formed on an SOI wafer at a high yield.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a process of manufacturing an STI-isolated trench type DRAM formed on an SOI wafer at a high yield.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a process of manufacturing an STI-isolated trench type DRAM formed on an SOI wafer at a high yield.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a process of manufacturing an STI-isolated trench type DRAM formed on an SOI wafer at a high yield.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a process for manufacturing a salicide CMOS type Elevated source drain MOSFET structure having a local wiring between source and drain electrodes at a high yield.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a process for manufacturing a salicide CMOS type Elevated source drain MOSFET structure having a local wiring between source and drain electrodes at a high yield.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a process for manufacturing a salicide CMOS type Elevated source drain MOSFET structure having a local wiring between source and drain electrodes at a high yield.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a process for manufacturing a salicide CMOS type Elevated source drain MOSFET structure having a local wiring between source and drain electrodes at a high yield.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a process for manufacturing a salicide CMOS type Elevated source drain MOSFET structure having a local wiring between source and drain electrodes at a high yield.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a process for manufacturing a salicide CMOS type Elevated source drain MOSFET structure having a local wiring between source and drain electrodes at a high yield.
[Explanation of symbols]
100 Semiconductor substrate
101 p-well region
102 n-well region
111, 112, 113 shallow trench isolation
200 element isolation insulating oxide film
201, 211, 212 Gate insulating nitride film
300 Polysilicon
301 n-type polysilicon region
302 p-type polysilicon region
311 n-type polysilicon gate electrode
312 p-type polysilicon gate electrode
411, 412, 413, polysilicon additional source drain electrode
511, 512, 513, 514 Interval formed between the gate electrode and the additional source / drain electrodes
611, 612, 613, 614 Source and drain diffusion layers
711, 712, 713, 714 Extended source and drain regions
811, 812, 813, 814 Interlayer insulating film
901, 902, 903, 904, 905 Silicide region
1000 High-concentration oxygen-containing region
1100 SOI wafer n-type silicon lower semiconductor substrate
1101 SOI wafer upper silicon layer
1102 SOI wafer insulating silicon oxide film layer
1103 Pad silicon nitride film
1201 Deep Trench for DRAM charge storage
1202 Node insulating film
1203 node n-type polysilicon electrode
1301 Element region for access transistor
1302 Access transistor source region
1303 Access transistor drain region
1304 Channel region for access transistor
1305 Gate insulating film for access transistor
1306 Gate electrode for access transistor
1307 Source electrode for access transistor
1308 Drain electrode for access transistor
1311, 1312 shallow trench for element isolation
1321 Source region into which oxygen atoms are introduced shallow trench corner
1322 Drain region into which oxygen atoms are introduced shallow trench corner
1331, 1332 CVD silicon oxide film

Claims (3)

半導体領域と、
シャロートレンチ角部と、
前記半導体領域中に存在するチャネル領域と、
前記半導体領域中に存在するソースおよびドレイン領域と、
前記半導体領域中に前記ソースおよびドレイン領域を形成するpn接合面と、
前記シャロートレンチ角部と前記pn接合面との間の前記ソース或いはドレイン領域に存在し、前記チャネル領域よりも高濃度の酸素或いは窒素を含有する転位伝播阻止領域とを具備することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor region;
Shallow trench corners,
A channel region present in the semiconductor region;
Source and drain regions present in the semiconductor region ;
A pn junction surface forming the source and drain regions in the semiconductor region ;
A dislocation propagation blocking region which is present in the source or drain region between the shallow trench corner and the pn junction surface and contains oxygen or nitrogen at a higher concentration than the channel region. Semiconductor device.
前記転位伝播阻止領域は、酸素濃度が1×10  The dislocation propagation blocking region has an oxygen concentration of 1 × 10 1717 cmcm −3-3 −1×10-1 x 10 1818 cmcm −3-3 の範囲、あるいは窒素濃度が1×10Range or nitrogen concentration is 1 × 10 1515 cmcm −3-3 −1×10-1 x 10 1616 cmcm −3-3 の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein 請求項1又は2に記載の半導体装置を製造する方法において、前記シャロートレンチ形成後、素子領域のチャネル幅方向と垂直で基板に対して特定の俯角を持つように、酸素或いは窒素原子の注入を行うことにより、ソース或いはドレイン領域の前記シャロートレンチ角部のみに選択的に酸素原子或いは窒素原子を導入することを特徴とする半導体装置の製造方法。 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein after forming the shallow trench, oxygen or nitrogen atoms are implanted so as to have a specific depression angle with respect to the substrate perpendicular to the channel width direction of the element region. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein oxygen atoms or nitrogen atoms are selectively introduced only into the corners of the shallow trench in the source or drain region.
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