JP4167381B2 - 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、半導体装置の製造方法に関し、特に、高集積化を可能とする高速で且つ低消費電力のMOS型の半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路の超高集積化に伴って、MOS型半導体装置、とりわけMOS型トランジスタを微細化することが強く要望されている。MOS型トランジスタの微細化には半導体基板に形成する拡散層の接合深さを浅くする、いわゆる浅接合を持つトランジスタの製造方法が必須となる。
【0003】
以下、従来のMOS型トランジスタの製造方法を図面に基づいて説明する。
【0004】
図8(a)〜図8(e)は従来のMOS型トランジスタの製造方法の工程順の断面構成を示している。
【0005】
まず、図8(a)に示すように、P型シリコンからなる半導体基板101上に、ゲート酸化膜102を介してポリシリコンからなるゲート電極103を選択的に形成する。
【0006】
次に、図8(b)に示すように、半導体基板101の上部に対してゲート電極103をマスクとしてN型の第1の不純物イオンを注入することにより、浅いN型のエクステンション拡散層101aを形成する。
【0007】
次に、図8(c)に示すように、半導体基板101上の全面に、温度が700℃前後の比較的低温でシリコン窒化膜又はシリコン酸化膜を堆積し、続いて、堆積したシリコン窒化膜に対して異方性のエッチバックを行なって、ゲート電極103の側面上にサイドウォール104を形成する。
【0008】
次に、図8(d)に示すように、半導体基板101の上部に対してゲート電極103及びサイドウォール104をマスクとしてN型の第2の不純物イオンをエクステンション拡散層101aよりも深くなるように注入することにより、高濃度ソースドレイン拡散層101bを形成する。その後、温度が900℃〜1000℃程度で加熱時間が10秒程度の熱処理である、いわゆる急速熱処理(RTA)を行なって、エクステンション拡散層101a及びソースドレイン拡散層101bにおける不純物イオンをそれぞれ活性化する。
【0009】
次に、図8(e)に示すように、スパッタリング法により、半導体基板101上の全面に膜厚が約10nmのコバルト又はチタンからなる金属膜及び膜厚が約20nmのチタン窒化膜を順次堆積し、続いて、温度が550℃程度で加熱時間が10秒間程度の熱処理を行ない、さらに、チタン窒化膜と未反応の金属膜を硫酸と過酸化水素と水との混合液で選択的にエッチングして除去する。次に、温度が約800℃で加熱時間が10秒間程度の熱処理を行なって、金属膜における半導体基板101及びゲート電極103との接合面に、膜厚が30nm程度の金属シリサイド105を自己整合的に形成する。
【0010】
従来のMOS型トランジスタは、このようにして第1の不純物イオン及び第2の不純物イオンの注入エネルギーを低エネルギー化することによりエクステンション拡散層101a及びソースドレイン拡散層101bの各接合深さを浅くしようとしている。このとき、ソースドレイン拡散層101bの寄生抵抗値を小さくするために、N型の第1及び第2の不純物イオンの注入ドーズ量を増やす傾向にある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のMOS型トランジスタの製造方法は、イオン注入を高ドーズ化し且つ低エネルギー化すると、サイドウォール形成時の低温熱処理によって不純物イオンの過渡増速拡散が起こり、設計通りの接合深さを得ることができないという問題がある。ここで、過度増速拡散とは、結晶格子中の格子間に過剰に存在する点欠陥と注入された不純物イオンとが相互作用によって拡散し、不純物イオンがその熱平衡状態の拡散係数以上に拡散してしまう現象のことをいう。
【0012】
この過度増速拡散により、各拡散層101a、101bの基板主面方向と深さ方向とのそれぞれの断面における不純物濃度分布が、不純物濃度の基板表面からの深さに対する傾きが一定値ではなく、不純物濃度が低濃度になるに連れて小さくなり、すそ広がりの形状を有していることにより、各拡散層101a、101bの抵抗値が高くなる。
【0013】
また、トランジスタの実際の動作に寄与しない不純物イオンの不活性領域が形成されるため、不純物イオンにおける注入濃度と拡散後の活性化濃度との比率(活性化率)が小さくなるという問題をも有している。活性化率が十分に大きくなっていないと、ソースドレイン拡散層101bの寄生抵抗が高くなってしまう。また、不純物イオンの活性化率が小さいと、これを補うために注入ドーズ量を多くする必要がでてくることは、前述した通りである。
【0014】
ところで、サイドウォール104の形成時の低温熱処理を回避する方法の1つとして、N型の第2の不純物を注入した後にサイドウォール104を除去し、N型のエクステンション用の第1の不純物を注入するという方法がある。しかしながら、この方法では、金属シリサイド105の形成時に、再びサイドウォールを形成する必要が生じ、このサイドウォール形成時の低温熱処理が加わって、結局過度増速拡散が生じることになる。
【0015】
このように、不純物イオンの過渡増速拡散を抑制しない限り、今以上の浅い接合深さを得ることはできない。例えば、0.1μmのCMOSプロセスにおいては、エクステンション拡散層101aの接合深さとして20nm〜30nmの値が要求される。ところが、サイドウォール形成時の低温熱処理によって生じる過渡増速拡散により、不純物イオンが数十nmも移動することが予測される。このことは、半導体装置の微細化を進めると、不純物イオンをいくら低エネルギー化しても、後工程の熱処理によって接合の界面が目標値よりも深くなってしまうことを意味している。
【0016】
本発明は、前記従来の問題を解決し、過度増速拡散を抑制することにより浅い接合深さを持つ半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体装置の製造方法を、ゲート電極のサイドウォールを除去した後、半導体基板におけるゲート電極の側面の下側に位置するエクステンション領域及びその下側のポケット領域に、チャネル領域と同一導電型の不純物を注入保護膜を通して注入することにより、エクステンション領域を積極的にアモルファス化する構成とする。
【0018】
具体的に、本発明に係る第1の半導体装置の製造方法は、半導体基板の上部に対して第1導電型の第1の不純物を注入することにより、チャネル領域となる第1導電型の拡散層を形成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、半導体基板の上に全面にわたって絶縁膜からなる注入保護膜を形成する工程と、ゲート電極の側面に注入保護膜を介してサイドウォールを形成する工程と、ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして半導体基板に対して第2導電型の第2の不純物を注入保護膜を通して注入することにより、第2導電型の第1の高濃度拡散層を形成する工程と、サイドウォールを除去した後、ゲート電極をマスクとして半導体基板におけるゲート電極の側面の下側に位置するエクステンション領域に、第1導電型の第3の不純物を注入保護膜を通して注入することにより、エクステンション領域をアモルファス化する工程と、ゲート電極をマスクとして半導体基板に対して第2導電型の第4の不純物を注入保護膜を通して注入し熱処理を行なうことにより、エクステンション領域に第1の高濃度拡散層よりも浅い接合深さを持つ第2導電型の第2の高濃度拡散層を形成する工程とを備えている。
【0019】
第1の半導体装置の製造方法によると、ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして半導体基板に対して不純物を注入保護膜を通して注入することにより、ソースドレイン領域となる第1の高濃度拡散層を形成しておき、サイドウォールを除去した後、半導体基板におけるゲート電極の側面の下側に位置するエクステンション領域にチャネル領域と同一導電型の不純物を注入保護膜を通して注入することにより、エクステンション領域をアモルファス化する。その後、ゲート電極をマスクとして半導体基板に対してソースドレイン領域と同一導電型の不純物を注入保護膜を通して注入し熱処理を行なうことにより、エクステンション領域に第1の高濃度拡散層よりも浅い接合深さを持つ第2の高濃度拡散層を形成する。これにより、エクステンション領域がプリアモルファス化されるため、過度増速拡散の原因となる過剰点欠陥が減少する。その上、サイドウォールを形成して除去した後に第2の高濃度拡散層を形成するため、該第2の高濃度拡散層がサイドウォール形成時の低温熱処理にさらされることがなくなるので、第2の高濃度拡散層を浅い接合にすることができる。さらに、ソースドレイン領域となる第1の高濃度拡散層の不純物注入を注入保護膜を通して行なうため、第1の高濃度拡散層をも浅い接合とすることができる。
【0020】
第1の半導体装置の製造方法において、第1の高濃度拡散層を形成する工程が、第2の不純物の注入を行なった半導体基板に対して熱処理を行なう工程を含むことが好ましい。このようにすると、増速拡散の原因となる過剰点欠陥を減少させることができるため、第1の高濃度拡散層の接合深さを浅くすることができる。加えて、後工程のエクステンション拡散層形成時に、過剰点欠陥がエクステンション領域に回り込むことを防ぐことができるので、エクステンション領域である浅い第2の高濃度拡散層の接合深さを確実に浅くすることができる。
【0021】
なお、本明細書において、プリアモルファス化とは、エクステンション領域である第2の高濃度拡散層を形成するよりも前に、エクステンション領域をアモルファス化することをいう。
【0022】
第1の半導体装置の製造方法は、半導体基板が少なくともその上部がシリコンからなり、第2の高濃度拡散層を形成する工程の後に、ゲート電極の側面に絶縁膜からなるサイドウォールを形成する工程と、注入保護膜における半導体基板の上に露出する部分を除去した後、半導体基板の上にゲート電極を含む全面にわたって金属膜を堆積し、堆積した金属膜とゲート電極及び半導体基板との接合面を互いに反応させることにより、ゲート電極及び第2の高濃度拡散層の上部にシリサイド膜を自己整合的に形成する工程とをさらに備えていることが好ましい。このようにすると、エクステンション領域及び注入条件によっては該エクステンション領域の下側のポケット領域までがアモルファス化されているため、シリサイド膜形成用の新たなサイドウォールを形成したとしても各高濃度拡散層の過度増速拡散を抑制できる。
【0023】
第1の半導体装置の製造方法において、第3の不純物が質量数が相対的に大きいイオンからなることが好ましい。このようにすると、エクステンション領域のプリアモルファス化を確実に行なうことができる。
【0024】
本発明に係る第2の半導体装置の製造方法は、少なくとも上部がシリコンからなる半導体基板における上部に対して第1導電型の第1の不純物を注入することにより、チャネル領域となる第1導電型の拡散層を形成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、半導体基板の上にゲート電極を含む全面にわたって絶縁膜からなる注入保護膜を形成する工程と、ゲート電極の側面に注入保護膜を介して絶縁膜からなるサイドウォールを形成する工程と、ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして半導体基板に対して第2導電型の第2の不純物を注入保護膜を通して注入することにより、第2導電型の第1の高濃度拡散層を形成する工程と、注入保護膜における半導体基板の上に露出する部分を除去した後、半導体基板の上にゲート電極を含む全面にわたって金属膜を堆積し、堆積した金属膜とゲート電極及び半導体基板との接合面を互いに反応させることにより、ゲート電極及び第1の高濃度拡散層の上部にシリサイド膜を自己整合的に形成する工程と、サイドウォールを除去した後、ゲート電極及びシリサイド膜をマスクとして半導体基板におけるゲート電極の側面の下側に位置するエクステンション領域に、第1導電型の第3の不純物を注入保護膜を通して注入することにより、エクステンション領域を選択的にアモルファス化する工程と、ゲート電極をマスクとして半導体基板に対して第2導電型の第4の不純物を注入保護膜を通して注入し熱処理を行なうことにより、エクステンション領域に第1の高濃度拡散層よりも浅い接合深さを持つ第2導電型の第2の高濃度拡散層を形成する工程とを備えている。
【0025】
第2の半導体装置の製造方法によると、ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして半導体基板に対して不純物を注入保護膜を通して注入することにより、ソースドレイン領域となる第1の高濃度拡散層を形成する。続いて、注入保護膜における半導体基板の上に露出する部分を除去した後、半導体基板の上にゲート電極を含む全面に金属膜を堆積し、堆積した金属膜とゲート電極及び半導体基板との接合面を互いに反応させて、ゲート電極及び第1の高濃度拡散層の上部にシリサイド膜を自己整合的に形成する。その後、サイドウォールを除去し、半導体基板におけるゲート電極の側面の下側に位置するエクステンション領域を選択的にアモルファス化しておき、続いて、ゲート電極をマスクとして半導体基板に対して不純物を注入保護膜を通して注入し熱処理を行なうことにより、エクステンション領域に第2の高濃度拡散層を形成する。このように、エクステンション領域がプリアモルファス化されるため、過度増速拡散の原因となる過剰点欠陥が減少する。その上、サイドウォールを形成して除去した後に第2の高濃度拡散層を形成するため、該第2の高濃度拡散層がサイドウォール形成時の低温熱処理にさらされることがなくなるので、第2の高濃度拡散層を浅い接合にすることができる。また、サイドウォールを除去するよりも前に、ゲート電極及び第1の高濃度拡散層の上部をシリサイド化するため、シリサイド化のためのサイドウォールを新たに設ける必要がなくなる。また、第1の高濃度拡散層の上部をシリサイド化した後に、エクステンション領域を選択的にプリアモルファス化するため、第1の高濃度拡散層の表面がシリサイド膜に保護されてアモルファス化されなくなるので、第1の高濃度拡散層の表面の近傍に転位ループが形成されず、該転位ループによるリーク電流の発生を防止することができる。
【0026】
第2の半導体装置の製造方法において、第1の高濃度拡散層を形成する工程が、第2の不純物の注入を行なった半導体基板に対して熱処理を行なう工程を含むことが好ましい。
【0027】
第2の半導体装置の製造方法において、金属膜がチタンとコバルトとからなる積層体又はチタンとコバルトとの合金からなることが好ましい。このようにすると、金属シリサイドの耐熱性が向上するため、シリサイド膜を確実に形成できる。
【0028】
第2の半導体装置の製造方法において、第3の不純物が質量数が相対的に大きいイオンからなることが好ましい。
【0029】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【0030】
図1(a)〜図1(d)及び図2(a)〜図2(d)は第1の実施形態に係るMOS型トランジスタの製造方法の工程順の断面構成を示している。
【0031】
まず、図1(a)に示すように、P型シリコンからなる半導体基板11に対して、P型で相対的に質量数が大きい不純物イオン、例えばインジウム(In)イオンを注入エネルギーが約200KeVで且つ注入ドーズ量が約1×1012/cm2 の注入条件で注入する。イオン注入に続いて、昇温レートが約100℃/秒で1025℃程度の高温にまで昇温し、この温度を最長で10秒間程度保持する短時間の熱処理、すなわち急速熱処理(RTA)を行なうことにより、半導体基板11の上部にチャネル領域となるP型拡散層11aを形成する。
【0032】
次に、図1(b)に示すように、半導体基板11の上に、膜厚が3nm程度のゲート絶縁膜12を形成し、該ゲート絶縁膜12の上に膜厚が250nm程度の多結晶シリコンからなるゲート電極13を形成する。続いて、半導体基板11の上にゲート電極13を含む全面にわたって膜厚が5nm程度のシリコン酸化膜からなる注入保護膜14を形成する。
【0033】
次に、図1(c)に示すように、ゲート電極13を覆うように注入保護膜14の上に全面にわたって膜圧が50nm程度のシリコン窒化膜を堆積し、堆積したシリコン窒化膜に対して、基板面に垂直な方向に強い異方性を有する異方性エッチングを行なうことにより、ゲート電極13のゲート長方向側の側面にシリコン窒化膜からなる第1のサイドウォール15を形成する。
【0034】
次に、図1(d)に示すように、ゲート電極13及び第1のサイドウォール15をマスクとして、半導体基板11に対してN型の不純物イオンである、例えばヒ素(As)イオンを注入保護膜14を通して、注入エネルギーが約30KeVで且つ注入ドーズ量が約3×1015/cm2 の注入条件で注入する。注入後に、昇温レートが約100℃/秒で1025℃程度の高温にまで昇温し、この温度を10秒間程度保持する急速熱処理を行なうことにより、半導体基板11のソースドレイン領域にN型の第1の高濃度拡散層16を形成する。
【0035】
次に、図2(a)に示すように、第1のサイドウォール15をフッ酸と熱リン酸との混合液を用いて除去し、その後、ゲート電極13をマスクとして半導体基板11におけるゲート電極13の側面の下側に位置するポケット領域に、P型で質量数が相対的に大きい不純物イオンである、例えばInイオンを注入保護膜14を通して、注入エネルギーが約200keVで且つ注入ドーズ量が約5×1013/cm2 の注入条件で注入することにより、P型のポケット拡散層17を形成する。この重イオンであるInイオンを用いた、いわゆるポケット注入を行なうことにより、上部にエクステンション領域を含むポケット拡散層17を選択的にプリアモルファス化する。
【0036】
次に、図2(b)に示すように、ゲート電極13をマスクとして半導体基板11に対して、N型の不純物イオンである、例えばAsイオンを注入保護膜14を通して、注入エネルギーが約10keVで且つ注入ドーズ量が約5×1014/cm2 の注入条件で注入する。Asイオンを注入した後に、昇温レートが約100℃/秒で1025℃程度の高温にまで昇温し、この温度を10秒間程度保持する急速熱処理を行なって、注入されたAsイオンを活性化することにより、半導体基板11におけるポケット拡散層17の上部に位置するエクステンション領域に、第1の高濃度拡散層16よりも浅い接合深さを持つN型の第2の高濃度拡散層18を形成する。
【0037】
次に、図2(c)に示すように、再度、ゲート電極13を覆うように注入保護膜14の上に全面にわたって膜圧が50nm程度のシリコン窒化膜を堆積し、堆積したシリコン窒化膜に対して、基板面に垂直な方向に強い異方性を有する異方性エッチングを行なうことにより、ゲート電極13のゲート長方向側の側面にシリコン窒化膜からなる第2のサイドウォール19を形成する。続いて、注入保護膜14におけるゲート電極13の上面部分及び第2の高濃度拡散層18の上面部分をエッチングにより除去する。
【0038】
次に、図2(d)に示すように、スパッタ法を用いて、半導体基板11の上にゲート電極13及び第2のサイドウォール19を含む全面にわたって、例えば膜厚が30nm程度のチタン(Ti)からなる金属膜を堆積し、その後、加熱温度が約680℃で10秒間程度の急速熱処理を行なうことにより、堆積した金属膜とゲート電極13及び半導体基板11の第2の高濃度拡散層18との接合面を互いに反応させる。続いて、ゲート電極13及び第2の高濃度拡散層18と未反応の金属膜を硫酸と過酸化水素と水との混合液により選択的にエッチングして除去する。その後、加熱温度が約900℃で10秒間程度の急速熱処理を行なうことにより、ゲート電極13及び第2の高濃度拡散層18の上部に膜厚が約50nmの金属シリサイド膜20を自己整合的に形成する。
【0039】
図3(a)及び図3(b)は、図2(d)に示すMOS型トランジスタにおける第2の高濃度拡散層18の不純物濃度分布であって、図3(a)はA1 −A2 線に沿った基板表面からの深さ方向の不純物濃度を表わし、図3(b)はB1 −B2 線に沿った基板面方向の不純物濃度を表わしている。ここで、各グラフにおける縦軸は不純物濃度CA の対数表示としている。
【0040】
図3(a)からも分かるように、第1の実施形態によると、図2(a)に示す工程においてN型の第1の高濃度拡散層16を形成した後に、半導体製造プロセスにおいて質量数が相対的に大きい重イオンであるInイオンを注入してP型のポケット拡散層17を形成する際に、その上部にエクステンション領域を含むポケット拡散層17をInイオンによる注入ダメージにより積極的にアモルファス化する。このように、上部にエクステンション領域を含むポケット拡散層17を、エクステンション拡散層である第2の高濃度拡散層17を形成する前にアモルファス化、すなわちプリアモルファス化するため、第2の高濃度拡散層17を形成する際の過度増速拡散の原因となる過剰点欠陥を減少させることができる。さらに、プリアモルファス化により、第2の高濃度拡散層17のAsイオンの注入時に発生するチャネリングをも抑制でき、その結果、第2の高濃度拡散層17の接合面が浅くなるので、短チャネル効果を抑制することができる。
【0041】
その上、ゲート電極13の形成後に半導体基板11上の全面にシリコン酸化膜からなる注入保護膜14を設けているため、第1の高濃度拡散層16及び第2の高濃度拡散層18の接合深さをそれぞれ浅くできると共に、図3(b)からも分かるように、第2の高濃度拡散層18におけるAsイオンのゲート電極13の下側の領域への回り込みをも抑制できる。
【0042】
また、第1の実施形態においては、チャネル領域であるP型拡散層11aを形成する不純物イオンに質量数が相対的に大きいInイオンを用いているため、半導体基板11における表面近傍の領域では不純物濃度が小さく、表面近傍の領域から離れた領域では急峻な不純物濃度分布を形成できるので、トランジスタの駆動力を低下させることなく微細化を図ることができる。その上、チャネル領域に対する重イオンの注入後に急速熱処理を行なうため、半導体基板11のInイオンによる結晶ダメージを確実に且つ速やかに回復することができる。
【0043】
また、図1(d)に示すソースドレイン領域に対するイオン注入及び図2(b)に示すエクステンション領域に対するイオン注入の後に行なう、加熱温度が1000℃を超える急速熱処理によって、不純物の固溶限界を上げ、クラスタ化を抑制することができる。その上、100℃/秒の高い昇温レートとにより、注入ダメージが速やかに回復して拡散の増速が抑制されるため、第1の高濃度拡散層16及び第2の高濃度拡散層18の各不純物イオンの活性効率が向上し、各高濃度拡散層16、18における基板面方向と深さ方向との各接合面の不純物濃度勾配が1×106 (atom/cm3 )/μm以上となるプロファイルを実現できる。
【0044】
このように、不純物の注入濃度から拡散後の不純物濃度への指標である活性効率が上昇することにより、各高濃度拡散層16、18の寄生抵抗が小さくなり、トランジスタの駆動力が向上すると共に、第2の高濃度拡散層18が浅い接合深さを有することにより、短チャネル効果を抑制することができる。また、図2(d)に示す工程において、第2の高濃度拡散層18を形成した後に、金属シリサイド膜20の形成用の第2のサイドウォール19を形成しても、ポケット拡散層17がアモルファス化されているため、第2のサイドウォール19を形成する際の低温熱処理にさらされても、第2の高濃度拡散層18における過度増速拡散が抑制される。
【0045】
なお、第1の実施形態においては、第1の高濃度拡散層16及び第2の高濃度拡散層18の注入ごとに急速熱処理を行なっているが、第2の高濃度拡散層18の注入後のみに限って行なってもよい。
【0046】
また、図1(c)における第1のサイドウォール15の形成時に、注入保護膜14の露出部分を除去してもよい。但し、この場合には、第1の高濃度拡散層16の不純物プロファイルが除去する前と大きく変わることがないように、Asイオンの注入条件として、例えば、注入エネルギーを約30keVとし、注入ドーズ量を約3.6×1015/cm2 とすることが好ましい。
【0047】
また、ゲート電極13に多結晶シリコンを用いたが、ポリメタルを用いてもよい。
【0048】
また、第1のサイドウォール15及び第2のサイドウォール19にシリコン窒化膜を用いたが、TEOS膜を用いてもよい。なお、サイドウォール15、19をTEOS膜で形成する場合には、注入保護膜14をシリコン窒化膜により形成することが好ましい。
【0049】
また、金属シリサイド膜20にチタンシリサイドを用いたが、コバルトシリサイドであってもよい。
【0050】
また、MOS型トランジスタをNチャネルMOS型トランジスタとしたが、代わりにPチャネルMOS型トランジスタとしてもよい。PチャネルMOS型トランジスタとする場合には、チャネル領域及びポケット領域に注入するN型の重イオンとして、アンチモン(Sb)イオンを用いることが好ましい。
【0051】
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【0052】
図4(a)〜図4(d)及び図5(a)〜図5(d)は第2の実施形態に係るMOS型トランジスタの製造方法の工程順の断面構成を示している。
【0053】
まず、図4(a)に示すように、P型シリコンからなる半導体基板21に対して、P型不純物イオンである、例えばホウ素(B)イオンを、注入エネルギーが約200KeVで且つ注入ドーズ量が約1×1012/cm2 の注入条件で注入する。イオン注入に続いて、昇温レートが約100℃/秒で1025℃程度の高温にまで昇温し、この温度を最長で10秒間程度保持する急速熱処理を行なうことにより、半導体基板21の上部にチャネル領域となるP型拡散層21aを形成する。
【0054】
次に、図4(b)に示すように、半導体基板21の上に、膜厚が3nm程度のゲート絶縁膜22を形成し、該ゲート絶縁膜22の上に膜厚が250nm程度の多結晶シリコンからなるゲート電極23を形成する。続いて、半導体基板21の上にゲート電極23を含む全面にわたって膜厚が5nm程度のシリコン酸化膜からなる注入保護膜24を形成する。
【0055】
次に、図4(c)に示すように、ゲート電極23を覆うように注入保護膜24の上に全面にわたって膜圧が50nm程度のシリコン窒化膜を堆積し、堆積したシリコン窒化膜に対して異方性エッチングを行なうことにより、ゲート電極23のゲート長方向側の側面にシリコン窒化膜からなるサイドウォール25を形成する。
【0056】
次に、図4(d)に示すように、ゲート電極23及びサイドウォール25をマスクとして、半導体基板21に対してN型不純物イオンである、例えばAsイオンを注入保護膜24を通して、注入エネルギーが約30KeVで且つ注入ドーズ量が約3×1015/cm2 の注入条件で注入する。注入後に、昇温レートが約100℃/秒で1025℃程度の高温にまで昇温し、この温度を10秒間程度保持する急速熱処理を行なうことにより、半導体基板21のソースドレイン領域にN型の第1の高濃度拡散層26を形成する。
【0057】
次に、図5(a)に示すように、注入保護膜24におけるゲート電極23の上面部分及び第1の高濃度拡散層26の上面部分をエッチングにより除去し、続いて、スパッタ法を用いて、半導体基板21の上にゲート電極23及びサイドウォール25を含む全面にわたって、例えば膜厚が30nm程度のTiからなる金属膜27Aを堆積する。
【0058】
次に、図5(b)に示すように、加熱温度が約680℃で10秒間程度の急速熱処理を行なうことにより、堆積した金属膜27Aとゲート電極23及び半導体基板21の第1の高濃度拡散層26との接合面を互いに反応させる。続いて、ゲート電極23及び第1の高濃度拡散層26と未反応の金属膜を硫酸と過酸化水素と水との混合液により選択的にエッチングして除去する。その後、加熱温度が約900℃で10秒間程度の急速熱処理を行なうことにより、ゲート電極23及び第1の高濃度拡散層26の上部に膜厚が約50nmの金属シリサイド膜27Aを自己整合的に形成する。
【0059】
次に、図5(c)に示すように、サイドウォール25をフッ酸と熱リン酸との混合液を用いて除去し、その後、ゲート電極23をマスクとして半導体基板21におけるゲート電極23の側面の下側に位置するポケット領域に、P型で質量数が相対的に大きい不純物イオンである、例えばInイオンを注入保護膜24を通して、注入エネルギーが約200keVで且つ注入ドーズ量が約5×1013/cm2 の注入条件で注入することにより、P型のポケット拡散層28を形成する。この重イオンによるポケット注入を行なうことにより、上部にエクステンション領域を含むポケット拡散層28を選択的にプリアモルファス化する。
【0060】
次に、図5(d)に示すように、ゲート電極23及び金属シリサイド膜27Bをマスクとして半導体基板21に対して、N型の不純物イオンである、例えばAsイオンを注入保護膜24を通して、注入エネルギーが約10keVで且つ注入ドーズ量が約5×1014/cm2 の注入条件で選択的に注入する。Asイオンの選択的注入の後に、昇温レートが約100℃/秒で1025℃程度の高温にまで昇温し、この温度を10秒間程度保持する急速熱処理を行なって、注入されたAsイオンを活性化することにより、半導体基板21のエクステンション領域に、第1の高濃度拡散層26よりも浅い接合深さを持つN型の第2の高濃度拡散層29を形成する。
【0061】
この後に、ポケット拡散層28に対して、例えばBイオンを注入保護膜24を通して、注入エネルギーが約30keVで且つ注入ドーズ量が約1×1013/cm2 の注入条件で選択的に注入すると、短チャネル効果をさらに抑制できる。
【0062】
以上説明したように、第2の実施形態によると、図4(d)に示す工程においてN型の第1の高濃度拡散層26を形成し、図5(b)に示す工程においてゲート電極23及び第1の高濃度拡散層26の上に金属シリサイド膜27Bを形成する。その後、図5(c)に示す工程において、ゲート電極23及び金属シリサイド膜27Bをマスクとし、質量数が相対的に大きいInイオンを注入してP型のポケット拡散層28を形成する際に、その上部にエクステンション領域を含むポケット拡散層28をInイオンによる注入ダメージにより選択的に且つ積極的にアモルファス化する。このように、ポケット拡散層28を、エクステンション拡散層である第2の高濃度拡散層29を形成するよりも前にプリアモルファス化するため、第2の高濃度拡散層29を形成する際の過度増速拡散の原因となる過剰点欠陥を減少させることができる。さらに、プリアモルファス化により、第2の高濃度拡散層29のAsイオンの注入時に発生するチャネリングをも抑制できるので、第2の高濃度拡散層29の接合面を浅くでき、短チャネル効果を抑制できる。
【0063】
その上、ゲート電極23の形成後に半導体基板21上の全面にシリコン酸化膜からなる注入保護膜24を設けているため、第1の高濃度拡散層26及び第2の高濃度拡散層29の接合深さをそれぞれ浅くできると共に、第2の高濃度拡散層29におけるAsイオンのゲート電極23の下側の領域への回り込みをも抑制できる。
【0064】
加えて、比較的低温の熱処理を行なうサイドウォール25及び金属シリサイド膜27Bを形成した後に、エクステンション領域である第2の高濃度拡散層29を形成するため、第2の高濃度拡散層29が過度増速拡散の要因にもなる低温熱処理にさらされることがない。
【0065】
また、図4(d)に示すソースドレイン領域に対するイオン注入及び図5(d)に示すエクステンション領域に対するイオン注入後に行なう急速熱処理によって、第1の高濃度拡散層26及び第2の高濃度拡散層29の各不純物イオンの活性効率が向上するため、各高濃度拡散層26、29における基板面方向と深さ方向との各接合面の不純物濃度勾配が1×106 (atom/cm3 )/μm以上となるプロファイルを実現できる。
【0066】
このように、不純物の注入濃度から拡散後の不純物濃度への指標である活性効率が上昇することにより、トランジスタの駆動力が向上すると共に、第2の高濃度拡散層29が浅い接合深さを有することにより、短チャネル効果を抑制することができる。
【0067】
なお、第2の実施形態においては、第1の高濃度拡散層26及び第2の高濃度拡散層29の注入ごとに急速熱処理を行なっているが、第2の高濃度拡散層29の注入後のみに限って行なってもよい。
【0068】
また、第2の実施形態においては、図5(c)に示すように、Inイオンによるポケット注入を行なう際に、第1の高濃度拡散層26を金属シリサイド膜27Bによりマスクしながら行なうため、第1の高濃度拡散層26の表面の近傍がアモルファス化されることがない。これにより、第2の高濃度拡散層29を形成する際の熱処理時に、アモルファス層とクリスタル層との界面に転位ループが生じないため、該転位ループによる接合リークが発生する虞がない。
【0069】
また、図4(c)におけるサイドウォール25の形成時に、注入保護膜24における露出部分を除去してもよい。但し、この場合には、第1の高濃度拡散層26の不純物プロファイルが除去する前と大きく変わることがないように、Asイオンの注入条件として、例えば、注入エネルギーを約30keVとし、注入ドーズ量を約3.6×1015/cm2 とすることが好ましい。
【0070】
また、ゲート電極23に多結晶シリコンを用いたが、ポリメタルを用いてもよい。
【0071】
また、サイドウォール25にシリコン窒化膜を用いたが、TEOS膜を用いてもよい。なお、サイドウォール25をTEOS膜で形成する場合には、注入保護膜24をシリコン窒化膜により形成することが好ましい。
【0072】
また、金属シリサイド膜27Bにチタンシリサイドを用いたが、コバルトシリサイドであってもよい。さらに好ましくは、シリサイド化する金属膜27Aを、チタンとコバルトとからなる積層体又はこれらの合金から構成することが好ましい。このようにすると、金属シリサイド膜27Bの耐熱性が向上するため、安定した金属シリサイド膜27Bを形成できる。
【0073】
また、MOS型トランジスタをNチャネルMOS型トランジスタとしたが、代わりにPチャネルMOS型トランジスタとしてもよい。PチャネルMOS型トランジスタとする場合には、チャネル領域及びポケット領域に注入するN型の重イオンとして、アンチモン(Sb)イオンを用いることが好ましい。
【0074】
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【0075】
図6(a)〜図6(d)及び図7(a)〜図7(c)は第3の実施形態に係るMOS型トランジスタの製造方法の工程順の断面構成を示している。
【0076】
まず、図6(a)に示すように、P型シリコンからなる半導体基板31に対して、P型で質量数が相対的に大きい不純物イオンである、例えばインジウム(In)イオンを、注入エネルギーが約200KeVで且つ注入ドーズ量が約1×1012/cm2 の注入条件で注入する。イオン注入に続いて、昇温レートが約100℃/秒で1025℃程度の高温にまで昇温し、この温度を最長で10秒間程度保持する急速熱処理を行なうことにより、半導体基板31の上部にチャネル領域となるP型拡散層31aを形成する。
【0077】
次に、図6(b)に示すように、半導体基板31の上に、膜厚が3nm程度のゲート絶縁膜32を形成し、該ゲート絶縁膜32の上に膜厚が250nm程度の多結晶シリコンからなるゲート電極33を形成する。続いて、半導体基板31の上にゲート電極33を含む全面にわたって膜厚が5nm程度のシリコン酸化膜からなる注入保護膜34を形成する。
【0078】
次に、図6(c)に示すように、ゲート電極33を覆うように注入保護膜34の上に全面にわたって膜圧が50nm程度のシリコン窒化膜を堆積し、堆積したシリコン窒化膜に対して異方性エッチングを行なうことにより、ゲート電極33のゲート長方向側の側面にシリコン窒化膜からなるサイドウォール35を形成する。
【0079】
次に、図6(d)に示すように、ゲート電極33及びサイドウォール35をマスクとして、半導体基板31に対してN型不純物イオンである、例えばAsイオンを注入保護膜34を通して、注入エネルギーが約30KeVで且つ注入ドーズ量が約3×1015/cm2 の注入条件で注入する。注入後に、昇温レートが約100℃/秒で1025℃程度の高温にまで昇温し、この温度を10秒間程度保持する急速熱処理を行なうことにより、半導体基板31のソースドレイン領域にN型の第1の高濃度拡散層36を形成する。
【0080】
次に、図7(a)に示すように、注入保護膜34におけるゲート電極33の上面部分及び第1の高濃度拡散層36の上面部分をエッチングにより除去し、続いて、スパッタ法を用いて、半導体基板31の上にゲート電極33及びサイドウォール35を含む全面にわたって、例えば膜厚が30nm程度のTiからなる金属膜37Aを堆積する。
【0081】
次に、図7(b)に示すように、その後、加熱温度が約680℃で10秒間程度の急速熱処理を行なうことにより、堆積した金属膜37Aとゲート電極33及び半導体基板31の第1の高濃度拡散層36との接合面を互いに反応させる。続いて、ゲート電極33及び第1の高濃度拡散層36と未反応の金属膜を硫酸と過酸化水素と水との混合液により選択的にエッチングして除去する。その後、加熱温度が約900℃で10秒間程度の急速熱処理を行なうことにより、ゲート電極33及び第1の高濃度拡散層36の上部に膜厚が約50nmの金属シリサイド膜37Bを自己整合的に形成する。
【0082】
次に、図7(c)に示すように、サイドウォール35をフッ酸と熱リン酸との混合液を用いて除去し、その後、ゲート電極33をマスクとして半導体基板31におけるゲート電極33の側面の下側に位置するポケット領域に、P型で質量数が相対的に大きい不純物イオンである、例えばInイオンを注入保護膜34を通して、注入エネルギーが約200keVで且つ注入ドーズ量が約5×1013/cm2 の注入条件で注入することにより、P型のポケット拡散層38を形成する。この重イオンによるポケット注入を行なうことにより、上部にエクステンション領域を含むポケット拡散層38を選択的にプリアモルファス化する。
【0083】
次に、図7(d)に示すように、ゲート電極33及び金属シリサイド膜37Bをマスクとして半導体基板31に対して、N型の不純物イオンである、例えばAsイオンを注入保護膜34を通して、注入エネルギーが約10keVで且つ注入ドーズ量が約5×1014/cm2 の注入条件で選択的に注入する。Asイオンの注入後に、昇温レートが約100℃/秒で1025℃程度の高温にまで昇温し、この温度を10秒間程度保持する急速熱処理を行なって、注入されたAsイオンを活性化することにより、半導体基板31のエクステンション領域に、第1の高濃度拡散層36よりも浅い接合深さを持つN型の第2の高濃度拡散層39を形成する。
【0084】
この後に、ポケット拡散層38に対して、例えばBイオンを注入保護膜34を通して、注入エネルギーが約30keVで且つ注入ドーズ量が約1×1013/cm2 の注入条件で選択的に注入すると、短チャネル効果をさらに抑制できる。
【0085】
以上説明したように、第3の実施形態によると、図6(d)に示す工程においてN型の第1の高濃度拡散層36を形成し、図7(b)に示す工程においてゲート電極33及び第1の高濃度拡散層36の上に金属シリサイド膜37Bを形成する。その後、図7(c)に示す工程において、ゲート電極33及び金属シリサイド膜37Bをマスクとし、質量数が相対的に大きいInイオンを注入してP型のポケット拡散層38を形成する際に、その上部にエクステンション領域を含むポケット拡散層38をInイオンによる注入ダメージにより選択的に且つ積極的にアモルファス化する。このように、ポケット拡散層38を、エクステンション拡散層である第2の高濃度拡散層39を形成するよりも前にプリアモルファス化するため、第2の高濃度拡散層39を形成する際の過度増速拡散の原因となる過剰点欠陥を減少させることができる。さらに、プリアモルファス化により、第2の高濃度拡散層39のAsイオンの注入時に発生するチャネリングをも抑制できるので、第2の高濃度拡散層39の接合面を浅くでき、短チャネル効果を抑制できる。
【0086】
その上、ゲート電極33の形成後に半導体基板31上の全面にシリコン酸化膜からなる注入保護膜34を設けているため、第1の高濃度拡散層36及び第2の高濃度拡散層39の接合深さをそれぞれ浅くできると共に、第2の高濃度拡散層39におけるAsイオンのゲート電極33の下側の領域への回り込みをも抑制できる。
【0087】
加えて、比較的低温の熱処理を行なうサイドウォール35及び金属シリサイド膜37Bを形成した後に、エクステンション領域である第2の高濃度拡散層39を形成するため、第2の高濃度拡散層39が過度増速拡散の要因にもなる低温熱処理にさらされることがない。
【0088】
また、第3の実施形態の特徴として、チャネル領域であるP型拡散層31aを形成する不純物イオンに質量数が相対的に大きいInイオンを用いているため、半導体基板31における表面近傍の領域では不純物濃度が小さく、表面近傍の領域から離れた領域では急峻な不純物濃度分布を形成できるので、トランジスタの駆動力を低下させることなく微細化を図ることができる。その上、チャネル領域に対する重イオンの注入後に急速熱処理を行なうため、半導体基板31のInイオンによる結晶ダメージを確実に且つ速やかに回復することができる。
【0089】
また、図6(d)に示すソースドレイン領域に対するイオン注入及び図7(d)に示すエクステンション領域に対するイオン注入後に行なう急速熱処理によって、第1の高濃度拡散層36及び第2の高濃度拡散層39の各不純物イオンの活性効率が向上するため、各高濃度拡散層36、39における基板面方向と深さ方向との各接合面の不純物濃度勾配が1×106 (atom/cm3 )/μm以上となるプロファイルを実現できる。
【0090】
このように、不純物の注入濃度から拡散後の不純物濃度への指標である活性効率が上昇することにより、トランジスタの駆動力が向上すると共に、第2の高濃度拡散層39が浅い接合深さを有することにより、短チャネル効果を抑制することができる。
【0091】
なお、第3の実施形態においても、第1の高濃度拡散層36及び第2の高濃度拡散層39の注入ごとに急速熱処理を行なっているが、第2の高濃度拡散層39の注入後のみに限って行なってもよい。
【0092】
また、第3の実施形態においては、図7(c)に示すように、Inイオンによるポケット注入を行なう際に、第1の高濃度拡散層36を金属シリサイド膜37Bによりマスクしながら行なうため、第1の高濃度拡散層36の表面の近傍がアモルファス化されることがない。これにより、第2の高濃度拡散層39を形成する際の熱処理時に、アモルファス層とクリスタル層との界面に転位ループが生じないため、該転位ループによる接合リークが発生する虞がない。
【0093】
また、図6(c)におけるサイドウォール35の形成時に、注入保護膜34における露出部分を除去してもよい。但し、この場合には、第1の高濃度拡散層36の不純物プロファイルが除去する前と大きく変わることがないように、Asイオンの注入条件として、例えば、注入エネルギーを約30keVとし、注入ドーズ量を約3.6×1015/cm2 とすることが好ましい。
【0094】
また、ゲート電極33に多結晶シリコンを用いたが、ポリメタルを用いてもよい。
【0095】
また、サイドウォール35にシリコン窒化膜を用いたが、TEOS膜を用いてもよい。なお、サイドウォール35をTEOS膜で形成する場合には、注入保護膜34をシリコン窒化膜により形成することが好ましい。
【0096】
また、金属シリサイド膜37Bにチタンシリサイドを用いたが、コバルトシリサイドであってもよい。さらに好ましくは、シリサイド化する金属膜37Aを、チタンとコバルトとからなる積層体又はこれらの合金から構成することが好ましい。このようにすると、金属シリサイド膜37Bの耐熱性が向上するため、安定した金属シリサイド膜37Bを形成できる。
【0097】
また、MOS型トランジスタをNチャネルMOS型トランジスタとしたが、代わりにPチャネルMOS型トランジスタとしてもよい。PチャネルMOS型トランジスタとする場合には、チャネル領域及びポケット領域に注入するN型の重イオンとして、アンチモン(Sb)イオンを用いることが好ましい。
【0098】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、エクステンション領域をプリアモルファス化するため、該エクステンション領域に過度増速拡散の原因となる過剰点欠陥が減少する。その上、サイドウォールを形成して除去した後に、ソースドレイン領域である第1の高濃度拡散層におけるエクステンション領域である第2の高濃度拡散層を形成するため、該第2の高濃度拡散層がサイドウォール形成時の低温熱処理にさらされることがなくなるので、第2の高濃度拡散層を浅い接合にすることができる。さらに、第1の高濃度拡散層の不純物注入を注入保護膜を通して行なうため、第1の高濃度拡散層をも浅い接合とすることができる。これにより、第1及び第2のソースドレイン領域の寄生抵抗が減少し、半導体装置の駆動力を低下させることなく微細化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は本発明の第1の実施形態に係るMOS型半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図2】(a)〜(d)は本発明の第1の実施形態に係るMOS型半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図3】(a)及び(b)は本発明の第1の実施形態に係るMOS型半導体装置の不純物濃度分布を示し、(a)は基板の深さ方向の不純物濃度を表わすグラフであり、(b)は基板面方向の不純物濃度を表わすグラフである。
【図4】(a)〜(d)は本発明の第2の実施形態に係るMOS型半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図5】(a)〜(d)は本発明の第2の実施形態に係るMOS型半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図6】(a)〜(d)は本発明の第3の実施形態に係るMOS型半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図7】(a)〜(d)は本発明の第3の実施形態に係るMOS型半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図8】(a)〜(e)は従来のMOS型トランジスタの製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【符号の説明】
11 半導体基板
11a P型拡散層
12 ゲート絶縁膜
13 ゲート電極
14 注入保護層
15 第1のサイドウォール
16 第1の高濃度拡散層
17 ポケット拡散層
18 第2の高濃度拡散層
19 第2のサイドウォール
20 金属シリサイド膜
21 半導体基板
21a P型拡散層
22 ゲート絶縁膜
23 ゲート電極
24 注入保護層
25 サイドウォール
26 第1の高濃度拡散層
27A 金属膜
27B 金属シリサイド膜
28 ポケット拡散層
29 第2の高濃度拡散層
31 半導体基板
31a P型拡散層
32 ゲート絶縁膜
33 ゲート電極
34 注入保護層
35 サイドウォール
36 第1の高濃度拡散層
37A 金属膜
37B 金属シリサイド膜
38 ポケット拡散層
39 第2の高濃度拡散層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a high-speed and low power consumption MOS semiconductor device that enables high integration.
[0002]
[Prior art]
With the ultra-high integration of semiconductor integrated circuits, there is a strong demand for miniaturization of MOS type semiconductor devices, particularly MOS type transistors. In order to miniaturize a MOS transistor, a method for manufacturing a transistor having a so-called shallow junction in which the junction depth of a diffusion layer formed on a semiconductor substrate is reduced is essential.
[0003]
Hereinafter, a conventional method for manufacturing a MOS transistor will be described with reference to the drawings.
[0004]
FIG. 8A to FIG. 8E show cross-sectional structures in the order of steps of a conventional MOS transistor manufacturing method.
[0005]
First, as shown in FIG. 8A, a gate electrode 103 made of polysilicon is selectively formed on a semiconductor substrate 101 made of P-type silicon with a gate oxide film 102 interposed therebetween.
[0006]
Next, as shown in FIG. 8B, a shallow N-type extension diffusion layer 101a is formed by implanting N-type first impurity ions into the upper portion of the semiconductor substrate 101 using the gate electrode 103 as a mask. Form.
[0007]
Next, as shown in FIG. 8C, a silicon nitride film or a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 101 at a relatively low temperature of about 700 ° C., and then the deposited silicon nitride film Then, an anisotropic etch back is performed to form a sidewall 104 on the side surface of the gate electrode 103.
[0008]
Next, as shown in FIG. 8D, the N-type second impurity ions are deeper than the extension diffusion layer 101a with respect to the upper portion of the semiconductor substrate 101 using the gate electrode 103 and the sidewall 104 as a mask. By implantation, a high concentration source / drain diffusion layer 101b is formed. Thereafter, a so-called rapid thermal treatment (RTA), which is a thermal treatment with a temperature of about 900 ° C. to 1000 ° C. and a heating time of about 10 seconds, is performed to activate the impurity ions in the extension diffusion layer 101a and the source / drain diffusion layer 101b, respectively. .
[0009]
Next, as shown in FIG. 8E, a metal film made of cobalt or titanium having a thickness of about 10 nm and a titanium nitride film having a thickness of about 20 nm are sequentially deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 101 by sputtering. Subsequently, a heat treatment is performed at a temperature of about 550 ° C. for a heating time of about 10 seconds, and the titanium nitride film and the unreacted metal film are selectively etched with a mixture of sulfuric acid, hydrogen peroxide, and water. And remove. Next, a heat treatment is performed at a temperature of about 800 ° C. and a heating time of about 10 seconds, so that a metal silicide 105 having a thickness of about 30 nm is self-aligned on the bonding surface of the metal film to the semiconductor substrate 101 and the gate electrode 103. To form.
[0010]
In the conventional MOS transistor, the junction depths of the extension diffusion layer 101a and the source / drain diffusion layer 101b are made shallow by reducing the implantation energy of the first impurity ions and the second impurity ions in this way. It is said. At this time, in order to reduce the parasitic resistance value of the source / drain diffusion layer 101b, the implantation doses of the N-type first and second impurity ions tend to increase.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method for manufacturing a MOS transistor, when ion implantation is performed at a high dose and energy is reduced, transient accelerated diffusion of impurity ions occurs due to low-temperature heat treatment during sidewall formation, and the junction depth as designed is reduced. There is a problem that cannot be obtained. Here, excessively enhanced diffusion means that point defects that exist excessively between lattices in the crystal lattice and the implanted impurity ions diffuse due to interaction, and the impurity ions diffuse beyond the diffusion coefficient of their thermal equilibrium state. The phenomenon that occurs.
[0012]
Due to this excessively enhanced diffusion, the impurity concentration distribution in each cross section of the substrate main surface direction and the depth direction of each diffusion layer 101a, 101b is not a constant slope of the impurity concentration with respect to the depth from the substrate surface, As the impurity concentration becomes lower, the resistance value of each of the diffusion layers 101a and 101b becomes higher due to the flared shape.
[0013]
In addition, since an inactive region of impurity ions that does not contribute to the actual operation of the transistor is formed, there is a problem that the ratio (activation rate) between the implantation concentration of impurity ions and the activation concentration after diffusion becomes small. is doing. If the activation rate is not sufficiently high, the parasitic resistance of the source / drain diffusion layer 101b is increased. Further, as described above, if the activation rate of impurity ions is small, it is necessary to increase the implantation dose in order to compensate for this.
[0014]
By the way, as one method of avoiding the low temperature heat treatment at the time of forming the sidewall 104, the sidewall 104 is removed after the N-type second impurity is implanted, and the first impurity for the N-type extension is implanted. There is a way to do it. However, in this method, it is necessary to form a sidewall again when forming the metal silicide 105, and a low-temperature heat treatment at the time of forming the sidewall is added, resulting in excessively accelerated diffusion.
[0015]
Thus, unless the transient enhanced diffusion of impurity ions is suppressed, a shallower junction depth cannot be obtained. For example, in a 0.1 μm CMOS process, a junction depth of the extension diffusion layer 101a is required to be 20 nm to 30 nm. However, it is predicted that impurity ions move by several tens of nanometers due to transient enhanced diffusion caused by low-temperature heat treatment during sidewall formation. This means that if the semiconductor device is further miniaturized, the interface of the junction becomes deeper than the target value due to the heat treatment in the subsequent process, no matter how much the energy of the impurity ions is reduced.
[0016]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to realize a semiconductor device having a shallow junction depth by suppressing excessively enhanced diffusion.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device comprising: an extension region located under a side surface of a gate electrode in a semiconductor substrate; The impurity region having the same conductivity type as that of the channel region is implanted into the region through the implantation protective film so that the extension region is positively made amorphous.
[0018]
Specifically, in the first method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a first conductivity type diffusion serving as a channel region is formed by implanting a first conductivity type first impurity into an upper portion of a semiconductor substrate. A step of forming a layer, a step of forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film, a step of forming an implantation protective film made of an insulating film over the entire surface of the semiconductor substrate, and a side surface of the gate electrode Forming a sidewall through an implantation protective film, and implanting a second impurity of the second conductivity type into the semiconductor substrate through the implantation protective film by using the gate electrode and the sidewall as a mask. Forming a first high-concentration diffusion layer of the mold, and after removing the sidewall, the extension located below the side surface of the gate electrode in the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask A third impurity of the first conductivity type is implanted into the impurity region through the implantation protective film, and the step of amorphizing the extension region and the second conductivity type fourth impurity with respect to the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask Forming a second high-concentration diffusion layer of the second conductivity type having a junction depth shallower than that of the first high-concentration diffusion layer in the extension region by injecting impurities through the implantation protective film and performing heat treatment. I have.
[0019]
According to the first method for manufacturing a semiconductor device, a first high-concentration diffusion layer serving as a source / drain region is formed by injecting impurities into the semiconductor substrate through the implantation protective film using the gate electrode and the sidewall as a mask. After removing the sidewall, the extension region is amorphized by implanting impurities of the same conductivity type as the channel region into the extension region located below the side surface of the gate electrode in the semiconductor substrate through the implantation protective film. . Thereafter, an impurity having the same conductivity type as that of the source / drain region is implanted into the semiconductor substrate through the implantation protective film using the gate electrode as a mask, and heat treatment is performed, so that the junction region shallower than the first high-concentration diffusion layer is formed in the extension region. Forming a second high-concentration diffusion layer having Thereby, since the extension region is preamorphized, excess point defects that cause excessively accelerated diffusion are reduced. In addition, since the second high-concentration diffusion layer is formed after the sidewall is formed and removed, the second high-concentration diffusion layer is not exposed to the low-temperature heat treatment during the formation of the sidewall. The high concentration diffusion layer can be formed into a shallow junction. Furthermore, since the impurity implantation of the first high-concentration diffusion layer serving as the source / drain region is performed through the implantation protective film, the first high-concentration diffusion layer can be formed into a shallow junction.
[0020]
In the first method for fabricating a semiconductor device, it is preferable that the step of forming the first high-concentration diffusion layer includes a step of performing a heat treatment on the semiconductor substrate into which the second impurity has been implanted. In this way, excess point defects that cause accelerated diffusion can be reduced, so that the junction depth of the first high-concentration diffusion layer can be reduced. In addition, since it is possible to prevent excess point defects from entering the extension region when forming the extension diffusion layer in a later step, the junction depth of the shallow second high-concentration diffusion layer that is the extension region is surely reduced. Can do.
[0021]
In the present specification, pre-amorphization means that the extension region is amorphized before the second high-concentration diffusion layer that is the extension region is formed.
[0022]
The first semiconductor device manufacturing method includes a step of forming a sidewall made of an insulating film on a side surface of the gate electrode after the step of forming the second high-concentration diffusion layer at least on the upper portion of the semiconductor substrate. And removing the exposed portion of the implantation protective film on the semiconductor substrate, and then depositing a metal film over the entire surface including the gate electrode on the semiconductor substrate, and joining the deposited metal film to the gate electrode and the semiconductor substrate. It is preferable to further comprise a step of forming a silicide film in a self-aligned manner on the gate electrode and the second high-concentration diffusion layer by reacting each other. In this way, depending on the extension region and the implantation conditions, even the pocket region below the extension region is amorphized, so even if a new sidewall for forming a silicide film is formed, each high-concentration diffusion layer Excessive diffusion can be suppressed.
[0023]
In the first method for fabricating a semiconductor device, the third impurity is preferably made of ions having a relatively large mass number. In this way, the extension region can be preamorphized reliably.
[0024]
According to the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first conductivity type serving as the channel region is formed by implanting the first impurity of the first conductivity type into the upper portion of the semiconductor substrate at least the upper portion made of silicon. Forming a diffusion layer, forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film, and forming an implantation protective film made of an insulating film over the entire surface including the gate electrode on the semiconductor substrate And forming a sidewall made of an insulating film on the side surface of the gate electrode through an implantation protective film, and implanting and protecting the second impurity of the second conductivity type to the semiconductor substrate using the gate electrode and the sidewall as a mask. By implanting through the film, the step of forming the first high-concentration diffusion layer of the second conductivity type and the portion of the implantation protective film exposed on the semiconductor substrate were removed Then, a metal film is deposited over the entire surface including the gate electrode on the semiconductor substrate, and the bonded surfaces of the deposited metal film, the gate electrode, and the semiconductor substrate are caused to react with each other, thereby forming the gate electrode and the first high-concentration diffusion layer. A step of forming a silicide film on the upper surface in a self-aligned manner, and after removing the sidewalls, an extension region located below the side surface of the gate electrode in the semiconductor substrate using the gate electrode and the silicide film as a mask; Implanting the third impurity through the implantation protective film to selectively amorphize the extension region, and implanting the second impurity of the second conductivity type into the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask. By implanting through and performing heat treatment, the extension region has a shallower junction depth than the first high-concentration diffusion layer. And a step of forming a second high concentration diffusion layer of the second conductivity type having.
[0025]
According to the second method for manufacturing a semiconductor device, a first high-concentration diffusion layer serving as a source / drain region is formed by injecting impurities into the semiconductor substrate through the implantation protective film using the gate electrode and the sidewall as a mask. . Subsequently, after removing the exposed portion of the implantation protective film on the semiconductor substrate, a metal film is deposited on the entire surface including the gate electrode on the semiconductor substrate, and the deposited metal film is bonded to the gate electrode and the semiconductor substrate. By reacting the surfaces with each other, a silicide film is formed in a self-aligned manner on the gate electrode and the first high-concentration diffusion layer. Thereafter, the sidewall is removed, and the extension region located under the side surface of the gate electrode in the semiconductor substrate is selectively amorphized, and then an impurity is implanted into the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask and a protective film The second high-concentration diffusion layer is formed in the extension region by injecting through and performing heat treatment. Thus, since the extension region is preamorphized, excess point defects that cause excessively accelerated diffusion are reduced. In addition, since the second high-concentration diffusion layer is formed after the sidewall is formed and removed, the second high-concentration diffusion layer is not exposed to the low-temperature heat treatment during the formation of the sidewall. The high concentration diffusion layer can be formed into a shallow junction. Further, since the gate electrode and the upper portion of the first high-concentration diffusion layer are silicided before the sidewall is removed, it is not necessary to newly provide a sidewall for silicidation. In addition, since the extension region is selectively pre-amorphized after siliciding the upper portion of the first high-concentration diffusion layer, the surface of the first high-concentration diffusion layer is protected by the silicide film and is not amorphized. The dislocation loop is not formed in the vicinity of the surface of the first high-concentration diffusion layer, and the occurrence of leakage current due to the dislocation loop can be prevented.
[0026]
In the second method for fabricating a semiconductor device, it is preferable that the step of forming the first high-concentration diffusion layer includes a step of performing a heat treatment on the semiconductor substrate into which the second impurity has been implanted.
[0027]
In the second method for manufacturing a semiconductor device, the metal film is preferably made of a laminate made of titanium and cobalt or an alloy of titanium and cobalt. In this way, the heat resistance of the metal silicide is improved, so that the silicide film can be reliably formed.
[0028]
In the second method for fabricating a semiconductor device, the third impurity is preferably made of ions having a relatively large mass number.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
A method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
FIG. 1A to FIG. 1D and FIG. 2A to FIG. 2D show cross-sectional structures in order of steps of the method for manufacturing a MOS transistor according to the first embodiment.
[0031]
First, as shown in FIG. 1A, an impurity ion such as indium (In) ion having a relatively large mass number is implanted into a semiconductor substrate 11 made of P-type silicon at an energy of about 200 KeV. The implantation dose is about 1 × 10 12 / Cm 2 Injection is performed under the following injection conditions. Subsequent to the ion implantation, the temperature is raised to a high temperature of about 1025 ° C. at a rate of about 100 ° C./second, and a short-time heat treatment that maintains this temperature for a maximum of about 10 seconds, that is, rapid heat treatment (RTA) is performed. As a result, a P-type diffusion layer 11 a serving as a channel region is formed on the semiconductor substrate 11.
[0032]
Next, as shown in FIG. 1B, a gate insulating film 12 having a thickness of about 3 nm is formed on the semiconductor substrate 11, and a polycrystalline film having a thickness of about 250 nm is formed on the gate insulating film 12. A gate electrode 13 made of silicon is formed. Subsequently, an implantation protective film 14 made of a silicon oxide film having a thickness of about 5 nm is formed on the semiconductor substrate 11 over the entire surface including the gate electrode 13.
[0033]
Next, as shown in FIG. 1C, a silicon nitride film having a film pressure of about 50 nm is deposited on the entire surface of the implantation protection film 14 so as to cover the gate electrode 13, and the deposited silicon nitride film is applied to the deposited silicon nitride film. By performing anisotropic etching having strong anisotropy in the direction perpendicular to the substrate surface, the first sidewall 15 made of a silicon nitride film is formed on the side surface of the gate electrode 13 on the gate length direction side.
[0034]
Next, as shown in FIG. 1D, for example, arsenic (As) ions, which are N-type impurity ions, are implanted and protected into the semiconductor substrate 11 using the gate electrode 13 and the first sidewall 15 as a mask. Through the film 14, the implantation energy is about 30 KeV and the implantation dose is about 3 × 10. 15 / Cm 2 Injection is performed under the following injection conditions. After the implantation, the temperature is raised to a high temperature of about 1025 ° C. at a rate of about 100 ° C./second, and a rapid heat treatment is performed to maintain this temperature for about 10 seconds. A first high concentration diffusion layer 16 is formed.
[0035]
Next, as shown in FIG. 2A, the first sidewall 15 is removed using a mixed solution of hydrofluoric acid and hot phosphoric acid, and then the gate electrode in the semiconductor substrate 11 using the gate electrode 13 as a mask. In the pocket region located on the lower side of the side surface 13, P-type impurity ions having a relatively large mass number, for example, In ions are passed through the implantation protective film 14, the implantation energy is about 200 keV, and the implantation dose amount is about 5 × 10 13 / Cm 2 By implanting under the above implantation conditions, a P-type pocket diffusion layer 17 is formed. By performing so-called pocket implantation using In ions which are heavy ions, the pocket diffusion layer 17 including the extension region on the upper portion is selectively preamorphized.
[0036]
Next, as shown in FIG. 2B, the gate electrode 13 is used as a mask and the semiconductor substrate 11 is filled with N-type impurity ions, for example, As ions, through the implantation protective film 14, and the implantation energy is about 10 keV. The implantation dose is about 5 × 10 14 / Cm 2 Injection is performed under the following injection conditions. After the As ions are implanted, the temperature is raised to a high temperature of about 1025 ° C. at a rate of about 100 ° C./second, and a rapid heat treatment is performed to maintain this temperature for about 10 seconds to activate the implanted As ions. Thus, the N-type second high concentration diffusion layer 18 having a shallower junction depth than the first high concentration diffusion layer 16 is formed in the extension region located above the pocket diffusion layer 17 in the semiconductor substrate 11. To do.
[0037]
Next, as shown in FIG. 2C, a silicon nitride film having a film pressure of about 50 nm is deposited over the entire surface of the implantation protective film 14 so as to cover the gate electrode 13 again. On the other hand, by performing anisotropic etching having strong anisotropy in the direction perpendicular to the substrate surface, the second sidewall 19 made of a silicon nitride film is formed on the side surface of the gate electrode 13 on the gate length direction side. . Subsequently, the upper surface portion of the gate electrode 13 and the upper surface portion of the second high concentration diffusion layer 18 in the implantation protective film 14 are removed by etching.
[0038]
Next, as shown in FIG. 2D, titanium (Ti) having a film thickness of, for example, about 30 nm is formed on the entire surface including the gate electrode 13 and the second sidewall 19 on the semiconductor substrate 11 by sputtering. ) And then a rapid heat treatment at a heating temperature of about 680 ° C. for about 10 seconds, whereby the deposited metal film and the gate electrode 13 and the second high-concentration diffusion layer 18 of the semiconductor substrate 11 are deposited. The joint surfaces with each other react with each other. Subsequently, the gate electrode 13 and the second high-concentration diffusion layer 18 and the unreacted metal film are removed by selective etching with a mixed solution of sulfuric acid, hydrogen peroxide, and water. Thereafter, a rapid heat treatment is performed at a heating temperature of about 900 ° C. for about 10 seconds, so that the metal silicide film 20 having a thickness of about 50 nm is formed on the gate electrode 13 and the second high-concentration diffusion layer 18 in a self-aligned manner. Form.
[0039]
3A and 3B are impurity concentration distributions of the second high-concentration diffusion layer 18 in the MOS transistor shown in FIG. 2D, and FIG. 1 -A 2 This represents the impurity concentration in the depth direction from the substrate surface along the line, and FIG. 1 -B 2 The impurity concentration in the substrate surface direction along the line is shown. Here, the vertical axis in each graph represents the impurity concentration C A Logarithmic display.
[0040]
As can be seen from FIG. 3A, according to the first embodiment, after forming the N-type first high-concentration diffusion layer 16 in the step shown in FIG. When the P-type pocket diffusion layer 17 is formed by implanting In ions, which are heavy ions having a relatively large size, the pocket diffusion layer 17 including the extension region on the upper portion is positively amorphous due to the implantation damage caused by In ions. Turn into. Since the pocket diffusion layer 17 including the extension region in the upper portion is made amorphous before forming the second high concentration diffusion layer 17 as the extension diffusion layer, that is, preamorphized, the second high concentration diffusion is performed. It is possible to reduce excess point defects that cause excessively accelerated diffusion when forming the layer 17. Furthermore, pre-amorphization can suppress channeling that occurs during the implantation of As ions in the second high-concentration diffusion layer 17, and as a result, the junction surface of the second high-concentration diffusion layer 17 becomes shallow. The effect can be suppressed.
[0041]
In addition, since the implantation protective film 14 made of a silicon oxide film is provided on the entire surface of the semiconductor substrate 11 after the gate electrode 13 is formed, the junction between the first high concentration diffusion layer 16 and the second high concentration diffusion layer 18 is formed. Each depth can be reduced, and as can be seen from FIG. 3B, the As ions in the second high-concentration diffusion layer 18 can also be prevented from entering the region below the gate electrode 13.
[0042]
In the first embodiment, since In ions having a relatively large mass number are used as impurity ions forming the P-type diffusion layer 11a which is the channel region, impurities in a region near the surface of the semiconductor substrate 11 are used. Since the impurity concentration is small and a steep impurity concentration distribution can be formed in a region away from the region in the vicinity of the surface, miniaturization can be achieved without reducing the driving force of the transistor. In addition, since the rapid heat treatment is performed after the heavy ions are implanted into the channel region, crystal damage due to In ions in the semiconductor substrate 11 can be reliably and promptly recovered.
[0043]
Further, the solid solution limit of impurities is increased by rapid heat treatment in which the heating temperature exceeds 1000 ° C., which is performed after the ion implantation into the source / drain region shown in FIG. 1D and the ion implantation into the extension region shown in FIG. Clustering can be suppressed. In addition, since the injection damage is quickly recovered and the increase in diffusion is suppressed by the high temperature increase rate of 100 ° C./second, the first high concentration diffusion layer 16 and the second high concentration diffusion layer 18 are suppressed. The activity efficiency of each impurity ion is improved, and the impurity concentration gradient of each junction surface between the substrate surface direction and the depth direction in each high-concentration diffusion layer 16, 18 is 1 × 10. 6 (atom / cm Three ) / μm or more profile can be realized.
[0044]
As described above, the activation efficiency, which is an index from the impurity implantation concentration to the impurity concentration after diffusion, increases, so that the parasitic resistance of each of the high concentration diffusion layers 16 and 18 is reduced, and the driving capability of the transistor is improved. Since the second high-concentration diffusion layer 18 has a shallow junction depth, the short channel effect can be suppressed. In the step shown in FIG. 2D, even if the second sidewall 19 for forming the metal silicide film 20 is formed after the second high-concentration diffusion layer 18 is formed, the pocket diffusion layer 17 is not formed. Since it has been made amorphous, the excessively accelerated diffusion in the second high-concentration diffusion layer 18 is suppressed even when exposed to a low-temperature heat treatment when forming the second sidewall 19.
[0045]
In the first embodiment, rapid thermal processing is performed for each implantation of the first high-concentration diffusion layer 16 and the second high-concentration diffusion layer 18, but after the second high-concentration diffusion layer 18 is implanted. You may perform only.
[0046]
Further, the exposed portion of the implantation protective film 14 may be removed when forming the first sidewall 15 in FIG. However, in this case, as the As ion implantation conditions, for example, the implantation energy is about 30 keV, and the implantation dose is set so that the impurity profile of the first high-concentration diffusion layer 16 is not significantly changed from that before the removal. About 3.6 × 10 15 / Cm 2 It is preferable that
[0047]
Further, although polycrystalline silicon is used for the gate electrode 13, polymetal may be used.
[0048]
Moreover, although the silicon nitride film is used for the first sidewall 15 and the second sidewall 19, a TEOS film may be used. In the case where the sidewalls 15 and 19 are formed of a TEOS film, it is preferable that the implantation protective film 14 is formed of a silicon nitride film.
[0049]
Further, although titanium silicide is used for the metal silicide film 20, cobalt silicide may be used.
[0050]
Although the MOS transistor is an N-channel MOS transistor, it may be a P-channel MOS transistor instead. In the case of a P-channel MOS transistor, it is preferable to use antimony (Sb) ions as N-type heavy ions implanted into the channel region and the pocket region.
[0051]
(Second Embodiment)
A semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0052]
4 (a) to 4 (d) and FIGS. 5 (a) to 5 (d) show cross-sectional structures in the order of steps of the MOS transistor manufacturing method according to the second embodiment.
[0053]
First, as shown in FIG. 4A, for example, boron (B) ions, which are P-type impurity ions, are implanted into a semiconductor substrate 21 made of P-type silicon at an implantation energy of about 200 KeV and an implantation dose amount. About 1 × 10 12 / Cm 2 Injection is performed under the following injection conditions. Subsequent to the ion implantation, the temperature is raised to a high temperature of about 1025 ° C. at a rate of about 100 ° C./second, and a rapid heat treatment is performed to maintain this temperature for a maximum of about 10 seconds. A P-type diffusion layer 21a to be a channel region is formed.
[0054]
Next, as shown in FIG. 4B, a gate insulating film 22 having a thickness of about 3 nm is formed on the semiconductor substrate 21, and a polycrystalline film having a thickness of about 250 nm is formed on the gate insulating film 22. A gate electrode 23 made of silicon is formed. Subsequently, an implantation protective film 24 made of a silicon oxide film having a thickness of about 5 nm is formed on the semiconductor substrate 21 over the entire surface including the gate electrode 23.
[0055]
Next, as shown in FIG. 4C, a silicon nitride film having a film pressure of about 50 nm is deposited on the entire surface of the implantation protective film 24 so as to cover the gate electrode 23, and the deposited silicon nitride film is applied to the deposited silicon nitride film. By performing anisotropic etching, a sidewall 25 made of a silicon nitride film is formed on the side surface of the gate electrode 23 on the gate length direction side.
[0056]
Next, as shown in FIG. 4D, the gate electrode 23 and the sidewall 25 are used as a mask, and for example, As ions, which are N-type impurity ions, are injected into the semiconductor substrate 21 through the implantation protective film 24 and the implantation energy is increased. About 30 KeV and implantation dose is about 3 × 10 15 / Cm 2 Injection is performed under the following injection conditions. After the implantation, the temperature is raised to a high temperature of about 1025 ° C. at a temperature rising rate of about 100 ° C./second, and a rapid heat treatment is performed to maintain this temperature for about 10 seconds. A first high concentration diffusion layer 26 is formed.
[0057]
Next, as shown in FIG. 5A, the upper surface portion of the gate electrode 23 and the upper surface portion of the first high-concentration diffusion layer 26 in the implantation protective film 24 are removed by etching, and subsequently, sputtering is used. A metal film 27A made of Ti having a film thickness of, for example, about 30 nm is deposited on the semiconductor substrate 21 over the entire surface including the gate electrode 23 and the sidewalls 25.
[0058]
Next, as shown in FIG. 5B, the first high concentration of the deposited metal film 27A, the gate electrode 23, and the semiconductor substrate 21 is performed by performing a rapid heat treatment at a heating temperature of about 680 ° C. for about 10 seconds. The joint surface with the diffusion layer 26 reacts with each other. Subsequently, the gate electrode 23, the first high-concentration diffusion layer 26, and the unreacted metal film are removed by selective etching with a mixed solution of sulfuric acid, hydrogen peroxide, and water. Thereafter, a rapid heat treatment is performed at a heating temperature of about 900 ° C. for about 10 seconds, whereby a metal silicide film 27A having a thickness of about 50 nm is formed on the gate electrode 23 and the first high-concentration diffusion layer 26 in a self-aligning manner. Form.
[0059]
Next, as shown in FIG. 5C, the sidewall 25 is removed using a mixed solution of hydrofluoric acid and hot phosphoric acid, and then the side surface of the gate electrode 23 in the semiconductor substrate 21 using the gate electrode 23 as a mask. In the pocket region located on the lower side, P type impurity ions having a relatively large mass number, for example, In ions are passed through the implantation protective film 24, the implantation energy is about 200 keV, and the implantation dose is about 5 × 10. 13 / Cm 2 By implanting under the following implantation conditions, the P-type pocket diffusion layer 28 is formed. By performing pocket implantation with heavy ions, the pocket diffusion layer 28 including the extension region in the upper portion is selectively preamorphized.
[0060]
Next, as shown in FIG. 5D, N-type impurity ions, for example, As ions are implanted into the semiconductor substrate 21 through the implantation protective film 24 using the gate electrode 23 and the metal silicide film 27B as a mask. The energy is about 10 keV and the implantation dose is about 5 × 10 14 / Cm 2 The injection is selectively performed under the following injection conditions. After selective implantation of As ions, the temperature is raised to a high temperature of about 1025 ° C. at a rate of about 100 ° C./second, and a rapid heat treatment is performed to maintain this temperature for about 10 seconds. By activating, an N-type second high concentration diffusion layer 29 having a junction depth shallower than that of the first high concentration diffusion layer 26 is formed in the extension region of the semiconductor substrate 21.
[0061]
Thereafter, for example, B ions are implanted into the pocket diffusion layer 28 through the implantation protective film 24, the implantation energy is about 30 keV, and the implantation dose amount is about 1 × 10. 13 / Cm 2 If the selective implantation is performed under these implantation conditions, the short channel effect can be further suppressed.
[0062]
As described above, according to the second embodiment, the N-type first high-concentration diffusion layer 26 is formed in the step shown in FIG. 4D, and the gate electrode 23 is formed in the step shown in FIG. A metal silicide film 27B is formed on the first high-concentration diffusion layer 26. Thereafter, in the process shown in FIG. 5C, when the P-type pocket diffusion layer 28 is formed by implanting In ions having a relatively large mass number using the gate electrode 23 and the metal silicide film 27B as a mask. The pocket diffusion layer 28 including the extension region thereon is selectively and positively amorphized by implantation damage due to In ions. Thus, since the pocket diffusion layer 28 is preamorphized prior to the formation of the second high-concentration diffusion layer 29 that is the extension diffusion layer, the excessive amount when forming the second high-concentration diffusion layer 29 is increased. Excess point defects that cause accelerated diffusion can be reduced. Furthermore, pre-amorphization can also suppress channeling that occurs during the implantation of As ions in the second high-concentration diffusion layer 29, so that the junction surface of the second high-concentration diffusion layer 29 can be made shallow and the short channel effect can be suppressed. it can.
[0063]
In addition, since the implantation protective film 24 made of a silicon oxide film is provided on the entire surface of the semiconductor substrate 21 after the gate electrode 23 is formed, the junction between the first high concentration diffusion layer 26 and the second high concentration diffusion layer 29 is formed. Each of the depths can be made shallow, and the As ions in the second high-concentration diffusion layer 29 can also be prevented from entering the region below the gate electrode 23.
[0064]
In addition, after forming the sidewall 25 and the metal silicide film 27B for performing the heat treatment at a relatively low temperature, the second high-concentration diffusion layer 29, which is the extension region, is formed. There is no exposure to low-temperature heat treatment, which also causes increased diffusion.
[0065]
Further, the first high-concentration diffusion layer 26 and the second high-concentration diffusion layer are formed by rapid thermal processing performed after ion implantation into the source / drain region shown in FIG. 4D and ion implantation into the extension region shown in FIG. Since the activation efficiency of each impurity ion of 29 is improved, the impurity concentration gradient of each junction surface between the substrate surface direction and the depth direction in each of the high concentration diffusion layers 26 and 29 is 1 × 10. 6 (atom / cm Three ) / μm or more profile can be realized.
[0066]
As described above, the activation efficiency, which is an index from the impurity implantation concentration to the impurity concentration after diffusion, increases, so that the driving capability of the transistor is improved and the second high-concentration diffusion layer 29 has a shallow junction depth. By having it, the short channel effect can be suppressed.
[0067]
In the second embodiment, rapid thermal processing is performed every time the first high-concentration diffusion layer 26 and the second high-concentration diffusion layer 29 are implanted. You may perform only.
[0068]
Further, in the second embodiment, as shown in FIG. 5C, when performing pocket implantation with In ions, the first high-concentration diffusion layer 26 is masked with the metal silicide film 27B. The vicinity of the surface of the first high concentration diffusion layer 26 is not amorphized. As a result, a dislocation loop does not occur at the interface between the amorphous layer and the crystal layer during the heat treatment for forming the second high-concentration diffusion layer 29, so that there is no possibility of junction leakage due to the dislocation loop.
[0069]
In addition, when the sidewall 25 in FIG. 4C is formed, the exposed portion of the implantation protective film 24 may be removed. However, in this case, as the As ion implantation conditions, for example, the implantation energy is about 30 keV, and the implantation dose is set so that the impurity profile of the first high-concentration diffusion layer 26 does not change significantly. About 3.6 × 10 15 / Cm 2 It is preferable that
[0070]
Further, although polycrystalline silicon is used for the gate electrode 23, polymetal may be used.
[0071]
Further, although the silicon nitride film is used for the sidewall 25, a TEOS film may be used. In the case where the sidewall 25 is formed of a TEOS film, it is preferable that the implantation protective film 24 be formed of a silicon nitride film.
[0072]
Further, although titanium silicide is used for the metal silicide film 27B, cobalt silicide may be used. More preferably, the metal film 27A to be silicided is preferably composed of a laminate made of titanium and cobalt or an alloy thereof. In this way, the heat resistance of the metal silicide film 27B is improved, so that a stable metal silicide film 27B can be formed.
[0073]
Although the MOS transistor is an N-channel MOS transistor, it may be a P-channel MOS transistor instead. In the case of a P-channel MOS transistor, it is preferable to use antimony (Sb) ions as N-type heavy ions implanted into the channel region and the pocket region.
[0074]
(Third embodiment)
A method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0075]
6 (a) to 6 (d) and FIGS. 7 (a) to 7 (c) show cross-sectional structures in the order of steps of the MOS transistor manufacturing method according to the third embodiment.
[0076]
First, as shown in FIG. 6A, for example, indium (In) ions, which are P type impurity ions having a relatively large mass number, are implanted into a semiconductor substrate 31 made of P type silicon. About 200 KeV and implantation dose is about 1 × 10 12 / Cm 2 Injection is performed under the following injection conditions. Subsequent to the ion implantation, the temperature is raised to a high temperature of about 1025 ° C. at a rate of about 100 ° C./second, and a rapid heat treatment is performed to maintain this temperature for a maximum of about 10 seconds. A P-type diffusion layer 31a to be a channel region is formed.
[0077]
Next, as shown in FIG. 6B, a gate insulating film 32 having a thickness of about 3 nm is formed on the semiconductor substrate 31, and a polycrystalline film having a thickness of about 250 nm is formed on the gate insulating film 32. A gate electrode 33 made of silicon is formed. Subsequently, an implantation protective film 34 made of a silicon oxide film having a thickness of about 5 nm is formed on the semiconductor substrate 31 over the entire surface including the gate electrode 33.
[0078]
Next, as shown in FIG. 6C, a silicon nitride film having a film pressure of about 50 nm is deposited on the entire surface of the implantation protection film 34 so as to cover the gate electrode 33, and the deposited silicon nitride film is applied to the deposited silicon nitride film. By performing anisotropic etching, a sidewall 35 made of a silicon nitride film is formed on the side surface of the gate electrode 33 on the gate length direction side.
[0079]
Next, as shown in FIG. 6D, the gate electrode 33 and the sidewall 35 are used as a mask, and for example, As ions, which are N-type impurity ions, are injected into the semiconductor substrate 31 through the implantation protective film 34 and the implantation energy is increased. About 30 KeV and implantation dose is about 3 × 10 15 / Cm 2 Injection is performed under the following injection conditions. After the implantation, the temperature is raised to a high temperature of about 1025 ° C. at a rate of about 100 ° C./second, and rapid heat treatment is performed to maintain this temperature for about 10 seconds. A first high concentration diffusion layer 36 is formed.
[0080]
Next, as shown in FIG. 7A, the upper surface portion of the gate electrode 33 and the upper surface portion of the first high-concentration diffusion layer 36 in the implantation protective film 34 are removed by etching, and subsequently, sputtering is used. A metal film 37A made of Ti having a thickness of, for example, about 30 nm is deposited on the semiconductor substrate 31 over the entire surface including the gate electrode 33 and the sidewalls 35.
[0081]
Next, as shown in FIG. 7B, a rapid heat treatment is performed at a heating temperature of about 680 ° C. for about 10 seconds, so that the deposited metal film 37A, the gate electrode 33, and the first of the semiconductor substrate 31 are formed. The joint surfaces with the high concentration diffusion layer 36 are caused to react with each other. Subsequently, the gate electrode 33, the first high-concentration diffusion layer 36, and the unreacted metal film are selectively etched and removed by a mixed solution of sulfuric acid, hydrogen peroxide, and water. Thereafter, by performing rapid thermal processing at a heating temperature of about 900 ° C. for about 10 seconds, a metal silicide film 37B having a thickness of about 50 nm is formed on the gate electrode 33 and the first high-concentration diffusion layer 36 in a self-aligning manner. Form.
[0082]
Next, as shown in FIG. 7C, the sidewall 35 is removed using a mixed solution of hydrofluoric acid and hot phosphoric acid, and then the side surface of the gate electrode 33 in the semiconductor substrate 31 using the gate electrode 33 as a mask. In the pocket region located on the lower side, P-type impurity ions having a relatively large mass number, for example, In ions are passed through the implantation protective film 34, the implantation energy is about 200 keV, and the implantation dose is about 5 × 10. 13 / Cm 2 By implanting under the following implantation conditions, a P-type pocket diffusion layer 38 is formed. By performing pocket implantation with heavy ions, the pocket diffusion layer 38 including the extension region on the upper portion is selectively preamorphized.
[0083]
Next, as shown in FIG. 7D, for example, As ions, which are N-type impurity ions, are implanted through the implantation protective film 34 into the semiconductor substrate 31 using the gate electrode 33 and the metal silicide film 37B as a mask. The energy is about 10 keV and the implantation dose is about 5 × 10 14 / Cm 2 The injection is selectively performed under the following injection conditions. After the As ions are implanted, the temperature is raised to a high temperature of about 1025 ° C. at a rate of about 100 ° C./second, and a rapid heat treatment is performed to maintain this temperature for about 10 seconds to activate the implanted As ions. Thus, an N-type second high concentration diffusion layer 39 having a junction depth shallower than that of the first high concentration diffusion layer 36 is formed in the extension region of the semiconductor substrate 31.
[0084]
Thereafter, for example, B ions are implanted into the pocket diffusion layer 38 through the implantation protective film 34, the implantation energy is about 30 keV, and the implantation dose is about 1 × 10 × 10. 13 / Cm 2 If the selective implantation is performed under these implantation conditions, the short channel effect can be further suppressed.
[0085]
As described above, according to the third embodiment, the N-type first high-concentration diffusion layer 36 is formed in the step shown in FIG. 6D, and the gate electrode 33 is formed in the step shown in FIG. A metal silicide film 37B is formed on the first high-concentration diffusion layer 36. Thereafter, in the step shown in FIG. 7C, when forming the P-type pocket diffusion layer 38 by implanting In ions having a relatively large mass number using the gate electrode 33 and the metal silicide film 37B as a mask, The pocket diffusion layer 38 including the extension region thereon is selectively and positively amorphized by implantation damage due to In ions. As described above, since the pocket diffusion layer 38 is preamorphized before the second high concentration diffusion layer 39 which is the extension diffusion layer is formed, it is excessive when the second high concentration diffusion layer 39 is formed. Excess point defects that cause accelerated diffusion can be reduced. Furthermore, pre-amorphization can also suppress channeling that occurs during the implantation of As ions in the second high-concentration diffusion layer 39, so that the junction surface of the second high-concentration diffusion layer 39 can be shallowed and the short channel effect can be suppressed. it can.
[0086]
In addition, since the implantation protective film 34 made of a silicon oxide film is provided on the entire surface of the semiconductor substrate 31 after the gate electrode 33 is formed, the junction between the first high concentration diffusion layer 36 and the second high concentration diffusion layer 39 is formed. Each of the depths can be made shallower, and As ions in the second high-concentration diffusion layer 39 can be prevented from entering the region below the gate electrode 33.
[0087]
In addition, the second high-concentration diffusion layer 39 is excessively formed in order to form the second high-concentration diffusion layer 39 that is the extension region after forming the sidewall 35 and the metal silicide film 37B that perform the heat treatment at a relatively low temperature. There is no exposure to low-temperature heat treatment, which also causes increased diffusion.
[0088]
In addition, as a feature of the third embodiment, In ions having a relatively large mass number are used as impurity ions forming the P-type diffusion layer 31a that is a channel region. Since the impurity concentration is small and a steep impurity concentration distribution can be formed in a region away from the region in the vicinity of the surface, miniaturization can be achieved without reducing the driving force of the transistor. In addition, since the rapid heat treatment is performed after the heavy ions are implanted into the channel region, crystal damage due to In ions of the semiconductor substrate 31 can be reliably and quickly recovered.
[0089]
Further, the first high-concentration diffusion layer 36 and the second high-concentration diffusion layer are formed by rapid thermal processing performed after ion implantation into the source / drain region shown in FIG. 6D and ion implantation into the extension region shown in FIG. Since the activation efficiency of each impurity ion of 39 is improved, the impurity concentration gradient of each junction surface between the substrate surface direction and the depth direction in each of the high concentration diffusion layers 36, 39 is 1 × 10. 6 (atom / cm Three ) / μm or more profile can be realized.
[0090]
As described above, the activation efficiency which is an index from the impurity implantation concentration to the impurity concentration after diffusion increases, so that the driving capability of the transistor is improved and the second high-concentration diffusion layer 39 has a shallow junction depth. By having it, the short channel effect can be suppressed.
[0091]
In the third embodiment, the rapid thermal treatment is performed every time the first high-concentration diffusion layer 36 and the second high-concentration diffusion layer 39 are implanted. You may perform only.
[0092]
Further, in the third embodiment, as shown in FIG. 7C, when performing pocket implantation with In ions, the first high-concentration diffusion layer 36 is masked with the metal silicide film 37B. The vicinity of the surface of the first high concentration diffusion layer 36 is not amorphized. As a result, a dislocation loop does not occur at the interface between the amorphous layer and the crystal layer during the heat treatment for forming the second high-concentration diffusion layer 39, so that there is no possibility of junction leakage due to the dislocation loop.
[0093]
Further, the exposed portion of the implantation protective film 34 may be removed when forming the sidewall 35 in FIG. However, in this case, as the As ion implantation conditions, for example, the implantation energy is about 30 keV and the implantation dose amount so that the impurity profile of the first high-concentration diffusion layer 36 does not change significantly before the removal. About 3.6 × 10 15 / Cm 2 It is preferable that
[0094]
Further, although polycrystalline silicon is used for the gate electrode 33, polymetal may be used.
[0095]
Further, although the silicon nitride film is used for the sidewall 35, a TEOS film may be used. In the case where the sidewall 35 is formed of a TEOS film, it is preferable that the injection protective film 34 is formed of a silicon nitride film.
[0096]
Further, although titanium silicide is used for the metal silicide film 37B, cobalt silicide may be used. More preferably, the metal film 37A to be silicided is preferably composed of a laminate made of titanium and cobalt or an alloy thereof. In this way, the heat resistance of the metal silicide film 37B is improved, so that a stable metal silicide film 37B can be formed.
[0097]
Although the MOS transistor is an N-channel MOS transistor, it may be a P-channel MOS transistor instead. In the case of a P-channel MOS transistor, it is preferable to use antimony (Sb) ions as N-type heavy ions implanted into the channel region and the pocket region.
[0098]
【The invention's effect】
According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, since the extension region is preamorphized, excess point defects that cause excessively accelerated diffusion are reduced in the extension region. In addition, after forming and removing the sidewall, the second high concentration diffusion layer is formed to form the second high concentration diffusion layer that is the extension region in the first high concentration diffusion layer that is the source / drain region. Therefore, the second high-concentration diffusion layer can be formed into a shallow junction. Furthermore, since the impurity implantation of the first high concentration diffusion layer is performed through the implantation protective film, the first high concentration diffusion layer can be formed into a shallow junction. Thereby, the parasitic resistance of the first and second source / drain regions is reduced, and miniaturization can be realized without reducing the driving force of the semiconductor device.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1D are cross-sectional structural views showing a manufacturing method of a MOS semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2D are structural cross-sectional views in order of steps showing a method for manufacturing a MOS type semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 3A and 3B show impurity concentration distributions of the MOS type semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3A is a graph showing impurity concentrations in the depth direction of the substrate. (B) is a graph showing the impurity concentration in the substrate surface direction.
FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views in order of steps showing a method for manufacturing a MOS type semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 5A to 5D are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a MOS type semiconductor device according to a second embodiment of the present invention in order of processes.
FIGS. 6A to 6D are cross-sectional views in order of steps showing a method for manufacturing a MOS type semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
FIGS. 7A to 7D are structural cross-sectional views in order of steps showing a method for manufacturing a MOS type semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 8A to 8E are cross-sectional views illustrating a conventional MOS transistor manufacturing method in the order of steps.
[Explanation of symbols]
11 Semiconductor substrate
11a P-type diffusion layer
12 Gate insulation film
13 Gate electrode
14 Injection protective layer
15 First sidewall
16 First high-concentration diffusion layer
17 Pocket diffusion layer
18 Second high-concentration diffusion layer
19 Second sidewall
20 Metal silicide film
21 Semiconductor substrate
21a P-type diffusion layer
22 Gate insulation film
23 Gate electrode
24 Injection protective layer
25 sidewall
26 First high-concentration diffusion layer
27A metal film
27B Metal silicide film
28 Pocket diffusion layer
29 Second high concentration diffusion layer
31 Semiconductor substrate
31a P-type diffusion layer
32 Gate insulation film
33 Gate electrode
34 Injection protective layer
35 sidewall
36 First high-concentration diffusion layer
37A metal film
37B Metal silicide film
38 Pocket diffusion layer
39 Second high-concentration diffusion layer

Claims (8)

半導体基板の上部に対して第1導電型の第1の不純物を注入することにより、チャネル領域となる第1導電型の拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記半導体基板の上に前記ゲート電極を含む全面にわたって絶縁膜からなる注入保護膜を形成する工程と、
前記ゲート電極の側面に前記注入保護膜を介してサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして前記半導体基板に対して第2導電型の第2の不純物を前記注入保護膜を通して注入することにより、第2導電型の第1の高濃度拡散層を形成する工程と、
前記サイドウォールを除去した後、前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板における前記ゲート電極の側面の下側に位置するエクステンション領域に、第1導電型の第3の不純物を前記注入保護膜を通して注入することにより、前記エクステンション領域をアモルファス化する工程と、
前記エクステンション領域をアモルファス化する工程よりも後に、前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に対して第2導電型の第4の不純物を前記注入保護膜を通して注入し熱処理を行なうことにより、前記エクステンション領域に前記第1の高濃度拡散層よりも浅い接合深さを持つ第2導電型の第2の高濃度拡散層を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first conductivity type diffusion layer to be a channel region by implanting a first conductivity type first impurity into the upper portion of the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film;
Forming an implantation protective film made of an insulating film over the entire surface including the gate electrode on the semiconductor substrate;
Forming a sidewall on the side surface of the gate electrode via the injection protective film;
A second conductivity type second impurity is implanted into the semiconductor substrate through the implantation protective film using the gate electrode and the sidewall as a mask, thereby forming a second conductivity type first high concentration diffusion layer. Process,
After removing the sidewall, a third impurity of the first conductivity type is implanted through the implantation protective film into an extension region located below the side surface of the gate electrode in the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask. A process of making the extension region amorphous;
After the step of amorphizing the extension region, a fourth impurity of the second conductivity type is implanted into the semiconductor substrate through the implantation protective film using the gate electrode as a mask, and a heat treatment is performed. Forming a second conductivity type second high-concentration diffusion layer having a junction depth shallower than that of the first high-concentration diffusion layer.
前記第1の高濃度拡散層を形成する工程は、前記第2の不純物の注入を行なった半導体基板に対して熱処理を行なう工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。  2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the first high-concentration diffusion layer includes a step of performing a heat treatment on the semiconductor substrate into which the second impurity has been implanted. Method. 前記半導体基板は少なくともその上部がシリコンからなり、
前記第2の高濃度拡散層を形成する工程の後に、
前記ゲート電極の側面に絶縁膜からなるサイドウォールを形成する工程と、
前記注入保護膜における前記半導体基板の上に露出する部分を除去した後、前記半導体基板の上に前記ゲート電極を含む全面にわたって金属膜を堆積し、堆積した金属膜と前記ゲート電極及び半導体基板との接合面を互いに反応させることにより、前記ゲート電極及び第2の高濃度拡散層の上部にシリサイド膜を自己整合的に形成する工程とをさらに備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor substrate is made of silicon at least at the top,
After the step of forming the second high concentration diffusion layer,
Forming a sidewall made of an insulating film on a side surface of the gate electrode;
After removing the exposed portion of the implantation protective film on the semiconductor substrate, a metal film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate including the gate electrode, and the deposited metal film, the gate electrode and the semiconductor substrate, The method further comprises the step of forming a silicide film in a self-aligned manner on the gate electrode and the second high-concentration diffusion layer by causing the bonding surfaces of the first and second layers to react with each other. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3.
前記第3の不純物は、インジウムイオン又はアンチモンイオンであることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the third impurity is indium ion or antimony ion . 少なくとも上部がシリコンからなる半導体基板における前記上部に対して第1導電型の第1の不純物を注入することにより、チャネル領域となる第1導電型の拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記半導体基板の上に前記ゲート電極を含む全面にわたって絶縁膜からなる注入保護膜を形成する工程と、
前記ゲート電極の側面に前記注入保護膜を介して絶縁膜からなるサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして前記半導体基板に対して第2導電型の第2の不純物を前記注入保護膜を通して注入することにより、第2導電型の第1の高濃度拡散層を形成する工程と、
前記注入保護膜における前記半導体基板の上に露出する部分を除去した後、前記半導体基板の上に前記ゲート電極を含む全面にわたって金属膜を堆積し、堆積した金属膜と前記ゲート電極及び半導体基板との接合面を互いに反応させることにより、前記ゲート電極及び第1の高濃度拡散層の上部にシリサイド膜を自己整合的に形成する工程と、
前記サイドウォールを除去した後、前記ゲート電極及びシリサイド膜をマスクとして前記半導体基板における前記ゲート電極の側面の下側に位置するエクステンション領域に、第1導電型の第3の不純物を前記注入保護膜を通して注入することにより、前記エクステンション領域を選択的にアモルファス化する工程と、
前記エクステンション領域を選択的にアモルファス化する工程よりも後に、前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に対して第2導電型の第4の不純物を前記注入保護膜を通して注入し熱処理を行なうことにより、前記エクステンション領域に前記第1の高濃度拡散層よりも浅い接合深さを持つ第2導電型の第2の高濃度拡散層を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first conductivity type diffusion layer serving as a channel region by injecting a first impurity of the first conductivity type into the upper portion of the semiconductor substrate made of silicon at least at the top;
Forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film;
Forming an implantation protective film made of an insulating film over the entire surface including the gate electrode on the semiconductor substrate;
Forming a sidewall made of an insulating film on the side surface of the gate electrode through the injection protective film;
A second conductivity type second impurity is implanted into the semiconductor substrate through the implantation protective film using the gate electrode and the sidewall as a mask, thereby forming a second conductivity type first high concentration diffusion layer. Process,
After removing the exposed portion of the implantation protective film on the semiconductor substrate, a metal film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate including the gate electrode, and the deposited metal film, the gate electrode and the semiconductor substrate, Forming a silicide film in a self-aligned manner on the gate electrode and the first high-concentration diffusion layer by reacting the bonding surfaces of
After removing the sidewalls, a third impurity of the first conductivity type is implanted into the extension protective film in the extension region located below the side surface of the gate electrode in the semiconductor substrate using the gate electrode and the silicide film as a mask. Selectively amorphizing the extension region by implanting through;
After the step of selectively amorphizing the extension region, a fourth impurity of the second conductivity type is implanted into the semiconductor substrate through the implantation protective film using the gate electrode as a mask, and a heat treatment is performed. Forming a second high-concentration diffusion layer of the second conductivity type having a junction depth shallower than that of the first high-concentration diffusion layer in the extension region. Method.
前記第1の高濃度拡散層を形成する工程は、前記第2の不純物の注入を行なった半導体基板に対して熱処理を行なう工程を含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。  6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the step of forming the first high-concentration diffusion layer includes a step of performing a heat treatment on the semiconductor substrate into which the second impurity has been implanted. Method. 前記金属膜は、チタンとコバルトとからなる積層体又はチタンとコバルトとの合金からなることを特徴とする請求項5又は6に記載の半導体装置の製造方法。  The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the metal film is made of a laminate made of titanium and cobalt or an alloy of titanium and cobalt. 前記第3の不純物は、インジウムイオン又はアンチモンイオンであることを特徴とする請求項5〜7のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the third impurity is indium ion or antimony ion .
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