JP4193638B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents

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本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、特にはエクステンション領域を備えたMOSトランジスタ構造の半導体装置の製造方法およびこの製造方法によって得られる半導体装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a MOS transistor structure having an extension region and a semiconductor device obtained by the manufacturing method.

半導体デバイスの高性能化の要求に伴い、MOS型シリコン半導体装置においては、トランジスタ構造の微細化が進んでいる。ゲート電極のデザインルールが90nm以下の世代では、チャネル長が60nm以下になりショートチャネル効果によるトランジスタ特性の劣化が顕著になる。また、低濃度のエクステンション形成で注入したイオンの拡散により、ゲート電極−ゲート絶縁膜−エクステンションからなるキャパシタが形成され、トランジスタ動作速度の劣化をもたらす。   Along with the demand for higher performance of semiconductor devices, the miniaturization of transistor structures is progressing in MOS type silicon semiconductor devices. In the generation where the design rule of the gate electrode is 90 nm or less, the channel length becomes 60 nm or less, and the deterioration of the transistor characteristics due to the short channel effect becomes remarkable. Further, diffusion of ions implanted in the formation of the low concentration extension forms a capacitor composed of gate electrode-gate insulating film-extension, resulting in deterioration of transistor operation speed.

このようなトランジスタ特性の劣化を防ぐため、エクステンション形成のイオン注入前に、ゲート電極を覆う状態でCVD法によって酸化シリコンまたは窒化シリコンからなる絶縁膜を形成し、この絶縁膜を異方性エッチングすることによりゲート電極の側壁にサイドウォール状のオフセットスペーサーを形成する方法が提唱されている。このような方法によれば、オフセットスペーサーを設けた後にエクステンション形成のためのイオン注入を行うことにより、エクステンションがゲート電極の直下に達して上述したキャパシタが形成されることを防止している(下記特許文献1参照)。   In order to prevent such deterioration of the transistor characteristics, an insulating film made of silicon oxide or silicon nitride is formed by CVD in a state of covering the gate electrode before ion implantation for extension formation, and this insulating film is anisotropically etched. Thus, a method of forming a sidewall-shaped offset spacer on the side wall of the gate electrode has been proposed. According to such a method, ion implantation for forming the extension is performed after the offset spacer is provided, thereby preventing the extension from reaching the gate electrode and forming the above-described capacitor (described below). Patent Document 1).

特開2000−216373号公報(図3および0025〜0027)JP 2000-216373 A (FIG. 3 and 0025 to 0027)

しかしながら、上述した製造方法では、オフセットスペーサーを形成するための絶縁膜の異方性エッチングにおいて、下地となる半導体基板がオーバーエッチングされ、半導体基板の表面が後退する。この結果、エクステンションとゲート電極との間隔が必要以上に大きくなり、オン電流(Ion)の劣化やしきい電圧(Vth)の低下といったトランジスタ特性の劣化が懸念される。   However, in the manufacturing method described above, in the anisotropic etching of the insulating film for forming the offset spacer, the underlying semiconductor substrate is over-etched, and the surface of the semiconductor substrate recedes. As a result, the distance between the extension and the gate electrode becomes unnecessarily large, and there is a concern about deterioration of transistor characteristics such as deterioration of on-current (Ion) and reduction of threshold voltage (Vth).

また、オフセットスペーサーの形成は、CVD法などによって成膜された絶縁膜を異方性エッチングすることによって行われているが、このような堆積成膜によって形成される絶縁膜は膜厚がばらつき易く、上述したオーバーエッチングによる半導体基板表面の後退量にもばらつきが生じることになる。この結果、上述したオン電流(Ion)の劣化やしきい電圧(Vth)の低下のばらつきに起因して、トランジスタ特性のばらつきも生じることになる。   In addition, the offset spacer is formed by anisotropic etching of an insulating film formed by a CVD method or the like, but the insulating film formed by such a deposited film easily varies in film thickness. Also, the amount of recession on the surface of the semiconductor substrate due to the over-etching described above also varies. As a result, the transistor characteristics also vary due to the above-described deterioration of the on-current (Ion) and the variation of the threshold voltage (Vth).

そこで本発明は、MOSトランジスタの低濃度拡散層(エクステンション)形成のためのサイドウォール状のオフセットスペーサーを形成する際の半導体基板の後退を抑え、かつオフセットスペーサーの形成ばらつきを抑えることにより、トランジスタ特性の劣化を抑制することが可能な半導体装置の製造方法、さらにはこれによって形成される半導体装置を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention suppresses the recession of the semiconductor substrate when forming the sidewall-shaped offset spacer for forming the low-concentration diffusion layer (extension) of the MOS transistor, and suppresses the variation in the formation of the offset spacer. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing deterioration of the semiconductor device, and a semiconductor device formed thereby.

このような目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は、次の手順で行うことを特徴としている。先ず工程(a)では、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、次の工程(b)では、ゲート電極を覆う状態で半導体基板上に第1絶縁膜を形成する。その後、工程(c)では、第1絶縁膜の表面を処理することにより当該第1絶縁膜の表面層に第2絶縁膜を成長させ、次の工程(d)では、第2絶縁膜上に第3絶縁膜を形成する。以上の後、工程(e)では、第2絶縁膜をストッパーとして第3絶縁膜を異方性エッチングし、さらに当該第2絶縁膜と第1絶縁膜とを異方性エッチングすることにより、第1絶縁膜、第2絶縁膜、および第3絶縁膜からなるサイドウォールを形成する。そして、工程(f)では、ゲート電極およびサイドウォールをマスクにして半導体基板の表面層に不純物を導入する。この不純物導入により、ソース・ドレイン拡散層よりも低濃度の拡散層(エクステンション領域)を形成する。またその後の工程(g)では、ゲート電極の側壁に、サイドウォールを介して第2のサイドウォールを形成する。その後工程(h)では、ゲート電極、前記サイドウォール、および前記第2のサイドウォールをマスクにして前記半導体基板の表面層にソース・ドレイン拡散層形成のための不純物を導入する。 A method for manufacturing a semiconductor device of the present invention for achieving such an object is characterized in that it is carried out by the following procedure. First, in step (a), a gate electrode is formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and in the next step (b), a first insulating film is formed on the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode. Thereafter, in step (c), the surface of the first insulating film is treated to grow a second insulating film on the surface layer of the first insulating film, and in the next step (d), the second insulating film is formed on the second insulating film. A third insulating film is formed. After the above, in the step (e), the third insulating film is anisotropically etched using the second insulating film as a stopper, and the second insulating film and the first insulating film are anisotropically etched. A sidewall made of the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film is formed. In step (f), impurities are introduced into the surface layer of the semiconductor substrate using the gate electrode and the sidewall as a mask. By introducing this impurity, a diffusion layer (extension region) having a lower concentration than the source / drain diffusion layer is formed. In the subsequent step (g), a second sidewall is formed on the side wall of the gate electrode via the sidewall. Thereafter, in step (h), impurities for forming a source / drain diffusion layer are introduced into the surface layer of the semiconductor substrate using the gate electrode, the sidewall, and the second sidewall as a mask.

このような製造方法では、第2絶縁膜をエッチングストッパとして第3絶縁膜をエッチングすることにより、第3絶縁膜の膜厚ばらつきに起因するエッチング量のばらつきは、エッチングが第2絶縁膜に達したところで一旦取り消される。このため、その後に行われる薄膜状の第2絶縁膜と第1絶縁膜とのエッチングは、第3絶縁膜の膜厚ばらつきに影響されることなく進められる。しかも、この第2絶縁膜は、第1絶縁膜の表面処理によって成長させた膜であるため膜厚ばらつきが小さい。このため、この第2絶縁膜を堆積成膜した場合と比較して、第2絶縁膜自体のエッチングばらつきが小さく抑えられる。したがって、半導体基板の削れ量と削れ量のばらつきを最小限に抑えてサイドウォールが形成される。   In such a manufacturing method, by etching the third insulating film using the second insulating film as an etching stopper, the etching amount variation caused by the film thickness variation of the third insulating film reaches the second insulating film. It will be canceled once. Therefore, the subsequent etching of the thin film-like second insulating film and the first insulating film can proceed without being affected by the film thickness variation of the third insulating film. Moreover, since the second insulating film is a film grown by surface treatment of the first insulating film, the film thickness variation is small. For this reason, compared with the case where the second insulating film is deposited, the etching variation of the second insulating film itself can be suppressed small. Therefore, the side wall is formed while minimizing the amount of shaving and the amount of shaving of the semiconductor substrate.

また本発明は、上述した製造方法によって形成された半導体装置でもあり、ソース・ドレイン拡散層と共に、低濃度拡散層(エクステンション領域)を備えたMOS型の半導体装置において、低濃度拡散層が、ゲート電極および第1のサイドウォールをマスクにした不純物導入によって形成されたものであり、特に、第1のサイドウォールが、第1絶縁膜と、当該第1絶縁膜の表面を処理することによって当該第1絶縁膜の表面層に成長させた第2絶縁膜と、第2絶縁膜上に形成され当該第2絶縁膜に対して選択的にエッチングが可能な材料からなる第3絶縁膜とで構成されていることを特徴としている。   The present invention is also a semiconductor device formed by the above-described manufacturing method. In a MOS type semiconductor device having a low concentration diffusion layer (extension region) together with a source / drain diffusion layer, the low concentration diffusion layer is a gate. The first sidewall is formed by introducing impurities using the electrode and the first sidewall as a mask. In particular, the first sidewall is formed by treating the first insulating film and the surface of the first insulating film. A second insulating film grown on the surface layer of the first insulating film; and a third insulating film formed on the second insulating film and made of a material that can be selectively etched with respect to the second insulating film. It is characterized by having.

以上説明したように本発明の製造方法によれば、ゲート電極の側壁にサイドウォール状のオフセットスペーサーを形成する際の半導体基板表面の後退を抑え、かつオフセットスペーサーの形成ばらつきを抑えることができるため、ゲート電極とサイドウォールとをマスクにした不純物導入によって形成される拡散層領域を位置精度良好に形成することが可能になる。この結果、特性の良好なMOSトランジスタを有する半導体装置を得ることが可能になる。さらに、本発明の半導体装置は、上述した製造方法によって製造された構成を有し、低濃度拡散層を備えつつも特性の良好なMOSトランジスタを有するものとなる。   As described above, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to suppress the recession of the surface of the semiconductor substrate when forming the sidewall-shaped offset spacer on the side wall of the gate electrode, and to suppress the formation variation of the offset spacer. Therefore, it is possible to form the diffusion layer region formed by introducing the impurity using the gate electrode and the sidewall as a mask with good positional accuracy. As a result, a semiconductor device having a MOS transistor with good characteristics can be obtained. Furthermore, the semiconductor device of the present invention has a structure manufactured by the above-described manufacturing method, and has a MOS transistor with good characteristics while having a low concentration diffusion layer.

以下、本発明の実施形態を、図1および図2の断面工程図に基づいて製造方法から順に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in order from the manufacturing method based on the cross-sectional process diagrams of FIGS.

先ず、図1(1)に示すように、例えば単結晶シリコンからなる半導体基板1上に、ゲート絶縁膜3を介してゲート電極5を形成する。ここでは、先ず、チャネル形成のためイオン注入および活性化アニールを施した半導体基板1の上部に、酸化シリコンや窒化シリコンからなるゲート絶縁膜3、およびポリシリコンやシリサイドからなるゲート電極材料膜を成膜し、次いでゲート電極材料およびゲート絶縁膜3のパターニングを行う。   First, as shown in FIG. 1A, a gate electrode 5 is formed on a semiconductor substrate 1 made of, for example, single crystal silicon with a gate insulating film 3 interposed therebetween. Here, first, a gate insulating film 3 made of silicon oxide or silicon nitride and a gate electrode material film made of polysilicon or silicide are formed on the semiconductor substrate 1 subjected to ion implantation and activation annealing for channel formation. Then, the gate electrode material and the gate insulating film 3 are patterned.

次に、図1(2)に示すように、ゲート電極5を覆う状態で、ゲート絶縁膜3におけるエッジ近傍でのパターニングによる劣化を緩和するための第1絶縁膜7を半導体基板1上に形成する。ここでは、一例として、先ずゲート電極5や半導体基板1表面の自然酸化膜およびケミカル酸化膜を除去するための前洗浄を行い、その後、酸素ガス(O2)を含有するガス中にて熱処理を行うことで、熱酸化膜からなる第1絶縁膜7を成長させる。尚、このような熱酸化処理により、トランジスタのオン電流(Ion)劣化の原因となる半導体基板1表面の後退が起こる。このため、このような半導体基板1表面の後退を抑えるため、熱酸化膜からなる第1絶縁膜7は、4nm以下の薄膜として形成することが好ましい。 Next, as shown in FIG. 1B, a first insulating film 7 is formed on the semiconductor substrate 1 so as to alleviate deterioration due to patterning in the vicinity of the edge of the gate insulating film 3 while covering the gate electrode 5. To do. Here, as an example, first, pre-cleaning for removing the natural oxide film and chemical oxide film on the surface of the gate electrode 5 and the semiconductor substrate 1 is performed, and then heat treatment is performed in a gas containing oxygen gas (O 2 ). As a result, the first insulating film 7 made of a thermal oxide film is grown. Such a thermal oxidation treatment causes the surface of the semiconductor substrate 1 to recede which causes deterioration of the on-current (Ion) of the transistor. For this reason, in order to suppress such recession of the surface of the semiconductor substrate 1, the first insulating film 7 made of a thermal oxide film is preferably formed as a thin film of 4 nm or less.

次いで、図1(3)に示すように、熱酸化膜からなる第1絶縁膜7の表面を窒化処理することにより、第1絶縁膜7の表面層に窒化シリコンからなる第2絶縁膜9を成長させる。この際の窒化処理としては、例えばプラズマ処理が行われる。   Next, as shown in FIG. 1 (3), the surface of the first insulating film 7 made of a thermal oxide film is subjected to nitriding treatment, whereby the second insulating film 9 made of silicon nitride is formed on the surface layer of the first insulating film 7. Grow. As the nitriding process at this time, for example, a plasma process is performed.

以下に、プラズマ窒化処理による第2絶縁膜9の形成の一例を記す。先ず、プラズマ源および窒素ガス(N2)ラインを有するチャンバーに、第1絶縁膜7の形成までを行った半導体基板1を収納し、チャンバー内の圧力を2.67×102Paに保つと共に、半導体基板1の温度を400℃に保つ。この状態で、チャンバー内にN2を100sccmの流量で導入し、プラズマ源に500Wの電力を印加する。これによりチャンバー内に窒素プラズマを生成し、半導体基板1上の第1絶縁膜7表面をプラズマ窒化処理して窒化シリコンからなる第2絶縁膜9を成長させる。 Hereinafter, an example of forming the second insulating film 9 by plasma nitriding will be described. First, in a chamber having a plasma source and a nitrogen gas (N 2 ) line, the semiconductor substrate 1 subjected to the formation of the first insulating film 7 is accommodated, and the pressure in the chamber is maintained at 2.67 × 10 2 Pa. The temperature of the semiconductor substrate 1 is kept at 400 ° C. In this state, N 2 is introduced into the chamber at a flow rate of 100 sccm, and a power of 500 W is applied to the plasma source. Thus, nitrogen plasma is generated in the chamber, and the surface of the first insulating film 7 on the semiconductor substrate 1 is plasma-nitrided to grow a second insulating film 9 made of silicon nitride.

尚、このような第2絶縁膜9の形成は窒化処理に限定されることはない。すなわち、第2絶縁膜9は、堆積膜ではなく処理によって第1絶縁膜7の表面層に成長させた処理膜として形成されれば良い。したがって、第1絶縁膜7の膜質にもよるが、当該第1絶縁膜7が熱酸化膜である場合には、窒化処理の他に炭化処理であってもよく、さらには窒化炭化処理であっても良く、これに対して第1絶縁膜7が窒化膜であれば酸化処理や炭化処理、さらには酸化炭化処理であっても良い。またさらに、これらの成膜処理は、プラズマ処理に限定されることはない。   The formation of the second insulating film 9 is not limited to nitriding treatment. That is, the second insulating film 9 may be formed not as a deposited film but as a processing film grown on the surface layer of the first insulating film 7 by processing. Therefore, depending on the film quality of the first insulating film 7, when the first insulating film 7 is a thermal oxide film, it may be a carbonizing process in addition to the nitriding process. On the other hand, if the first insulating film 7 is a nitride film, it may be an oxidation process, a carbonization process, or an oxycarbonization process. Furthermore, these film forming processes are not limited to plasma processes.

以上の後、図1(4)に示すように、第2絶縁膜9上に、当該第2絶縁膜9に対して選択的にエッチングが可能な材料からなる第3絶縁膜11を形成する。そこで、第2絶縁膜9が窒化シリコンからなる場合には、酸化シリコンからなる第3絶縁膜11を形成することとする。この第3絶縁膜11は、第1絶縁膜7および第2絶縁膜9と共に、以降の工程で形成する低濃度拡散層形成のためのオフセットスペーサー用のサイドウォールを構成するものとなる。このため、サイドウォールが設定膜厚となるように、この第3絶縁膜11の膜厚が設定される。このような第3絶縁膜11の膜厚は、ここで作製するMOSトランジスタの特性にもよるが、一例として15nm以下の範囲であり、第1絶縁膜7および第2絶縁膜9よりも厚い膜厚で形成されることとする。 After the above, as shown in FIG. 1 (4), the third insulating film 11 made of a material that can be selectively etched with respect to the second insulating film 9 is formed on the second insulating film 9. Therefore, when the second insulating film 9 is made of silicon nitride, the third insulating film 11 made of silicon oxide is formed. The third insulating film 11 constitutes, together with the first insulating film 7 and the second insulating film 9, a sidewall for an offset spacer for forming a low-concentration diffusion layer formed in the subsequent steps. For this reason, the film thickness of the third insulating film 11 is set so that the sidewall has the set film thickness. The film thickness of the third insulating film 11 is, for example, in the range of 15 nm or less, and is thicker than the first insulating film 7 and the second insulating film 9, although it depends on the characteristics of the MOS transistor manufactured here. It is supposed to be formed with a thickness.

そして、このような第1絶縁膜7および第2絶縁膜9よりも厚い膜厚の第3絶縁膜11の形成は、例えば、LP−CVD(low pressure-chemical vapor deposition)法のような堆積成膜法によって行って良い。   The third insulating film 11 having a thickness larger than that of the first insulating film 7 and the second insulating film 9 is formed by deposition such as LP-CVD (low pressure-chemical vapor deposition). The film method may be used.

次に、図2(5)に示すように、窒化シリコンからなる第2絶縁膜9をストッパーにして、酸化シリコンからなる第3絶縁膜11を異方性エッチングし、ゲート電極5の側壁のみに第3絶縁膜11を残す。次に、第2絶縁膜9上の第3絶縁膜11が除去されたところで、窒化シリコンからなる第2絶縁膜9および熱酸化膜からなる第1絶縁膜7を異方性エッチングし、ゲート電極5の側壁のみに第2絶縁膜9および第1絶縁膜7を残す。これにより、ゲート電極5の側壁に、第1絶縁膜7、第2絶縁膜9、および第3絶縁膜11からなる第1のサイドウォール13を形成する。   Next, as shown in FIG. 2 (5), the third insulating film 11 made of silicon oxide is anisotropically etched using the second insulating film 9 made of silicon nitride as a stopper, and only on the side wall of the gate electrode 5. The third insulating film 11 is left. Next, when the third insulating film 11 on the second insulating film 9 is removed, the second insulating film 9 made of silicon nitride and the first insulating film 7 made of a thermal oxide film are anisotropically etched to obtain a gate electrode. The second insulating film 9 and the first insulating film 7 are left only on the side wall 5. As a result, the first sidewall 13 including the first insulating film 7, the second insulating film 9, and the third insulating film 11 is formed on the sidewall of the gate electrode 5.

以上の第3絶縁膜11、第2絶縁膜9、および第1絶縁膜7の異方性エッチングにおいては、例えば、単結晶シリコンからなる半導体基板1との選択比の高い8フッ化シクロブタン(C48)や3フッ化メタン(CHF3)を含むエッチングガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE:reactive ion etching)が行われる。 In the anisotropic etching of the third insulating film 11, the second insulating film 9, and the first insulating film 7 described above, for example, octafluorocyclobutane (C) having a high selectivity with respect to the semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon. Reactive ion etching (RIE) using an etching gas containing 4 F 8 ) or trifluoromethane (CHF 3 ) is performed.

次いで、図2(6)に示すように、ゲート電極5および第1のサイドウォール13をマスクにして、半導体基板1の表面層に、いわゆるソース・ドレインエクステンション領域となる低濃度拡散層15を形成するための不純物導入を行う。この不純物導入は、例えばイオン注入によって行う。この際、ゲート電極5脇における半導体基板1の表面層部分に、第1のサイドウォール13をオフセットスペーサーとした間隔を設けて不純物が導入される。   Next, as shown in FIG. 2 (6), a low-concentration diffusion layer 15 serving as a so-called source / drain extension region is formed on the surface layer of the semiconductor substrate 1 using the gate electrode 5 and the first sidewall 13 as a mask. Impurities are introduced for this purpose. This impurity introduction is performed, for example, by ion implantation. At this time, impurities are introduced into the surface layer portion of the semiconductor substrate 1 beside the gate electrode 5 with an interval using the first sidewall 13 as an offset spacer.

その後、図2(7)に示すように、ゲート電極5の側壁に、第1のサイドウォール13を介して第2のサイドウォール17を形成する。第2のサイドウォール17は、例えば酸化シリコン膜の成膜と、当該酸化シリコン膜の異方性エッチングによって形成される。尚、第2のサイドウォール17は、酸化シリコンからなるものに限定されることはなく、また、酸化シリコンと窒化シリコンの二層構造であるなど、一層からなるものに限定されることはない。   Thereafter, as shown in FIG. 2 (7), a second sidewall 17 is formed on the sidewall of the gate electrode 5 via the first sidewall 13. The second sidewall 17 is formed by, for example, forming a silicon oxide film and anisotropic etching of the silicon oxide film. The second sidewall 17 is not limited to one made of silicon oxide, and is not limited to one layer such as a two-layer structure of silicon oxide and silicon nitride.

次に、図2(8)に示すように、ゲート電極5、第1のサイドウォール13、および第2のサイドウォール17をマスクにして、半導体基板1の表面層に、ソース・ドレイン拡散層(ソース・ドレイン)19を形成するための不純物導入を行う。この不純物導入は、例えばイオン注入によって行う。   Next, as shown in FIG. 2 (8), a source / drain diffusion layer (on the surface layer of the semiconductor substrate 1 is formed using the gate electrode 5, the first sidewall 13, and the second sidewall 17 as a mask). Impurities are introduced to form (source / drain) 19. This impurity introduction is performed, for example, by ion implantation.

以上の後、半導体基板1の表面層に導入した不純物を活性化させるための熱処理を行い、MOS型トランジスタ構造の半導体装置20を完成させる。   After the above, a heat treatment for activating the impurities introduced into the surface layer of the semiconductor substrate 1 is performed to complete the semiconductor device 20 having a MOS transistor structure.

このようにして得られた半導体装置20は、低濃度拡散層15を形成する際のオフセットスペーサーとして用いられた第1のサイドウォール13が、第1絶縁膜7と、この第1絶縁膜7の表面を処理することによって第1絶縁膜7の表面層に成長させた第2絶縁膜9と、第2絶縁膜9上に形成されこの第2絶縁膜9に対して選択的にエッチングが可能な材料からなる第3絶縁膜11とで構成されたものとなる。   In the semiconductor device 20 obtained in this manner, the first sidewall 13 used as an offset spacer when forming the low concentration diffusion layer 15 includes the first insulating film 7 and the first insulating film 7. A second insulating film 9 grown on the surface layer of the first insulating film 7 by treating the surface and a second insulating film 9 formed on the second insulating film 9 can be selectively etched. The third insulating film 11 is made of a material.

そして、以上説明した製造方法によれば、図2(5)を用いて説明したように、第1のサイドウォール13を形成する際には、第2絶縁膜9をエッチングストッパとして第3絶縁膜11がエッチングされる。これにより、堆積膜からなる第3絶縁膜11の膜厚ばらつきに起因するエッチング量のばらつきを、エッチングが第2絶縁膜9に達したところで一旦取り消すことができる。このため、その後に行われる第2絶縁膜9と第1絶縁膜7とのエッチングは、第3絶縁膜11の膜厚ばらつきに影響されることなく進められる。しかも、この第2絶縁膜9は、第1絶縁膜7の表面処理によって成長させた膜であるため膜厚ばらつきが小さい。このため、この第2絶縁膜9が堆積成膜された膜である場合と比較して、第2絶縁膜9自体のエッチングばらつきも小さく抑えられる。したがって、半導体基板1の削れ量および削れ量のばらつきを最小限に抑えて第1のサイドウォール13を形成することができる。   According to the manufacturing method described above, as described with reference to FIG. 2 (5), when the first sidewall 13 is formed, the third insulating film 9 is used as the etching stopper. 11 is etched. Thereby, the variation in the etching amount caused by the variation in the film thickness of the third insulating film 11 made of the deposited film can be temporarily canceled when the etching reaches the second insulating film 9. Therefore, the subsequent etching of the second insulating film 9 and the first insulating film 7 can proceed without being affected by the film thickness variation of the third insulating film 11. Moreover, since the second insulating film 9 is a film grown by the surface treatment of the first insulating film 7, the film thickness variation is small. For this reason, compared with the case where the second insulating film 9 is a deposited film, the etching variation of the second insulating film 9 itself can be reduced. Therefore, the first sidewall 13 can be formed while minimizing the amount of shaving and the amount of shaving of the semiconductor substrate 1.

この結果、図2(6)を用いて説明したように、第1のサイドウォール13をオフセットスペーサとして低濃度拡散層15を形成した場合、低濃度拡散層15とゲート電極5との間隔が離れすぎることを防止でき、形成された半導体装置20におけるオン電流(Ion)の劣化やしきい電圧(Vth)の低下を抑えることができる。これにより、特性の良好な半導体装置20を得ることが可能になる。   As a result, as described with reference to FIG. 2 (6), when the low concentration diffusion layer 15 is formed using the first sidewall 13 as an offset spacer, the distance between the low concentration diffusion layer 15 and the gate electrode 5 is increased. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the on-current (Ion) and the threshold voltage (Vth) in the formed semiconductor device 20. This makes it possible to obtain a semiconductor device 20 with good characteristics.

また、図1(2)を用いて説明した工程において、ゲート絶縁膜3におけるエッジ近傍でのパターニングによる劣化を緩和するための熱酸化膜として第1絶縁膜7を形成した場合、次の図1(3)を用いて説明した第2絶縁膜9の形成工程においては、ゲート絶縁膜3に接触している個所の熱酸化膜(第1絶縁膜7)は窒化されない。このため、本来の目的であるゲート絶縁膜3の劣化緩和機能を損なうことがない。また、第2絶縁膜9の形成は、第1絶縁膜7の極表面を窒化処理することによって行われるため、第1絶縁膜7(熱酸化膜)を厚く形成する必要がない。したがって、熱酸化膜からなる第1絶縁膜7の形成による、半導体基板1表面の後退も最小限にすることができる。これによっても、上述したオン電流(Ion)の劣化やしきい電圧(Vth)の低下が抑えられる。   In the step described with reference to FIG. 1B, when the first insulating film 7 is formed as a thermal oxide film for alleviating deterioration due to patterning in the vicinity of the edge in the gate insulating film 3, the following FIG. In the step of forming the second insulating film 9 described with reference to (3), the thermal oxide film (first insulating film 7) in contact with the gate insulating film 3 is not nitrided. For this reason, the deterioration alleviating function of the gate insulating film 3 which is the original purpose is not impaired. In addition, since the second insulating film 9 is formed by nitriding the pole surface of the first insulating film 7, it is not necessary to form the first insulating film 7 (thermal oxide film) thick. Therefore, the recession of the surface of the semiconductor substrate 1 due to the formation of the first insulating film 7 made of the thermal oxide film can be minimized. This also suppresses the above-described deterioration of the on-current (Ion) and the threshold voltage (Vth).

尚、以上の実施形態においては、図1(2)を用いて説明したように、熱酸化処理によって第1絶縁膜7を形成する構成とした。しかしながら、第1絶縁膜7は、必ずしも処理膜である必要はなく、堆積成膜された膜であっても良い。このような構成であっても、第3絶縁膜11のエッチングストッパとなる第2絶縁膜9が処理膜であるため、第1のサイドウォール13を形成する場合の半導体基板1の削れを抑えることができ、同様の効果を得ることが可能である。   In the above embodiment, as described with reference to FIG. 1B, the first insulating film 7 is formed by thermal oxidation. However, the first insulating film 7 is not necessarily a treatment film, and may be a deposited film. Even in such a configuration, since the second insulating film 9 serving as an etching stopper for the third insulating film 11 is a processing film, the semiconductor substrate 1 is prevented from being scraped when the first sidewall 13 is formed. And the same effect can be obtained.

本発明の活用例として、基板表面の後退を最小限にかつ均一に抑えつつ、基板上に形成した膜をエッチングすることが不可欠な用途に広く適用できる。   As an application example of the present invention, the present invention can be widely applied to applications in which etching of a film formed on a substrate is indispensable while suppressing the recession of the substrate surface to a minimum and uniformly.

本発明の製造方法を示す断面工程図(その1)である。It is sectional process drawing (the 1) which shows the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法を示す断面工程図(その2)である。It is sectional process drawing (the 2) which shows the manufacturing method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体基板、3…ゲート絶縁膜、5…ゲート電極、7…第1絶縁膜、9…第2絶縁膜、11…第3絶縁膜、13…第1のサイドウォール、15…低濃度拡散層、17…第2のサイドウォール、19…ソース・ドレイン、20…半導体装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 3 ... Gate insulating film, 5 ... Gate electrode, 7 ... 1st insulating film, 9 ... 2nd insulating film, 11 ... 3rd insulating film, 13 ... 1st side wall, 15 ... Low concentration diffusion Layer, 17 ... second sidewall, 19 ... source / drain, 20 ... semiconductor device

Claims (4)

半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程(a)と、
前記ゲート電極を覆う状態で前記半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程(b)と、
前記第1絶縁膜の表面を処理することにより当該第1絶縁膜の表面層に第2絶縁膜を成長させる工程(c)と、
前記第2絶縁膜上に第3絶縁膜を形成する工程(d)と、
前記第2絶縁膜をストッパーとして前記第3絶縁膜を異方性エッチングし、さらに当該第2絶縁膜と前記第1絶縁膜とを異方性エッチングすることにより、前記ゲート電極の側壁に当該第1絶縁膜、第2絶縁膜、および第3絶縁膜からなるサイドウォールを形成する工程(e)と、
前記ゲート電極および前記サイドウォールをマスクにして前記半導体基板の表面層に不純物を導入する工程(f)と
前記ゲート電極の側壁に、前記サイドウォールを介して第2のサイドウォールを形成する工程(g)と、
前記ゲート電極、前記サイドウォール、および前記第2のサイドウォールをマスクにして前記半導体基板の表面層にソース・ドレイン拡散層形成のための不純物を導入する工程(h)とを行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film;
Forming a first insulating film on the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode;
(C) growing a second insulating film on a surface layer of the first insulating film by treating the surface of the first insulating film;
Forming a third insulating film on the second insulating film (d);
The third insulating film is anisotropically etched using the second insulating film as a stopper, and further, the second insulating film and the first insulating film are anisotropically etched, whereby the side wall of the gate electrode is etched. A step (e) of forming a sidewall made of one insulating film, a second insulating film, and a third insulating film;
Introducing an impurity into the surface layer of the semiconductor substrate using the gate electrode and the sidewall as a mask (f) ;
Forming a second sidewall on the side wall of the gate electrode via the sidewall;
And (h) introducing an impurity for forming a source / drain diffusion layer into a surface layer of the semiconductor substrate using the gate electrode, the sidewall, and the second sidewall as a mask. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置において、
前記工程(c)では、窒化、酸化、炭化いずれか一つ以上の処理を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
The semiconductor device according to claim 1,
In the step (c), at least one of nitridation, oxidation, and carbonization is performed.
請求項1記載の半導体装置において、
前記工程(c)では、プラズマ処理を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
The semiconductor device according to claim 1,
In the step (c), a plasma process is performed.
半導体基板上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極及びゲート絶縁膜の側壁に設けられた第1のサイドウォールと、
前記ゲート電極および前記第1のサイドウォールをマスクにした不純物導入によって前記半導体基板の表面層に形成された低濃度拡散層と
前記第1のサイドウォールを介して前記ゲート電極およびゲート絶縁膜の側壁に設けられた第2のサイドウォールと、
前記ゲート電極、第1のサイドウォール、および第2のサイドウォールをマスクにした不純物導入によって前記半導体基板の表面層に形成されたソース・ドレイン拡散層を備えた半導体装置において、
前記第1のサイドウォールは、第1絶縁膜と、当該第1絶縁膜の表面を処理することによって当該第1絶縁膜の表面層に成長させた第2絶縁膜と、前記第2絶縁膜上に形成され当該第2絶縁膜に対して選択的にエッチングが可能な材料からなる第3絶縁膜とで構成されている
ことを特徴とする半導体装置。
A gate electrode provided on a semiconductor substrate via a gate insulating film;
A first sidewall provided on a sidewall of the gate electrode and the gate insulating film;
A lightly doped diffusion layer formed on the surface layer of the semiconductor substrate by introducing impurities using the gate electrode and the first sidewall as a mask, and sidewalls of the gate electrode and the gate insulating film via the first sidewall A second sidewall provided in
In a semiconductor device comprising a source / drain diffusion layer formed on a surface layer of the semiconductor substrate by introducing impurities using the gate electrode, the first sidewall, and the second sidewall as a mask,
The first sidewall includes a first insulating film, a second insulating film grown on a surface layer of the first insulating film by treating the surface of the first insulating film, and the second insulating film And a third insulating film made of a material that can be selectively etched with respect to the second insulating film.
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