JP4462029B2 - Manufacturing method of MOS semiconductor devices - Google Patents

Manufacturing method of MOS semiconductor devices Download PDF

Info

Publication number
JP4462029B2
JP4462029B2 JP2004365664A JP2004365664A JP4462029B2 JP 4462029 B2 JP4462029 B2 JP 4462029B2 JP 2004365664 A JP2004365664 A JP 2004365664A JP 2004365664 A JP2004365664 A JP 2004365664A JP 4462029 B2 JP4462029 B2 JP 4462029B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
electrode layer
insulating film
connection holes
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004365664A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006173439A (en
Inventor
孝行 神谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Corp filed Critical Yamaha Corp
Priority to JP2004365664A priority Critical patent/JP4462029B2/en
Publication of JP2006173439A publication Critical patent/JP2006173439A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4462029B2 publication Critical patent/JP4462029B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

この発明は、MOS型トランジスタを有するMOS型IC(集積回路)等のMOS型半導体装置の製法に関し、特にゲート絶縁膜とシリコン基板との界面において界面準位をフッ素原子により不活性化する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a MOS type semiconductor device such as a MOS type IC (integrated circuit) having a MOS type transistor, and more particularly to a method for inactivating interface states with fluorine atoms at the interface between a gate insulating film and a silicon substrate. Is.

一般に、MOS型トランジスタにおいて、ゲート酸化膜直下のシリコン基板表面には、Si−Si又はSi−Oのいずれの結合も形成されていない未結合のシリコン結合手がいわゆるダングリングボンドとして存在する。ダングリングボンドは、電荷のトラッピングと再放出とを行なう界面準位として振舞うため、MOS型トランジスタではスレッショルド電圧の変動や電流ノイズの発生を招く原因となっており、存在しない方が望ましい。   In general, in a MOS transistor, unbonded silicon bonds in which neither Si—Si nor Si—O bonds are formed exist as so-called dangling bonds on the surface of a silicon substrate immediately below a gate oxide film. A dangling bond behaves as an interface state for trapping and re-emission of charge, and therefore causes fluctuations in threshold voltage and generation of current noise in a MOS transistor, and it is preferable that it does not exist.

従来、製造工程中に発生した界面準位を不活性化する方法としては、製造工程の最終段階において水素雰囲気中で低温の熱処理を行なう方法が知られている。界面準位は、ゲート酸化膜の形成段階で発生するものに加えて、その後のドライエッチング等の工程でのエッチングダメージやチャージアップダメージがシリコン基板に加わることで生成される。水素は、400〜450℃の比較的低温でゲート酸化膜とシリコン基板との界面まで拡散により到達するので、配線材層のドライエッチング等が終った段階にて水素雰囲気中で熱処理を行なうことにより界面準位を水素によりSi−Hの形で終端させて不活性化する。   Conventionally, as a method for inactivating interface states generated during a manufacturing process, a method of performing a low-temperature heat treatment in a hydrogen atmosphere at the final stage of the manufacturing process is known. The interface state is generated when etching damage or charge-up damage in a subsequent process such as dry etching is applied to the silicon substrate in addition to the one generated in the gate oxide film formation stage. Since hydrogen reaches the interface between the gate oxide film and the silicon substrate by diffusion at a relatively low temperature of 400 to 450 ° C., heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere at the stage where dry etching of the wiring material layer is completed. The interface states are terminated by hydrogen in the form of Si—H and deactivated.

しかしながら、水素を用いて界面準位を不活性化させる場合には、水素とシリコンとの結合エネルギーが比較的低いため、MOS型トランジスタを使用している間に水素が離脱してしまい、トランジスタ特性が経時的に変動するという問題点があった。   However, when using hydrogen to inactivate the interface state, the bond energy between hydrogen and silicon is relatively low, so that the hydrogen is released while using the MOS transistor, and transistor characteristics There has been a problem that fluctuates over time.

そこで、他の従来法としては、水素よりもシリコンとの結合が安定しているフッ素(F)を用いて界面準位を不活性化する方法が提案されている(例えば、特許文献1,非特許文献1,2参照)。   Therefore, as another conventional method, a method of inactivating the interface state using fluorine (F), which has a more stable bond with silicon than hydrogen (for example, Patent Document 1, Non-Patent Document 1). (See Patent Documents 1 and 2).

図12は、非特許文献1に示される方法と同種の界面準位不活性化法を示すものである。この方法では、シリコン基板1の表面にフィールド酸化膜2を形成した後、酸化膜2の素子孔内にゲート酸化膜3を形成する。酸化膜2,3を覆ってゲート電極用のポリシリコン層4を堆積した後、ポリシリコン層4にフッ素イオンFを注入する。そして、ポリシリコン層4中のフッ素を熱処理により酸化膜3と基板1との界面に拡散させて界面準位をフッ素原子で終端させる。この後、ポリシリコン層4をパターニングしてゲート電極層を形成する。 FIG. 12 shows an interface state deactivation method similar to the method described in Non-Patent Document 1. In this method, a field oxide film 2 is formed on the surface of a silicon substrate 1 and then a gate oxide film 3 is formed in an element hole of the oxide film 2. After depositing the polysilicon layer 4 for the gate electrode so as to cover the oxide films 2 and 3, fluorine ions F + are implanted into the polysilicon layer 4. Then, fluorine in the polysilicon layer 4 is diffused to the interface between the oxide film 3 and the substrate 1 by heat treatment to terminate the interface state with fluorine atoms. Thereafter, the polysilicon layer 4 is patterned to form a gate electrode layer.

図13は、特許文献1又は非特許文献2に示される方法と同種の界面準位不活性化法を示すものである。この方法では、シリコン基板1の表面にフィールド酸化膜2及びゲート酸化膜3を形成した後、酸化膜2,3を覆ってゲート電極用のポリシリコン層を堆積する。このポリシリコン層をパターニングしてゲート電極層4Gを形成した後、フィールド酸化膜2とゲート電極層4Gとをマスクとする不純物イオン注入処理により低不純物濃度のソース,ドレイン領域5S,5Dを形成する。   FIG. 13 shows an interface state deactivation method similar to the method disclosed in Patent Document 1 or Non-Patent Document 2. In this method, a field oxide film 2 and a gate oxide film 3 are formed on the surface of a silicon substrate 1 and then a polysilicon layer for a gate electrode is deposited so as to cover the oxide films 2 and 3. After this polysilicon layer is patterned to form a gate electrode layer 4G, low impurity concentration source / drain regions 5S and 5D are formed by impurity ion implantation using the field oxide film 2 and the gate electrode layer 4G as a mask. .

次に、基板1の上面にCVD(ケミカル・ベーパー・デポジション)法によりシリコン酸化膜を堆積する。そして、シリコン酸化膜を異方性エッチング処理によりエッチバックすることによりゲート電極層4Gの一方側及び他方側にシリコン酸化膜の残存部からなるサイドスペーサ6S,6Dをそれぞれ形成する。この後、フィールド酸化膜2とゲート電極層4Gとサイドスペーサ6S,6Dとをマスクとする不純物イオン注入処理により高不純物濃度のソース,ドレイン領域7S,7Dを形成する。   Next, a silicon oxide film is deposited on the upper surface of the substrate 1 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Then, the silicon oxide film is etched back by anisotropic etching to form side spacers 6S and 6D made of the remaining portions of the silicon oxide film on one side and the other side of the gate electrode layer 4G, respectively. Thereafter, high impurity concentration source / drain regions 7S, 7D are formed by impurity ion implantation using the field oxide film 2, the gate electrode layer 4G and the side spacers 6S, 6D as a mask.

非特許文献2に示される方法では、ゲート電極層4Gを形成した後、電極層4Gにフッ素イオンFを注入する。この後、熱処理によりフッ素を電極層4Gの下方で酸化膜3と基板1との界面に拡散させて界面準位をフッ素原子で終端させる。一方、特許文献1に示される方法では、ソース,ドレイン領域7S,7Dを形成した後、基板全面にフッ素イオンF+を注入する。この後、少なくともゲート電極層4G中のフッ素を熱処理により酸化膜3と基板1との界面に拡散させて界面準位をフッ素原子で終端させる。
特開2000−269492号公報 “車載用ECUにおけるMOS型オペアンプの低ノイズ化”自動車技術会 学術講演会前刷集961(1996−5)pp.125−128 “Improvement of SiO2/Si Interface Properties Utilizing Fluorine Ion Implantation and Drive-in Diffusion”Japanese Journal of Applied Physics,Vol.28,No.6,pp.1041−1045
In the method disclosed in Non-Patent Document 2, after forming the gate electrode layer 4G, fluorine ions F + are implanted into the electrode layer 4G. Thereafter, fluorine is diffused to the interface between the oxide film 3 and the substrate 1 below the electrode layer 4G by heat treatment to terminate the interface state with fluorine atoms. On the other hand, in the method disclosed in Patent Document 1, after forming the source and drain regions 7S and 7D, fluorine ions F + are implanted into the entire surface of the substrate. Thereafter, at least fluorine in the gate electrode layer 4G is diffused to the interface between the oxide film 3 and the substrate 1 by heat treatment, and the interface state is terminated with fluorine atoms.
JP 2000-269492 A "Lower noise of MOS type operational amplifier in in-vehicle ECU" Automobile Technical Society Pre-print 961 (1996-5) pp.125-128 “Improvement of SiO2 / Si Interface Properties Utilizing Fluorine Ion Implantation and Drive-in Diffusion”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.28, No.6, pp.1041-1045

図12,13に関して上記した従来技術によると、ゲート電極層4Gを形成する前又は形成した後の工程でフッ素イオン注入処理を行なっているため、その処理工程より前に発生した界面準の不活性化には効果があるものの、その処理工程より後のドライエッチング工程等のダメージにより発生する界面準位を不活性化することができなかった。このため、MOS型トランジスタにおける特性変動の抑制やノイズ低減が必ずしも十分でなかった。   According to the conventional technique described above with reference to FIGS. 12 and 13, since the fluorine ion implantation process is performed before or after the formation of the gate electrode layer 4G, the interface state inactivation generated before the process is performed. Although there is an effect on the conversion, the interface state generated by the damage in the dry etching process after the processing process cannot be inactivated. For this reason, suppression of characteristic variation and noise reduction in the MOS transistor are not always sufficient.

この発明の目的は、低ノイズで特性変動の少ない新規なMOS型半導体装置の製法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a novel MOS type semiconductor device with low noise and little characteristic variation.

この発明に係るMOS型半導体装置の製法は、
シリコン基板の一方の主面にゲート絶縁膜を介してゲート電極層を形成すると共に該ゲート電極層の一方側及び他方側で前記シリコン基板の一方の主面にソース領域及びドレイン領域をそれぞれ形成することにより前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極層、前記ソース領域及び前記ドレイン領域を有するMOS型トランジスタを形成する工程と、
前記シリコン基板の一方の主面に前記MOS型トランジスタを覆って層間絶縁膜を形成する工程と、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域にそれぞれ対応する第1及び第2の接続孔をホトリソグラフィ及びドライエッチング処理により前記層間絶縁膜に形成する工程と、
前記第1及び第2の接続孔をそれぞれ介して前記ソース領域及び前記ドレイン領域に、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の接合深さよりも浅くフッ素イオンを注入する工程と、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域に含まれるフッ素を熱処理により前記ゲート電極層の下方で前記ゲート絶縁膜と前記シリコン基板との界面に拡散させて界面準位をフッ素原子で終端させる工程と、
前記第1及び第2の接続孔をそれぞれ介して前記ソース領域及び前記ドレイン領域に接続されるように第1及び第2の配線層を前記層間絶縁膜の上に形成する工程とを含むものである。
The manufacturing method of the MOS type semiconductor device according to the present invention is as follows:
A gate electrode layer is formed on one main surface of the silicon substrate via a gate insulating film, and a source region and a drain region are formed on one main surface of the silicon substrate on one side and the other side of the gate electrode layer, respectively. Forming a MOS transistor having the gate insulating film, the gate electrode layer, the source region and the drain region,
Forming an interlayer insulating film covering the MOS transistor on one main surface of the silicon substrate;
Forming first and second connection holes respectively corresponding to the source region and the drain region in the interlayer insulating film by photolithography and dry etching;
Implanting fluorine ions shallower than the junction depth of the source region and the drain region into the source region and the drain region through the first and second connection holes, respectively;
Diffusing fluorine contained in the source region and the drain region to the interface between the gate insulating film and the silicon substrate below the gate electrode layer by heat treatment to terminate the interface state with fluorine atoms;
Forming a first wiring layer and a second wiring layer on the interlayer insulating film so as to be connected to the source region and the drain region through the first and second connection holes, respectively.

この発明のMOS型半導体装置の製法によれば、ソース領域及びドレイン領域にそれぞれ対応する第1及び第2の接続孔を層間絶縁膜に形成した後、第1及び第2の接続孔をそれぞれ介してソース領域及びドレイン領域にフッ素イオンを注入する。そして、ソース領域及びドレイン領域に含まれるフッ素を熱処理によりゲート電極層の下方でゲート絶縁膜とシリコン基板との界面に拡散させ、界面準位をフッ素原子で終端させて不活性化する。   According to the manufacturing method of the MOS type semiconductor device of the present invention, after forming the first and second connection holes corresponding to the source region and the drain region in the interlayer insulating film, respectively, the first and second connection holes are respectively interposed. Then, fluorine ions are implanted into the source region and the drain region. Then, fluorine contained in the source region and the drain region is diffused to the interface between the gate insulating film and the silicon substrate below the gate electrode layer by heat treatment, and the interface state is terminated with fluorine atoms to be inactivated.

このように、接続孔の形成後にフッ素イオン注入及び熱処理を行なうと、ゲート電極層形成時のドライエッチングダメージで発生した界面準位のみならず、接続孔形成時のドライエッチングダメージで発生した界面準位をも不活性化することができる。また、配線層の形成前にフッ素拡散のための熱処理を行なうので、熱処理温度としては、1000℃程度までの比較的高い温度を設定可能であり、ソース領域及びドレイン領域のイオン注入部からゲート電極層の直下領域までフッ素を容易に拡散により到達させることができる。   As described above, when fluorine ion implantation and heat treatment are performed after the connection hole is formed, not only the interface state generated by the dry etching damage at the time of forming the gate electrode layer but also the interface state generated by the dry etching damage at the time of forming the connection hole. Can also be inactivated. Further, since the heat treatment for fluorine diffusion is performed before the formation of the wiring layer, the heat treatment temperature can be set to a relatively high temperature up to about 1000 ° C., and the gate electrode can be formed from the ion implantation portion in the source region and the drain region. Fluorine can easily reach the region immediately below the layer by diffusion.

この発明のMOS型半導体装置の製法において、前記第1及び第2の接続孔を形成する工程では、前記第1及び第2の接続孔をいずれも外方に進むにつれて開口サイズが増大するように形成するようにしてもよい。このようにすると、フッ素イオンを注入する際にソース領域及びドレイン領域においてそれぞれ第1及び第2の接続孔の底部周辺に位置し且つゲート電極層に近い部分にもむらなくフッ素イオンを注入することができる。このため、ゲート電極層の直下領域にフッ素を拡散させるのが一層容易となる。また、第1及び第2の接続孔をそれぞれ覆うように形成される第1及び第2の配線層についても段差被覆性が向上する。   In the manufacturing method of the MOS type semiconductor device according to the present invention, in the step of forming the first and second connection holes, the opening size is increased as the first and second connection holes are both moved outward. You may make it form. In this way, when fluorine ions are implanted, the fluorine ions are uniformly implanted in the source region and the drain region, which are located around the bottoms of the first and second connection holes, respectively, and near the gate electrode layer. Can do. For this reason, it becomes easier to diffuse fluorine in the region directly under the gate electrode layer. Further, the step coverage is also improved for the first and second wiring layers formed so as to cover the first and second connection holes, respectively.

この発明によれば、層間絶縁膜にソース,ドレイン配線用の接続孔を形成した後、フッ素イオン注入及び熱処理により界面準位を不活性化するようにしたので、MOS型トランジスタにおける特性変動の抑制やノイズ低減を実用上十分に達成できる効果が得られる。   According to the present invention, after the connection holes for the source and drain wirings are formed in the interlayer insulating film, the interface state is deactivated by fluorine ion implantation and heat treatment, so that the fluctuation of characteristics in the MOS transistor is suppressed. And an effect that noise reduction can be sufficiently achieved in practice.

図1〜5は、この発明の一実施形態に係るMOS型ICの製法を示すもので、各々の図に対応する工程(1)〜(5)を順次に説明する。   1 to 5 show a method of manufacturing a MOS IC according to an embodiment of the present invention, and steps (1) to (5) corresponding to the respective drawings will be described in order.

(1)シリコン基板10の一方の主面には、周知の選択酸化法によりシリコン酸化膜からなるフィールド絶縁膜12を形成する。絶縁膜12は、基板10の一方の主面に設けた凹部にCVD法等によりシリコン酸化膜を堆積することによっても形成可能である。絶縁膜12の素子孔12a内のシリコン領域の表面には、周知の熱酸化法によりシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜14を形成する。   (1) A field insulating film 12 made of a silicon oxide film is formed on one main surface of the silicon substrate 10 by a known selective oxidation method. The insulating film 12 can also be formed by depositing a silicon oxide film by a CVD method or the like in a recess provided on one main surface of the substrate 10. A gate insulating film 14 made of a silicon oxide film is formed on the surface of the silicon region in the element hole 12a of the insulating film 12 by a known thermal oxidation method.

次に、基板上面にフィールド絶縁膜12及びゲート絶縁膜14を覆って電極材層を形成する。そして、この電極材層をホトリソグラフィ及びドライエッチング処理によりパターニングして電極材層の残存部からなるゲート電極層16をゲート絶縁膜14の上に形成する。電極材層としては、ドープトポリシリコン層又はポリサイド層(ポリシリコン層上にTi,W又はMo等の高融点金属のシリサイド層を重ねた積層)等を用いることができる。   Next, an electrode material layer is formed on the upper surface of the substrate so as to cover the field insulating film 12 and the gate insulating film 14. Then, this electrode material layer is patterned by photolithography and dry etching treatment to form a gate electrode layer 16 composed of the remaining portion of the electrode material layer on the gate insulating film 14. As the electrode material layer, a doped polysilicon layer or a polycide layer (a laminate in which a silicide layer of a refractory metal such as Ti, W, or Mo is stacked on the polysilicon layer) or the like can be used.

次に、フィールド絶縁膜12とゲート電極層16とをマスクとする不純物イオン注入処理により低不純物濃度のソース,ドレイン領域20,22を素子孔12a内のシリコン領域に形成する。そして、基板10の上面にCVD法によりシリコン酸化膜を堆積した後、このシリコン酸化膜を異方性エッチング処理によりエッチバックすることによりゲート電極層16の一方側及び他方側にシリコン酸化膜の残存部からなるサイドスペーサ18a及び18bを形成する。この後、フィールド絶縁膜12とゲート電極層16とサイドスペーサ18a,18bとをマスクとする不純物イオン注入処理により高不純物濃度のソース,ドレイン領域24,26を素子孔12a内のシリコン領域に形成する。   Next, low impurity concentration source / drain regions 20 and 22 are formed in the silicon region in the element hole 12a by impurity ion implantation using the field insulating film 12 and the gate electrode layer 16 as a mask. Then, after a silicon oxide film is deposited on the upper surface of the substrate 10 by the CVD method, the silicon oxide film is etched back by an anisotropic etching process so that the silicon oxide film remains on one side and the other side of the gate electrode layer 16. Side spacers 18a and 18b consisting of portions are formed. Thereafter, high impurity concentration source and drain regions 24 and 26 are formed in the silicon region in the element hole 12a by impurity ion implantation using the field insulating film 12, the gate electrode layer 16 and the side spacers 18a and 18b as a mask. .

上記のようにしてゲート絶縁膜14と、ゲート電極層16と、低不純物濃度のソース,ドレイン領域20,22と、高不純物濃度のソース,ドレイン領域24,26とを有するMOS型トランジスタが素子孔12a内に形成される。MOS型トランジスタとしては、Nチャンネル又はPチャンネルのいずれの形式のものを形成してもよい。基板10上には、Pチャンネル及びNチャンネルのMOS型トランジスタを含むコンプリメンタリMOS型ICを形成することもできる。   As described above, the MOS transistor having the gate insulating film 14, the gate electrode layer 16, the low impurity concentration source / drain regions 20, 22 and the high impurity concentration source / drain regions 24, 26 is formed into an element hole. 12a. As the MOS transistor, an N-channel or P-channel type transistor may be formed. On the substrate 10, a complementary MOS IC including P-channel and N-channel MOS transistors can be formed.

(2)基板10の上面にフィールド絶縁膜12及び素子孔12a内のMOS型トランジスタを覆って層間絶縁膜28を形成する。絶縁膜28としては、CVD法等によりシリコン酸化膜、PSG(リンケイ酸ガラス)膜、BPSG(ボロン・リンケイ酸ガラス)膜等を形成したり、塗布法等により有機系又は無機系のシリコン酸化膜等を形成したりすることができ、必要に応じてCVD膜と塗布膜との積層膜を形成することもできる。   (2) An interlayer insulating film 28 is formed on the upper surface of the substrate 10 so as to cover the field insulating film 12 and the MOS transistor in the element hole 12a. As the insulating film 28, a silicon oxide film, a PSG (phosphosilicate glass) film, a BPSG (boron / phosphosilicate glass) film, or the like is formed by a CVD method or the like, or an organic or inorganic silicon oxide film is formed by a coating method or the like. Or a laminated film of a CVD film and a coating film can be formed as necessary.

(3)層間絶縁膜28の上にソース,ドレイン配線用の接続孔パターンを有するレジスト層30をホトリソグラフィ処理により形成する。そして、レジスト層30をマスクとする異方性ドライエッチング処理によりソース,ドレイン領域24,26にそれぞれ対応する接続孔32,34を層間絶縁膜28に形成する。この後、レジスト層30を除去する。   (3) A resist layer 30 having connection hole patterns for source and drain wirings is formed on the interlayer insulating film 28 by photolithography. Then, connection holes 32 and 34 corresponding to the source and drain regions 24 and 26 are formed in the interlayer insulating film 28 by anisotropic dry etching using the resist layer 30 as a mask. Thereafter, the resist layer 30 is removed.

図6は、接続孔配置の一例を示すもので、図6のA−A’線断面が図3に示す断面に対応する。図6の例では、ソース,ドレイン配線用の接続孔32,34をいずれもゲート電極層16に沿って並んだ複数個(一例として4個)の孔として形成している。図7は、接続孔配置の他の例を示すもので、図7のB−B’線断面が図3に示す断面に対応する。図7の例では、ソース,ドレイン配線用の接続孔32,34をいずれもゲート電極層16に沿って延長する細長い1個の孔として形成している。図6、7において、ゲート配線用の接続孔36は、接続孔32,34と同時の選択エッチング処理により形成されるものである。   FIG. 6 shows an example of the arrangement of connection holes, and the cross section taken along the line A-A ′ of FIG. 6 corresponds to the cross section shown in FIG. 3. In the example of FIG. 6, the connection holes 32 and 34 for the source and drain wiring are both formed as a plurality of (for example, four) holes arranged along the gate electrode layer 16. FIG. 7 shows another example of the arrangement of connection holes, and the cross section taken along line B-B ′ of FIG. 7 corresponds to the cross section shown in FIG. 3. In the example of FIG. 7, the connection holes 32 and 34 for source and drain wiring are both formed as one elongated hole extending along the gate electrode layer 16. 6 and 7, the connection hole 36 for the gate wiring is formed by a selective etching process simultaneously with the connection holes 32 and 34.

(4)接続孔32,34をそれぞれ介してソース,ドレイン領域24,26にフッ素イオンFを注入する。このときのイオン注入条件は、加速エネルギー15〜50keV(好ましくは30keV)、ドーズ量1×1012〜5×1015cm−2(好ましくは1×1015cm−2)とすることができる。ソース,ドレイン領域24,26の接合深さXjを一例として0.2μmとすると、フッ素イオンFの注入深さは、Xj=0.2μmより浅く設定するのが好ましい。これは、PN接合又はその近傍にフッ素イオンFを注入すると、接合リーク電流の増大を招くからである。 (4) Fluorine ions F + are implanted into the source and drain regions 24 and 26 through the connection holes 32 and 34, respectively. The ion implantation conditions at this time may be an acceleration energy of 15 to 50 keV (preferably 30 keV) and a dose of 1 × 10 12 to 5 × 10 15 cm −2 (preferably 1 × 10 15 cm −2 ). Assuming that the junction depth Xj of the source / drain regions 24 and 26 is 0.2 μm as an example, the implantation depth of fluorine ions F + is preferably set to be shallower than Xj = 0.2 μm. This is because if fluorine ions F + are implanted into or near the PN junction, the junction leakage current increases.

フッ素イオン注入の後は、ソース,ドレイン領域24,26中のフッ素をゲート電極層16の直下でゲート絶縁膜14と基板10との界面に拡散させるために熱処理を行なう。このときの熱処理をRTA(Rapid Thermal Anneal)処理により行なう場合、熱処理条件は、一例として、温度1000℃、時間5〜15秒(好ましくは10秒)とすることができる。熱処理条件の他の例としては、温度900〜950℃、時間15〜30秒としてもよい。熱処理を炉アニール処理により行なう場合、熱処理条件は、温度800〜900℃、時間10〜30分とすることができる。熱処理の結果、ゲート電極層16の直下においてゲート絶縁膜14と基板10との界面では界面準位がフッ素原子で終端され、不活性化される。このときに不活性化される界面準位としては、図1の工程においてゲート絶縁膜14を形成するための酸化処理により生じたもの、図1の工程においてゲート電極層16を形成するための電極材層エッチング処理により生じたもの、図3の工程において層間絶縁膜28に接続孔32〜36を形成するためのエッチング処理により生じたものなどがある。   After the fluorine ion implantation, a heat treatment is performed in order to diffuse fluorine in the source / drain regions 24 and 26 to the interface between the gate insulating film 14 and the substrate 10 immediately below the gate electrode layer 16. In the case where the heat treatment at this time is performed by RTA (Rapid Thermal Anneal) treatment, the heat treatment conditions can be, for example, a temperature of 1000 ° C. and a time of 5 to 15 seconds (preferably 10 seconds). As another example of the heat treatment conditions, the temperature may be 900 to 950 ° C. and the time may be 15 to 30 seconds. When the heat treatment is performed by furnace annealing, the heat treatment conditions can be a temperature of 800 to 900 ° C. and a time of 10 to 30 minutes. As a result of the heat treatment, the interface state is terminated with fluorine atoms at the interface between the gate insulating film 14 and the substrate 10 immediately below the gate electrode layer 16 and inactivated. The interface states to be deactivated at this time are those generated by the oxidation treatment for forming the gate insulating film 14 in the step of FIG. 1, and the electrodes for forming the gate electrode layer 16 in the step of FIG. There are those caused by the material layer etching process and those caused by the etching process for forming the connection holes 32 to 36 in the interlayer insulating film 28 in the step of FIG.

なお、フッ素イオンFは、図6又は7に示した接続孔36を介してゲート電極層16にも注入されるので、電極層16中のフッ素が熱処理により電極層16の直下でゲート絶縁膜14と基板10との界面に供給される。しかし、このようにしてチャンネル部に供給されるフッ素の量はわずかである。チャンネル部に供給される大部分のフッ素は、前述したようにソース,ドレイン領域24,26からの拡散によって供給されるものである。 Since fluorine ions F + are also implanted into the gate electrode layer 16 through the connection holes 36 shown in FIG. 6 or 7, the fluorine in the electrode layer 16 is subjected to a heat treatment so that the gate insulating film is directly under the electrode layer 16. 14 and the substrate 10 are supplied to the interface. However, the amount of fluorine supplied to the channel portion in this way is small. Most of the fluorine supplied to the channel portion is supplied by diffusion from the source and drain regions 24 and 26 as described above.

(5)例えばスパッタ法によりAl合金等の配線材層を基板10の上面に被着し、必要に応じてリフロー処理を施した後、ホトリソグラフィ及びドライエッチング処理により配線材層をパターニングして配線材層の残存部からなる配線層38,40を層間絶縁膜28の上に形成する。配線層38,40は、それぞれ接続孔32,34を介してソース,ドレイン領域24,26に接続される。   (5) A wiring material layer such as an Al alloy is deposited on the upper surface of the substrate 10 by, for example, a sputtering method, reflow treatment is performed as necessary, and then the wiring material layer is patterned by photolithography and dry etching treatment. Wiring layers 38 and 40 made of the remaining material layer are formed on the interlayer insulating film 28. The wiring layers 38 and 40 are connected to the source and drain regions 24 and 26 through the connection holes 32 and 34, respectively.

図8,10は、接続孔形成法の第1,第2の変形例をそれぞれ示すもので、図9,11には、図8,10の接続孔に配線層を形成した状態をそれぞれ示す。図8〜11において図1〜5と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。   FIGS. 8 and 10 show first and second modifications of the connection hole forming method, respectively. FIGS. 9 and 11 show a state in which a wiring layer is formed in the connection hole of FIGS. 8 to 11, parts similar to those in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図8の工程では、レジスト層30をマスクとする等方性ウェット(又はドライ)エッチング処理により層間絶縁膜28に凹部34aを形成する。凹部34aは、接続孔34の上部開口となるもので、レジスト層30の開口サイズより大きなサイズで形成される。引き続いてレジスト層30をマスクとする異方性ドライエッチング処理により凹部34aに連続する接続孔34を層間絶縁膜28に形成する。接続孔34は、上部の開口サイズがレジスト層30の開口サイズとほぼ等しくなると共に下部の開口サイズがレジスト層30の開口サイズより若干小さくなるように形成されるもので、凹部34aを含めた全体的な形状としては、外方に進むにつれて開口サイズが増大するような形状を有する。図3に示す接続孔32も、上記した接続孔34と同様に形成する。この後、レジスト層30を除去する。   In the step of FIG. 8, the recesses 34a are formed in the interlayer insulating film 28 by isotropic wet (or dry) etching using the resist layer 30 as a mask. The recess 34 a is an upper opening of the connection hole 34 and is formed in a size larger than the opening size of the resist layer 30. Subsequently, a connection hole 34 continuing to the recess 34 a is formed in the interlayer insulating film 28 by anisotropic dry etching using the resist layer 30 as a mask. The connection hole 34 is formed so that the opening size of the upper portion is substantially equal to the opening size of the resist layer 30 and the opening size of the lower portion is slightly smaller than the opening size of the resist layer 30, and includes the entire recess 34 a. A typical shape is such that the opening size increases as it goes outward. The connection hole 32 shown in FIG. 3 is also formed in the same manner as the connection hole 34 described above. Thereafter, the resist layer 30 is removed.

図4の工程では、図8に示すような形状を有する接続孔32,34をそれぞれ介してソース,ドレイン領域24,26にフッ素イオンFを前述したと同様に注入する。このとき、ドレイン領域26において接続孔34の底部周辺に位置し且つゲート電極層16に近い部分Rではむらなくフッ素イオンFを注入することができる。このことは、ソース領域24において接続孔32の底部周辺に位置し且つゲート電極層16に近い部分についても同様である。このため、この後フッ素拡散のための熱処理を前述したと同様に行なうと、ゲート電極層16の直下領域にフッ素を容易に拡散させることができ、界面準位の不活性化を効率的に行なえる。なお、図3に示す接続孔34にあっては、側壁が垂直に近いため、図8に示す接続孔34に比べて図8の部分Rに対応する部分でフッ素イオンFの注入むらが発生しやすい。このことは、図3に示す接続孔32についても同様である。 In the step of FIG. 4, fluorine ions F + are implanted into the source and drain regions 24 and 26 through the connection holes 32 and 34 having the shapes as shown in FIG. At this time, in the drain region 26, the fluorine ions F + can be uniformly implanted in the portion R located near the bottom of the connection hole 34 and close to the gate electrode layer 16. The same applies to the portion of the source region 24 that is located near the bottom of the connection hole 32 and is close to the gate electrode layer 16. For this reason, if heat treatment for fluorine diffusion is performed in the same manner as described above, fluorine can be easily diffused into the region immediately below the gate electrode layer 16, and the interface states can be efficiently deactivated. The In the connection hole 34 shown in FIG. 3, since the side wall is nearly vertical, the unevenness of the implantation of fluorine ions F + occurs in the part corresponding to the part R in FIG. 8 compared to the connection hole 34 shown in FIG. It's easy to do. The same applies to the connection hole 32 shown in FIG.

熱処理の後、図9の工程では、図5に関して前述したと同様にして接続孔34に配線層40を形成する。また、接続孔34と同様の形状の接続孔32にも、同様にして配線層38を形成する。この場合、接続孔32,34は、いずれも図9に示すような上部開口34aにおいて段差が緩和されているので、配線層の段差被覆性が良好となる。   After the heat treatment, in the step of FIG. 9, the wiring layer 40 is formed in the connection hole 34 in the same manner as described above with reference to FIG. In addition, the wiring layer 38 is similarly formed in the connection hole 32 having the same shape as the connection hole 34. In this case, since both the connection holes 32 and 34 are stepped at the upper opening 34a as shown in FIG. 9, the step coverage of the wiring layer is improved.

図10の工程では、レジスト層30をマスクとする異方性ドライエッチング処理により層間絶縁膜28に接続孔34を形成する。この場合、レジスト層30の開口端部がエッチングされて後退するような条件でエッチングを行なうと、接続孔34は、外方に進むにつれて開口サイズが増大するように形成される。図3に示す接続孔32も、上記した接続孔34と同様に形成する。この後、レジスト層30を除去する。   In the process of FIG. 10, the connection hole 34 is formed in the interlayer insulating film 28 by anisotropic dry etching using the resist layer 30 as a mask. In this case, if the etching is performed under the condition that the opening end of the resist layer 30 is etched back, the connection hole 34 is formed so that the opening size increases as it goes outward. The connection hole 32 shown in FIG. 3 is also formed in the same manner as the connection hole 34 described above. Thereafter, the resist layer 30 is removed.

図4の工程では、図10に示すような形状を有する接続孔32,34をそれぞれ介してソース,ドレイン領域24,26にフッ素イオンFを前述したと同様に注入する。このとき、ドレイン領域26において接続孔34の底部周辺に位置し且つゲート電極層16に近い部分Rではむらなくフッ素イオンFを注入することができる。このことは、ソース領域24において接続孔32の底部周辺に位置し且つゲート電極層16に近い部分についても同様である。このため、この後フッ素拡散のための熱処理を前述したと同様に行なうと、ゲート電極層16の直下領域にフッ素を容易に拡散させることができ、界面準位の不活性化を効率的に行なえる。 In the step of FIG. 4, fluorine ions F + are implanted into the source and drain regions 24 and 26 through the connection holes 32 and 34 having the shape shown in FIG. 10 as described above. At this time, in the drain region 26, the fluorine ions F + can be uniformly implanted in the portion R located near the bottom of the connection hole 34 and close to the gate electrode layer 16. The same applies to the portion of the source region 24 that is located near the bottom of the connection hole 32 and is close to the gate electrode layer 16. For this reason, if heat treatment for fluorine diffusion is performed in the same manner as described above, fluorine can be easily diffused into the region immediately below the gate electrode layer 16, and the interface states can be efficiently deactivated. The

熱処理の後、図11の工程では、図5に関して前述したと同様にして接続孔34に配線層40を形成する。また、接続孔34と同様の形状の接続孔32にも、同様にして配線層38を形成する。この場合、接続孔32,34は、いずれも上部開口において段差が緩和されているので、配線層の段差被覆性が良好となる。   After the heat treatment, in the step of FIG. 11, the wiring layer 40 is formed in the connection hole 34 in the same manner as described above with reference to FIG. In addition, the wiring layer 38 is similarly formed in the connection hole 32 having the same shape as the connection hole 34. In this case, since both the connection holes 32 and 34 are stepped at the upper opening, the step coverage of the wiring layer is improved.

この発明の一実施形態に係るMOS型ICの製法におけるMOS型トランジスタ形成工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the MOS type transistor formation process in the manufacturing method of MOS type IC which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の工程に続く層間絶縁膜形成工程を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an interlayer insulating film forming step that follows the step of FIG. 1. 図2の工程に続く接続孔形成工程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a connection hole forming step following the step of FIG. 2. 図3の工程に続くフッ素イオン注入工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fluorine ion implantation process following the process of FIG. 図4の工程に続く配線形成工程を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a wiring formation process following the process of FIG. 4. 図3のMOS型トランジスタにおける接続孔配置を示す上面図である。FIG. 4 is a top view showing the arrangement of connection holes in the MOS transistor of FIG. 3. 接続孔配置の変形例を示す上面図である。It is a top view which shows the modification of connection hole arrangement | positioning. 接続孔形成法の第1の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st modification of a connection hole formation method. 図8の接続孔に配線層を形成した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which formed the wiring layer in the connection hole of FIG. 接続孔形成法の第2の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd modification of a connection hole formation method. 図10の接続孔に配線層を形成した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which formed the wiring layer in the connection hole of FIG. 従来の界面準位不活性化法の第1の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st example of the conventional interface state deactivation method. 従来の界面準位不活性化法の第2の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd example of the conventional interface state deactivation method.

符号の説明Explanation of symbols

10:シリコン基板、12:フィールド絶縁膜、14:ゲート絶縁膜、16:ゲート電極層、18a,18b:サイドスペーサ、20,22:低濃度ソース,ドレイン領域、24,26:高濃度ソース,ドレイン領域、28:層間絶縁膜、30:レジスト層、32〜36:接続孔、38,40:配線層。   10: silicon substrate, 12: field insulating film, 14: gate insulating film, 16: gate electrode layer, 18a, 18b: side spacer, 20, 22: low concentration source / drain region, 24, 26: high concentration source / drain Region, 28: interlayer insulating film, 30: resist layer, 32-36: connection hole, 38, 40: wiring layer.

Claims (3)

シリコン基板の一方の主面にゲート絶縁膜を介してゲート電極層を形成すると共に該ゲート電極層の一方側及び他方側で前記シリコン基板の一方の主面にソース領域及びドレイン領域をそれぞれ形成することにより前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極層、前記ソース領域及び前記ドレイン領域を有するMOS型トランジスタを形成する工程と、
前記シリコン基板の一方の主面に前記MOS型トランジスタを覆って層間絶縁膜を形成する工程と、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域にそれぞれ対応する第1及び第2の接続孔をホトリソグラフィ及びドライエッチング処理により前記層間絶縁膜に形成する工程と、
前記第1及び第2の接続孔をそれぞれ介して前記ソース領域及び前記ドレイン領域に、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の接合深さよりも浅くフッ素イオンを注入する工程と、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域に含まれるフッ素を熱処理により前記ゲート電極層の下方で前記ゲート絶縁膜と前記シリコン基板との界面に拡散させて界面準位をフッ素原子で終端させる工程と、
前記第1及び第2の接続孔をそれぞれ介して前記ソース領域及び前記ドレイン領域に接続されるように第1及び第2の配線層を前記層間絶縁膜の上に形成する工程とを含むMOS型半導体装置の製法。
A gate electrode layer is formed on one main surface of the silicon substrate via a gate insulating film, and a source region and a drain region are formed on one main surface of the silicon substrate on one side and the other side of the gate electrode layer, respectively. Forming a MOS transistor having the gate insulating film, the gate electrode layer, the source region and the drain region,
Forming an interlayer insulating film covering the MOS transistor on one main surface of the silicon substrate;
Forming first and second connection holes respectively corresponding to the source region and the drain region in the interlayer insulating film by photolithography and dry etching;
Implanting fluorine ions shallower than the junction depth of the source region and the drain region into the source region and the drain region through the first and second connection holes, respectively;
Diffusing fluorine contained in the source region and the drain region to the interface between the gate insulating film and the silicon substrate below the gate electrode layer by heat treatment to terminate the interface state with fluorine atoms;
Forming a first wiring layer and a second wiring layer on the interlayer insulating film so as to be connected to the source region and the drain region through the first and second connection holes, respectively. Manufacturing method of semiconductor devices.
前記第1及び第2の接続孔を形成する際に、前記ゲート電極層に対応する第3の接続孔を同時に形成し、
前記フッ素イオンを注入する行程は、前記ゲート電極層上に形成された前記第3の接続孔を介して前記ゲート電極層にフッ素イオンを注入すると共に、前記第1及び第2の接続孔をそれぞれ介してフッ素イオンを注入する請求項1記載のMOS型半導体装置の製法。
When forming the first and second connection holes, simultaneously forming a third connection hole corresponding to the gate electrode layer;
In the step of implanting the fluorine ions, fluorine ions are implanted into the gate electrode layer through the third connection hole formed on the gate electrode layer, and the first and second connection holes are respectively formed. 2. The method of manufacturing a MOS type semiconductor device according to claim 1, wherein fluorine ions are implanted through the first electrode.
前記第1及び第2の接続孔を形成する工程では、前記第1及び第2の接続孔をいずれも外方に進むにつれて開口サイズが増大するように形成する請求項1または2記載のMOS型半導体装置の製法。   3. The MOS type according to claim 1, wherein in the step of forming the first and second connection holes, the first and second connection holes are formed so that the opening size increases as they proceed outward. Manufacturing method of semiconductor devices.
JP2004365664A 2004-12-17 2004-12-17 Manufacturing method of MOS semiconductor devices Expired - Fee Related JP4462029B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004365664A JP4462029B2 (en) 2004-12-17 2004-12-17 Manufacturing method of MOS semiconductor devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004365664A JP4462029B2 (en) 2004-12-17 2004-12-17 Manufacturing method of MOS semiconductor devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006173439A JP2006173439A (en) 2006-06-29
JP4462029B2 true JP4462029B2 (en) 2010-05-12

Family

ID=36673838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004365664A Expired - Fee Related JP4462029B2 (en) 2004-12-17 2004-12-17 Manufacturing method of MOS semiconductor devices

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4462029B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8114722B2 (en) 2007-08-24 2012-02-14 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing method of semiconductor device
JP6234173B2 (en) * 2013-11-07 2017-11-22 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Manufacturing method of solid-state imaging device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006173439A (en) 2006-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1361614B1 (en) Semiconductor device manufacturing method
US6114734A (en) Transistor structure incorporating a solid deuterium source for gate interface passivation
US5656537A (en) Method of manufacturing a semiconductor device having SOI structure
JP2006179870A (en) N-type schottky barrier tunnel transistor and method of fabricating the same
JP2001196581A (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP4462029B2 (en) Manufacturing method of MOS semiconductor devices
JP5723483B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP4559938B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2001291679A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH0298143A (en) Manufacture of ldd structure polysilicon thin film transistor
JPH04715A (en) Manufacture of semiconductor device
JP3127866B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US20090159994A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2968548B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3376305B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2007096225A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JPH04303944A (en) Manufacture of semiconductor device
KR100620670B1 (en) A method for forming a gate electrode of a semiconductor device
JPH0745608A (en) Forming method of insulating film and semiconductor device using the same
JPH11307764A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JP2009021463A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP2005123216A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JPH0193171A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JPH0499385A (en) Manufacture of mos type semiconductor device
JP2007049204A (en) Manufacturing method of semiconductor device having trench structure

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071023

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090729

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090908

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091106

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091208

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091222

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100126

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100208

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130226

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140226

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees