JP4568304B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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JP4568304B2 JP2007165290A JP2007165290A JP4568304B2 JP 4568304 B2 JP4568304 B2 JP 4568304B2 JP 2007165290 A JP2007165290 A JP 2007165290A JP 2007165290 A JP2007165290 A JP 2007165290A JP 4568304 B2 JP4568304 B2 JP 4568304B2
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

本発明は、半導体装置の製造で発生する結晶欠陥を抑制する技術に係り、特に半導体装
置における高濃度の拡散層に対するイオン注入後の不純物活性化熱処理工程で発生する転
位を抑制する半導体装置の製造方法に関係するものである。
The present invention relates to a technique for suppressing crystal defects generated in the manufacture of a semiconductor device, and in particular, manufacturing of a semiconductor device that suppresses dislocations generated in an impurity activation heat treatment step after ion implantation for a high concentration diffusion layer in the semiconductor device. It is related to the method.

従来、半導体装置、例えば、MOS等を含む電界効果型トランジスタ(以下、MOSト
ランジタという。)のゲート電極のエッジ周辺のシリコン基板の表面部にイオン注入によ
り選択的にソースまたはドレイン拡散層の領域(以下、ソース・ドレイン領域という。)
を形成する場合には、フォトレジスト膜または酸化シリコン膜等をマスクにイオン注入を
行い、その後マスク膜を除去し熱処理を行って、ソース・ドレイン領域の活性化を行って
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a source or drain diffusion layer region (by selective ion implantation into a surface portion of a silicon substrate around the edge of a gate electrode of a field effect transistor (hereinafter referred to as a MOS transistor) including a MOS device or the like Hereinafter referred to as source / drain regions.)
In the case of forming the gate electrode, ion implantation is performed using a photoresist film or a silicon oxide film as a mask, and then the mask film is removed and heat treatment is performed to activate the source / drain regions.

ここで、従来の半導体装置の断面図を図10に示す。図10において、シリコン基板2
01に絶縁膜(図示せず)を介してゲート電極202を形成する。そして、上述したとお
りの方法等でイオン注入法によりシリコン基板201中に高濃度不純物を注入し、その後
、熱処理によりソース・ドレイン領域203を形成して、MOSトランジスタを作成する
Here, FIG. 10 shows a cross-sectional view of a conventional semiconductor device. In FIG. 10, the silicon substrate 2
A gate electrode 202 is formed on 01 through an insulating film (not shown). Then, a high concentration impurity is implanted into the silicon substrate 201 by ion implantation using the method as described above, and then a source / drain region 203 is formed by heat treatment to form a MOS transistor.

上述したイオン注入でイオンが打ち込まれたシリコン基板の領域はアモルファス化され
る。このアモルファス化された領域はその後の熱処理により活性化され、単結晶領域を種
として固相エピタキシャル成長を行い、単結晶となる。この熱処理により活性化する際に
、図10に示すようにその再結晶化過程で発生する結晶欠陥(以下、転位210という。
)がゲート電極202の端の部分(以下、端部202aという。)のシリコン基板1内で
頻繁に生じる。これは図10で示すように固相エピタキシャル成長が2つの異なる結晶軸
方向に進むことにより引き起こされる。
The region of the silicon substrate into which ions are implanted by the above-described ion implantation is made amorphous. This amorphized region is activated by the subsequent heat treatment, and solid phase epitaxial growth is performed using the single crystal region as a seed to become a single crystal. When activated by this heat treatment, crystal defects (hereinafter referred to as dislocations 210) generated in the recrystallization process as shown in FIG.
) Frequently occur in the silicon substrate 1 at the end portion of the gate electrode 202 (hereinafter referred to as the end portion 202a). This is caused by solid phase epitaxial growth proceeding in two different crystal axis directions as shown in FIG.

つまり、アモルファス化されたソース・ドレイン領域203を活性化熱処理を行うとソ
ース・ドレイン領域203の中央部203bは<100>方向に固相成長し、ソース・ド
レイン領域203のゲート電極の端部202a近くの端部203aでは<111>方向に
固相成長する。それぞれの固相成長がぶつかり合うことによりに端部202a直下で転位
210が発生する。
That is, when an activation heat treatment is performed on the amorphized source / drain region 203, the central portion 203b of the source / drain region 203 is solid-phase grown in the <100> direction, and the end portion 202a of the gate electrode of the source / drain region 203 is obtained. Solid phase growth occurs in the <111> direction at the nearby end 203a. As each solid phase growth collides, dislocations 210 are generated immediately below the end portion 202a.

また、最近のMOSトランジスタ等では、高速化、高集積化による素子の微細化に伴い
ソース・ドレイン間のパンチスルー現象や、ドレイン端におけるホットエレクトロンの発
生により特性劣化等を生じる問題が出てきた。
Also, with recent MOS transistors, etc., there have been problems such as punch-through between the source and drain, and deterioration of characteristics due to hot electrons at the drain end due to miniaturization of elements due to higher speed and higher integration. .

そこで、このホットエレクトロンによる特性劣化防止のためLDD(Lightly Doped Dr
ain)構造が必要となり、ゲート電極側壁を用いて低濃度不純物領域を高濃度不純物領域
に先立って形成する構造を用いるようになってきた。
Therefore, LDD (Lightly Doped Dr) prevents the deterioration of characteristics caused by hot electrons.
ain) structure is required, and a structure in which a low-concentration impurity region is formed prior to a high-concentration impurity region using the side wall of the gate electrode has been used.

ここで、従来のLDD構造を用いたMOSトランジスタの半導体装置について図10を
用いて説明する。図11は従来のLDD構造におけるソース/ドレイン領域形成工程を示
すものである。図11(a)はシリコン基板301上に形成されたゲート絶縁膜302上
に0.25μm幅のゲート電極303を形成した後にゲート電極303をマスクとしてリ
ンのイオン注入を行い、n−低濃度不純物領域305を形成する。このイオン注入は、例
えば、燐(P)を加速電圧20keV、ドーズ量1×1013cm―2の条件で行う。
Here, a semiconductor device of a MOS transistor using a conventional LDD structure will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows a source / drain region forming process in a conventional LDD structure. In FIG. 11A, after forming a gate electrode 303 having a width of 0.25 μm on the gate insulating film 302 formed on the silicon substrate 301, phosphorus ions are implanted using the gate electrode 303 as a mask to form n-low concentration impurities. Region 305 is formed. This ion implantation is performed, for example, with phosphorus (P) under the conditions of an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 × 10 13 cm −2 .

次にLP‐CVD(Low Pressure - Chemical Vapor Deposition)によりSiN膜をゲ
ート絶縁膜302及びゲート電極303上に堆積した後、RIE(Reactive Ion Etching
)でSiN膜をエッチングしてゲート電極側壁304(膜厚100nm)を形成する。S
iN膜のゲート電極側壁304が形成された状態(図11(a))で、図に示すようにゲ
ート電極側壁304の端部304a(以下、パターンエッジ304aという。)には高い
歪(高応力)領域が存在している。
Next, after depositing a SiN film on the gate insulating film 302 and the gate electrode 303 by LP-CVD (Low Pressure-Chemical Vapor Deposition), RIE (Reactive Ion Etching) is performed.
) To etch the SiN film to form gate electrode side walls 304 (film thickness 100 nm). S
In a state where the gate electrode sidewall 304 of the iN film is formed (FIG. 11A), the end portion 304a (hereinafter referred to as a pattern edge 304a) of the gate electrode sidewall 304 is highly strained (high stress) as shown in FIG. ) The area exists.

次に図11(b)に示すようにゲート電極側壁304等をマスクとしてn+高濃度不純
物領域306をイオン注入で形成して、ソース・ドレイン領域307を形成する。このイ
オン注入は、例えば、砒素(As)を加速電圧40keV、ドーズ量4×1015cm
の条件で行う。イオン注入のドーズ量が1×1015cm−2程度でイオン注入領域の
シリコン基板は完全にアモルファス化されている。その後のソース・ドレイン領域307
の熱処理による活性化は、縦型拡散炉においてFA(Furnance Anneal‐徐昇温熱処理)
により、窒素雰囲気中で950℃、10分間程度で行う(図11(c))。
Next, as shown in FIG. 11B, an n + high concentration impurity region 306 is formed by ion implantation using the gate electrode side wall 304 or the like as a mask to form source / drain regions 307. In this ion implantation, for example, arsenic (As) is accelerated by an acceleration voltage of 40 keV and a dose amount of 4 × 10 15 cm −.
Performed under the condition of 2 . The dose of ion implantation is about 1 × 10 15 cm −2 and the silicon substrate in the ion implantation region is completely amorphous. Subsequent source / drain regions 307
Activation by heat treatment is FA (Furnance Anneal)
Thus, it is performed at 950 ° C. for about 10 minutes in a nitrogen atmosphere (FIG. 11C).

上述したとおり、n+高濃度不純物領域306を形成するためのイオン注入により、ソ
ース・ドレイン領域307におけるシリコン基板1の結晶構造が破壊され、アモルファス
状態となる。一方ゲート電極側壁304で覆われた部分はアモルファス化されないため、
パターンエッジ304aのシリコン基板301内において、アモルファス構造と単結晶の
境界となる。
As described above, by the ion implantation for forming the n + high concentration impurity region 306, the crystal structure of the silicon substrate 1 in the source / drain region 307 is destroyed and becomes an amorphous state. On the other hand, since the portion covered with the side wall 304 of the gate electrode is not amorphized,
In the silicon substrate 301 of the pattern edge 304a, it becomes a boundary between the amorphous structure and the single crystal.

さらに不純物注入後、不純物の活性化と再結晶化のための熱処理(以下、活性化熱処理
という。)を行う際、ゲート電極側壁304の材質による熱膨張係数の差に基づく応力及
び、ゲート絶縁膜302によるシリコン基板301に対する圧縮応力等のパターンエッジ
周辺部での高い応力が加わり、基板の無転位での再結晶化を阻害する。その結果、パター
ンエッジ304aの応力が高くなり、パターンエッジ304aで図9で説明した再結晶化
過程で発生する転位がこの応力を緩和するために拡張して拡散層やwellの接合を貫通
するに至り、ソース・ドレイン領域307の空乏層中に至るまで長い転位310が起こる
(図11(c))。この長い転位310はリーク電流を増加させ、極端にリーク電流が大
きい場合には半導体装置として動作しなくなる場合もあるという問題があった。
Further, after the impurity implantation, when performing heat treatment for impurity activation and recrystallization (hereinafter referred to as activation heat treatment), stress based on the difference in thermal expansion coefficient depending on the material of the gate electrode side wall 304 and the gate insulating film High stress in the peripheral portion of the pattern edge such as compressive stress on the silicon substrate 301 due to 302 is applied, and recrystallization of the substrate without dislocation is inhibited. As a result, the stress at the pattern edge 304a becomes high, and the dislocation generated in the recrystallization process described with reference to FIG. 9 at the pattern edge 304a expands to relax this stress and penetrates the junction of the diffusion layer and the well. Thus, a long dislocation 310 occurs until the source / drain region 307 reaches the depletion layer (FIG. 11C). The long dislocation 310 increases the leakage current, and there is a problem that the semiconductor device may not operate when the leakage current is extremely large.

この場合、例えば、1000℃以上の高温で10秒から数十分の活性化熱処理を行えば
、シリコン基板中のアモルファス状態の完全な再結晶化が可能になり、再結晶化過程で発
生する転位は減少するが、活性化熱処理で高温熱処理を長時間行うことにより、注入した
不純物が広く拡散するため所望の不純物プロファイルを得ることが困難となり、高性能の
半導体装置として操作しなくなるという問題があった。
In this case, for example, if an activation heat treatment is performed at a high temperature of 1000 ° C. or more for 10 seconds to several tens of minutes, the amorphous state in the silicon substrate can be completely recrystallized, and dislocations generated in the recrystallization process can be obtained. However, if the high temperature heat treatment is performed for a long time in the activation heat treatment, the implanted impurity diffuses widely, making it difficult to obtain a desired impurity profile, and there is a problem that the device cannot be operated as a high performance semiconductor device. It was.

また、このようなソース・ドレイン領域の活性化熱処理による転位の発生を抑制する方
法として、例えば、特許文献1および特許文献2等では、ゲート電極側壁に隣接する第2
のゲート電極側壁を形成して、イオン注入開口部の寸法を狭くしてイオン注入を行い、n
+高濃度不純物領域を形成する。その後、第2のゲート電極側壁を除去した後に熱処理を
行う方法が出願されている。
Further, as a method for suppressing the occurrence of dislocation due to the activation heat treatment of the source / drain regions, for example, in Patent Document 1 and Patent Document 2, the second adjacent to the side wall of the gate electrode is used.
The gate electrode side wall is formed, and the ion implantation opening is narrowed to perform ion implantation, and n
+ A high concentration impurity region is formed. Thereafter, a method for performing a heat treatment after removing the second gate electrode sidewall has been filed.

しかしながら、第2のゲート電極側壁を形成した後、イオン注入してn+高濃度不純物
の領域を形成すると、イオン注入開口部の寸法が狭くなる。よって、高集積化、素子の微
細化に伴い、ソース・ドレイン領域の所望不純物プロファイルを得るのが困難になるとい
う問題があった。さらにゲート電極の端にも、ゲート電極の材料、例えばPoly‐Si
による応力が集中しており、ゲート電極側壁を薄くするとパターンエッジの応力の集中箇
所と接近してさらに応力が増すので、活性化熱処理での転位の拡張をさせるという問題が
あった。
However, if the ion-implanted region is formed after the second gate electrode sidewall is formed, the size of the ion-implanted opening becomes narrower. Therefore, there has been a problem that it is difficult to obtain a desired impurity profile of the source / drain regions with higher integration and device miniaturization. Furthermore, the gate electrode material, for example, Poly-Si, is also applied to the end of the gate electrode.
The stress due to the above is concentrated, and if the gate electrode side wall is thinned, the stress is further increased by approaching the stress concentration portion of the pattern edge, so that there is a problem that the dislocation is expanded by the activation heat treatment.

さらに、パターンエッジと素子分離酸化膜のエッジが交差する点の周辺では応力が極度
に集中し、最悪の場合はトランジスタなどから成る全素子に転位が発生することもある。
この原因は応力集中領域がパターンエッジでの転位発生点とほぼ一致した状態でソース・
ドレイン領域の活性化熱処理をしたためと考えられている。しかしながら、従来の製造プ
ロセス及び半導体装置では上述した問題に対する効果的な解決策は提示されていない。
特開平5−211165号公報 特開平10−178172号公報
Furthermore, stress is extremely concentrated around the point where the pattern edge and the edge of the element isolation oxide film intersect, and in the worst case, dislocations may occur in all elements including transistors.
This is because the stress concentration region is almost the same as the dislocation occurrence point at the pattern edge.
This is thought to be due to the activation heat treatment of the drain region. However, the conventional manufacturing process and the semiconductor device do not present an effective solution to the above-described problem.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-211165 JP-A-10-178172

上述したとおり、従来の半導体装置におけるソース・ドレイン領域の形成では、ソース
・ドレイン領域へのイオン注入の際、ゲート電極側壁端部において基板中のシリコン単結
晶がアモルファス構造となり、その後の不純物の活性化熱処理においてパターンエッジに
転位が生じ、アモルファス構造の十分な再結晶化が困難となるため、ソース・ドレイン接
合のリーク電流を生じるという問題があった。
As described above, in the formation of the source / drain region in the conventional semiconductor device, when ions are implanted into the source / drain region, the silicon single crystal in the substrate has an amorphous structure at the edge of the side wall of the gate electrode, and the subsequent impurity activation Dislocation occurs at the pattern edge in the crystallization heat treatment, and it is difficult to sufficiently recrystallize the amorphous structure, resulting in a problem of leakage current of the source / drain junction.

本発明は上述した問題点を解決すべくなされたもので、高温で長時間の活性化熱処理を
行うことなく、パターンエッジ部周辺に発生する応力を軽減することにより高濃度不純物
領域の活性化熱処理で発生する転位の拡張を抑制する半導体装置の製造方法を提供するも
のである。
The present invention has been made to solve the above-described problems. The activation heat treatment of the high concentration impurity region is achieved by reducing the stress generated around the pattern edge portion without performing the activation heat treatment for a long time at a high temperature. The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device that suppresses the expansion of dislocations generated in the semiconductor device.

上記目的を達成する本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極にゲート電極側壁膜を形成する工程と、前記ゲート電極側壁膜を形成したのち、前記ゲート絶縁膜の前記シリコン半導体基板に対する応力を緩和するよう熱処理を行う工程と、前記熱処理を行ったのち、前記ゲート電極側壁膜をマスクの少なくとも一部として、前シリコン半導体基板に不純物を注入し、アモルファス領域を形成する工程と、前記アモルファス領域を形成したのち、前記ゲート電極上及び前記ゲート電極側壁膜上に光透過防止膜を形成する工程と、前記光透過防止膜を形成したのち、前記シリコン半導体基板の前記ゲート電極が形成されている表面側からRTA、スパイクアニール又はフラッシュアニールにより、前記アモルファス領域の活性化熱処理を行う工程とを有し、前記活性化熱処理を行う工程では、前記光透過防止膜により前記ゲート電極の温度が前記アモルファス領域の温度よりも低くなり、前記温度の差により前記アモルファス領域の再結晶化を<100>方向への成長が支配的になるようにする、ことを特徴とする。
上記目的を達成する本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上に後酸化絶縁膜を形成する工程と、前記後酸化絶縁膜にゲート電極側壁膜を形成する工程と、前記ゲート電極側壁膜を形成したのち、前記ゲート絶縁膜及び前記後酸化絶縁膜の前記シリコン半導体基板に対する応力を緩和する熱処理を行う工程と、前記熱処理を行ったのち、前記ゲート電極側壁膜をマスクの少なくとも一部として、前記シリコン半導体基板に不純物を注入し、アモルファス領域を形成する工程と、前記アモルファス領域を形成したのち、前記ゲート電極上及び前記ゲート電極側壁膜上に光透過防止膜を形成する工程と、前記光透過防止膜を形成したのち、前記シリコン半導体基板の前記ゲート電極が形成されている表面側からRTA、スパイクアニール又はフラッシュアニールにより、前記アモルファス領域の活性化熱処理を行う工程とを有し、前記活性化熱処理を行う工程では、前記光透過防止膜により前記ゲート電極の温度が前記アモルファス領域の温度よりも低くなり、前記温度の差により前記アモルファス領域の再結晶化を<100>方向への成長が支配的になるようにする、ことを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device of the present invention that achieves the above object includes a step of forming a gate insulating film on a silicon semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a gate electrode sidewall on the gate electrode. Forming a film; forming a gate electrode sidewall film; then performing a heat treatment so as to relieve stress on the silicon semiconductor substrate of the gate insulating film; and performing the heat treatment, and then performing the gate electrode sidewall film as at least a part of the mask to the front Symbol impurities are implanted into the silicon semiconductor substrate, forming an amorphous region, after forming the amorphous region, the light transmission on the gate electrode and the gate electrode side wall film Forming a prevention film; and forming the light transmission prevention film, and then forming the gate electrode of the silicon semiconductor substrate. RTA from the surface side, the spike annealing or flash annealing, possess and performing activation heat treatment of the amorphous region, in the step of performing the activation heat treatment, the temperature of the gate electrode by the light transmission preventing layer is the amorphous The temperature is lower than the temperature of the region, and the recrystallization of the amorphous region is made dominant in the <100> direction due to the difference in temperature .
A method of manufacturing a semiconductor device of the present invention that achieves the above object includes a step of forming a gate insulating film on a silicon semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and post-oxidation on the gate electrode. Forming an insulating film; forming a gate electrode sidewall film on the post-oxide insulating film; and forming the gate electrode sidewall film, and then forming the gate insulating film and the post-oxidized insulating film on the silicon semiconductor substrate. A step of performing a heat treatment to relieve stress, a step of implanting impurities into the silicon semiconductor substrate using the gate electrode sidewall film as at least part of a mask after the heat treatment, and forming an amorphous region; Forming a light transmission preventing film on the gate electrode and the gate electrode sidewall film after forming the region; and And performing an activation heat treatment of the amorphous region by RTA, spike annealing or flash annealing from the surface side of the silicon semiconductor substrate on which the gate electrode is formed, and performing the activation heat treatment In the process, the temperature of the gate electrode is lower than the temperature of the amorphous region by the light transmission preventing film, and the growth in the <100> direction is dominant in the recrystallization of the amorphous region due to the temperature difference. It is characterized by that.

上記目的を達成する本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極にゲート電極側壁膜を形成する工程と、前記ゲート電極側壁膜を形成したのち、前記ゲート絶縁膜の前記シリコン半導体基板に対する応力を緩和するよう熱処理を行う工程と、前記熱処理を行ったのち、前記ゲート電極側壁膜をマスクの少なくとも一部として、前シリコン半導体基板に不純物を注入し、アモルファス領域を形成する工程と、前記アモルファス領域を形成したのち、前記ゲート電極表面上と前記アモルファス領域表面上とに、それぞれ、光の吸収率が異なる材料を形成する工程と、前記光の吸収率の異なる膜の材料を形成したのち、前記シリコン半導体基板の前記ゲート電極が形成されている表面側からRTA、スパイクアニール又はフラッシュアニールにより、前記アモルファス領域の活性化熱処理を行う工程とを有し、前記活性化熱処理を行う工程では、前記光の吸収率の異なる膜の材料により、(1)前記ゲート電極の温度が前記アモルファス領域の温度より低くなり、前記温度の差により前記アモルファス領域の再結晶化を<100>方向への成長が支配的になるようにするか、又は、(2)前記ゲート電極の温度が前記アモルファス領域の温度より高くなり、前記温度の差により前記アモルファス領域の再結晶化を<110>方向への成長が支配的になるようにする、ことを特徴とする。
上記目的を達成する本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上に後酸化絶縁膜を形成する工程と、前記後酸化絶縁膜にゲート電極側壁膜を形成する工程と、前記ゲート電極側壁膜を形成したのち、前記ゲート絶縁膜及び前記後酸化絶縁膜の前記シリコン半導体基板に対する応力を緩和する熱処理を行う工程と、前記熱処理を行ったのち、前記ゲート電極側壁膜をマスクの少なくとも一部として、前記シリコン半導体基板に不純物を注入し、アモルファス領域を形成する工程と、前記アモルファス領域を形成したのち、前記ゲート電極表面上と前記アモルファス領域表面上とに、それぞれ、光の吸収率が異なる材料を形成する工程と、前記光の吸収率の異なる膜の材料を形成したのち、前記シリコン半導体基板の前記ゲート電極が形成されている表面側からRTA、スパイクアニール又はフラッシュアニールにより、前記アモルファス領域の活性化熱処理を行う工程とを有し、前記活性化熱処理を行う工程では、前記光の吸収率の異なる膜の材料により、(1)前記ゲート電極の温度が前記アモルファス領域の温度より低くなり、前記温度の差により前記アモルファス領域の再結晶化を<100>方向への成長が支配的になるようにするか、又は、(2)前記ゲート電極の温度が前記アモルファス領域の温度より高くなり、前記温度の差により前記アモルファス領域の再結晶化を<110>方向への成長が支配的になるようにする、ことを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device of the present invention that achieves the above object includes a step of forming a gate insulating film on a silicon semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a gate electrode sidewall on the gate electrode. Forming a film; forming a gate electrode sidewall film; then performing a heat treatment so as to relieve stress on the silicon semiconductor substrate of the gate insulating film; and performing the heat treatment, and then performing the gate electrode sidewall film as at least a part of the mask, before Symbol impurities are implanted into the silicon semiconductor substrate, forming an amorphous region, after forming the amorphous region, to the on the amorphous region surface and the gate electrode on the surface, After forming a material having a different light absorption rate and forming a film material having a different light absorption rate, RTA from the surface side of the gate electrode of the emission semiconductor substrate is formed by a spike anneal or flash anneal, possess and performing activation heat treatment of the amorphous region, in the step of performing the activation heat treatment, the light (1) The temperature of the gate electrode is lower than the temperature of the amorphous region, and the recrystallization of the amorphous region is governed by the growth in the <100> direction due to the temperature difference. Or (2) the temperature of the gate electrode becomes higher than the temperature of the amorphous region, and growth in the <110> direction dominates recrystallization of the amorphous region due to the temperature difference. It is characterized by becoming .
A method of manufacturing a semiconductor device of the present invention that achieves the above object includes a step of forming a gate insulating film on a silicon semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and post-oxidation on the gate electrode. Forming an insulating film; forming a gate electrode sidewall film on the post-oxide insulating film; and forming the gate electrode sidewall film, and then forming the gate insulating film and the post-oxidized insulating film on the silicon semiconductor substrate. A step of performing a heat treatment to relieve stress, a step of implanting impurities into the silicon semiconductor substrate using the gate electrode sidewall film as at least part of a mask after the heat treatment, and forming an amorphous region; After forming the region, materials with different light absorption rates are formed on the surface of the gate electrode and the surface of the amorphous region, respectively. And forming the film material having a different light absorption rate, and then activating the amorphous region by RTA, spike annealing or flash annealing from the surface side of the silicon semiconductor substrate on which the gate electrode is formed. In the step of performing the activation heat treatment, (1) the temperature of the gate electrode is lower than the temperature of the amorphous region due to the material of the film having a different light absorption rate. The growth of the amorphous region in the <100> direction becomes dominant due to the difference of (2), or (2) the temperature of the gate electrode becomes higher than the temperature of the amorphous region, and the temperature According to the difference, the recrystallization of the amorphous region is made dominant in the <110> direction.

本発明による半導体装置により、高温で長時間の活性化熱処理を行うことなく、パター
ンエッジ部周辺に発生する応力を軽減することにより高濃度不純物領域の活性化熱処理で
発生する転位の拡張を抑制することができる。
The semiconductor device according to the present invention suppresses the expansion of dislocations generated in the activation heat treatment of the high-concentration impurity region by reducing the stress generated around the pattern edge without performing the activation heat treatment at a high temperature for a long time. be able to.

次に、本発明による半導体装置の製造方法について図1乃至図9を参照して説明する。
まず、図1(a)乃至図1(d)は本発明の第1の実施形態を説明するための工程順断面
図である。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
First, FIG. 1A to FIG. 1D are cross-sectional views in order of steps for explaining the first embodiment of the present invention.

この例はLDD構造を有するMOSトランジスタの製造に本発明を適用したものである
。先ず図1(a)に示すとおり、P型シリコン基板101に図示しない素子分離領域を形
成することによって区画されたトランジスタ形成領域に、ゲート絶縁膜102を形成し、
その上に0.25μm幅のゲート電極103を形成した後に、素子分離酸化膜とゲート電
極103をイオン注入マスクとして、イオン注入を行い、さらに熱処理によって、n−低
濃度不純物領域106を形成する。
In this example, the present invention is applied to the manufacture of a MOS transistor having an LDD structure. First, as shown in FIG. 1A, a gate insulating film 102 is formed in a transistor formation region partitioned by forming an element isolation region (not shown) on a P-type silicon substrate 101,
After forming a gate electrode 103 having a width of 0.25 μm thereon, ion implantation is performed using the element isolation oxide film and the gate electrode 103 as an ion implantation mask, and an n − low concentration impurity region 106 is formed by heat treatment.

その後、LP‐CVD法によりSiN膜をゲート絶縁膜102及びゲート電極103上
に堆積した後、RIEでSiN膜をエッチングして第1のゲート電極側壁104(膜厚1
00nm)を形成する。ここで、ゲート電極側壁の膜厚とはゲート電極側壁のゲート絶縁
膜との接点での膜厚をいう。
Thereafter, an SiN film is deposited on the gate insulating film 102 and the gate electrode 103 by LP-CVD, and then the SiN film is etched by RIE to form the first gate electrode sidewall 104 (film thickness 1
00 nm). Here, the film thickness on the side wall of the gate electrode means the film thickness at the contact point with the gate insulating film on the side wall of the gate electrode.

次に、図1(b)に示すように素子分離領域とゲート電極側壁104等をマスクとして
、n+高濃度不純物領域107をイオン注入で形成し、ソース・ドレイン領域108を形
成する。このイオン注入は、例えば、砒素(As)を加速電圧40keV、ドーズ量4×
1015cm−2の条件で行う。
Next, as shown in FIG. 1B, an n + high concentration impurity region 107 is formed by ion implantation using the element isolation region and the gate electrode side wall 104 as a mask, thereby forming a source / drain region 108. In this ion implantation, for example, arsenic (As) is accelerated by an acceleration voltage of 40 keV and a dose amount of 4 ×.
It carries out on the conditions of 10 < 15 > cm <-2> .

さらにゲート絶縁膜102、ゲート電極103、第1のゲート電極側壁104上にLP
‐CVDでSiN膜を堆積し、RIEでこのSiN膜をエッチングして、図1(c)に示
すように第2のゲート電極側壁105を形成する。本実施例では第2のゲート電極側壁1
05をSiN膜としたが、Poly‐SiやTEOS等の珪素酸化膜を使用して第2のゲ
ート電極側壁を形成することもできる。
Further, LP is formed on the gate insulating film 102, the gate electrode 103, and the first gate electrode sidewall 104.
-A SiN film is deposited by CVD, and this SiN film is etched by RIE to form second gate electrode sidewalls 105 as shown in FIG. In this embodiment, the second gate electrode side wall 1
Although 05 is a SiN film, the side wall of the second gate electrode can be formed using a silicon oxide film such as Poly-Si or TEOS.

その後、ソース・ドレイン領域108の活性化熱処理を行う。この熱処理はFAにより
窒素雰囲気中、950℃で10分間で活性化熱処理を施した。その後、RIE等により第
2のゲート電極側壁105を除去しても良い。
Thereafter, activation heat treatment of the source / drain region 108 is performed. This heat treatment was performed by FA for 10 minutes at 950 ° C. in a nitrogen atmosphere. Thereafter, the second gate electrode sidewall 105 may be removed by RIE or the like.

一方、図1(d)に示すように図1(c)での第2のゲート電極側壁105の代わりに
LP‐CVDでSiN膜109を全面に被膜してもいい。ここで、全面被膜する膜はSi
N膜ではなく、Poly‐SiやTEOS等の珪素酸化膜で形成しても良い。
On the other hand, as shown in FIG. 1D, the SiN film 109 may be coated on the entire surface by LP-CVD instead of the second gate electrode sidewall 105 in FIG. Here, the film covering the entire surface is Si
Instead of the N film, a silicon oxide film such as Poly-Si or TEOS may be used.

その後、ソース・ドレイン領域108の活性化熱処理を行った。次に、全面に被膜したS
iN膜を除去しても良い。
Thereafter, activation heat treatment of the source / drain region 108 was performed. Next, S coated on the entire surface
The iN film may be removed.

ここで、第2のゲート電極側壁105のパターンエッジ105aでの膜厚と転位発生率と
の関係について実験を行い、図2に示した。この実験では、図1(c)で形成される第2
のゲート電極側壁105の膜厚をそれぞれ5nm、10nm、30nm、40nmにした
もの、さらに図1(d)のように第2の被膜を全面に行ったもの(図2中では全面被膜と
記載する。)、及び第1のゲート電極側壁104のみで行う従来法によるもの(第2のゲ
ート電極側壁105が0nm)における転位発生率を調査した。
Here, an experiment was conducted on the relationship between the film thickness at the pattern edge 105a of the second gate electrode sidewall 105 and the dislocation occurrence rate, and the result is shown in FIG. In this experiment, the second formed in FIG.
The film thickness of the gate electrode sidewall 105 is 5 nm, 10 nm, 30 nm, and 40 nm, respectively, and the second film is applied to the entire surface as shown in FIG. 1D (referred to as the entire film in FIG. 2). ), And the dislocation occurrence rate in the conventional method performed only on the first gate electrode sidewall 104 (the second gate electrode sidewall 105 is 0 nm) was investigated.

転位の発生率の評価は選択エッチング後の表面のエッチピット(エッチングでできた穴
)の観察により行った。選択エッチングはライト液中に膜を剥離したシリコン基板を1分
間浸して実施、転位の観察はSEM(Scanning Electron Microscope)で行い、各第2の
ゲート電極側壁の膜厚に対して、全部でセル約2000個を観察し、転位が発生した個数
の観察全個数に対する百分率を転位発生率と定義して算出した。
The rate of occurrence of dislocation was evaluated by observing etch pits (holes made by etching) on the surface after selective etching. Selective etching is performed by immersing the silicon substrate with the film peeled off in the light solution for 1 minute. Dislocation observation is performed by SEM (Scanning Electron Microscope). About 2000 pieces were observed, and the percentage of the number of dislocations generated with respect to the total number of observations was defined as the dislocation generation rate.

図2に示すように第2のゲート電極側壁105の膜厚が増すと転位発生率が激減するこ
とがわかる。第2のゲート電極側壁105の膜厚が10nmで転位発生率は6%、20n
mで2%、30nm以上(全面被膜を含めて)では0%となっている。
As shown in FIG. 2, it can be seen that the dislocation generation rate is drastically reduced as the thickness of the second gate electrode sidewall 105 is increased. The thickness of the second gate electrode side wall 105 is 10 nm, the dislocation generation rate is 6%, and 20 n
It is 2% for m and 0% for 30 nm or more (including the entire surface coating).

以上のとおり、第1の実施形態の方法では、第2のゲート電極側壁105のパターンエ
ッジ105aで発生する応力と、n+高濃度不純物領域107の端部107aで発生する
再結晶過程で発生する転位とを分離することにより長い転位の発生を完全に抑制すること
ができた。さらに、第2のゲート電極側壁105のパターンエッジ105aで発生する応
力をゲート電極103からより離すことにより、より信頼性の高いデバイスを作製するこ
とができた。
As described above, according to the method of the first embodiment, the stress generated at the pattern edge 105a of the second gate electrode sidewall 105 and the dislocation generated during the recrystallization process generated at the end 107a of the n + high concentration impurity region 107. It was possible to completely suppress the occurrence of long dislocations. Furthermore, by separating the stress generated at the pattern edge 105a of the second gate electrode sidewall 105 from the gate electrode 103, a more reliable device could be manufactured.

尚、n+高濃度不純物領域107の端部107aから第2のゲート電極側壁105のパ
ターンエッジ105aにより分離すべき距離は、今回の0.25μmのゲート電極幅では
30nm以上が必要との結果が得られたが、素子が微細化するとともに小さくなり、さら
に、ゲート電極材料や側壁材料の違いによる応力の変化によっても左右される。
As a result, the distance to be separated from the edge 107a of the n + high concentration impurity region 107 by the pattern edge 105a of the second gate electrode sidewall 105 needs to be 30 nm or more with the gate electrode width of 0.25 μm. However, the device becomes smaller as the device becomes finer, and is also influenced by changes in stress due to differences in gate electrode material and sidewall material.

また、本実施形態で説明した第2のゲート電極側壁105を使用した場合の半導体装置
をSCM(Scanning Capacitance Microscope)やステイン・エッチング等を利用してそ
の断面図及び平面図、斜めの研磨図を観察すると、n+高濃度不純物領域107のイオン
注入マスクとなっている第1のゲート電極側壁104に隣接する第2のゲート電極側壁1
05の存在及び第1のゲート電極104と第2のゲート電極105のパターンエッジを起
点とする長い転位が見られないことから本実施例を使用したかどうかを確認することがで
きる。また第2のゲート電極側壁105または全面被膜のSiN膜109が除去された場
合でも第1のゲート電極104のパターンエッジを起点とする長い転位がないことで本実
施例を使用したかどうかを確認することができる。
In addition, the semiconductor device using the second gate electrode sidewall 105 described in the present embodiment has a cross-sectional view, a plan view, and an oblique polished view using SCM (Scanning Capacitance Microscope), stain etching, or the like. When observed, the second gate electrode sidewall 1 adjacent to the first gate electrode sidewall 104 serving as an ion implantation mask for the n + high-concentration impurity region 107 is observed.
It can be confirmed whether or not the present embodiment is used since there is no long dislocation starting from the presence of 05 and the pattern edges of the first gate electrode 104 and the second gate electrode 105. In addition, even when the second gate electrode sidewall 105 or the SiN film 109 on the entire surface is removed, it is confirmed whether or not this embodiment is used because there is no long dislocation starting from the pattern edge of the first gate electrode 104. can do.

次に、図3及び図4を用いて本発明の第2の実施形態について説明する。図3及び図4
は本発明の第2の実施形態を説明するためのソース・ドレイン領域形成の工程順フロ−チ
ャート図である。この実施形態はn+高濃度不純物領域へのイオン注入およびその後の活
性化熱処理に伴うパターンエッジでの転位の拡張に影響を与えるゲート絶縁膜や後酸化絶
縁膜の高温でのゲート電極またはシリコン基板に対する応力の軽減に注目した実施形態で
ある。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4
FIG. 5 is a flow chart showing the order of steps of forming a source / drain region for explaining a second embodiment of the present invention. This embodiment is applied to a gate electrode or a silicon substrate at a high temperature of a gate insulating film or a post-oxidized insulating film that affects the expansion of dislocations at a pattern edge accompanying ion implantation into an n + high concentration impurity region and subsequent activation heat treatment. This is an embodiment that focuses on stress reduction.

まず、第1の実施形態の図1(a)と同様に、P型シリコン基板101に図示しない素
子分離酸化膜を形成することによって区画されたトランジスタ形成領域に、ゲート絶縁膜
102を形成し、その上に0.25μm幅のゲート電極103を形成した後に、素子分離
酸化膜とゲート電極103をイオン注入マスクとして、イオン注入を行い、さらに熱処理
によって、n−低濃度不純物領域106を形成する(図3(a))。
First, as in FIG. 1A of the first embodiment, a gate insulating film 102 is formed in a transistor formation region partitioned by forming an element isolation oxide film (not shown) on a P-type silicon substrate 101, After forming a gate electrode 103 having a width of 0.25 μm thereon, ion implantation is performed using the element isolation oxide film and the gate electrode 103 as an ion implantation mask, and an n − low concentration impurity region 106 is formed by heat treatment ( FIG. 3 (a)).

その後、LP‐CVD法によりSiN膜をゲート絶縁膜102及びゲート電極103上
に堆積した後、RIEでSiN膜をエッチングして第1のゲート電極側壁104(膜厚1
00nm)を形成する(図3(b))。
Thereafter, an SiN film is deposited on the gate insulating film 102 and the gate electrode 103 by LP-CVD, and then the SiN film is etched by RIE to form the first gate electrode sidewall 104 (film thickness 1
00 nm) (FIG. 3B).

その後に、n+高濃度不純物領域117を形成する前、クリープ熱処理(高温熱処理)
を行う(図3(c))。
Thereafter, before the n + high concentration impurity region 117 is formed, creep heat treatment (high temperature heat treatment)
(FIG. 3C).

さらに、素子分離酸化膜とゲート電極側壁104をイオン注入マスクとして、n+高濃
度不純物領域117をイオン注入で形成し、ソース・ドレイン領域118を形成する。こ
のイオン注入は、例えば、砒素(As)を加速電圧40keV、ドーズ量4×1015
−2の条件で行う(図3(d))。
Further, using the element isolation oxide film and the gate electrode sidewall 104 as an ion implantation mask, an n + high concentration impurity region 117 is formed by ion implantation, and a source / drain region 118 is formed. In this ion implantation, for example, arsenic (As) is accelerated by an acceleration voltage of 40 keV and a dose amount of 4 × 10 15 c.
The process is performed under the condition of m- 2 (FIG. 3D).

その後、ソース・ドレイン領域118の活性化熱処理を行う。この熱処理はFAで窒素
雰囲気中、950℃で10分間の活性化熱処理を施した(図3(e))。
Thereafter, activation heat treatment of the source / drain region 118 is performed. This heat treatment was an activation heat treatment at 950 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere with FA (FIG. 3E).

別の本発明の第2の実施形態について図4で説明する。図4では、ゲート電極103形
成を形成するまでは、図3と同様に作成し、その後、800℃で後酸化を行い、10nm
の後酸化絶縁膜120をゲート電極103上等に形成する(図4(a))。そして、素子
分離酸化膜とゲート電極103等をイオン注入マスクとして、イオン注入を行い、さらに
熱処理によって、n−低濃度不純物領域116を形成する(図4(b))。
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 4, until the formation of the gate electrode 103 is formed, it is prepared in the same manner as in FIG. 3, and then post-oxidation is performed at 800 ° C.
A post-oxidation insulating film 120 is formed on the gate electrode 103 and the like (FIG. 4A). Then, ion implantation is performed using the element isolation oxide film, the gate electrode 103 and the like as an ion implantation mask, and an n − low concentration impurity region 116 is formed by heat treatment (FIG. 4B).

その後、LP‐CVD法によりSiN膜を後酸化絶縁膜120上に堆積した後、RIE
でSiN膜をエッチングして第1のゲート電極側壁104(膜厚100nm)を形成する
(図4(c))。
Then, after depositing a SiN film on the post-oxide insulating film 120 by LP-CVD, RIE
Then, the SiN film is etched to form the first gate electrode sidewall 104 (film thickness 100 nm) (FIG. 4C).

さらに、n+高濃度不純物の拡散層117を形成する前、クリープ熱処理を行う(図4
(d))。
Further, before the diffusion layer 117 of n + high concentration impurity is formed, a creep heat treatment is performed (FIG. 4).
(D)).

さらに、素子分離酸化膜とゲート電極側壁104をマスクとして、n+高濃度不純物領
域117をイオン注入で形成し、ソース・ドレイン領域118を形成する。このイオン注
入は、例えば、砒素(As)を加速電圧40keV、ドーズ量4×1015cm−2の条
件で行う(図4(e))。
Further, using the element isolation oxide film and the gate electrode sidewall 104 as a mask, an n + high concentration impurity region 117 is formed by ion implantation, and a source / drain region 118 is formed. This ion implantation is performed, for example, using arsenic (As) under the conditions of an acceleration voltage of 40 keV and a dose of 4 × 10 15 cm −2 (FIG. 4E).

その後、ソース・ドレイン領域118の活性化熱処理を行う。この熱処理はFAで窒素
雰囲気中、950℃で10分間の活性化熱処理を施した。この図4の方法では、ゲート絶
縁膜102と後酸化絶縁膜120の双方による転位の拡張に対する影響の軽減に効果的で
ある(図4(f))。
Thereafter, activation heat treatment of the source / drain region 118 is performed. This heat treatment was an activation heat treatment at 950 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere with FA. The method of FIG. 4 is effective in reducing the influence on the dislocation expansion caused by both the gate insulating film 102 and the post-oxide insulating film 120 (FIG. 4F).

ここで、クリープ熱処理の温度と処理時間の関係について図5に示し、転位の拡張の原
因である応力を低減するクリ−プ熱処理の温度と処理時間の範囲について調査した。
Here, the relationship between the temperature of the creep heat treatment and the treatment time is shown in FIG. 5, and the range of the temperature and the treatment time of the creep heat treatment for reducing the stress that causes the dislocation expansion was investigated.

クリープ熱処理とは応力下で高温を保持することにより、ゲート絶縁膜、例えばSiO
膜のシリコン基板に対する粘性変形的な応力の緩和を示す、いわゆるクリープ現象を起
こす熱処理をいう。実験では、半導体基板処理で使用されるバッチ式の拡散炉で比較的ゆ
っくりと温度を昇降させて最高温度で長時間熱処理を行う方法のFA方式と枚葉式の熱処
理炉で高速に温度を昇降させて最高温度短長時間熱処理を行う方法のRTA(Rapid Therm
al Anneal-高速昇温熱処理)方式とを使用した。これらの方式は結果的に基板を両面から
加熱していることになる。実験は、クリープ熱処理の温度を900℃、1000℃、10
50℃、1100℃の4つの条件、処理時間を1秒、10秒、120秒、7200秒の4
つの条件として両条件のフルマトリックで計16条件をゲート絶縁膜(図3の実施例の場
合)のみ、後酸化絶縁膜+ゲート絶縁膜(図4の実施例の場合)のそれぞれについて行っ
た。
Creep heat treatment refers to a gate insulating film, such as SiO2, by maintaining a high temperature under stress.
It refers to a heat treatment that causes a so-called creep phenomenon, showing relaxation of viscous deformation stress on a two- film silicon substrate. In the experiment, the temperature is raised and lowered at a high speed in the FA method and the single wafer type heat treatment furnace, in which the temperature is raised and lowered relatively slowly in a batch type diffusion furnace used in semiconductor substrate processing and the heat treatment is performed for a long time at the maximum temperature. RTA (Rapid Therm
al Anneal-Rapid Heat Treatment) method. These systems result in the substrate being heated from both sides. In the experiment, the temperature of the creep heat treatment was set to 900 ° C., 1000 ° C., 10
Four conditions of 50 ° C, 1100 ° C, treatment time of 1 second, 10 seconds, 120 seconds, 7200 seconds 4
As one condition, a total of 16 conditions for both conditions were performed on each of the gate oxide film (in the case of the embodiment of FIG. 3) and the post-oxide insulating film + the gate insulating film (in the case of the embodiment of FIG. 4).

実験の結果、図3、図4の双方の実験で、転位の有無の結果は一致して図5のようにな
った、図5では、横軸にクリープ熱処理の温度(℃)をとり、縦軸にはクリープ熱処理の
処理時間(秒)を指数表示で記載した。また、図5で○印は転位が発生しない条件で、×
印は転位が発生した条件である。転位発生の確認は第1の実施形態で説明した方法と同じ
方法で行った。
As a result of the experiment, in both the experiments of FIG. 3 and FIG. 4, the results of the presence or absence of dislocations are the same as in FIG. 5. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the temperature of creep heat treatment (° C.), The axis shows the creep heat treatment time (seconds) in index. In FIG. 5, a circle indicates that no dislocation occurs.
The mark indicates the condition where dislocation occurred. Confirmation of dislocation generation was performed by the same method as described in the first embodiment.

図5により、実験を行ったMOSトランジスタの場合は、この○印と×印の境界直線L
は高温より指数関数的に時間が短くなって行くことがわかる。このように、MOSトラン
ジスタの構造や材料、およびソース・ドレイン領域の不純物濃度等により、境界直線Lが
一義的に決まる。よって、境界直線Lで示される一定の関係を持つ温度と時間の範囲内で
クリープ熱処理を施せば、n+高濃度不純物領域へのイオン注入及びその後の活性化熱処
理に伴うパターンエッジでの転位の拡張を抑制することが可能になる。
According to FIG. 5, in the case of the MOS transistor for which the experiment was performed, the boundary line L between the circle and the cross
It can be seen that the time is exponentially shorter than the high temperature. Thus, the boundary straight line L is uniquely determined by the structure and material of the MOS transistor and the impurity concentration of the source / drain regions. Therefore, if creep heat treatment is performed within a range of temperature and time having a certain relationship indicated by the boundary line L, dislocation expansion at the pattern edge accompanying ion implantation into the n + high concentration impurity region and subsequent activation heat treatment is performed. Can be suppressed.

ここで、ゲート絶縁膜または後酸化絶縁膜のシリコン基板に及ぼす応力をクリープ処理
により緩和する原理について、図6を用いて説明する。図6はシリコン酸化膜からシリコ
ン基板に及ぼす応力の温度依存性を示す関係図、即ち応力‐温度曲線である。図6はシリ
コン基板の片面にシリコン酸化膜を形成し、その基板を熱処理した温度での応力を示して
いる。図6中の縦軸の+側の応力はシリコン基板よりシリコン酸化膜が受ける引っ張り応
力(また同時に反力として、シリコン酸化膜よりシリコン基板が受ける圧縮応力)の大き
さを示し、逆に縦軸の−側の応力は、シリコン基板よりシリコン酸化膜が受ける圧縮応力
(シリコン酸化膜よりシリコン基板が受ける引っ張り応力)の大きさを示している。
Here, the principle of relieving the stress on the silicon substrate of the gate insulating film or the post-oxidized insulating film by the creep process will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a relationship diagram showing the temperature dependence of the stress exerted on the silicon substrate from the silicon oxide film, that is, a stress-temperature curve. FIG. 6 shows the stress at the temperature at which a silicon oxide film is formed on one side of the silicon substrate and the substrate is heat-treated. The stress on the + side of the vertical axis in FIG. 6 indicates the magnitude of the tensile stress that the silicon oxide film receives from the silicon substrate (and, at the same time, the compressive stress that the silicon substrate receives from the silicon oxide film). The negative stress indicates the magnitude of the compressive stress that the silicon oxide film receives from the silicon substrate (the tensile stress that the silicon substrate receives from the silicon oxide film).

図6中の応力‐温度曲線aはクリープ熱処理を施さない場合の昇降温時のシリコン酸化
膜がシリコン基板に及ぼす応力の推移を示している。また、応力―温度曲線bはクリープ
熱処理前後の昇降温時のシリコン酸化膜がシリコン基板に及ぼす応力を示している。さら
に曲線cはクリープ熱処理より後の熱処理工程での昇降温時でのシリコン酸化膜がシリコ
ン基板に及ぼす応力の推移を示している。このクリープ熱処理は970度で10分程度保
持して行った。
The stress-temperature curve a in FIG. 6 shows the transition of the stress exerted on the silicon substrate by the silicon oxide film during the temperature rise and fall when the creep heat treatment is not performed. A stress-temperature curve b indicates the stress exerted on the silicon substrate by the silicon oxide film when the temperature is raised and lowered before and after the creep heat treatment. Further, a curve c shows a transition of stress exerted on the silicon substrate by the silicon oxide film at the time of temperature increase / decrease in the heat treatment process after the creep heat treatment. This creep heat treatment was performed at 970 ° C. for about 10 minutes.

ここで、クリープ熱処理をソース・ドレイン領域のイオン注入を行う前に施すことによ
り、シリコン基板に対するゲート絶縁膜102または後酸化絶縁膜120の応力−温度曲
線bが高温(900℃〜970℃)での応力を低下させる方向に移動する。よって、その
後のソース・ドレイン領域を活性化熱処理する際の再度の高温処理においては応力‐温度
曲線が高温での応力を低下する方向に移動した曲線を辿るので、高温処理でもシリコン基
板に対するゲート絶縁膜102または後酸化絶縁膜120の圧縮応力を極小化することが
可能になり、転位の拡張を抑制することができる。
Here, by performing creep heat treatment before ion implantation of the source / drain regions, the stress-temperature curve b of the gate insulating film 102 or the post-oxide insulating film 120 with respect to the silicon substrate is high (900 ° C. to 970 ° C.). It moves in the direction to reduce the stress. Therefore, in the subsequent high-temperature treatment when the source / drain region is subjected to activation heat treatment, the stress-temperature curve follows a curve that moves in the direction of decreasing the stress at high temperature. The compressive stress of the film 102 or the post-oxide insulating film 120 can be minimized, and dislocation expansion can be suppressed.

また、この第2の実施形態では第1のゲート電極側壁104を形成した後にクリープ処
理を行うことにより側壁による応力も一緒に緩和することができる。次に、図7を用いて
本発明の第3の実施形態について説明する。この実施形態は光透過防止マスクを用いて素
子を形成するウェハー鏡面側から急速なランプアニールを行い、ゲート電極とソース・ド
レイン領域の間に温度勾配をつけて選択的に活性化熱処理を行い、再結晶過程を制御して
転位の拡張の抑制を図ることに注目したものである。図7は本発明の第3の実施形態を説
明するためのソース・ドレイン領域の活性化熱処理におけるランプアニールに対応する光
透過防止マスク形状平面図と転位発生率について関係図である。第1の実施形態の図1(
a)、(b)で説明したとおり、シリコン基板にゲート電極及びゲート電極側壁を形成し
、それぞれに対応したn−低濃度不純物領域とn+高濃度不純物領域とをイオン注入によ
り形成する。その後のソース・ドレイン領域の活性化熱処理において、ゲート電極等の特
定箇所に光透過防止マスクを形成して、素子を形成されているウェハー鏡面側からのRT
Aを行った。実験でのRTAはランプアニールで行い、ランプアニールはハロゲンランプ
を用いた片面加熱方式のものを使用した。ランプアニールは窒素雰囲気中で950℃で6
0秒間行った。
In the second embodiment, the stress due to the side wall can be relieved by performing the creep process after the first gate electrode side wall 104 is formed. Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, rapid lamp annealing is performed from the side of the wafer mirror surface where an element is formed using a light transmission prevention mask, a temperature gradient is provided between the gate electrode and the source / drain region, and activation heat treatment is selectively performed. We focused on controlling the recrystallization process and suppressing the expansion of dislocations. FIG. 7 is a diagram showing a plan view of a light transmission preventing mask corresponding to lamp annealing in the activation heat treatment of the source / drain regions for explaining the third embodiment of the present invention, and a relationship diagram of dislocation occurrence rates. FIG. 1 of the first embodiment (
As described in a) and (b), a gate electrode and a side wall of the gate electrode are formed on the silicon substrate, and an n− low concentration impurity region and an n + high concentration impurity region corresponding to each are formed by ion implantation. In the subsequent activation heat treatment of the source / drain regions, a light transmission prevention mask is formed at a specific location such as a gate electrode, and RT from the wafer mirror surface side where the element is formed.
A was performed. RTA in the experiment was performed by lamp annealing, and lamp annealing was performed using a single-side heating method using a halogen lamp. Lamp annealing is performed at 950 ° C in a nitrogen atmosphere.
0 seconds.

図7の図面は図1(a)、(b)で形成された半導体装置の様子を平面上面図で示した
ものであり、ゲート電極103、ゲート電極側壁104、ソース・ドレイン領域108、
素子分離領域130をそれぞれ示している。光透過防止マスクをする場所は図中の斜線部
で示した。この実施例で使用した光透過防止マスクは基板上にLP‐CVD等でSiO
膜を成膜し、通常のフォトエッチングの工程によりゲート電極等の特定箇所に形成する。
The drawing of FIG. 7 is a plan top view showing the state of the semiconductor device formed in FIGS. 1A and 1B. The gate electrode 103, the gate electrode sidewall 104, the source / drain regions 108,
Each element isolation region 130 is shown. The location where the light transmission preventing mask is applied is indicated by the hatched portion in the figure. The light transmission preventing mask used in this example was formed on the substrate by LP-CVD or the like using SiO 2.
A film is formed and formed at a specific location such as a gate electrode by a normal photoetching process.

ここで、光透過防止膜マスクを形成する場所はゲート電極のみ(図7(a))、ゲート
電極及びゲート電極側壁(図7(b))、ゲート電極、ゲート電極側壁、及びゲートエッ
ジと素子分離領域の交差部(図7(c))、ゲート電極側壁端部と素子分離領域の交差部
のみ(図7(d))、光透過防止マスクなし(図7(e))及び従来例の光透過防止マス
クなしで、ソース。ドレイン領域の活性化熱処理をFAで行う(図7(f))という6つ
のパターンで行い、それぞれの転位の発生率を調査した。
Here, the light transmission preventing film mask is formed only at the gate electrode (FIG. 7A), the gate electrode and the gate electrode side wall (FIG. 7B), the gate electrode, the gate electrode side wall, the gate edge and the element. Isolation region intersection (FIG. 7C), gate electrode side wall end and element isolation region intersection only (FIG. 7D), no light transmission prevention mask (FIG. 7E), and conventional example Source without light transmission mask. The activation heat treatment of the drain region was performed with six patterns of FA (FIG. 7F), and the occurrence rate of each dislocation was investigated.

FAは窒素雰囲気中、950℃で10分間行った。転位の発生率の確認は第1の実施例
と同様な方法で行った。転位の発生率は図7中のヒストグラフで示した。
FA was performed at 950 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere. The rate of occurrence of dislocation was confirmed by the same method as in the first example. The occurrence rate of dislocations is shown by a histogram in FIG.

図7により、ソース・ドレイン領域の活性化熱処理方法はFAよりも片面RTAで光透
過防止マスクにより選択的に活性化熱処理をしたほうが転位の発生を抑制することができ
た。またマスクによる熱輻射の光透過防止効果も反映され、ゲート電極のみの光透過防止
でも一応の効果がある。特にゲート電極側壁端部と素子分離領域の交差部、またはゲート
電極及びゲート電極側壁を共に光透過防止した場合は転位の発生率が最小となった。
As shown in FIG. 7, the activation heat treatment method for the source / drain regions can suppress the occurrence of dislocation when the activation heat treatment is selectively performed with the light transmission preventing mask on the single-sided RTA rather than the FA. In addition, the effect of preventing the light transmission of heat radiation by the mask is reflected, and the effect of preventing the light transmission only by the gate electrode is also effective. In particular, when both the gate electrode side wall end and the isolation region, or the gate electrode and the gate electrode side wall are both prevented from transmitting light, the dislocation generation rate is minimized.

また、図8に第3の実施形態と同様にランプアニールを行う実施例を示す。しかし、図
8の実験では、マスクでゲート電極等を覆わないで、光の吸収率が異なる膜の材料をゲー
ト電極の上層部とソース・ドレイン領域の表面それぞれに形成して、ランプアニールする
実施例である。
FIG. 8 shows an example in which lamp annealing is performed in the same manner as in the third embodiment. However, in the experiment of FIG. 8, lamp annealing is performed by forming film materials having different light absorption rates on the upper layer portion of the gate electrode and the surfaces of the source / drain regions without covering the gate electrode and the like with a mask. It is an example.

図8は、ゲート電極上層部の膜の材料とソース・ドレイン領域上のSiO膜の厚さを
変化された時の転位の発生率をヒストグラフで示したものである。ゲート電極上層部の膜
の材料はSiN膜とPoly‐Si膜とを比較し、ソース・ドレイン領域上の酸化膜の厚
さは20nm、100nmの2種類で実験をした。転位の発生率の確認は第1の実施例と
同様に行った。
FIG. 8 is a histogram showing the rate of occurrence of dislocations when the material of the film on the upper layer of the gate electrode and the thickness of the SiO 2 film on the source / drain regions are changed. The material of the gate electrode upper layer portion was an SiN film and a Poly-Si film, and the thickness of the oxide film on the source / drain region was 20 nm and 100 nm. The occurrence rate of dislocation was confirmed in the same manner as in the first example.

図8によりゲート電極上にPoly‐Siをつけ、ソース・ドレイン領域表面の酸化膜
を100nmの場合に転位の発生率が最小となることがわかった。ここで、ソース・ドレ
イン領域表面上の酸化膜厚が100nmの場合は光の反射率が干渉効果により弱くなり、
結果として同じ酸化膜でもある程度膜厚が厚い方が光の吸収率がよくなることがわかって
いる。つまり、図8によりソース・ドレイン領域上の温度上昇がゲート電極上の温度上昇
よりも高くなると、転位が抑制される。また、ソース・ドレイン領域上、ゲート電極上の
温度勾配が逆になる場合、つまりソース・ドレイン領域上に形成される酸化膜の膜厚が2
0nmと薄い場合でも従来のFAに比べて転位の発生率が減少していることがわかった。
FIG. 8 shows that the occurrence rate of dislocation is minimized when Poly-Si is deposited on the gate electrode and the oxide film on the surface of the source / drain region is 100 nm. Here, when the oxide film thickness on the surface of the source / drain region is 100 nm, the reflectance of light becomes weak due to the interference effect,
As a result, it has been found that even if the same oxide film is thick to some extent, the light absorption rate is improved. That is, when the temperature rise on the source / drain regions becomes higher than the temperature rise on the gate electrode in FIG. 8, dislocation is suppressed. Further, when the temperature gradient on the source / drain region and the gate electrode is reversed, that is, the thickness of the oxide film formed on the source / drain region is 2
It was found that even when the thickness was as thin as 0 nm, the occurrence rate of dislocations was reduced as compared with the conventional FA.

上述した温度勾配に違いによる転位の発生率の変化について、図9を用いて説明する。
図9(a)はソース・ドレイン領域上の温度(TS/D)がゲート電極上の温度(T
より大きい場合のソース・ドレイン領域の固相成長の方向を示した断面図であり、図9(
b)はソース・ドレイン領域上の温度(TS/D)がゲート電極上の温度(T)より小
さい場合のソース・ドレイン領域の固相成長の方向を示した断面図である。
The change in the occurrence rate of dislocation due to the difference in the temperature gradient described above will be described with reference to FIG.
FIG. 9A shows that the temperature (T S / D ) on the source / drain region is the temperature (T G ) on the gate electrode.
9 is a cross-sectional view showing the direction of solid phase growth of the source / drain region in the case of being larger than FIG.
b) is a cross-sectional view showing the direction of solid-phase growth of the source / drain region when the temperature (T S / D ) on the source / drain region is lower than the temperature (T G ) on the gate electrode.

図9(a)はゲート電極側壁をマスクとし、n+高濃度不純物をイオン注入して、ソー
ス・ドレイン領域を形成した後、図8で説明した方法でソース・ドレイン領域上とゲート
電極上で温度勾配をつけてRTA処理した場合を示している。この場合はソース・ドレイ
ン領域の成長が中央部からの<100>方向への成長が支配的となっている。
In FIG. 9A, n + high-concentration impurities are ion-implanted using the side wall of the gate electrode as a mask to form source / drain regions, and then the temperature on the source / drain regions and on the gate electrode is determined by the method described in FIG. A case where the RTA process is performed with a gradient is shown. In this case, the growth of the source / drain regions is dominant in the <100> direction from the center.

図9(b)はゲート電極側壁をマスクとしn+高濃度不純物をイオン注入して、ソース
・ドレイン領域を形成した後、図9で説明した方法でソース・ドレイン領域上とゲート電
極上で温度勾配をつけてRTA処理した場合を示している。この場合はソース・ドレイン
領域の成長が、ゲートエッジ近傍の端部から<11>方向への成長が支配的となる。
In FIG. 9B, n + high-concentration impurities are ion-implanted using the side wall of the gate electrode as a mask to form a source / drain region, and then a temperature gradient is formed on the source / drain region and the gate electrode by the method described in FIG. This shows a case where RTA processing is performed with. In this case, the growth of the source / drain regions is dominant in the <11 0 > direction from the end near the gate edge.

図10で示したように<100>と<11>の両方向の再結晶化が起きた場合にはゲ
ートエッジに転位が発生するので、ランプアニールによる片面RTA方法を用いることで
ソース・ドレイン領域上とゲート電極上での温度勾配をつけ、ソースドレイン領域上の温
度上昇がゲート電極上よりも大きくすることで、転位の拡張の抑制に大きく寄与すること
がわかった。
As shown in FIG. 10, when recrystallization in both directions <100> and <11 0 > occurs, dislocation occurs at the gate edge. Therefore, the source / drain region can be obtained by using the single-sided RTA method by lamp annealing. It was found that the temperature gradient on the top and the gate electrode is increased so that the temperature rise on the source / drain region is larger than that on the gate electrode, thereby greatly contributing to the suppression of dislocation expansion.

第3の実施形態で使用した光透過防止マスク等で使用した材料は実施例に挙げられたも
のだけではなく、同様の作用効果が得られるものであれば、特に限定されない。
The material used in the light transmission preventing mask and the like used in the third embodiment is not particularly limited as long as the same effect can be obtained as well as those described in the examples.

尚、RTA方法の代わりにRTAより短時間の1s以下の熱処理方法、例えば、スパイ
クアニール、フラッシュアニールでも同等またはRTA方法以上の効果が上がる。
Note that, instead of the RTA method, a heat treatment method of 1 s or less shorter than the RTA, for example, spike annealing or flash annealing, can achieve the same effect or higher than the RTA method.

上述した実施形態ではLDD構造を有するMOSトランジスタを挙げて説明したが、本
発明に適用できる構造はLDD構造に限らず、ソース・ドレイン領域の形成時に高濃度不
純物のイオン注入後の活性化熱処理を施すものものであれば、特に限定されない。
In the above-described embodiment, the MOS transistor having the LDD structure has been described. However, the structure applicable to the present invention is not limited to the LDD structure, and the activation heat treatment after ion implantation of the high-concentration impurities is performed when the source / drain regions are formed. If it applies, it will not specifically limit.

また実施形態のシーケンスは、本発明の目的を逸脱しない範囲で、その半導体素子の構
造や、使用する材料の種類および用途により、必要に応じ、イオン注入工程と活性化熱処
理工程の処理回数、処理条件を適宜選択してソース・ドレイン領域を形成する工程とする
ことができ、さらに第1乃至第3の実施形態を必要に応じて併用することも可能である。
In addition, the sequence of the embodiment is within the scope of the object of the present invention, depending on the structure of the semiconductor element, the type of material used and the application, and the number of times of the ion implantation process and the activation heat treatment process, as necessary. It is possible to select a condition as appropriate and to form a source / drain region, and it is also possible to use the first to third embodiments in combination as required.

さらに実施形態において活性化熱処理条件では、温度、処理時間、雰囲気など、を適宜
選択し処理を行うことができる。またイオン注入においてもドーズ量や加速電圧等が一定
であったが、所望の構造や不純物濃度の調整によってはこれらをイオン注入工程中に変化
させても処理することもできる。
Furthermore, in the embodiment, under the activation heat treatment conditions, the temperature, treatment time, atmosphere, and the like can be selected as appropriate. Also, the dose amount, acceleration voltage, and the like are constant in the ion implantation. However, depending on the adjustment of the desired structure and impurity concentration, it is possible to perform processing even if these are changed during the ion implantation step.

本発明の第1の実施形態におけるLDD構造を用いた半導体装置におけるソース・ドレイン領域の形成工程図。FIG. 6 is a process diagram of forming source / drain regions in the semiconductor device using the LDD structure according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における第2のゲート電極側壁の膜厚と転位発生率との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the film thickness of the 2nd gate electrode side wall in the 1st Embodiment of this invention, and a dislocation generation rate. 本発明の第2の実施形態におけるLDD構造を用いた半導体装置におけるソース・ドレイン領域の形成のフローチャート図。The flowchart figure of formation of the source-drain area | region in the semiconductor device using the LDD structure in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の別の第2の実施形態におけるLDD構造を用いた半導体装置におけるソース・ドレイン領域の形成のフローチャート図。The flowchart figure of formation of the source / drain area | region in the semiconductor device using the LDD structure in another 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるクリープ熱処理の温度と処理時間との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the temperature of the creep heat processing in 2nd Embodiment of this invention, and processing time. シリコン酸化膜からシリコン基板に及ぼす応力‐温度曲線を示す関係図。The relationship figure which shows the stress-temperature curve which acts on a silicon substrate from a silicon oxide film. 本発明の第3の実施形態におけるLDD構造を用いた半導体装置の活性化熱処理の光透過防止マスク平面図と転位発生率との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the light transmission prevention mask top view of the activation heat processing of the semiconductor device using the LDD structure in the 3rd Embodiment of this invention, and a dislocation generation rate. 本発明の第3の実施形態におけるゲート電極上層部の膜材料とソース・ドレイン領域上層部の酸化膜の膜厚の変化による転位発生率との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the film material of the gate electrode upper layer part in the 3rd Embodiment of this invention, and the dislocation | regeneration rate by the change of the film thickness of the oxide film of a source / drain region upper layer part. 本発明の第3の実施形態におけるゲート電極上とソース・ドレイン領域上の温度勾配によるシリコン基板内の固相成長を示した概略図。Schematic which showed the solid phase growth in the silicon substrate by the temperature gradient on the gate electrode and source / drain area | region in the 3rd Embodiment of this invention. 従来の半導体装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the conventional semiconductor device. 従来のLDD構造を用いた半導体装置におけるソース・ドレイン領域の形成工程図。FIG. 10 is a process diagram of forming source / drain regions in a semiconductor device using a conventional LDD structure.

符号の説明Explanation of symbols

101…P型シリコン基板、102…ゲート絶縁膜、103…ゲート電極、
104…第1のゲート電極側壁、104a…第1のゲート電極側壁の端部、
105…第2のゲート電極側壁、105a…第2のゲート電極側壁の端部、
106、116…n−低濃度不純物領域、
107、117…n+高濃度不純物領域、
108、118 …ソース・ドレイン領域、130…素子分離領域
101 ... P-type silicon substrate, 102 ... Gate insulating film, 103 ... Gate electrode,
104: first gate electrode sidewall, 104a: end of first gate electrode sidewall,
105 ... second gate electrode sidewall, 105a ... second gate electrode sidewall end,
106, 116... N-low concentration impurity region,
107, 117... N + high concentration impurity region,
108, 118 ... source / drain regions, 130 ... element isolation regions

Claims (4)

シリコン半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極にゲート電極側壁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極側壁膜を形成したのち、前記ゲート絶縁膜の前記シリコン半導体基板に対する応力を緩和するよう熱処理を行う工程と、
前記熱処理を行ったのち、前記ゲート電極側壁膜をマスクの少なくとも一部として、前シリコン半導体基板に不純物を注入し、アモルファス領域を形成する工程と、
前記アモルファス領域を形成したのち、前記ゲート電極上及び前記ゲート電極側壁膜上に光透過防止膜を形成する工程と、
前記光透過防止膜を形成したのち、前記シリコン半導体基板の前記ゲート電極が形成されている表面側からRTA、スパイクアニール又はフラッシュアニールにより、前記アモルファス領域の活性化熱処理を行う工程とを有し、
前記活性化熱処理を行う工程では、前記光透過防止膜により前記ゲート電極の温度が前記アモルファス領域の温度よりも低くなり、前記温度の差により前記アモルファス領域の再結晶化を<100>方向への成長が支配的になるようにする、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a gate insulating film on the silicon semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a gate electrode sidewall film on the gate electrode;
Performing a heat treatment to relieve stress on the silicon semiconductor substrate of the gate insulating film after forming the gate electrode sidewall film ;
After performing the heat treatment, as at least part of the mask the gate electrode sidewall film, the impurity is implanted before Symbol silicon semiconductor substrate, forming an amorphous region,
Forming the light transmission preventing film on the gate electrode and the gate electrode sidewall film after forming the amorphous region;
After forming the light transmission preventing film, RTA from the surface side of the gate electrode of the silicon semiconductor substrate is formed by a spike anneal or flash anneal, possess and performing activation heat treatment of the amorphous region,
In the step of performing the activation heat treatment, the temperature of the gate electrode is lower than the temperature of the amorphous region by the light transmission preventing film, and recrystallization of the amorphous region in the <100> direction is caused by the temperature difference. To make growth dominant.
A method for manufacturing a semiconductor device.
シリコン半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に後酸化絶縁膜を形成する工程と、
前記後酸化絶縁膜にゲート電極側壁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極側壁膜を形成したのち、前記ゲート絶縁膜及び前記後酸化絶縁膜の前記シリコン半導体基板に対する応力を緩和する熱処理を行う工程と、
前記熱処理を行ったのち、前記ゲート電極側壁膜をマスクの少なくとも一部として、前シリコン半導体基板に不純物を注入し、アモルファス領域を形成する工程と、
前記アモルファス領域を形成したのち、前記ゲート電極上及び前記ゲート電極側壁膜上に光透過防止膜を形成する工程と、
前記光透過防止膜を形成したのち、前記シリコン半導体基板の前記ゲート電極が形成されている表面側からRTA、スパイクアニール又はフラッシュアニールにより、前記アモルファス領域の活性化熱処理を行う工程とを有し、
前記活性化熱処理を行う工程では、前記光透過防止膜により前記ゲート電極の温度が前記アモルファス領域の温度よりも低くなり、前記温度の差により前記アモルファス領域の再結晶化を<100>方向への成長が支配的になるようにする、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a gate insulating film on the silicon semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a post-oxide insulating film on the gate electrode;
Forming a gate electrode sidewall film on the post-oxidation insulating film;
After forming the gate electrode sidewall film , performing a heat treatment to relieve stress on the silicon semiconductor substrate of the gate insulating film and the post-oxide insulating film;
After performing the heat treatment, as at least part of the mask the gate electrode sidewall film, the impurity is implanted before Symbol silicon semiconductor substrate, forming an amorphous region,
Forming the light transmission preventing film on the gate electrode and the gate electrode sidewall film after forming the amorphous region;
After forming the light transmission preventing film, RTA from the surface side of the gate electrode of the silicon semiconductor substrate is formed by a spike anneal or flash anneal, possess and performing activation heat treatment of the amorphous region,
In the step of performing the activation heat treatment, the temperature of the gate electrode is lower than the temperature of the amorphous region by the light transmission preventing film, and recrystallization of the amorphous region in the <100> direction is caused by the temperature difference. To make growth dominant.
A method for manufacturing a semiconductor device.
シリコン半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極にゲート電極側壁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極側壁膜を形成したのち、前記ゲート絶縁膜の前記シリコン半導体基板に対する応力を緩和するよう熱処理を行う工程と、
前記熱処理を行ったのち、前記ゲート電極側壁膜をマスクの少なくとも一部として、前シリコン半導体基板に不純物を注入し、アモルファス領域を形成する工程と、
前記アモルファス領域を形成したのち、前記ゲート電極表面上と前記アモルファス領域表面上とに、それぞれ、光の吸収率が異なる材料を形成する工程と、
前記光の吸収率の異なる膜の材料を形成したのち、前記シリコン半導体基板の前記ゲート電極が形成されている表面側からRTA、スパイクアニール又はフラッシュアニールにより、前記アモルファス領域の活性化熱処理を行う工程とを有し、
前記活性化熱処理を行う工程では、前記光の吸収率の異なる膜の材料により、(1)前記ゲート電極の温度が前記アモルファス領域の温度より低くなり、前記温度の差により前記アモルファス領域の再結晶化を<100>方向への成長が支配的になるようにするか、又は、(2)前記ゲート電極の温度が前記アモルファス領域の温度より高くなり、前記温度の差により前記アモルファス領域の再結晶化を<110>方向への成長が支配的になるようにする、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a gate insulating film on the silicon semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a gate electrode sidewall film on the gate electrode;
Performing a heat treatment to relieve stress on the silicon semiconductor substrate of the gate insulating film after forming the gate electrode sidewall film ;
After performing the heat treatment, as at least part of the mask the gate electrode sidewall film, the impurity is implanted before Symbol silicon semiconductor substrate, forming an amorphous region,
After forming the amorphous region, forming a material having a different light absorption rate on the surface of the gate electrode and the surface of the amorphous region, and
A step of performing activation heat treatment of the amorphous region by RTA, spike annealing or flash annealing from the surface side of the silicon semiconductor substrate on which the gate electrode is formed after forming the film materials having different light absorption rates It has a door,
In the step of performing the activation heat treatment, (1) the temperature of the gate electrode becomes lower than the temperature of the amorphous region due to the film materials having different light absorption rates, and the amorphous region is recrystallized due to the temperature difference. Or (2) the temperature of the gate electrode is higher than the temperature of the amorphous region, and the recrystallization of the amorphous region is caused by the temperature difference. Make the growth in the <110> direction dominant.
A method for manufacturing a semiconductor device.
シリコン半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に後酸化絶縁膜を形成する工程と、
前記後酸化絶縁膜にゲート電極側壁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極側壁膜を形成したのち、前記ゲート絶縁膜及び前記後酸化絶縁膜の前記シリコン半導体基板に対する応力を緩和する熱処理を行う工程と、
前記熱処理を行ったのち、前記ゲート電極側壁膜をマスクの少なくとも一部として、前シリコン半導体基板に不純物を注入し、アモルファス領域を形成する工程と、
前記アモルファス領域を形成したのち、前記ゲート電極表面上と前記アモルファス領域表面上とに、それぞれ、光の吸収率が異なる材料を形成する工程と、
前記光の吸収率の異なる膜の材料を形成したのち、前記シリコン半導体基板の前記ゲート電極が形成されている表面側からRTA、スパイクアニール又はフラッシュアニールにより、前記アモルファス領域の活性化熱処理を行う工程とを有し、
前記活性化熱処理を行う工程では、前記光の吸収率の異なる膜の材料により、(1)前記ゲート電極の温度が前記アモルファス領域の温度より低くなり、前記温度の差により前記アモルファス領域の再結晶化を<100>方向への成長が支配的になるようにするか、又は、(2)前記ゲート電極の温度が前記アモルファス領域の温度より高くなり、前記温度の差により前記アモルファス領域の再結晶化を<110>方向への成長が支配的になるようにする、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a gate insulating film on the silicon semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a post-oxide insulating film on the gate electrode;
Forming a gate electrode sidewall film on the post-oxidation insulating film;
After forming the gate electrode sidewall film , performing a heat treatment to relieve stress on the silicon semiconductor substrate of the gate insulating film and the post-oxide insulating film;
After performing the heat treatment, as at least part of the mask the gate electrode sidewall film, the impurity is implanted before Symbol silicon semiconductor substrate, forming an amorphous region,
After forming the amorphous region, forming a material having a different light absorption rate on the surface of the gate electrode and the surface of the amorphous region, and
A step of performing activation heat treatment of the amorphous region by RTA, spike annealing or flash annealing from the surface side of the silicon semiconductor substrate on which the gate electrode is formed after forming the film materials having different light absorption rates It has a door,
In the step of performing the activation heat treatment, (1) the temperature of the gate electrode becomes lower than the temperature of the amorphous region due to the film materials having different light absorption rates, and the amorphous region is recrystallized due to the temperature difference. Or (2) the temperature of the gate electrode is higher than the temperature of the amorphous region, and the recrystallization of the amorphous region is caused by the temperature difference. Make the growth in the <110> direction dominant.
A method for manufacturing a semiconductor device.
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