JP6997501B2 - Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices - Google Patents
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本発明は、ディジタル回路とアナログ回路を混載した半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted, and a method for manufacturing the semiconductor device.
ディジタル回路とアナログ回路を同一ウェハ上に混載した半導体集積回路が知られている。ディジタル回路では、高速、高密度、低消費電力が求められる。これらの項目を実現するために、一般的にMOSトランジスタの微細化が図られている。微細化のためにMOSトランジスタのゲート長を短くすると、短チャネル効果により閾値電圧が低下し、消費電力が急激に増加する。この消費電力の急激な増加を防ぐために、MOSトランジスタは、ハロ注入を行い、ソース領域端及びドレイン領域端の付近の不純物濃度を高くするように形成されている。その結果、ハロ注入を行ったMOSトランジスタでは、ゲート長が短くなると閾値電圧が高くなるという逆短チャネル効果が生じる。 A semiconductor integrated circuit in which a digital circuit and an analog circuit are mixedly mounted on the same wafer is known. Digital circuits are required to have high speed, high density, and low power consumption. In order to realize these items, the miniaturization of MOS transistors is generally attempted. When the gate length of the MOS transistor is shortened for miniaturization, the threshold voltage is lowered due to the short channel effect, and the power consumption is sharply increased. In order to prevent this sudden increase in power consumption, the MOS transistor is formed so as to perform halo injection and increase the concentration of impurities in the vicinity of the source region end and the drain region end. As a result, in the halo-injected MOS transistor, the inverse short-channel effect that the threshold voltage increases as the gate length becomes shorter occurs.
一方、アナログ回路では、MOSトランジスタの1/fノイズが製品性能に大きく影響を与えることが多い。ディジタル回路で一般的に行われているハロ注入は、1/fノイズを劣化させてしまう。また、1/fノイズは素子面積が大きいほど小さくなる。ノイズの影響が無視できない回路では、意図的にチャネル長を長くする。したがって、アナログ回路では、ディジタル回路と比べると、リーク電流は問題になりにくい。そのため、アナログ回路においては、ハロ注入のドーズ量が低減されたり、ハロ注入そのものが行われなかったりする。 On the other hand, in analog circuits, 1 / f noise of MOS transistors often greatly affects product performance. Halo injection, which is commonly performed in digital circuits, degrades 1 / f noise. Further, the 1 / f noise becomes smaller as the element area is larger. In a circuit where the influence of noise cannot be ignored, the channel length is intentionally increased. Therefore, in analog circuits, leakage current is less likely to be a problem than in digital circuits. Therefore, in the analog circuit, the dose amount of halo injection may be reduced, or the halo injection itself may not be performed.
ハロ注入を行わない場合でも、N型MOSトランジスタでは、逆短チャネル効果を示すことがある。これは、ソース・ドレイン領域の形成時のイオン注入により生じた格子間シリコン原子が関係した現象である。この現象は、不純物(特にボロン)の過渡増速拡散(Transient Enhanced Diffusion:TED)と呼ばれている。TEDによりソース・ドレイン領域の端部の付近に不純物が偏析する。エクステンションあるいはソース・ドレイン領域の形成時のイオン注入によって生じた格子間シリコンとボロンとの分布の重なりが大きいほど、不純物のTEDが起こる。 Even when halo injection is not performed, the N-type MOS transistor may show an inverse short channel effect. This is a phenomenon related to interstitial silicon atoms generated by ion implantation during the formation of the source / drain region. This phenomenon is called Transient Enhanced Diffusion (TED) of impurities (particularly boron). Impurities segregate near the edges of the source / drain region due to TED. The greater the overlap of the distribution of interstitial silicon and boron caused by ion implantation during the formation of extensions or source / drain regions, the more TED of impurities occurs.
本発明の目的は、ディジタル回路での低消費電力化が図れ、かつアナログ回路でのノイズの影響を低減できる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device, which can reduce power consumption in a digital circuit and reduce the influence of noise in an analog circuit.
上記目的を達成するために、本発明の一態様による半導体装置の製造方法は、半導体基板に素子分離層を形成する素子分離層形成工程と、前記半導体基板のディジタル回路形成領域に、第一導電型の不純物を注入して第一ウェル層を形成する第一ウェル層形成工程と、前記素子分離層により前記ディジタル回路形成領域と分離された前記半導体基板のアナログ回路形成領域に、第一導電型の不純物を注入して第二ウェル層を形成する第二ウェル層形成工程と、前記半導体基板の表面に、ゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、前記ディジタル回路形成領域の前記ゲート絶縁膜の表面に第一ゲート電極を形成し、前記アナログ回路形成領域の前記ゲート絶縁膜の表面に第二ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前記第一ゲート電極をマスクとして前記第一ウェル層に第二導電型の不純物を注入して、ディジタル側第二導電型不純物層を形成するディジタル側第二導電型不純物層形成工程と、前記第二ゲート電極をマスクとして前記第二ウェル層に第二導電型の不純物を注入して、アナログ側第二導電型不純物層を形成するアナログ側第二導電型不純物層形成工程と、前記第一ゲート電極及び前記第二ゲート電極のそれぞれの側面に、絶縁膜によりサイドウォールを形成するサイドウォール形成工程と、前記第一ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして前記ディジタル側第二導電型不純物層に第二導電型の不純物を注入して第一ソース領域及び第一ドレイン領域を形成する第一ソース・ドレイン形成工程と、前記第二ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして前記アナログ側第二導電型不純物層に前記第一ソース・ドレイン形成工程で注入された前記第二導電型の不純物よりも浅く第二導電型の不純物を注入して、第二ソース領域及び第二ドレイン領域を形成する第二ソース・ドレイン形成工程と、前記第一ソース領域、前記第一ドレイン領域及び前記第一ゲート電極並びに前記第二ソース領域、前記第二ドレイン領域及び前記第二ゲート電極の表面にシリサイド膜を形成するシリサイド膜形成工程とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the method for manufacturing a semiconductor device according to one aspect of the present invention includes an element separation layer forming step of forming an element separation layer on a semiconductor substrate and a first conductivity in a digital circuit forming region of the semiconductor substrate. The first conductive type is applied to the first well layer forming step of injecting mold impurities to form the first well layer and the analog circuit forming region of the semiconductor substrate separated from the digital circuit forming region by the element separation layer. A second well layer forming step of injecting the impurities of the above to form a second well layer, a gate insulating film forming step of forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate, and the gate insulation of the digital circuit forming region. A gate electrode forming step of forming a first gate electrode on the surface of the film and forming a second gate electrode on the surface of the gate insulating film in the analog circuit forming region, and the first well using the first gate electrode as a mask. A step of forming a second conductive type impurity layer on the digital side by injecting a second conductive type impurity into the layer to form a second conductive type impurity layer on the digital side, and using the second gate electrode as a mask in the second well layer. The process of forming the analog side second conductive type impurity layer by injecting the second conductive type impurities to form the analog side second conductive type impurity layer, and the side surfaces of the first gate electrode and the second gate electrode. , A sidewall forming step of forming a sidewall with an insulating film, and a first source by injecting a second conductive type impurity into the digital side second conductive type impurity layer using the first gate electrode and the sidewall as a mask. Injecting into the analog-side second conductive impurity layer in the first source / drain forming step using the second gate electrode and the sidewall as a mask in the first source / drain forming step of forming the region and the first drain region. The second source / drain forming step of forming the second source region and the second drain region by injecting the second conductive type impurities shallower than the second conductive type impurities, and the first source region. It is characterized by comprising a silicide film forming step of forming a silicide film on the surfaces of the first drain region, the first gate electrode, the second source region, the second drain region, and the second gate electrode.
また、上記目的を達成するために、本発明の他の態様による半導体装置の製造方法は、半導体基板に素子分離層を形成する素子分離層形成工程と、前記半導体基板のディジタル回路形成領域に、第一導電型の不純物を注入して第一ウェル層を形成する第一ウェル層形成工程と、前記素子分離層により前記ディジタル回路形成領域と分離された前記半導体基板のアナログ回路形成領域に、第一導電型の不純物を注入して第二ウェル層を形成する第二ウェル層形成工程と、前記アナログ回路形成領域の前記半導体基板の表面に、ノンドープ膜を選択的に成長させるノンドープ膜形成工程と、前記ディジタル回路形成領域の前記半導体基板の表面及び前記アナログ回路形成領域の前記ノンドープ膜の表面に、ゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、前記ディジタル回路形成領域の前記ゲート絶縁膜の表面に第一ゲート電極を形成し、前記アナログ回路形成領域の前記ゲート絶縁膜の表面に第二ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前記第一ウェル層及び前記ノンドープ膜に前記ノンドープ膜の厚さ以下の平均飛程で第二導電型の不純物を注入して、ディジタル側第二導電型不純物層及びアナログ側第二導電型不純物層を形成する第二導電型不純物層形成工程と、前記第一ゲート電極及び前記第二ゲート電極のそれぞれの側面に、絶縁膜によりサイドウォールを形成するサイドウォール形成工程と、前記第一ゲート電極、前記第二ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして前記ディジタル側第二導電型不純物層及び前記アナログ側第二導電型不純物層に第二導電型の不純物を注入して、前記ディジタル側第二導電型不純物層に第一ソース領域及び第一ドレイン領域を形成し、前記アナログ側第二導電型不純物層に第二ソース領域及び第二ドレイン領域を形成するソース・ドレイン形成工程と、前記第一ソース領域、前記第一ドレイン領域及び前記第一ゲート電極並びに前記第二ソース領域、前記第二ドレイン領域及び前記第二ゲート電極の表面にシリサイド膜を形成するシリサイド膜形成工程とを備え、前記ソース・ドレイン形成工程は、前記第一ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして前記ディジタル側第二導電型不純物層に前記第二導電型の不純物を注入して前記第一ソース領域及び前記第一ドレイン領域を形成する第一ソース・ドレイン形成工程と、前記第二ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして前記アナログ側第二導電型不純物層に前記第一ソース・ドレイン形成工程で注入された前記第二導電型の不純物よりも浅く第二導電型の不純物を注入して、第二ソース領域及び第二ドレイン領域を形成する第二ソース・ドレイン形成工程と、を備えることを特徴とする。 Further, in order to achieve the above object, the method for manufacturing a semiconductor device according to another aspect of the present invention includes an element separation layer forming step of forming an element separation layer on a semiconductor substrate and a digital circuit forming region of the semiconductor substrate. In the first well layer forming step of injecting the first conductive type impurities to form the first well layer, and in the analog circuit forming region of the semiconductor substrate separated from the digital circuit forming region by the element separation layer. A second well layer forming step of injecting a conductive type impurity to form a second well layer, and a non-doped film forming step of selectively growing a non-doped film on the surface of the semiconductor substrate in the analog circuit forming region. A gate insulating film forming step of forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate in the digital circuit forming region and the surface of the non-doped film in the analog circuit forming region, and the gate insulating film in the digital circuit forming region. A gate electrode forming step of forming a first gate electrode on the surface and forming a second gate electrode on the surface of the gate insulating film in the analog circuit forming region, and a non-doped film on the first well layer and the non-doped film. A second conductive type impurity layer forming step of injecting a second conductive type impurity with an average flight of a thickness or less to form a digital side second conductive type impurity layer and an analog side second conductive type impurity layer, and the above-mentioned A sidewall forming step of forming a sidewall with an insulating film on each side surface of the first gate electrode and the second gate electrode, and the digital using the first gate electrode, the second gate electrode and the sidewall as masks. A second conductive type impurity is injected into the side second conductive type impurity layer and the analog side second conductive type impurity layer to form a first source region and a first drain region in the digital side second conductive type impurity layer. A source / drain forming step of forming a second source region and a second drain region in the analog-side second conductive impurity layer, the first source region, the first drain region, the first gate electrode, and the above. The second source region, the second drain region, and a silicide film forming step of forming a silicide film on the surface of the second gate electrode are provided , and the source / drain forming step includes the first gate electrode and the sidewall. A first source / drain forming step of injecting the second conductive type impurity into the digital side second conductive type impurity layer as a mask to form the first source region and the first drain region, and the second gate. Electrodes and said side Using the wall as a mask, the second source is injected into the second conductive impurity layer on the analog side, which is shallower than the second conductive impurities injected in the first source / drain forming step. It is characterized by comprising a second source / drain forming step of forming a region and a second drain region .
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様による半導体装置は、半導体基板に形成され前記半導体基板をディジタル回路形成領域及びアナログ回路形成領域に分離する素子分離層と、前記ディジタル回路形成領域に形成された第一導電型の第一ウェル層と、前記アナログ回路形成領域に形成された第一導電型の第二ウェル層と、前記第一ウェル層の表面に形成された第一ゲート絶縁膜と、前記第二ウェル層の表面に形成された第二ゲート絶縁膜と、前記第一ゲート絶縁膜の表面に形成された第一ゲート電極と、前記第二ゲート絶縁膜の表面に形成された第二ゲート電極と、前記第一ゲート電極及び前記第二ゲート電極のそれぞれの側面に絶縁膜で形成されたサイドウォールと、前記第一ゲート電極を挟んで前記第一ウェル層に形成された第二導電型の第一ソース領域及び第一ドレイン領域と、前記第二ゲート電極を挟んで前記第二ウェル層に形成され、前記第一ソース領域及び前記第一ドレイン領域よりも前記半導体基板の表面から浅い深さを有し第二導電型の第二ソース領域及び第二ドレイン領域と、前記第一ソース領域、前記第一ドレイン領域及び前記第一ゲート電極並びに前記第二ソース領域、前記第二ドレイン領域及び前記第二ゲート電極の表面に形成されたシリサイド膜とを備えることを特徴とする。 Further, in order to achieve the above object, the semiconductor device according to one aspect of the present invention has an element separation layer formed on a semiconductor substrate and separating the semiconductor substrate into a digital circuit forming region and an analog circuit forming region, and the digital circuit forming. The first conductive type first well layer formed in the region, the first conductive type second well layer formed in the analog circuit forming region, and the first gate formed on the surface of the first well layer. An insulating film, a second gate insulating film formed on the surface of the second well layer, a first gate electrode formed on the surface of the first gate insulating film, and a surface of the second gate insulating film. The second gate electrode is formed, a sidewall formed of an insulating film on each side surface of the first gate electrode and the second gate electrode, and the first well layer sandwiching the first gate electrode. The semiconductor substrate is formed in the second well layer with the second gate electrode sandwiched between the first source region and the first drain region of the second conductive type, and is more than the first source region and the first drain region. The second source region and the second drain region of the second conductive type having a shallow depth from the surface of the above, the first source region, the first drain region, the first gate electrode, and the second source region, said. It is characterized by including a second drain region and a silicide film formed on the surface of the second gate electrode.
また、上記目的を達成するために、本発明の他の態様による半導体装置は、半導体基板に形成され前記半導体基板をディジタル回路形成領域及びアナログ回路形成領域に分離する素子分離層と、前記ディジタル回路形成領域に形成された第一導電型の第一ウェル層と、前記アナログ回路形成領域に形成された第一導電型の第二ウェル層と、前記第二ウェル層の表面に形成されたノンドープエピシリコン膜と、前記第一ウェル層の表面に形成された第一ゲート絶縁膜と、前記ノンドープエピシリコン膜の表面に形成された第二ゲート絶縁膜と、前記第一ゲート絶縁膜の表面に形成された第一ゲート電極と、前記第二ゲート絶縁膜の表面に形成された第二ゲート電極と、前記第一ゲート電極及び前記第二ゲート電極のそれぞれの側面に絶縁膜で形成されたサイドウォールと、前記第一ゲート電極を挟んで前記第一ウェル層に形成された第二導電型の第一ソース領域及び第一ドレイン領域と、前記第二ゲート電極を挟んで前記ノンドープエピシリコン膜及び第二ウェル層に形成された第二導電型の第二ソース領域及び第二ドレイン領域と、前記第一ソース領域、前記第一ドレイン領域及び前記第一ゲート電極並びに前記第二ソース領域、前記第二ドレイン領域及び前記第二ゲート電極の表面に形成されたシリサイド膜とを備えることを特徴とする。 Further, in order to achieve the above object, the semiconductor device according to another aspect of the present invention includes an element separation layer formed on a semiconductor substrate and separating the semiconductor substrate into a digital circuit forming region and an analog circuit forming region, and the digital circuit. The first conductive type first well layer formed in the forming region, the first conductive type second well layer formed in the analog circuit forming region, and the non-doped epi formed on the surface of the second well layer. A silicon film, a first gate insulating film formed on the surface of the first well layer, a second gate insulating film formed on the surface of the non-doped episilicon film, and a surface of the first gate insulating film. A sidewall formed of an insulating film on each side surface of the first gate electrode, the second gate electrode formed on the surface of the second gate insulating film, and the first gate electrode and the second gate electrode. The first source region and the first drain region of the second conductive type formed in the first well layer across the first gate electrode, and the non-doped episilicon film and the first without the second gate electrode. The second conductive type second source region and second drain region formed in the two-well layer, the first source region, the first drain region, the first gate electrode, the second source region, and the second. It is characterized by including a drain region and a silicide film formed on the surface of the second gate electrode.
本発明の各態様によれば、ディジタル回路での低消費電力化が図れ、かつアナログ回路でのノイズの影響を低減できる。 According to each aspect of the present invention, it is possible to reduce the power consumption in the digital circuit and reduce the influence of noise in the analog circuit.
本願発明者は、鋭意実験を行い、不純物(特にボロン)のTEDにより形成されたソース領域及びドレイン領域のそれぞれの端部付近の不純物(特にボロン)高濃度領域が、1/fノイズを劣化させることを明らかにした。しかしながら、アナログ回路部分とディジタル回路部分の両方について、同じようにTEDを抑制すると、ディジタル回路部分では、短チャネル効果が起こりやすくなり、高速、高密度、低消費電力といったディジタル回路に求められる特性を劣化させてしまう可能性がある。 The inventor of the present application has conducted diligent experiments, and impurities (particularly boron) high concentration regions near the ends of the source region and drain region formed by TED of impurities (particularly boron) deteriorate 1 / f noise. It revealed that. However, if TED is suppressed in the same way for both the analog circuit part and the digital circuit part, the short channel effect is likely to occur in the digital circuit part, and the characteristics required for the digital circuit such as high speed, high density, and low power consumption are exhibited. It may deteriorate.
そこで、本願発明者は、アナログ回路部分専用の工程を追加することにより、アナログ回路部分のMOSトランジスタに関して、不純物(特にボロン)のTEDを抑制し、アナログ回路に使われるMOSトランジスタのノイズを低減することが可能であることを見出した。 Therefore, the inventor of the present application suppresses TED of impurities (particularly boron) with respect to the MOS transistor of the analog circuit part by adding a process dedicated to the analog circuit part, and reduces the noise of the MOS transistor used in the analog circuit. Found that it is possible.
以下、実施形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments, but the following embodiments do not limit the invention to which the claims are made. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.
〔第1実施形態〕
(半導体装置の概略構成)
まず、本発明の第1実施形態による半導体装置の概略構成について、図1及び図2を用いて説明する。以下、図1及び図2並びに半導体装置の製造工程を示す図3から図15では、P型MOSトランジスタの図示は省略し、N型MOSトランジスタのみ図示する。
[First Embodiment]
(Approximate configuration of semiconductor device)
First, the schematic configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Hereinafter, in FIGS. 1 and 2 and FIGS. 3 to 15 showing the manufacturing process of the semiconductor device, the P-type MOS transistor is not shown, and only the N-type MOS transistor is shown.
図1に示すように、本実施形態による半導体装置1は、ディジタル回路形成領域DAに形成されたディジタル回路用N型MOSトランジスタ7と、アナログ回路形成領域AAに形成されたアナログ回路用N型MOSトランジスタ9とを備えている。このように、半導体装置1は、ディジタル回路とアナログ回路とを混載した半導体装置である。
As shown in FIG. 1, the
半導体装置1は、N型(第二導電型の一例)の半導体基板3を備えている。半導体基板3は、例えばN型半導体基板またはディープNウェルを有するP型半導体基板である。半導体装置1は、半導体基板3に形成され半導体基板3をディジタル回路形成領域DA及びアナログ回路形成領域AAに分離する素子分離層5を備えている。素子分離層5は、例えばSTI(Shallow Trench Isoration)又はLOCOS(Local Oxidation of Silicon)酸化膜で形成されている。
The
半導体装置1は、ディジタル回路形成領域DAに形成されたP型(第一導電型の一例)のウェル層(第一ウェル層の一例)71と、アナログ回路形成領域AAに形成されたP型のウェル層(第二ウェル層の一例)91とを備えている。ウェル層71,91は、半導体基板3に例えばボロン(B)をイオン注入することによって形成される。
The
半導体装置1は、ウェル層71の表面に形成されたゲート絶縁膜(第一ゲート絶縁膜の一例)72と、ウェル層91の表面に形成されたゲート絶縁膜(第二ゲート絶縁膜の一例)92とを備えている。ゲート絶縁膜72,92は、例えば二酸化ケイ素(SiO2)で形成されている。
The
半導体装置1は、ゲート絶縁膜72の表面に形成されたゲート電極(第一ゲート電極の一例)73と、ゲート絶縁膜92の表面に形成されたゲート電極(第二ゲート電極の一例)93とを備えている。ゲート電極73,93は、例えばポリシリコンで形成されている。
The
半導体装置1は、ゲート電極73及びゲート電極93のそれぞれの側面に絶縁膜で形成されたサイドウォール74及びサイドウォール94を備えている。サイドウォール74はゲート電極73の側面に形成され、サイドウォール94はゲート電極93の側面に形成されている。サイドウォール74,94を形成する絶縁膜は、例えばSiO2である。
The
半導体装置1は、ゲート電極73を挟んでウェル層71に形成されたN型のソース領域(第一ソース領域の一例)75s及びドレイン領域(第一ドレイン領域の一例)75dを備えている。ソース領域75sは、サイドウォール74の下方に形成されたエクステンション領域751と、エクステンション領域751に隣接して形成されたディープソース領域753とを備えている。ディープソース領域753は、エクステンション領域751よりも不純物(例えばヒ素(As))の濃度が高くなっている。ドレイン領域75dは、サイドウォール74の下方に形成されたエクステンション領域752と、エクステンション領域752に隣接して形成されたディープドレイン領域754とを有している。ディープドレイン領域754は、エクステンション領域752よりも不純物(例えばヒ素(As))の濃度が高くなっている。
The
半導体装置1は、ゲート電極93を挟んでウェル層91に形成されてソース領域75s及びドレイン領域75dよりも半導体基板3の表面から浅い深さを有しN型のソース領域(第二ソース領域の一例)95s及びドレイン領域(第二ドレイン領域の一例)95dを備えている。ソース領域95sは、サイドウォール94の下方に形成されたエクステンション領域951と、エクステンション領域951に隣接して形成されたディープソース領域953とを備えている。ディープソース領域953は、エクステンション領域951よりも不純物(例えばヒ素(As))の濃度が高くなっている。ドレイン領域95dは、サイドウォール94の下方に形成されたエクステンション領域952と、エクステンション領域952に隣接して形成されたディープドレイン領域954とを有している。ディープドレイン領域954は、エクステンション領域952よりも不純物(例えばヒ素(As))の濃度が高くなっている。ソース領域95s及びドレイン領域95dの深さと、ソース領域75s及びドレイン領域75dの深さとの関係については後述する。
The
半導体装置1は、ソース領域75s、ドレイン領域75d及びゲート電極73の表面に形成されたシリサイド膜76と、ソース領域95s、ドレイン領域95d及びゲート電極93の表面に形成されたシリサイド膜96とを備えている。図示は省略するが、半導体装置1は、ディジタル回路用N型MOSトランジスタ7及びアナログ回路用N型MOSトランジスタ9上に形成された保護層と、ソース領域75s、ドレイン領域75d、ゲート電極73、ソース領域95s、ドレイン領域95d及びゲート電極93上の保護層の一部を除去して形成されたコンタクトホールに埋め込まれた電極プラグと、この電極プラグに接続された配線とを備えている。シリサイド膜76,96は、この電極プラグとの接触抵抗を低減するために設けられている。
The
繰り返しにはなるが、半導体装置1に備えられたディジタル回路用N型MOSトランジスタ7は、半導体基板3に形成されたウェル層71と、ウェル層71上の一部に形成されたゲート絶縁膜72と、ゲート絶縁膜72上に形成されたゲート電極73と、ゲート電極73の側面に形成されたサイドウォール74と、ゲート電極73を挟んでウェル層71に形成されたソース領域75s及びドレイン領域75dと、ソース領域75s、ドレイン領域75d及びゲート電極73上に形成されたシリサイド膜76とを有している。
To reiterate, the N-
また、半導体装置1に備えられたアナログ回路用N型MOSトランジスタ9は、半導体基板3に形成されたウェル層91と、ウェル層91上の一部に形成されたゲート絶縁膜92と、ゲート絶縁膜92上に形成されたゲート電極93と、ゲート電極93の側面に形成されたサイドウォール94と、ゲート電極93を挟んでウェル層91に形成されたソース領域95s及びドレイン領域95dと、ソース領域95s、ドレイン領域95d及びゲート電極93上に形成されたシリサイド膜96とを有している。
Further, the N-
次に、アナログ回路用N型MOSトランジスタ9のソース領域95s及びドレイン領域95dの深さと、ディジタル回路用N型MOSトランジスタ7のソース領域75s及びドレイン領域75dとの深さとの関係について図2を用いて説明する。
Next, FIG. 2 is used with reference to FIG. 2 regarding the relationship between the depth of the
図2に示すように、ディジタル回路用N型MOSトランジスタ7に設けられたドレイン領域75dのエクステンション領域752の深さをD1とし、ディープドレイン領域754の深さをD2とする。ソース領域75sのエクステンション領域751は、エクステンション領域752と同じ深さを有し、ソース領域75sのディープソース領域753は、ディープドレイン領域754と同じ深さを有している。また、アナログ回路用N型MOSトランジスタ9に設けられたソース領域95sのエクステンション領域951の深さをD3とし、ディープソース領域953の深さをD4とする。ドレイン領域95dのエクステンション領域952は、エクステンション領域951と同じ深さを有し、ドレイン領域95dのディープソース領域953は、ディープドレイン領域954と同じ深さを有している。ここで、それぞれの深さは、半導体基板3表面を基準として半導体基板3内部に向かう距離である。また、それぞれの深さは、半導体基板3表面からの例えば平均深さである。
As shown in FIG. 2, the depth of the
図2に示すように、ディジタル回路用N型MOSトランジスタ7及びアナログ回路用N型MOSトランジスタ9は、「D1>D3」及び「D2>D4」の関係が成り立つようにソース領域75s及びドレイン領域75d並びにソース領域95s及びドレイン領域95dが形成されている。このように、半導体装置1は、ディジタル回路用N型MOSトランジスタ7のソース領域75s及びドレイン領域75dよりも、アナログ回路用N型MOSトランジスタ9のソース領域95s及びドレイン領域95dの深さを浅くして、ソース領域95s端部及びドレイン領域95d端部付近のウェル層91のボロン濃度が相対的に低くなるようになっている。これにより、半導体装置1は、アナログ回路用N型MOSトランジスタ9でのTEDを抑制できる。
As shown in FIG. 2, the N-
(半導体装置の製造方法)
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について、図1及び図2を参照しつつ、図3から図15を用いて説明する。本実施形態では、1枚の半導体ウェハ上に複数の半導体装置が複数個、同時に形成されるが、図3から図15では、複数の半導体装置のうちの1組のディジタル回路用N型MOSトランジスタ及びアナログ回路用N型MOSトランジスタの製造工程断面図を示す。また、図3から図15では、理解を容易にするため、新たに形成された構成要素など(例えば、ゲート電極やレジストパターンなど)のみにハッチングが付されている。
(Manufacturing method of semiconductor device)
Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2 with reference to FIGS. 3 to 15. In the present embodiment, a plurality of semiconductor devices are simultaneously formed on one semiconductor wafer. In FIGS. 3 to 15, a set of N-type MOS transistors for a digital circuit among the plurality of semiconductor devices is formed. The cross-sectional view of the manufacturing process of the N-type MOS transistor for an analog circuit is shown. Further, in FIGS. 3 to 15, in order to facilitate understanding, hatching is attached only to newly formed components (for example, a gate electrode, a resist pattern, etc.).
まず、例えばシリコンで形成された半導体ウェハ3wを準備する。次に、図3に示すように、半導体ウェハ3wに複数の素子分離層5を形成して半導体ウェハ3wを素子分離した(素子分離層形成工程の一例)後に、チャネルイオン注入のスルー膜を形成する(スルー膜形成工程)。具体的にスルー膜形成工程では、半導体ウェハ3wを熱酸化し、素子分離層5を含み半導体ウェハ3wの全面にスルー膜31となる二酸化ケイ素(SiO2)膜を形成する。
First, for example, a
次に、最終的にディジタル回路用N型MOSトランジスタ7のチャネル領域となる半導体ウェハ3wの領域にイオン注入するチャネルイオン注入工程(第一ウェル層形成工程の一例)を実施する。具体的に、チャネルイオン注入工程では、スルー膜31の全面にレジストを塗布してパターニングする。これにより、図4に示すように、最終的にディジタル回路用N型MOSトランジスタ7のチャネル領域となるディジタル回路形成領域DAの所定領域を開口するレジストマスクRM71を形成する。次に、レジストマスクRM71をマスクとして半導体ウェハ3wに第一導電型の不純物として例えばボロン(B)をイオン注入する。これにより、第一不純物層71aが形成される。
Next, a channel ion implantation step (an example of the first well layer forming step) of ion-implanting into the region of the
次に、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ9のチャネル領域となる半導体ウェハ3wの領域にイオン注入するチャネルイオン注入工程(第二ウェル層形成工程の一例)及び共注入を行う工程を実施する。具体的に、チャネルイオン注入工程及び共注入工程では、スルー膜31の全面にレジストを塗布してパターニングする。これにより、図5に示すように、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ9のチャネル領域となるアナログ回路形成領域AAの所定領域を開口するレジストマスクRM91を形成する。次に、レジストマスクRM91をマスクとして半導体ウェハ3wに第一導電型の不純物として例えばボロン(B)をイオン注入する。また、ボロンとともにフッ素(F)又は炭素(C)を共注入する。これにより、第二不純物層91aが形成される。なお、図4に示すイオン注入工程と、図5に示すチャネルイオン注入工程及び共注入工程は、どちらを先に行ってもよい。
Next, a channel ion implantation step (an example of a second well layer forming step) in which ions are finally implanted into the region of the
次に、第一不純物層71a及び第二不純物層91aをチャネル活性化する。これにより、第一不純物層71aの形成領域にウェル層71が形成され、第二不純物層91aの形成領域にウェル層91が形成される。本実施形態では、このチャネル活性化工程も含めて第一ウェル層形成工程の一例及び第二ウェル層形成工程の一例に相当すると看做してもよい。
Next, the
次に、スルー膜31を除去した後に、最終的に一部がゲート絶縁膜となる絶縁膜12を半導体ウェハ3wの表面の全面に形成する(ゲート絶縁膜形成工程の一例)。
Next, after removing the through
次に、絶縁膜12の全面に例えばポリシリコン膜を形成する。次に、このポリシリコン膜の全面にレジストを塗布してパターニングし、ゲート電極73,93の形成領域にレジストが残存するレジストマスクを形成する。次に、このレジストマスクをマスクとしてポリシリコン膜をエッチングした後にレジストマスクを除去する。これにより、図6に示すように、絶縁膜12上にゲート電極73及びゲート電極93が形成される(ゲート電極形成工程の一例)。その後、半導体ウェハ3wに対して再酸化を実行する。
Next, for example, a polysilicon film is formed on the entire surface of the insulating
次に、最終的にディジタル回路用N型MOSトランジスタ7のエクステンション領域751,752となる半導体ウェハ3wの領域にイオン注入するエクステンション注入工程(ディジタル側第二導電型不純物層形成工程の一例)を実施する。具体的に、エクステンション注入工程では、ゲート電極73,93を含み絶縁膜12の全面にレジストを塗布してパターニングする。これにより、図7に示すように、最終的にディジタル回路用N型MOSトランジスタ7のソース領域75s及びドレイン領域75dとなるディジタル回路形成領域DAの所定領域を少なくとも開口するレジストマスクRM750を形成する。次に、レジストマスクRM750をマスクとして半導体ウェハ3wに第二導電型の不純物として例えばヒ素(As)をイオン注入してエクステンション注入を実施する。これにより、ゲート電極73の両側のウェル層71に第二導電型不純物層(ディジタル側第二導電型不純物層の一例)751a,752aが形成される。
Next, an extension implantation step (an example of a digital-side second conductive impurity layer forming step) of ion-implanting into the region of the
次に、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ9のエクステンション領域951,952となる半導体ウェハ3wの領域にイオン注入するエクステンション注入工程(アナログ側第二導電型不純物層形成工程の一例)及び共注入工程を実施する。具体的に、エクステンション注入工程及び共注入工程では、ゲート電極73,93を含み絶縁膜12の全面にレジストを塗布してパターニングする。これにより、図8に示すように、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ9のソース領域95s及びドレイン領域95dとなるアナログ回路形成領域AAの所定領域を少なくとも開口するレジストマスクRM950aを形成する。次に、レジストマスクRM950aをマスクとして半導体ウェハ3wに第二導電型の不純物として例えばリン(P)をエクステンション注入し、リンとともにフッ素(F)又は炭素(C)を共注入する。これにより、ゲート電極93の両側のウェル層91に第二導電型不純物層(アナログ側第二導電型不純物層の一例)951a,952aが形成される。
Next, the extension injection step (an example of the analog side second conductive type impurity layer forming step) of ion-implanting into the region of the
第二導電型不純物層951a,952aを形成するエクステンション注入工程及び共注入工程において、第二導電型不純物層751a,752aを形成するエクステンション注入工程よりも第二導電型の不純物の注入量を少なくする。その結果、図8に示すように、半導体ウェハ3wの表面からの深さは、第二導電型不純物層951a,952aの方が第二導電型不純物層751a,752aよりも浅くなる。
In the extension injection step and the co-injection step of forming the second conductive
また、図8を用いて説明したように第二導電型不純物層951a,952aを同時に形成するのではなく、別々に形成してもよい。すなわち、図8を参照して説明したエクステンション注入工程に代えて、以下の図9に示すソース側エクステンション注入工程及び図10に示すドレイン側エクステンション注入工程の双方を行ってもよい。この場合、例えばノイズの影響が大きいソース側のみTEDをより抑制することを目的として、ソース領域95s側及びドレイン領域95d側のそれぞれにおける第二導電型の不純物の注入量及び注入深さ、並びに共注入の有無を調整することができる。
Further, the second
例えば、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ9のソース領域95s側のエクステンション領域951となる半導体ウェハ3wの領域にイオン注入するソース側エクステンション注入工程(アナログ側第二導電側不純物層形成工程の一例)及び共注入を行う工程を実施する。具体的に、ソース側エクステンション注入工程及び共注入工程では、ゲート電極73,93を含み絶縁膜12の全面にレジストを塗布してパターニングする。これにより、図9に示すように、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ9のソース領域95sとなるアナログ回路形成領域AAの所定領域を少なくとも開口するレジストマスクRM951を形成する。次に、レジストマスクRM951をマスクとして半導体ウェハ3wに第二導電型の不純物として例えばリン(P)をイオン注入してエクステンション注入し、リンとともにフッ素(F)又は炭素(C)を共注入する。このとき、ソース側エクステンション注入工程では、ドレイン側エクステンション注入工程と比較して不純物の注入量を少なくしたり、不純物の注入深さを浅くする。これにより、ゲート電極93の両側の一方のウェル層91に第二導電型不純物層951aが形成される。
For example, the source side extension injection step (analog side second conductive side impurity layer forming step) in which ions are finally implanted into the region of the
次に、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ9のドレイン領域95d側のエクステンション領域952となる半導体ウェハ3wの領域にイオン注入するドレイン側エクステンション注入工程(アナログ側第二導電側不純物層形成工程の一例)及び共注入を行う工程を実施する。ドレイン側エクステンション注入工程及び共注入工程では、ゲート電極73,93を含み絶縁膜12の全面にレジストを塗布してパターニングする。これにより、図10に示すように、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ9のドレイン領域95dとなるアナログ回路形成領域AAの所定領域を少なくとも開口するレジストマスクRM952を形成する。次に、レジストマスクRM952をマスクとして半導体ウェハ3wに第二導電型の不純物として例えばリン(P)をイオン注入してエクステンション注入し、リンとともにフッ素(F)又は炭素(C)を共注入する。これにより、ゲート電極93の両側の他方のウェル層91に第二導電型不純物層952aが形成される。なお、図9に示すソース側エクステンション注入工程及び共注入工程と、図10に示すドレイン側エクステンション注入工程及び共注入工程は、どちらを先に行ってもよい。また、フッ素(F)又は炭素(C)の共注入により、ドレイン側エクステンション注入工程で注入した不純物の拡散が抑制される場合がある。このため、第二導電型不純物層952a形成時には、フッ素(F)又は炭素(C)の共注入を行わず、第二導電型不純物層951a形成時のみフッ素(F)又は炭素(C)の共注入を行うようにすることが好ましい。
Next, a drain side extension injection step (analog side second conductive side impurity layer forming step) in which ions are finally implanted into the region of the
次に、半導体ウェハ3wに対して活性化アニールを実施し、第二導電型不純物層751a,752a及び第二導電型不純物層951a,952aを活性化する。これにより、第二導電型不純物層751a,752aの形成領域にエクステンション領域751,752が形成され、第二導電型不純物層951a,952aの形成領域にエクステンション領域951,952が形成される。本実施形態では、この活性化アニール工程も含めてディジタル側第二導電型不純物層形成工程の一例及びアナログ側第二導電型不純物層形成工程の一例に相当すると看做してもよい。
Next, activation annealing is performed on the
次に、図11に示すように、ゲート電極73及びゲート電極93のそれぞれの側面に、絶縁膜によりサイドウォール74,94を形成する工程(サイドウォール形成工程)を実施する。サイドウォール74,94は、化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法を用いて絶縁膜を堆積して異方性エッチングを行うことにより形成される。
Next, as shown in FIG. 11, a step of forming
次に、最終的にディジタル回路用N型MOSトランジスタ7のディープソース領域753及びディープドレイン領域754が形成される領域を少なくとも含む領域にディープソースドレイン注入を行う工程(第一ソース・ドレイン形成工程の一例)を実施する。具体的に、ディープソースドレイン注入工程では、ゲート電極73,93及びサイドウォール74,94を含み絶縁膜12の全面にレジストを塗布してパターニングする。これにより、図12に示すように、最終的にディジタル回路用N型MOSトランジスタ7のソース領域75s及びドレイン領域75dとなるディジタル回路形成領域DAの所定領域を少なくとも開口するレジストマスクRM75を形成する。次に、レジストマスクRM75をマスクとして半導体ウェハ3wに第二導電型の不純物として例えばヒ素(As)をイオン注入してディープソースドレイン注入を実施する。これにより、ゲート電極73の両側のウェル層71に第二導電型ディープ不純物層753a及び第二導電型ディープ不純物層754aが形成される。
Next, a step of injecting deep source / drain into a region including at least a region in which the
次に、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ9のディープソース領域953及びディープドレイン領域954が形成される領域を少なくとも含む領域にディープソースドレイン注入工程(第二ソース・ドレイン形成工程の一例)及び共注入を行う工程を実施する。ディープソースドレイン注入工程及び共注入工程では、ゲート電極73,93及びサイドウォール74,94を含み絶縁膜12の全面にレジストを塗布してパターニングする。これにより、図13に示すように、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ9のソース領域95s及びドレイン領域95dとなるアナログ回路形成領域AAの所定領域を少なくとも開口するレジストマスクRM950bを形成する。次に、レジストマスクRM950bをマスクとして半導体ウェハ3wに第二導電型の不純物として例えばリン(P)をディープソースドレイン注入し、リンとともにフッ素(F)又は炭素(C)を共注入する。これにより、ゲート電極93の両側のウェル層91に第二導電型ディープ不純物層953a,954aが形成される。
Next, a deep source / drain injection step (an example of a second source / drain forming step) is performed in a region including at least a region in which the
また、図13を用いて説明したように第二導電型ディープ不純物層953a,954aを同時に形成するのではなく、別々に形成してもよい。すなわち、図13を参照して説明したディープソースドレイン注入工程に代えて、以下の図14に示すディープソース注入工程及び図15に示すディープドレイン注入工程の双方を行ってもよい。この場合、例えばノイズの影響が大きいソース側のみTEDをより抑制することを目的として、ソース領域95s側及びドレイン領域95d側のそれぞれにおける第二導電型の不純物の注入量及び注入深さ、並びに共注入の有無を調整することができる。
Further, the second conductive
例えば、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ9のソース領域95s側のディープソース領域953が形成される領域を少なくとも含む領域にディープソース注入工程(第二ソース・ドレイン形成工程の一例)及び共注入を行う工程を実施する。ディープソース注入工程及び共注入工程では、ゲート電極73,93及びサイドウォール74,94を含み絶縁膜12の全面にレジストを塗布してパターニングする。これにより、図14に示すように、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ9のディープソース領域953となるアナログ回路形成領域AAの所定領域を少なくとも開口するレジストマスクRM95aを形成する。次に、レジストマスクRM95aをマスクとして半導体ウェハ3wに第二導電型の不純物として例えばリン(P)をディープソース注入し、リンとともにフッ素(F)又は炭素(C)を共注入する。このとき、ディープソース注入工程では、ディープドレイン注入工程と比較して不純物の注入量を少なくしたり、不純物の注入深さを浅くする。これにより、ゲート電極93の両側の一方のウェル層91に第二導電型ディープ不純物層953aが形成される。
For example, a deep source injection step (an example of a second source / drain forming step) and co-operation in a region including at least a region where a
次に、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ9のドレイン領域95d側のディープドレイン領域954が形成される領域を少なくとも含む領域にディープドレイン注入工程(第二ソース・ドレイン形成工程の一例)及び共注入を行う工程を実施する。ディープドレイン注入工程及び共注入工程では、ゲート電極73,93及びサイドウォール74,94を含み絶縁膜12の全面にレジストを塗布してパターニングする。これにより、図15に示すように、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ9のディープドレイン領域954となるアナログ回路形成領域AAの所定領域を少なくとも開口するレジストマスクRM95bを形成する。次に、レジストマスクRM95bをマスクとして半導体ウェハ3wに第二導電型の不純物として例えばリン(P)をディープドレイン注入し、リンとともにフッ素(F)又は炭素(C)を共注入する。これにより、ゲート電極93の両側の他方のウェル層91に第二導電型ディープ不純物層954aが形成される。なお、図14に示すディープソース注入工程及び共注入工程と、図15に示すディープドレイン注入工程及び共注入工程は、どちらを先に行ってもよい。また、フッ素(F)又は炭素(C)の共注入により、ディープドレイン注入工程で注入した不純物の拡散が抑制される場合がある。このため、第二導電型ディープ不純物層954a形成時には、フッ素(F)又は炭素(C)の共注入を行わず、第二導電型ディープ不純物層953a形成時のみフッ素(F)又は炭素(C)の共注入を行うようにすることが好ましい。
Next, a deep drain injection step (an example of a second source / drain forming step) and a deep drain injection step (an example of a second source / drain forming step) are performed in a region including at least a region in which the
本実施形態では、アナログ回路形成領域AAでのディープソースドレイン注入工程及び共注入工程、ディープソース注入工程及び共注入工程、ディープドレイン注入及び共注入工程において、ディジタル回路形成領域DAでのディープソースドレイン注入工程及び共注入工程よりも第二導電型の不純物の注入量を少なくするようになっている。これにより、図2に示すように、「D1>D3」及び「D2>D4」の関係が成り立つようにソース領域75s及びドレイン領域75d並びにソース領域95s及びドレイン領域95dが最終的に形成される。
In the present embodiment, in the deep source drain injection step and co-injection step, deep source injection step and co-injection step, deep drain injection and co-injection step in the analog circuit forming region AA, the deep source drain in the digital circuit forming region DA The injection amount of the second conductive type impurities is smaller than that in the injection step and the co-injection step. As a result, as shown in FIG. 2, the
ディープソース注入工程及び共注入工程と、ディープドレイン注入工程及び共注入工程は、どちらを先に行ってもよい。また、ディジタル回路形成領域DAでのディープソースドレイン注入と、アナログ回路形成領域AAでのディープソースドレイン注入工程及び共注入工程、ディープソース注入工程及び共注入工程、ディープドレイン注入工程及び共注入工程とは、どちらを先に行ってもよい。 Either the deep source injection step and the co-injection step and the deep drain injection step and the co-injection step may be performed first. Further, the deep source / drain injection in the digital circuit formation region DA, the deep source / drain injection step and the co-injection step, the deep source injection step and the co-injection step, the deep drain injection step and the co-injection step in the analog circuit formation region AA. Whichever comes first.
次に、半導体ウェハ3wに対して活性化アニールを実施し、第二導電型ディープ不純物層753a,754a及び第二導電型ディープ不純物層953a,954aを活性化する。これにより、第二導電型ディープ不純物層753aの形成領域にディープソース領域753が形成され、第二導電型ディープ不純物層754aの形成領域にディープドレイン領域754が形成される。また、第二導電型ディープ不純物層953aの形成領域にディープソース領域953が形成され、第二導電型ディープ不純物層954aの形成領域にディープドレイン領域954が形成される。その結果、図1に示すように、ゲート電極73の両側のウェル層71に、エクステンション領域751及びディープソース領域753を有するソース領域75sと、エクステンション領域752及びディープドレイン領域754を有するドレイン領域75dとが形成される。また、ゲート電極93の両側のウェル層91に、エクステンション領域951及びディープソース領域953を有するソース領域95sと、エクステンション領域952及びディープドレイン領域954を有するドレイン領域95dとが形成される。本実施形態では、この活性化アニール工程も含めて第一ソース・ドレイン形成工程の一例及び第二ソース・ドレイン形成工程の一例に相当すると看做してもよい。
Next, activation annealing is performed on the
次に、ゲート電極73及びサイドウォール74と、ゲート電極93及びサイドウォール94とをマスクにして絶縁膜12をエッチングする。これにより、図1に示すように、ゲート電極73及びサイドウォール74の下方にゲート絶縁膜72が形成され、ゲート電極93及びサイドウォール94の下方にゲート絶縁膜92が形成される。
Next, the insulating
次に、ソース領域75s、ドレイン領域75d及びゲート電極73並びにソース領域95s、ドレイン領域95d及びゲート電極93の表面にシリサイド膜を形成する工程(シリサイド膜形成工程)を実施する。シリサイド膜形成工程では、ソース領域75s、ドレイン領域75d及びゲート電極73並びにソース領域95s、ドレイン領域95d及びゲート電極93を含み半導体ウェハ3wの全面に金属膜を成膜し、この金属膜にアニール処理を行う。これにより、ソース領域75s、ドレイン領域75d及びゲート電極73並びにソース領域95s、ドレイン領域95d及びゲート電極93の表面と、金属膜とが反応しシリサイドが形成される。その後、薬液処理により、不要となった金属膜を除去する。その結果、図1に示すように、ソース領域75s、ドレイン領域75d及びゲート電極73上にシリサイド膜76が形成され、ソース領域95s、ドレイン領域95d及びゲート電極93上にシリサイド膜96が形成される。
Next, a step of forming a silicide film on the surfaces of the
こうして、ディジタル回路形成領域DAにディジタル回路用N型MOSトランジスタ7が形成され、アナログ回路形成領域AAにアナログ回路用N型MOSトランジスタ9が形成される。
In this way, the N-
図示は省略するが、その後、ディジタル回路用N型MOSトランジスタ7及びアナログ回路用N型MOSトランジスタ9を含み半導体ウェハ3wの全面に保護層を形成する。次に、この保護層の所定領域にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールにソース領域75s、ドレイン領域75d及びゲート電極73並びにソース領域95s、ドレイン領域95d及びゲート電極93に電気的に接続される電極プラグを形成する。次に、この電極プラグに接続された配線を形成する。次に、所定箇所で切断して半導体ウェハ3wを個片化する。これにより、ディジタル回路用N型MOSトランジスタ7及びアナログ回路用N型MOSトランジスタ9を備える半導体装置1が完成する。
Although not shown, a protective layer is subsequently formed on the entire surface of the
(アナログ回路形成領域専用のチャネルイオン注入の効果)
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法におけるアナログ回路形成領域専用のチャネルイオン注入の効果について、図16を用いて説明する。図16に示すグラフの横軸は半導体基板とゲート酸化膜との界面(すなわち、半導体基板の表面)を基準(0μm)とする半導体基板3の深さ(μm)を示し、縦軸はチャネルの不純物濃度(cm-3)を示している。
(Effect of channel ion implantation dedicated to analog circuit formation area)
Next, the effect of channel ion implantation dedicated to the analog circuit forming region in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 16 shows the depth (μm) of the semiconductor substrate 3 with respect to the interface (that is, the surface of the semiconductor substrate) between the semiconductor substrate and the gate oxide film as a reference (0 μm), and the vertical axis represents the channel. The impurity concentration (cm -3 ) is shown.
上述のとおり、本実施形態による半導体装置の製造方法では、ウェル層91を形成するに当たって、アナログ回路形成領域AA専用のチャネルイオン注入工程が設けられている(図5参照)。本実施形態では、アナログ回路形成領域AAは、ディジタル回路形成領域DAよりもチャネルドーズ量を少なくするようなっている。この他に、アナログ回路形成領域AAのウェル層91の形成工程において、半導体基板3の深さ方向に濃度が増加するように第一導電型の不純物を注入してもよい。つまり、アナログ回路形成領域AAにおける第二不純物層91aの不純物濃度のプロファイルがレトログレード分布となるようにしてもよい。アナログ回路形成領域AAにおける第二不純物層91aにおいて、半導体ウェハ3w表面の第一導電型の不純物の濃度を半導体ウェハ3w内部の第一導電型の不純物の濃度よりも下げてもよい。チャネルの不純物量が少ないほど、第一導電型の不純物のTEDが起きにくくなる。また、本実施形態では、TEDをより一層抑制するために、第二不純物層91aの形成時にフッ素や炭素を共注入しているが、この共注入を行わなくてもTEDを抑制することができる。
As described above, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, in forming the
図16に、○印を結ぶプロファイルP1、□印を結ぶプロファイルP2及び△印を結ぶプロファイルP3を示す。プロファイルP1、P2は、チャネル不純物としてボロンを用いた場合の不純物濃度分布を示し、プロファイルP3は、チャネル不純物としてインジウムを用いた場合の不純物濃度分布を示す。 FIG. 16 shows a profile P1 connecting ◯, a profile P2 connecting □, and a profile P3 connecting Δ. Profiles P1 and P2 show the impurity concentration distribution when boron is used as the channel impurity, and profile P3 shows the impurity concentration distribution when indium is used as the channel impurity.
図16に示すように、プロファイルP2は、プロファイルP1よりも不純物濃度が低い。つまり、プロファイルP2は、アナログ回路形成領域AAでのチャネルイオン注入による不純物のプロファイルと見ることができる。また、プロファイルP1は、ディジタル回路形成領域DAでのチャネルイオン注入による不純物のプロファイルと見ることができる。このように、アナログ回路形成領域AAの第二不純物層91aの不純物濃度をディジタル回路形成領域DAの第一不純物層71aの不純物濃度より低くすることによって、エクステンションイオン注入やディープソースドレインイオン注入で生じる格子間シリコンとチャネル不純物との重なりを小さくすることができる。その結果、アナログ回路用N型MOSトランジスタ9でのTEDを抑制することができる。
As shown in FIG. 16, the profile P2 has a lower impurity concentration than the profile P1. That is, the profile P2 can be seen as a profile of impurities due to channel ion implantation in the analog circuit formation region AA. Further, the profile P1 can be seen as a profile of impurities due to channel ion implantation in the digital circuit formation region DA. As described above, by lowering the impurity concentration of the
プロファイルP3は、レトログレード分布を示している。プロファイルP3では、ゲート酸化膜と半導体基板(シリコン基板)との界面付近の不純物濃度がプロファイルP2よりも低減されている。これにより、特にエクステンションイオン注入で生じる格子間シリコンとチャネル不純物との重なりを小さくすることができ、アナログ回路形成領域AAでのTEDを抑制することができる。 Profile P3 shows a retrograde distribution. In profile P3, the impurity concentration near the interface between the gate oxide film and the semiconductor substrate (silicon substrate) is lower than that in profile P2. As a result, it is possible to reduce the overlap between the interstitial silicon generated by the extension ion implantation and the channel impurities, and it is possible to suppress TED in the analog circuit formation region AA.
(エクステンション注入の効果)
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法におけるエクステンション注入工程の効果について説明する。
上述のとおり、本実施形態による半導体装置の製造方法では、ソース領域95s及びドレイン領域95dを形成するに当たって、アナログ回路形成領域AA専用のエクステンション工程が設けられている(図8参照)。本実施形態では、ディジタル回路形成領域DAにはヒ素が注入され、アナログ回路形成領域AAにはヒ素の代わりにリンが注入される。また、これに限られず、アナログ回路形成領域AAは、ディジタル回路形成領域DAよりもヒ素注入量を少なくしてもよい。これらにより、アナログ回路形成領域AAにおける格子間シリコンの量を低減させることができ、ボロンのTEDを抑制することができる。また、本実施形態では、TEDをより一層抑制するために、エクステンション注入とともにフッ素や炭素を共注入しているが、この共注入が行われなくてもTEDを抑制することができる。
(Effect of extension injection)
Next, the effect of the extension injection step in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described.
As described above, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, an extension step dedicated to the analog circuit forming region AA is provided in forming the
1/fノイズには、ドレイン領域側よりもソース領域側のチャネルボロン濃度分布の影響が大きい。そのため、本実施形態による半導体装置の製造方法では、図9及び図10に示すように、ソース領域側とドレイン領域側のエクステンション注入条件が作り分けられている。特に、ドレイン領域側よりもソース領域側のTEDを防ぐことは、1/fノイズの低減に効果的である。 The influence of the channel boron concentration distribution on the source region side is larger than that on the drain region side on the 1 / f noise. Therefore, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIGS. 9 and 10, extension injection conditions on the source region side and the drain region side are created separately. In particular, preventing TED on the source region side rather than the drain region side is effective in reducing 1 / f noise.
(ディープソースドレイン注入の効果)
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法におけるディープソースドレイン注入工程の効果について図17を用いて説明する。図17は、ゲート長が0.2μmのトランジスタについて、プロセスシミュレーションにより求められた不純物分布の一例を示している。図17(a)及び図17(b)に示すグラフの横軸は半導体基板3とゲート酸化膜との界面(すなわち、半導体基板の表面)を基準(0μm)とする半導体基板の深さ(μm)を示している。図17(a)に示すグラフの縦軸はヒ素の濃度を示し、図17(b)に示すグラフの縦軸はボロンの濃度を示している。図17(a)中の◇印を結ぶ特性C1は、ヒ素を浅く注入した場合のヒ素の分布特性を表し、図17(a)中の□印を結ぶ特性C2は、ヒ素を深く注入した場合のヒ素の分布特性を表している。また、図17(b)中の◇印を結ぶ特性C3は、ヒ素を浅く注入した場合のボロンの分布特性を表し、図17(b)中の□印を結ぶ特性C4は、ヒ素を深く注入した場合のボロンの分布特性を表している。
(Effect of deep source drain injection)
Next, the effect of the deep source / drain injection step in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 17 shows an example of the impurity distribution obtained by the process simulation for a transistor having a gate length of 0.2 μm. The horizontal axis of the graphs shown in FIGS. 17 (a) and 17 (b) is the depth (μm) of the semiconductor substrate with the interface between the semiconductor substrate 3 and the gate oxide film (that is, the surface of the semiconductor substrate) as a reference (0 μm). ) Is shown. The vertical axis of the graph shown in FIG. 17A shows the concentration of arsenic, and the vertical axis of the graph shown in FIG. 17B shows the concentration of boron. The characteristic C1 connecting the ◇ marks in FIG. 17 (a) represents the distribution characteristic of arsenic when arsenic is injected shallowly, and the characteristic C2 connecting the □ marks in FIG. 17 (a) shows the case where arsenic is deeply injected. It shows the distribution characteristics of arsenic. Further, the characteristic C3 connecting the ◇ marks in FIG. 17 (b) represents the distribution characteristic of boron when arsenic is injected shallowly, and the characteristic C4 connecting the □ marks in FIG. 17 (b) indicates the deep injection of arsenic. It shows the distribution characteristics of boron when it is used.
上述のとおり、本実施形態による半導体装置の製造方法では、アナログ回路形成領域AA専用のディープソースドレイン工程が設けられている(図13参照)。本実施形態では、ディジタル回路形成領域DAにはヒ素が注入され、アナログ回路形成領域AAにはヒ素の代わりにリンが注入される。また、これに限られず、アナログ回路形成領域AAは、ディジタル回路形成領域DAよりもヒ素注入量を少なくしてもよい。これらにより、アナログ回路形成領域AAにおける格子間シリコンの量を低減させることができ、ボロンのTEDを抑制することができる。また、本実施形態では、TEDをより一層抑制するために、エクステンション注入とともにフッ素や炭素を共注入しているが、この共注入は行われなくてもTEDを抑制することができる。 As described above, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a deep source / drain step dedicated to the analog circuit forming region AA is provided (see FIG. 13). In this embodiment, arsenic is injected into the digital circuit forming region DA, and phosphorus is injected into the analog circuit forming region AA instead of arsenic. Further, not limited to this, the analog circuit forming region AA may have a smaller arsenic injection amount than the digital circuit forming region DA. As a result, the amount of interstitial silicon in the analog circuit forming region AA can be reduced, and the TED of boron can be suppressed. Further, in the present embodiment, in order to further suppress TED, fluorine and carbon are co-injected together with the extension injection, but TED can be suppressed even if this co-injection is not performed.
図14及び図15に示すように、本実施形態による半導体装置の製造方法では、エクステンション注入と同様に、ソース領域側とドレイン領域側のエクステンション注入条件が作り分けられている。特に、ドレイン領域側よりもソース領域側のTEDを防いでもよい。 As shown in FIGS. 14 and 15, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, extension injection conditions on the source region side and the drain region side are created separately as in the case of extension injection. In particular, TED on the source region side rather than the drain region side may be prevented.
図17(a)は、図17(b)に示すボロン濃度分布が得られる場合のディープソースドレイン領域のヒ素の分布を示している。図17(b)は、エクステンション端からゲート側に10nm内側の位置のボロンの深さ方向分布を示している。図17(b)に示すように、ディープソースドレインのヒ素を浅く打つことにより(特性C3参照)、ディープソースドレインのヒ素を深く打った場合(特性C4参照)より、ゲート絶縁膜(SiO2)と半導体基板(Si)との界面付近のボロン濃度が低減する。これにより、1/fノイズを低減することができる。 FIG. 17A shows the distribution of arsenic in the deep source / drain region when the boron concentration distribution shown in FIG. 17B is obtained. FIG. 17B shows the distribution of boron in the depth direction at a position 10 nm inside from the extension end to the gate side. As shown in FIG. 17B, the gate insulating film (SiO 2 ) is different from the case where the arsenic of the deep source drain is struck shallowly (see characteristic C3) and the arsenic of the deep source drain is struck deeply (see characteristic C4). The boron concentration near the interface between the semiconductor substrate (Si) and the semiconductor substrate (Si) is reduced. This makes it possible to reduce 1 / f noise.
(実施例1)
本実施形態の実施例1による半導体装置及び半導体装置の製造方法について図18を用いて説明する。図18は、エクステンション注入工程において、ソース領域側とドレイン領域側の両方にフッ素イオン注入を追加した場合の1/fノイズ係数比の一例を示している。図18中の「リファレンス」はフッ素イオン注入が追加されていない場合の1/fノイズ係数を示している。
(Example 1)
A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 18 shows an example of the 1 / f noise coefficient ratio when fluorine ion implantation is added to both the source region side and the drain region side in the extension injection step. The “reference” in FIG. 18 shows the 1 / f noise coefficient when fluorine ion implantation is not added.
図18において、1/fノイズ係数(Kf)は、以下の式(1)を用いて計算されている。
Kf=Svg×Cox×W×L×f・・・(1)
In FIG. 18, the 1 / f noise coefficient (Kf) is calculated using the following equation (1).
Kf = Svg × Cox × W × L × f ... (1)
式(1)における各記号は以下のとおりである。
Svg:ゲート電圧換算ノイズ
Cox:ゲート酸化膜容量
W:ゲート幅
L:ゲート長
f:周波数
Each symbol in the formula (1) is as follows.
Svg: Gate voltage conversion noise Cox: Gate oxide film capacity W: Gate width L: Gate length f: Frequency
実施例1では、エクステンション領域の不純物にリンが使用されている。リンのドーズ量は2×1013cm-2であり、フッ素のドーズ量は4×1014cm-2である。図18に示すように、この条件によって、エクステンション注入工程で共注入を実施することにより、逆短チャネル効果が抑制され、1/fノイズ係数比が約40%低減する。
また、1×1014cm-2から1×1015cm-2の範囲のフッ素ドーズ量で、TED抑制によるノイズ低減率は、40%から60%となる。
In Example 1, phosphorus is used as an impurity in the extension region. The dose amount of phosphorus is 2 × 10 13 cm -2 , and the dose amount of fluorine is 4 × 10 14 cm -2 . As shown in FIG. 18, under this condition, by performing co-injection in the extension injection step, the inverse short channel effect is suppressed and the 1 / f noise coefficient ratio is reduced by about 40%.
In addition, the noise reduction rate due to TED suppression is 40% to 60% with the amount of fluorine dose in the range of 1 × 10 14 cm -2 to 1 × 10 15 cm -2 .
(実施例2)
本実施形態の実施例2による半導体装置及び半導体装置の製造方法について図19を用いて説明する。図19は、ディープソースドレインのイオン注入条件(ヒ素注入量と加速エネルギー)を変更した場合の1/fノイズ係数比の一例を示している。図19中の「リファレンス」は、イオン注入条件が「ヒ素の注入量:5×1015cm-2、加速エネルギー:80keV」の場合の1/fノイズ係数を示している。図19中の「逆短チャネル効果抑制」は、イオン注入条件が「ヒ素の注入量:3×1015cm-2、加速エネルギー:40keV」の場合の1/fノイズ係数を示している。
(Example 2)
A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 19 shows an example of the 1 / f noise coefficient ratio when the ion implantation conditions (arsenic implantation amount and acceleration energy) of the deep source drain are changed. The “reference” in FIG. 19 shows the 1 / f noise coefficient when the ion implantation condition is “arsenic implantation amount: 5 × 10 15 cm -2 , acceleration energy: 80 keV”. “Reverse short channel effect suppression” in FIG. 19 indicates the 1 / f noise coefficient when the ion implantation condition is “arsenic implantation amount: 3 × 10 15 cm -2 , acceleration energy: 40 keV”.
図19に示すように、逆短チャネル効果を抑制するイオン注入条件を変更することにより、1/fノイズが約40%低減する。 As shown in FIG. 19, 1 / f noise is reduced by about 40% by changing the ion implantation conditions that suppress the reverse short channel effect.
以上説明したように、本実施形態よる半導体装置及び半導体装置の製造方法によれば、ディジタル回路用トランジスタと比較して、アナログ回路用MOSトランジスタのウェル濃度を薄くするとともに、ソース領域及びドレイン領域の不純物濃度を薄くする、又はソース領域及びドレイン領域の不純物分布を浅くする。これにより、アナログ回路用MOSトランジスタのゲート長が、ディジタル回路用MOSトランジスタの低消費電力化などが図れるゲート長と同じ長さであっても、TEDが抑制されて1/fノイズを低減することができる。これにより、本実施形態よる半導体装置及び半導体装置の製造方法によれば、ディジタル回路での低消費電力化が図れ、かつアナログ回路でのノイズの影響を低減できる。 As described above, according to the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, the well concentration of the MOS transistor for an analog circuit is reduced as compared with the transistor for a digital circuit, and the source region and the drain region are reduced. The impurity concentration is reduced, or the impurity distribution in the source region and drain region is made shallow. As a result, even if the gate length of the MOS transistor for analog circuits is the same as the gate length that can reduce power consumption of MOS transistors for digital circuits, TED is suppressed and 1 / f noise is reduced. Can be done. As a result, according to the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, it is possible to reduce the power consumption in the digital circuit and reduce the influence of noise in the analog circuit.
〔第2実施形態〕
(半導体装置の概略構成)
まず、本発明の第2実施形態による半導体装置の概略構成について、図20を用いて説明する。以下、図20及び半導体装置の製造工程を示す図21から図29では、P型MOSトランジスタの図示は省略し、N型MOSトランジスタのみ図示する。
[Second Embodiment]
(Approximate configuration of semiconductor device)
First, the schematic configuration of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Hereinafter, in FIGS. 20 to 29 showing the manufacturing process of the semiconductor device, the P-type MOS transistor is not shown, and only the N-type MOS transistor is shown.
図20に示すように、本実施形態による半導体装置11は、ディジタル回路形成領域DAに形成されたディジタル回路用N型MOSトランジスタ6と、アナログ回路形成領域AAに形成されたアナログ回路用N型MOSトランジスタ8とを備えている。このように、半導体装置11は、上記第1実施形態による半導体装置1と同様に、ディジタル回路とアナログ回路とを混載した半導体装置である。
As shown in FIG. 20, the
半導体装置11は、N型(第二導電型の一例)の半導体基板2を備えている。半導体基板2は、例えばN型半導体基板またはディープNウェルを有するP型半導体基板である。半導体装置11は、半導体基板2に形成され半導体基板2をディジタル回路形成領域DA及びアナログ回路形成領域AAに分離する素子分離層4を備えている。素子分離層4は、例えばSTI又はLOCOS酸化膜で形成されている。
The
半導体装置11は、ディジタル回路形成領域DAに形成されたP型(第一導電型の一例)のウェル層(第一ウェル層の一例)61と、アナログ回路形成領域AAに形成されたP型のウェル層(第二ウェル層の一例)81とを備えている。ウェル層61,81は、半導体基板2に例えばボロン(B)をイオン注入することによって形成される。
The
半導体装置11は、P型のウェル層81の表面に形成されたノンドープエピシリコン膜(ノンドープ膜の一例)87を備えている。詳細は後述するが、ノンドープエピシリコン膜87は、P型のウェル層81上にエピタキシャル成長させることによって形成される。これにより、チャネル領域(ノンドープエピシリコン膜87とP型のウェル層81とが積層された領域)における不純物濃度のプロファイルがレトログレード分布となる。
The
半導体装置11は、ウェル層61の表面に形成されたゲート絶縁膜(第一ゲート絶縁膜の一例)62と、ノンドープエピシリコン膜87の表面に形成されたゲート絶縁膜(第二ゲート絶縁膜の一例)82とを備えている。ゲート絶縁膜62,82は、例えば二酸化ケイ素(SiO2)で形成されている。
The
半導体装置11は、ゲート絶縁膜62の表面に形成されたゲート電極(第一ゲート電極の一例)63と、ゲート絶縁膜82の表面に形成されたゲート電極(第二ゲート電極の一例)83とを備えている。ゲート電極63,83は、例えばポリシリコンで形成されている。
The
半導体装置11は、ゲート電極63及びゲート電極83のそれぞれの側面に絶縁膜で形成されたサイドウォール64及びサイドウォール84を備えている。サイドウォール64はゲート電極63の側面に形成され、サイドウォール84はゲート電極83の側面に形成されている。サイドウォール64,84を形成する絶縁膜は、例えばSiO2である。
The
半導体装置11は、ゲート電極63を挟んでウェル層61に形成されたN型のソース領域(第一ソース領域の一例)65s及びドレイン領域(第一ドレイン領域の一例)65dを備えている。ソース領域65sは、サイドウォール64の下方に形成されたエクステンション領域651と、エクステンション領域651に隣接して形成されたディープソース領域653とを備えている。ディープソース領域653は、エクステンション領域651よりも不純物(例えばヒ素(As))の濃度が高くなっている。ドレイン領域65dは、サイドウォール64の下方に形成されたエクステンション領域652と、エクステンション領域652に隣接して形成されたディープドレイン領域654とを有している。ディープドレイン領域654は、エクステンション領域652よりも不純物(例えばヒ素(As))の濃度が高くなっている。
The
半導体装置11は、ゲート電極83を挟んでノンドープエピシリコン膜87及びウェル層81に形成されたN型のソース領域(第二ソース領域の一例)85s及びドレイン領域(第二ドレイン領域の一例)85dを備えている。ソース領域85sは、サイドウォール84の下方に形成されたエクステンション領域851と、エクステンション領域851に隣接して形成されたディープソース領域853とを備えている。エクステンション領域851は、ノンドープエピシリコン膜87に形成されている。ディープソース領域853は、ウェル層81に形成されている。エクステンション領域851は、ノンドープエピシリコン膜87よりも薄く形成されている。ディープソース領域853は、エクステンション領域851よりも不純物(例えばヒ素(As))の濃度が高くなっている。ドレイン領域85dは、サイドウォール84の下方に形成されたエクステンション領域852と、エクステンション領域852に隣接して形成されたディープドレイン領域854とを有している。エクステンション領域852は、ノンドープエピシリコン膜87に形成されている。ディープドレイン領域854は、ウェル層81に形成されている。エクステンション領域852は、ノンドープエピシリコン膜87よりも薄く形成されている。ディープドレイン領域854は、エクステンション領域852よりも不純物(例えばヒ素(As))の濃度が高くなっている。
The
半導体装置11は、ソース領域65s、ドレイン領域65d及びゲート電極63の表面に形成されたシリサイド膜66と、ソース領域85s、ドレイン領域85d及びゲート電極83の表面に形成されたシリサイド膜86とを備えている。図示は省略するが、半導体装置11は、ディジタル回路用N型MOSトランジスタ6及びアナログ回路用N型MOSトランジスタ8上に形成された保護層と、ソース領域65s、ドレイン領域65d、ゲート電極63、ソース領域85s、ドレイン領域85d及びゲート電極83上の保護層の一部を除去して形成されたコンタクトホールに埋め込まれた電極プラグと、この電極プラグに接続された配線とを備えている。シリサイド膜66,86は、この電極プラグとの接触抵抗を低減するために設けられている。
The
繰り返しにはなるが、半導体装置11に備えられたディジタル回路用N型MOSトランジスタ6は、半導体基板2に形成されたウェル層61と、ウェル層61上の一部に形成されたゲート絶縁膜62と、ゲート絶縁膜62上に形成されたゲート電極63と、ゲート電極63の側面に形成されたサイドウォール64と、ゲート電極63を挟んでウェル層61に形成されたソース領域65s及びドレイン領域65dと、ソース領域65s、ドレイン領域65d及びゲート電極63上に形成されたシリサイド膜66とを有している。
To reiterate, the N-
また、半導体装置11に備えられたアナログ回路用N型MOSトランジスタ8は、半導体基板2に形成されたウェル層81と、ウェル層81上の一部に形成されたノンドープエピシリコン膜87と、ノンドープエピシリコン膜87上に形成されたゲート絶縁膜82と、ゲート絶縁膜82上に形成されたゲート電極83と、ゲート電極83の側面に形成されたサイドウォール84と、ゲート電極83を挟んでノンドープエピシリコン膜87及びウェル層91に亘って形成されたソース領域85s及びドレイン領域85dと、ソース領域85s、ドレイン領域85d及びゲート電極83上に形成されたシリサイド膜86とを有している。
Further, the N-
ノンドープエピシリコン膜87を用いることにより、アナログ回路用N型MOSトランジスタ8の不純物濃度プロファイルをレトログレード分布とすることができる。このため、ノンドープエピシリコン膜87とゲート絶縁膜82との界面付近の不純物濃度は、ウェル層81上に直接ゲート絶縁膜82を形成した場合のウェル層81とゲート絶縁膜82との界面付近の不純物濃度よりも低減される。このため、ノンドープエピシリコン膜87は、エクステンション領域851,852を形成する際のイオン注入で生じる格子間シリコンとチャネル不純物との重なりを小さくすることができる。これにより、半導体装置11は、アナログ回路形成領域AAでのTEDを抑制することができる。
By using the
(半導体装置の製造方法)
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について、図20を参照しつつ、図21から図29を用いて説明する。本実施形態では、1枚の半導体ウェハ上に複数の半導体装置が複数個、同時に形成されるが、図21から図29では、複数の半導体装置のうちの1組のディジタル回路用N型MOSトランジスタ及びアナログ回路用N型MOSトランジスタの製造工程断面図を示す。また、図21から図29では、理解を容易にするため、新たに形成された構成要素など(例えば、ゲート電極やレジストパターンなど)のみにハッチングが付されている。
(Manufacturing method of semiconductor device)
Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 20 and 29 with reference to FIGS. 20. In the present embodiment, a plurality of semiconductor devices are simultaneously formed on one semiconductor wafer. In FIGS. 21 to 29, a set of N-type MOS transistors for a digital circuit among the plurality of semiconductor devices is formed. The cross-sectional view of the manufacturing process of the N-type MOS transistor for an analog circuit is shown. Further, in FIGS. 21 to 29, in order to facilitate understanding, hatching is attached only to newly formed components (for example, a gate electrode, a resist pattern, etc.).
まず、例えばシリコンで形成された半導体ウェハ2wを準備する。次に、図21に示すように、半導体ウェハ2wに複数の素子分離層4を形成して半導体ウェハ2wを素子分離した(素子分離層形成工程の一例)後に、チャネルイオン注入のスルー膜を形成する(スルー膜形成工程)。具体的にスルー膜形成工程では、半導体ウェハ2wを熱酸化し、素子分離層4を含み半導体ウェハ2wの全面にスルー膜21となる二酸化ケイ素(SiO2)膜を形成する。
First, for example, a
次に、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ8のチャネル領域となる半導体ウェハ2wの領域にイオン注入するチャネルイオン注入工程(第二ウェル層形成工程の一例)及び共注入を行う工程を実施する。具体的に、チャネルイオン注入工程及び共注入工程では、スルー膜21の全面にレジストを塗布してパターニングする。これにより、図22に示すように、最終的にアナログ回路用N型MOSトランジスタ8のチャネル領域となるアナログ回路形成領域AAの所定領域を開口するレジストマスクRM81を形成する。次に、レジストマスクRM81をマスクとして半導体ウェハ2wに第一導電型の不純物として例えばボロン(B)をイオン注入する。また、ボロンとともにフッ素(F)又は炭素(C)を共注入する。これにより、第二不純物層81aが形成される。
Next, a channel ion implantation step (an example of a second well layer forming step) for implanting ions into the region of the
詳細は後述するが、アナログ回路形成領域AAには、ノンドープエピシリコン膜87が成長されるため、半導体ウェハ2wのシリコン表面(すなわち第二不純物層81a表面)の不純物濃度が低くなる。このため、ノンドープエピシリコン膜87を成長させない場合のチャネルイオン注入条件と同じ条件で第二不純物層81aを形成すると、最終的に形成されるアナログ回路用N型MOSトランジスタ8の閾値電圧が低下する。このため、本実施形態では、アナログ回路用N型MOSトランジスタ8の閾値電圧を所望の値とするために、ノンドープエピシリコン膜87を成長させない場合のチャネルイオン注入条件(例えば第1実施形態における第二不純物層91aでのチャネルイオン注入条件)よりもチャネルドーズ量を増加させる。
Although the details will be described later, since the
次に、最終的にディジタル回路用N型MOSトランジスタ6のチャネル領域となる半導体ウェハ2wの領域にイオン注入するチャネルイオン注入工程(第一ウェル層形成工程の一例)を実施する。具体的に、チャネルイオン注入工程では、スルー膜21の全面にレジストを塗布してパターニングする。これにより、図23に示すように、最終的にディジタル回路用N型MOSトランジスタ6のチャネル領域となるディジタル回路形成領域DAの所定領域を開口するレジストマスクRM61を形成する。次に、レジストマスクRM61をマスクとして半導体ウェハ2wに第一導電型の不純物として例えばボロン(B)をイオン注入する。これにより、第一不純物層61aが形成される。なお、図23に示すイオン注入工程と、図22に示すチャネルイオン注入工程及び共注入工程は、どちらを先に行ってもよい。
Next, a channel ion implantation step (an example of the first well layer forming step) of ion-implanting into the region of the
次に、レジストマスクRM61を除去した後に、第一不純物層61a及び第二不純物層81aをチャネル活性化する。これにより、第一不純物層71aの形成領域にウェル層61が形成され、第二不純物層81aの形成領域にウェル層81が形成される。本実施形態では、このチャネル活性化工程も含めて第一ウェル層形成工程の一例及び第二ウェル層形成工程の一例に相当すると看做してもよい。
Next, after removing the resist mask RM61, the
次に、スルー膜21の全面にレジストを塗布してパターニングする。これにより、図24に示すように、アナログ回路形成領域AAを開口するレジストマスクRM21を形成する。次に、レジストマスクRM21をマスクとしてアナログ回路形成領域AAに形成されたスルー膜21をリソグラフィによって除去する。これにより、図24に示すように、アナログ回路形成領域AAが開口され、ウェル層81が露出される。
Next, a resist is applied to the entire surface of the through
次に、アナログ回路形成領域AAの半導体基板(すなわち半導体ウェハ2w)の表面に、ノンドープエピシリコン膜87を選択的に成長させるノンドープ膜形成工程を実施する。ノンドープ膜形成工程では、まず、ドライアッシングおよびアンモニア過酸化水素(Ammonium hydrogen-Peroxide Mixture APM)洗浄により、レジストマスクRM21を除去する。高温APM洗浄は、シリコン基板表面ラフネスを増加させる。このため、本実施形態では、半導体ウェハ2w表面ラフネスを増加させないために、低温でAPM洗浄が実施される。ただし、低温にすると洗浄能力が低下するため、45℃から55℃の範囲でAPM洗浄するとよい。
Next, a non-doped film forming step of selectively growing the
APM洗浄後、アナログ回路形成領域AAのシリコン表面には1nm以下の膜厚の化学酸化膜が形成されている。このため、フッ酸洗浄によりアナログ回路形成領域AAに形成された化学酸化膜を除去した後に、半導体ウェハ2wをエピタキシャル成長装置に搬送する。半導体ウェハ2wをフッ酸洗浄してからエピタキシャル成長装置に搬送する間に、アナログ回路形成領域AAのシリコン表面(すなわちウェル層81の表面)には自然酸化膜が成長する。自然酸化膜が存在した状態でノンドープエピシリコン膜が形成されると、界面準位密度の劣化、移動度の低下など、ノンドープエピシリコン膜の品質が劣化してしまう。そのため、エピタキシャル成長装置に半導体ウェハ2wが搬送された後に、850℃から950℃の範囲で1分間程度、水素アニールを行い、アナログ回路形成領域AAのウェル層81の表面に形成された自然酸化膜を除去する。その後に、図24に示すように、ウェル層81上にノンドープエピシリコン膜87をエピタキシャル成長させる。ノンドープエピシリコン膜87は、ウェル層81上のみに形成され、スルー膜21及び素子分離層4上には形成されない。
After APM cleaning, a chemical oxide film having a film thickness of 1 nm or less is formed on the silicon surface of the analog circuit forming region AA. Therefore, after removing the chemical oxide film formed in the analog circuit forming region AA by hydrofluoric acid cleaning, the
次に、ディジタル回路形成領域DAの半導体基板(すなわち半導体ウェハ2w)の表面及びアナログ回路形成領域AAのノンドープエピシリコン膜87の表面に、ゲート絶縁膜62,82を形成するゲート絶縁膜形成工程を実施する。
Next, a gate insulating film forming step of forming the
ゲート絶縁膜形成工程では、図26に示すように、ウェル層61上に絶縁膜42aが形成され、ノンドープエピシリコン膜87上面及び側面を覆う絶縁膜42bが形成される。絶縁膜42a及び絶縁膜42bのそれぞれの一部が最終的にゲート絶縁膜となる。
In the gate insulating film forming step, as shown in FIG. 26, the insulating
次に、絶縁膜42a,42bを含む半導体ウェハ2wの全面に例えばポリシリコン膜を形成する。次に、このポリシリコン膜の全面にレジストを塗布してパターニングし、最終的にゲート電極63,83の形成領域にレジストが残存するレジストマスクを形成する。次に、このレジストマスクをマスクとしてポリシリコン膜をエッチングした後にレジストマスクを除去する。これにより、図26に示すように、絶縁膜42aの表面にゲート電極63が形成され、絶縁膜42bの表面にゲート電極83が形成される(ゲート電極形成工程の一例)。その後、半導体ウェハ2wに対して再酸化を実行する。
Next, for example, a polysilicon film is formed on the entire surface of the
次に、最終的にディジタル回路用N型MOSトランジスタ6のエクステンション領域651,652及びアナログ回路用N型MOSトランジスタ8のエクステンション領域851,852となる半導体ウェハ2wの領域にイオン注入するエクステンション注入工程を形成するエクステンション注入工程(第二導電型不純物層形成工程の一例)を実施する。具体的に、エクステンション注入工程では、ゲート電極63,83をマスクとして、半導体ウェハ2wに第二導電型の不純物として例えばヒ素(As)をイオン注入してエクステンション注入を実施する。過渡増速拡散を抑制するために、アナログ回路形成領域AAでのエクステンション注入の平均飛程がノンドープエピシリコン膜87の厚さ以下となるように、イオン注入を実施する。
Next, an extension implantation step of ion-implanting into the region of the
これにより、図27に示すように、アナログ回路形成領域AAにはゲート電極83の両側のノンドープエピシリコン膜87に第二導電型不純物層(アナログ側第二導電型不純物層の一例)851a,852aが形成され、ディジタル回路形成領域DAにはゲート電極63の両側のウェル層61に第二導電型不純物層(ディジタル側第二導電型不純物層の一例)651a,652aが形成される。
As a result, as shown in FIG. 27, in the analog circuit forming region AA, the
このように、エクステンション注入工程は、ゲート電極63をマスクとしてウェル層61に第二導電型の不純物を注入して、第二導電型不純物層651a,652aを形成するディジタル側第二導電型不純物層形成工程と、ゲート電極83をマスクとしてノンドープエピシリコン膜87に第二導電型の不純物を注入して、第二導電型不純物層851a,852aを形成するアナログ側第二導電型不純物層形成工程と、を備えている。本実施形態では、ディジタル側第二導電型不純物層形成工程およびアナログ側第二導電型不純物層形成工程は、同時に実施される。
As described above, in the extension injection step, the second conductive type impurities are injected into the
次に、半導体ウェハ2wに対してエクステンション不純物活性化のためのアニールを実施し、第二導電型不純物層651a,652aおよび第二導電型不純物層851a,852aを活性化する。これにより、第二導電型不純物層651a,652aの形成領域にエクステンション領域651,652が形成され、第二導電型不純物層851a,852aの形成領域にエクステンション領域851,852が形成される(図20参照)。本実施形態では、このエクステンション不純物活性化アニール工程も含めて第二導電型不純物層形成工程の一例に相当すると看做してもよい。
Next, the
次に、図28に示すように、ゲート電極63及びゲート電極83のそれぞれの側面に、絶縁膜によりサイドウォール64,84を形成する工程(サイドウォール形成工程)を実施する。サイドウォール64,84は、化学気相成長(CVD)法を用いて絶縁膜を堆積して異方性エッチングを行うことにより形成される。
Next, as shown in FIG. 28, a step (sidewall forming step) of forming
次に、ゲート電極63、ゲート電極83及びサイドウォール64,84をマスクとしてディジタル側第二導電型不純物層及びアナログ側第二導電型不純物層に第二導電型の不純物を注入して、ディジタル側第二導電型不純物層にソース領域65s及びドレイン領域65dを形成し、アナログ側第二導電型不純物層にソース領域85s及びドレイン領域85dを形成するソース・ドレイン形成工程を実施する。
Next, using the
具体的に、ソース・ドレイン形成工程では、ゲート電極63およびサイドウォール64をマスクとして半導体ウェハ2wに第二導電型の不純物として例えばヒ素(As)をイオン注入し、ゲート電極83およびサイドウォール84をマスクとして半導体ウェハ2wに第二導電型の不純物として例えばヒ素(As)をイオン注入してディープソースドレイン注入を実施する。これにより、図29に示すように、ゲート電極63の両側のウェル層61に第二導電型ディープ不純物層653a及び第二導電型ディープ不純物層654aが形成され、ゲート電極83の両側のウェル層81に第二導電型ディープ不純物層853a及び第二導電型ディープ不純物層854aが形成される。第二導電型ディープ不純物層653a及び第二導電型ディープ不純物層654aは、エクステンション領域651,652よりも深くウェル層61に注入される。また、第二導電型ディープ不純物層853a及び第二導電型ディープ不純物層854aは、ノンドープエピシリコン膜87の厚さよりも深い位置までウェル層81に注入される。
Specifically, in the source / drain forming step, for example, arsenic (As) is ion-implanted into the
次に、半導体ウェハ2wに対して活性化アニールを実施し、第二導電型ディープ不純物層653a,654a及び第二導電型ディープ不純物層853a,854aを活性化する。これにより、第二導電型ディープ不純物層653aの形成領域にディープソース領域653が形成され、第二導電型ディープ不純物層654aの形成領域にディープドレイン領域654が形成される。また、第二導電型ディープ不純物層853aの形成領域にディープソース領域853が形成され、第二導電型ディープ不純物層854aの形成領域にディープドレイン領域854が形成される。その結果、図20に示すように、ゲート電極63の両側のウェル層61に、エクステンション領域651及びディープソース領域653を有するソース領域65sと、エクステンション領域652及びディープドレイン領域654を有するドレイン領域65dとが形成される。また、ゲート電極83の両側のウェル層81に、エクステンション領域851及びディープソース領域853を有するソース領域85sと、エクステンション領域852及びディープドレイン領域854を有するドレイン領域85dとが形成される。本実施形態では、この活性化アニール工程も含めてソース・ドレイン形成工程の一例に相当すると看做してもよい。
Next, activation annealing is performed on the
次に、ゲート電極63及びサイドウォール64をマスクとして絶縁膜42aをエッチングし、ゲート電極83及びサイドウォール84とをマスクとして絶縁膜42bをエッチングする。絶縁膜42a及び絶縁膜42bは同時にエッチングされる。これにより、図20に示すように、ゲート電極63及びサイドウォール64の下方にゲート絶縁膜62が形成され、ゲート電極83及びサイドウォール84の下方にゲート絶縁膜82が形成される。
Next, the insulating
次に、ソース領域65s、ドレイン領域65d及びゲート電極63並びにソース領域85s、ドレイン領域85d及びゲート電極83の表面にシリサイド膜を形成する工程(シリサイド膜形成工程)を実施する。シリサイド膜形成工程では、ソース領域65s、ドレイン領域65d及びゲート電極63並びにソース領域85s、ドレイン領域85d及びゲート電極83を含み半導体ウェハ2wの全面に金属膜を成膜し、この金属膜にアニール処理を行う。これにより、ソース領域65s、ドレイン領域65d及びゲート電極63並びにソース領域85s、ドレイン領域85d及びゲート電極83の表面と、金属膜とが反応しシリサイドが形成される。その後、薬液処理により、不要となった金属膜を除去する。その結果、図20に示すように、ソース領域65s、ドレイン領域65d及びゲート電極63上にシリサイド膜66が形成され、ソース領域85s、ドレイン領域85d及びゲート電極83上にシリサイド膜86が形成される。
Next, a step of forming a silicide film on the surfaces of the
こうして、ディジタル回路形成領域DAにディジタル回路用N型MOSトランジスタ6が形成され、アナログ回路形成領域AAにアナログ回路用N型MOSトランジスタ8が形成される。
In this way, the N-
図示は省略するが、その後、ディジタル回路用N型MOSトランジスタ6及びアナログ回路用N型MOSトランジスタ8を含み半導体ウェハ2wの全面に保護層を形成する。次に、この保護層の所定領域にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールにソース領域65s、ドレイン領域65d及びゲート電極63並びにソース領域85s、ドレイン領域85d及びゲート電極83に電気的に接続される電極プラグを形成する。次に、この電極プラグに接続された配線を形成する。次に、所定箇所で切断して半導体ウェハ2wを個片化する。これにより、ディジタル回路用N型MOSトランジスタ6及びアナログ回路用N型MOSトランジスタ8を備える半導体装置11が完成する。
Although not shown, a protective layer is subsequently formed on the entire surface of the
以上説明したように、本実施形態による半導体装置の製造方法は、アナログ回路形成領域AAの半導体ウェハ2wの表面に、ノンドープ膜としてのノンドープエピシリコン膜87を選択的に成長させるノンドープ膜形成工程と、ウェル層61及びノンドープエピシリコン膜87にノンドープエピシリコン膜87の厚さ以下の平均飛程で第二導電型の不純物を注入して、ウェル層61に第二導電型不純物層651a,652aを形成し、ノンドープエピシリコン膜87に第二導電型不純物層851a,852bを形成する第二導電型不純物層形成工程とを備えている。
As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment includes a non-doped film forming step of selectively growing a
これにより、本実施形態による半導体装置の製造方法によれば、特別な不純物注入条件などの煩雑な不純物注入工程を実施せずに、ノンドープエピシリコン膜87とウェル層81とでレトログレード分布の不純物濃度分布のプロファイルを形成することができる。また、本実施形態による半導体装置の製造方法によれば、レトログレード分布のノンドープ領域であるノンドープエピシリコン膜87中に第二導電型不純物層851a,852bを形成することができる。このように、本実施形態による半導体装置の製造方法では、簡易な製造工程によって、エクステンション領域851,852を形成する際のイオン注入で生じる格子間シリコンとチャネル不純物との重なりが小さくなり、アナログ回路形成領域AAでのTEDを抑制することができる。
As a result, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, impurities having a retrograde distribution in the
本発明は、上記実施形態によらず、種々の変形が可能である。
上記第1実施形態では、エクステンション注入工程(アナログ側第二導電型不純物層形成工程の一例)及びディープソース注入工程(第二ソース・ドレイン形成工程の一例)のいずれにおいても共注入が行われるが、本発明はこれに限られない。共注入工程は、エクステンション注入工程及びディープソース注入工程のいずれか一方で行われてもよい。
The present invention can be modified in various ways regardless of the above embodiment.
In the first embodiment, co-injection is performed in both the extension injection step (an example of the analog side second conductive impurity layer forming step) and the deep source injection step (an example of the second source / drain forming step). , The present invention is not limited to this. The co-injection step may be performed in either an extension injection step or a deep source injection step.
上記第1実施形態では、エクステンション注入工程(アナログ側第二導電型不純物層形成工程の一例)では、不純物としてリン(P)が注入されてゲート電極93の両側のウェル層91に第二導電型不純物層951a,952aが形成されているが、本発明はこれに限られない。リン(P)に代えて例えばヒ素(As)が注入されてもよい。この場合には、第二導電型不純物層951a,952aのヒ素分布が、エクステンション注入工程(ディジタル側第二導電型不純物層形成工程の一例)で形成される第二導電型不純物層751a,752aのヒ素分布よりも浅くなるようにヒ素が注入される。
In the first embodiment, in the extension injection step (an example of the process of forming the second conductive type impurity layer on the analog side), phosphorus (P) is injected as an impurity and the second conductive type is injected into the well layers 91 on both sides of the
上記第2実施形態では、エクステンション注入工程において、ディジタル側第二導電型不純物層形成工程およびアナログ側第二導電型不純物層形成工程が同時に実施されるようになっているが、本発明はこれに限られない。例えばエクステンション注入工程において、ディジタル側第二導電型不純物層形成工程およびアナログ側第二導電型不純物層形成工程は、別個に実施されてもよい。 In the second embodiment, in the extension injection step, the digital side second conductive type impurity layer forming step and the analog side second conductive type impurity layer forming step are carried out at the same time. Not limited. For example, in the extension injection step, the digital side second conductive type impurity layer forming step and the analog side second conductive type impurity layer forming step may be carried out separately.
この場合、エクステンション注入工程では、アナログ回路形成領域AAにおいて過渡増速拡散の程度を低減するために、マスクを追加して、ディジタル回路形成領域DAとアナログ回路形成領域AAのエクステンション注入条件を別にしてもよい。つまり、ディジタル側第二導電型不純物層形成工程では、アナログ回路形成領域AAを覆い、かつディジタル回路形成領域DAを開口するレジストマスクを半導体ウェハ2wの全面に形成した後に、ゲート電極63をマスクとして、ウェル層61に第二導電型の不純物をイオン注入してエクステンション注入が実施される。同様に、アナログ側第二導電型不純物層形成工程では、ディジタル回路形成領域DAを覆い、かつアナログ回路形成領域AAを開口するレジストマスクを半導体ウェハ2wの全面に形成した後に、ゲート電極83をマスクとして、ノンドープエピシリコン膜87に第二導電型の不純物をイオン注入してエクステンション注入が実施される。
In this case, in the extension injection step, in order to reduce the degree of transient acceleration diffusion in the analog circuit forming region AA, a mask is added to separate the extension injection conditions of the digital circuit forming region DA and the analog circuit forming region AA. You may. That is, in the digital side second conductive type impurity layer forming step, a resist mask that covers the analog circuit forming region AA and opens the digital circuit forming region DA is formed on the entire surface of the
さらに、アナログ回路形成領域AAのソース領域側とドレイン領域側のエクステンション注入条件を別にしてもよい。この場合、アナログ側第二導電型不純物層形成工程では、ディジタル回路形成領域DAおよび最終的にドレイン領域85dとなるアナログ回路形成領域AAの所定領域を少なくとも覆い、かつ最終的にソース領域85sとなるアナログ回路形成領域AAの所定領域を少なくとも開口するレジストマスクを半導体ウェハ2wの全面に形成した後に、ノンドープエピシリコン膜87に第二導電型の不純物をイオン注入してエクステンション注入が実施される。同様に、アナログ側第二導電型不純物層形成工程では、ディジタル回路形成領域DAおよび最終的にソース領域85sとなるアナログ回路形成領域AAの所定領域を少なくとも覆い、かつ最終的にドレイン領域85dとなるアナログ回路形成領域AAの所定領域を少なくとも開口するレジストマスクを半導体ウェハ2wの全面に形成した後に、ノンドープエピシリコン膜87に第二導電型の不純物をイオン注入してエクステンション注入が実施される。
Further, the extension injection conditions on the source region side and the drain region side of the analog circuit forming region AA may be different. In this case, in the analog side second conductive type impurity layer forming step, at least a predetermined region of the digital circuit forming region DA and the analog circuit forming region AA which finally becomes the
上記第2実施形態では、ソース・ドレイン形成工程において、ディジタル回路形成領域DAおよびアナログ回路形成領域AAに同時に第二導電型の不純物を注入して同時にソース領域65s及びドレイン領域65dとソース領域85s及びドレイン領域85dとを形成するようになっているが、本発明はこれに限られない。
In the second embodiment, in the source / drain forming step, the second conductive type impurities are simultaneously injected into the digital circuit forming region DA and the analog circuit forming region AA, and the
例えば、ソース・ドレイン形成工程は、ゲート電極63及びサイドウォール64をマスクとしてウェル層61に第二導電型の不純物を注入してソース領域65s及びドレイン領域65dを形成する第一ソース・ドレイン形成工程と、ゲート電極83及びサイドウォール84をマスクとして第二導電型不純物層81に第一ソース・ドレイン形成工程で注入された第二導電型の不純物よりも浅く第二導電型の不純物を注入して、ソース領域85s及びドレイン領域85dを形成する第二ソース・ドレイン形成工程と、を備えていてもよい。この場合、ウェル層61に第二導電型の不純物を注入する際には、アナログ回路形成領域AAを覆い、かつディジタル回路形成領域DAを開口するレジストマスクを半導体ウェハ2wの全面に形成した後に第二導電型の不純物がウェル層61に注入される。同様に、ウェル層81に第二導電型の不純物を注入する際には、ディジタル回路形成領域DAを覆い、かつアナログ回路形成領域AAを開口するレジストマスクを半導体ウェハ2wの全面に形成した後に第二導電型の不純物がウェル層81に注入される。
For example, in the source / drain forming step, the first source / drain forming step of injecting a second conductive type impurity into the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に記載の技術的範囲には限定されない。上述した実施形態に、多様な変更又は改良を加えることも可能であり、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the technical scope of the present invention is not limited to the technical scope described in the above-described embodiments. It is possible to make various changes or improvements to the above-described embodiments, and it is possible to include such changes or improvements in the technical scope of the present invention from the description of the claims. it is obvious.
1,11 半導体装置
12,42a,42b 絶縁膜
2,3 半導体基板
2w,3w 半導体ウェハ
4,5 素子分離層
6,7 ディジタル回路用N型MOSトランジスタ
8,9 アナログ回路用N型MOSトランジスタ
21,31 スルー膜
61,71,81,91 ウェル層
61a,71a 第一不純物層
62,72,82,92 ゲート絶縁膜
63,73,83,93 ゲート電極
64,74,84,94 サイドウォール
65d,75d,85d,95d ドレイン領域
65s,75s,85s,95s ソース領域
66,76,86,96 シリサイド膜
81a,91a 第二不純物層
87 ノンドープエピシリコン膜
651,652,751,752,851,852,951,952 エクステンション領域
651a,652a,751a,752a,851a,852a,951a,952a 第二導電型不純物層
653,753,853,953 ディープソース領域
653a,654a,753a,754a,853a,854a,953a,954a 第二導電型ディープ不純物層
654,754,854,954 ディープドレイン領域
AA アナログ回路形成領域
DA ディジタル回路形成領域
RM21,RM61,RM71,RM75,RM81,RM91,RM95a,RM95b,RM750,RM950a,RM950b,RM951,RM952 レジストマスク
1,11
Claims (11)
前記半導体基板のディジタル回路形成領域に、第一導電型の不純物を注入して第一ウェル層を形成する第一ウェル層形成工程と、
前記素子分離層により前記ディジタル回路形成領域と分離された前記半導体基板のアナログ回路形成領域に、第一導電型の不純物を注入して第二ウェル層を形成する第二ウェル層形成工程と、
前記半導体基板の表面に、ゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記ディジタル回路形成領域の前記ゲート絶縁膜の表面に第一ゲート電極を形成し、前記アナログ回路形成領域の前記ゲート絶縁膜の表面に第二ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記第一ゲート電極をマスクとして前記第一ウェル層に第二導電型の不純物を注入して、ディジタル側第二導電型不純物層を形成するディジタル側第二導電型不純物層形成工程と、
前記第二ゲート電極をマスクとして前記第二ウェル層に第二導電型の不純物を注入して、アナログ側第二導電型不純物層を形成するアナログ側第二導電型不純物層形成工程と、
前記第一ゲート電極及び前記第二ゲート電極のそれぞれの側面に、絶縁膜によりサイドウォールを形成するサイドウォール形成工程と、
前記第一ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして前記ディジタル側第二導電型不純物層に第二導電型の不純物を注入して第一ソース領域及び第一ドレイン領域を形成する第一ソース・ドレイン形成工程と、
前記第二ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして前記アナログ側第二導電型不純物層に前記第一ソース・ドレイン形成工程で注入された前記第二導電型の不純物よりも浅く第二導電型の不純物を注入して、第二ソース領域及び第二ドレイン領域を形成する第二ソース・ドレイン形成工程と、
前記第一ソース領域、前記第一ドレイン領域及び前記第一ゲート電極並びに前記第二ソース領域、前記第二ドレイン領域及び前記第二ゲート電極の表面にシリサイド膜を形成するシリサイド膜形成工程と
を備える半導体装置の製造方法。 The element separation layer forming process for forming the element separation layer on the semiconductor substrate,
A first-well layer forming step of injecting a first conductive type impurity into a digital circuit forming region of the semiconductor substrate to form a first-well layer.
A second well layer forming step of injecting a first conductive type impurity into an analog circuit forming region of the semiconductor substrate separated from the digital circuit forming region by the element separating layer to form a second well layer.
A gate insulating film forming step of forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate,
A gate electrode forming step of forming a first gate electrode on the surface of the gate insulating film in the digital circuit forming region and forming a second gate electrode on the surface of the gate insulating film in the analog circuit forming region.
A step of forming a second conductive type impurity layer on the digital side by injecting a second conductive type impurity into the first well layer using the first gate electrode as a mask to form a second conductive type impurity layer on the digital side.
An analog-side second conductive-type impurity layer forming step of injecting a second conductive-type impurity into the second-well layer using the second gate electrode as a mask to form an analog-side second conductive-type impurity layer.
A sidewall forming step of forming a sidewall with an insulating film on each side surface of the first gate electrode and the second gate electrode.
Forming a first source / drain to form a first source region and a first drain region by injecting a second conductive type impurity into the digital side second conductive type impurity layer using the first gate electrode and the sidewall as a mask. Process and
A second conductive type impurity that is shallower than the second conductive type impurity injected in the first source / drain forming step into the analog side second conductive type impurity layer using the second gate electrode and the sidewall as a mask. A second source / drain forming step of injecting a second source / drain region to form a second source region and a second drain region.
The present invention comprises a silicide film forming step of forming a silicide film on the surfaces of the first source region, the first drain region, the first gate electrode, the second source region, the second drain region, and the second gate electrode. Manufacturing method for semiconductor devices.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the analog side second conductive type impurity layer forming step, the injection amount of the second conductive type impurities is smaller than that in the digital side second conductive type impurity layer forming step. ..
前記アナログ側第二導電型不純物層形成工程において、前記第二導電型の不純物としてリンを用いる
請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。 In the process of forming the second conductive type impurity layer on the digital side, arsenic is used as the second conductive type impurity layer.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein phosphorus is used as the second conductive type impurity in the process of forming the second conductive type impurity layer on the analog side.
請求項1から3までのいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein in the second source / drain forming step, the injection amount of the second conductive type impurities is smaller than that in the first source / drain forming step. Production method.
請求項1から4までのいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein in the second well layer forming step, fluorine or carbon is co-injected together with the first conductive type impurities.
請求項1から5までのいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 Any one of claims 1 to 5 in which fluorine or carbon is co-injected together with the second conductive type impurity in at least one of the analog side second conductive type impurity layer forming step and the second source / drain forming step. The method for manufacturing a semiconductor device according to the section.
請求項1から6までのいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 Any of claims 1 to 6 in which the first conductive type impurities are injected so that the concentration of the first conductive type impurities increases in the depth direction of the semiconductor substrate in the second well layer forming step. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 1.
前記半導体基板のディジタル回路形成領域に、第一導電型の不純物を注入して第一ウェル層を形成する第一ウェル層形成工程と、
前記素子分離層により前記ディジタル回路形成領域と分離された前記半導体基板のアナログ回路形成領域に、第一導電型の不純物を注入して第二ウェル層を形成する第二ウェル層形成工程と、
前記アナログ回路形成領域の前記半導体基板の表面に、ノンドープ膜を選択的に成長させるノンドープ膜形成工程と、
前記ディジタル回路形成領域の前記半導体基板の表面及び前記アナログ回路形成領域の前記ノンドープ膜の表面に、ゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記ディジタル回路形成領域の前記ゲート絶縁膜の表面に第一ゲート電極を形成し、前記アナログ回路形成領域の前記ゲート絶縁膜の表面に第二ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記第一ウェル層及び前記ノンドープ膜に前記ノンドープ膜の厚さ以下の平均飛程で第二導電型の不純物を注入して、ディジタル側第二導電型不純物層及びアナログ側第二導電型不純物層を形成する第二導電型不純物層形成工程と、
前記第一ゲート電極及び前記第二ゲート電極のそれぞれの側面に、絶縁膜によりサイドウォールを形成するサイドウォール形成工程と、
前記第一ゲート電極、前記第二ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして前記ディジタル側第二導電型不純物層及び前記アナログ側第二導電型不純物層に第二導電型の不純物を注入して、前記ディジタル側第二導電型不純物層に第一ソース領域及び第一ドレイン領域を形成し、前記アナログ側第二導電型不純物層に第二ソース領域及び第二ドレイン領域を形成するソース・ドレイン形成工程と、
前記第一ソース領域、前記第一ドレイン領域及び前記第一ゲート電極並びに前記第二ソース領域、前記第二ドレイン領域及び前記第二ゲート電極の表面にシリサイド膜を形成するシリサイド膜形成工程と
を備え、
前記ソース・ドレイン形成工程は、
前記第一ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして前記ディジタル側第二導電型不純物層に前記第二導電型の不純物を注入して前記第一ソース領域及び前記第一ドレイン領域を形成する第一ソース・ドレイン形成工程と、
前記第二ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして前記アナログ側第二導電型不純物層に前記第一ソース・ドレイン形成工程で注入された前記第二導電型の不純物よりも浅く第二導電型の不純物を注入して、第二ソース領域及び第二ドレイン領域を形成する第二ソース・ドレイン形成工程と、
を備える
半導体装置の製造方法。 The element separation layer forming process for forming the element separation layer on the semiconductor substrate,
A first-well layer forming step of injecting a first conductive type impurity into a digital circuit forming region of the semiconductor substrate to form a first-well layer.
A second well layer forming step of injecting a first conductive type impurity into an analog circuit forming region of the semiconductor substrate separated from the digital circuit forming region by the element separating layer to form a second well layer.
A non-doped film forming step of selectively growing a non-doped film on the surface of the semiconductor substrate in the analog circuit forming region,
A gate insulating film forming step of forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate in the digital circuit forming region and the surface of the non-doped film in the analog circuit forming region.
A gate electrode forming step of forming a first gate electrode on the surface of the gate insulating film in the digital circuit forming region and forming a second gate electrode on the surface of the gate insulating film in the analog circuit forming region.
A second conductive type impurity is injected into the first well layer and the non-doped film with an average flight length equal to or less than the thickness of the non-doped film, and the digital side second conductive type impurity layer and the analog side second conductive type impurity layer are injected. Second conductive type impurity layer forming step to form
A sidewall forming step of forming a sidewall with an insulating film on each side surface of the first gate electrode and the second gate electrode.
Using the first gate electrode, the second gate electrode, and the sidewall as masks, the second conductive type impurities are injected into the digital side second conductive type impurity layer and the analog side second conductive type impurity layer. A source / drain forming step of forming a first source region and a first drain region on the digital side second conductive type impurity layer and forming a second source region and a second drain region on the analog side second conductive type impurity layer. ,
The present invention comprises a silicide film forming step of forming a silicide film on the surfaces of the first source region, the first drain region, the first gate electrode, the second source region, the second drain region, and the second gate electrode. ,
The source / drain forming step is
A first source that forms the first source region and the first drain region by injecting the second conductive type impurities into the digital side second conductive type impurity layer using the first gate electrode and the sidewall as a mask.・ Drain formation process and
A second conductive type impurity that is shallower than the second conductive type impurity injected in the first source / drain forming step into the analog side second conductive type impurity layer using the second gate electrode and the sidewall as a mask. A second source / drain forming step of injecting a second source / drain region to form a second source region and a second drain region.
Equipped with
Manufacturing method of semiconductor devices.
前記第一ゲート電極をマスクとして前記第一ウェル層に第二導電型の不純物を注入して、ディジタル側第二導電型不純物層を形成するディジタル側第二導電型不純物層形成工程と、
前記第二ゲート電極をマスクとして前記ノンドープ膜に第二導電型の不純物を注入して、アナログ側第二導電型不純物層を形成するアナログ側第二導電型不純物層形成工程と、を備える
請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 The second conductive type impurity layer forming step is
A step of forming a second conductive type impurity layer on the digital side by injecting a second conductive type impurity into the first well layer using the first gate electrode as a mask to form a second conductive type impurity layer on the digital side.
A claim comprising a step of forming an analog-side second conductive-type impurity layer by injecting a second conductive-type impurity into the non- doped film using the second gate electrode as a mask to form an analog-side second conductive-type impurity layer. 8. The method for manufacturing a semiconductor device according to 8.
前記ディジタル回路形成領域に形成された第一導電型の第一ウェル層と、
前記アナログ回路形成領域に形成された第一導電型の第二ウェル層と、
前記第一ウェル層の表面に形成された第一ゲート絶縁膜と、
前記第二ウェル層の表面に形成された第二ゲート絶縁膜と、
前記第一ゲート絶縁膜の表面に形成された第一ゲート電極と、
前記第二ゲート絶縁膜の表面に形成された第二ゲート電極と、
前記第一ゲート電極及び前記第二ゲート電極のそれぞれの側面に絶縁膜で形成されたサイドウォールと、
前記第一ゲート電極を挟んで前記第一ウェル層に形成された第二導電型の第一ソース領域及び第一ドレイン領域と、
前記第二ゲート電極を挟んで前記第二ウェル層に形成され、前記第一ソース領域及び前記第一ドレイン領域よりも前記半導体基板の表面から浅い深さを有する第二導電型の第二ソース領域及び第二ドレイン領域と、
前記第一ソース領域、前記第一ドレイン領域及び前記第一ゲート電極並びに前記第二ソース領域、前記第二ドレイン領域及び前記第二ゲート電極の表面に形成されたシリサイド膜と
を備える半導体装置。 An element separation layer formed on a semiconductor substrate and separating the semiconductor substrate into a digital circuit forming region and an analog circuit forming region,
The first conductive type first well layer formed in the digital circuit forming region and
The first conductive type second well layer formed in the analog circuit forming region and
The first gate insulating film formed on the surface of the first well layer and
The second gate insulating film formed on the surface of the second well layer and
The first gate electrode formed on the surface of the first gate insulating film and
The second gate electrode formed on the surface of the second gate insulating film and
A sidewall formed of an insulating film on each side surface of the first gate electrode and the second gate electrode,
The second conductive type first source region and first drain region formed in the first well layer across the first gate electrode,
A second conductive type second source region formed in the second well layer with the second gate electrode interposed therebetween and having a depth shallower from the surface of the semiconductor substrate than the first source region and the first drain region. And the second drain area,
A semiconductor device including the first source region, the first drain region, the first gate electrode, and a silicide film formed on the surface of the second source region, the second drain region, and the second gate electrode.
前記ディジタル回路形成領域に形成された第一導電型の第一ウェル層と、
前記アナログ回路形成領域に形成された第一導電型の第二ウェル層と、
前記第二ウェル層の表面に形成されたノンドープエピシリコン膜と、
前記第一ウェル層の表面に形成された第一ゲート絶縁膜と、
前記ノンドープエピシリコン膜の表面に形成された第二ゲート絶縁膜と、
前記第一ゲート絶縁膜の表面に形成された第一ゲート電極と、
前記第二ゲート絶縁膜の表面に形成された第二ゲート電極と、
前記第一ゲート電極及び前記第二ゲート電極のそれぞれの側面に絶縁膜で形成されたサイドウォールと、
前記第一ゲート電極を挟んで前記第一ウェル層に形成された第二導電型の第一ソース領域及び第一ドレイン領域と、
前記第二ゲート電極を挟んで前記ノンドープエピシリコン膜及び第二ウェル層に形成された第二導電型の第二ソース領域及び第二ドレイン領域と、
前記第一ソース領域、前記第一ドレイン領域及び前記第一ゲート電極並びに前記第二ソース領域、前記第二ドレイン領域及び前記第二ゲート電極の表面に形成されたシリサイド膜と
を備える半導体装置。 An element separation layer formed on a semiconductor substrate and separating the semiconductor substrate into a digital circuit forming region and an analog circuit forming region,
The first conductive type first well layer formed in the digital circuit forming region and
The first conductive type second well layer formed in the analog circuit forming region and
A non-doped episilicon film formed on the surface of the second well layer,
The first gate insulating film formed on the surface of the first well layer and
The second gate insulating film formed on the surface of the non-doped episilicon film and
The first gate electrode formed on the surface of the first gate insulating film and
The second gate electrode formed on the surface of the second gate insulating film and
A sidewall formed of an insulating film on each side surface of the first gate electrode and the second gate electrode,
The second conductive type first source region and first drain region formed in the first well layer across the first gate electrode,
The second conductive type second source region and second drain region formed on the non-doped episilicon film and the second well layer with the second gate electrode interposed therebetween.
A semiconductor device including the first source region, the first drain region, the first gate electrode, and a silicide film formed on the surface of the second source region, the second drain region, and the second gate electrode.
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