JPH10125916A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH10125916A
JPH10125916A JP28236096A JP28236096A JPH10125916A JP H10125916 A JPH10125916 A JP H10125916A JP 28236096 A JP28236096 A JP 28236096A JP 28236096 A JP28236096 A JP 28236096A JP H10125916 A JPH10125916 A JP H10125916A
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JP
Japan
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region
carbon
gate electrode
semiconductor substrate
source
Prior art date
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Pending
Application number
JP28236096A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Umimoto
博之 海本
Shinji Odanaka
紳二 小田中
Michihiko Takase
道彦 高瀬
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a reduction in the depth of each impurity diffused layer along a scaling law and the like to a miniaturization of a MIS semiconductor device. SOLUTION: A gate insulating film 4, a gate electrode 5 and sidewalls 7 are formed on a P-type silicon substrate 1. Arsenic ions are implanted in the substrate 1 using the electrode 5 and the sidewalls 7 as masks and impurity diffused regions 10 for source and drain use are formed. Similarly, carbon ions are implanted to form carbon-doped regions Rcd to overlap with the regions 10. An activation of the impurities using a heat treatment is performed to form an N-type low-resistance gate electrode 5a and N-type source and drain regions 10a. At that time, as diffusion of the arsenic impurities is inhibited by the carbon impurities, the depth of the regions 10a is inhibited and a reduction in the depth along a scaling law becomes possible.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、微細化に応じて短
チャネル効果等を抑制しうる半導体装置及びその製造方
法とを提供するものである。
The present invention provides a semiconductor device capable of suppressing a short channel effect or the like in accordance with miniaturization and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高密度の半導体装置いわゆるLS
Iの開発において、構成要素であるトランジスタ等の半
導体素子の微細化が益々求められている。ここで、半導
体素子例えばMOSトランジスタの微細化を進めるに
は、各世代におけるMOSトランジスタ内のゲート長等
の各部の寸法をスケーリング則に従って縮小していくの
であるが、不純物イオンの注入によって形成されるソー
ス・ドレイン領域等の不純物拡散層の深さをゲート長に
比例して浅くしていくのは困難である。そのため、ゲー
ト長の縮小が進行するにつれて、しきい値電圧の低下や
パンチスルーの発生等のいわゆる短チャネル効果等の問
題が生じる。そこで、この短チャネル効果を抑制するた
めに、例えば半導体基板の不純物濃度を増加させる等の
手段が講じられているが、不純物拡散層の深さを浅くで
きないと短チャネル効果を根本的に解消することは困難
である。
2. Description of the Related Art In recent years, high-density semiconductor devices, so-called LS, have been developed.
In the development of I, miniaturization of semiconductor elements such as transistors, which are constituent elements, is increasingly required. Here, in order to advance the miniaturization of a semiconductor element, for example, a MOS transistor, the dimensions of each part such as the gate length in the MOS transistor in each generation are reduced in accordance with a scaling rule, which is formed by implanting impurity ions. It is difficult to reduce the depth of the impurity diffusion layers such as the source / drain regions in proportion to the gate length. Therefore, as the gate length is reduced, problems such as a so-called short channel effect such as a reduction in threshold voltage and occurrence of punch-through occur. Therefore, in order to suppress the short channel effect, for example, measures such as increasing the impurity concentration of the semiconductor substrate have been taken. However, if the depth of the impurity diffusion layer cannot be reduced, the short channel effect is basically eliminated. It is difficult.

【0003】そこで、従来より、ソース・ドレイン領域
の深さをスケーリング則にしたがった深さに近付けるべ
く、MOSトランジスタの構造やその製造方法に関して
いくつかの提案がなされている。
Therefore, several proposals have conventionally been made on the structure of a MOS transistor and a method for manufacturing the same in order to make the depth of the source / drain region closer to the depth according to the scaling rule.

【0004】以下、図面を参照しながら、従来のMOS
トランジスタの構造及び製造方法の一例について説明す
る。
Hereinafter, a conventional MOS transistor will be described with reference to the drawings.
An example of a structure and a manufacturing method of a transistor will be described.

【0005】図21(a)−(c)は、それぞれ従来の
nチャネル型MOSトランジスタの構造の例を示すもの
であり、便宜上、図21(a)に示すトランジスタをシ
ングルドレイン型、図21(b)に示すトランジスタを
extension 型、図21(c)に示すトランジスタをポケ
ット付きextension 型と呼ぶことにする。
FIGS. 21A to 21C show examples of the structure of a conventional n-channel MOS transistor, respectively. For convenience, the transistor shown in FIG. The transistor shown in b)
The extension type transistor shown in FIG. 21C is called an extension type with a pocket.

【0006】図21(a)に示すように、シングルドレ
イン型のMOSトランジスタは、p型シリコン基板(p
型ウエル)1と、p型シリコン基板1上に形成されたゲ
ート絶縁膜4と、ゲート絶縁膜4上に形成されたn型ゲ
ート電極5aと、n型ゲート電極5aを挟んでp型シリ
コン基板1内に形成されたn型ソース・ドレイン領域1
0aと、n型ゲート電極5aの直下方に位置するシリコ
ン基板1内の領域に形成されたp型チャネル領域16a
とにより構成されている。MOSトランジスタが微細化
されてゲート長が短くなると、スケーリング則にしたが
って、ソース・ドレイン領域10aの深さを浅くし、p
型シリコン基板1のp型不純物濃度を増加すれば、短チ
ャネル効果は抑制できるはずである。
As shown in FIG. 21A, a single drain type MOS transistor is a p-type silicon substrate (p type).
Mold well) 1, a gate insulating film 4 formed on the p-type silicon substrate 1, an n-type gate electrode 5a formed on the gate insulating film 4, and a p-type silicon substrate with the n-type gate electrode 5a interposed therebetween. N-type source / drain region 1 formed in
0a and a p-type channel region 16a formed in a region in the silicon substrate 1 located immediately below the n-type gate electrode 5a.
It is composed of When the MOS transistor is miniaturized and the gate length is reduced, the depth of the source / drain region 10a is reduced according to the scaling rule,
If the p-type impurity concentration of the silicon substrate 1 is increased, the short channel effect can be suppressed.

【0007】また、図21(b)に示すextension 型の
MOSトランジスタは、上述の図21(a)に示すトラ
ンジスタの構造に加えて、各n型ソース・ドレイン領域
10aとp型チャネル領域16aとの間に低濃度のn型
不純物を導入して形成されたn型低濃度ソース・ドレイ
ン領域(n型extension )12aを備えている。このよ
うに、n型ソース・ドレイン領域10aよりも浅いn型
低濃度ソース・ドレイン領域12a(n型extension )
をn型ソース・ドレイン領域10aの内側に設けること
により、シングルゲートドレイン型のMOSトランジス
タよりも短チャネル効果を改善することができる利点が
ある。
The extension type MOS transistor shown in FIG. 21B has the same structure as that of the transistor shown in FIG. 21A, but also includes n-type source / drain regions 10a and p-type channel regions 16a. An n-type low-concentration source / drain region (n-type extension) 12a formed by introducing a low-concentration n-type impurity therebetween. Thus, the n-type low concentration source / drain region 12a (n-type extension) shallower than the n-type source / drain region 10a
Is provided inside the n-type source / drain region 10a, there is an advantage that the short channel effect can be improved as compared with a single gate drain type MOS transistor.

【0008】また、図21(c)に示すポケット付きex
tension 型のMOSトランジスタは、上記図21(b)
に示すextension 型MOSトランジスタの構成に加え
て、n型低濃度ソース・ドレイン領域(n型extension
)12aの下方にp型不純物を導入して形成されたパ
ンチスルーを抑制するためのp型ポケット領域15aを
備えている。このように、n型低濃度ソース・ドレイン
領域12a(n型extension )の下にp型ポケット領域
15aを備えていることで、n型ソース・ドレイン領域
10aからの空乏層の伸びを抑えることが可能となり、
パンチスルーを抑制できるので、さらに短チャネル効果
を抑制することが可能である。
[0008] In addition, ex with a pocket shown in FIG.
The tension type MOS transistor is shown in FIG.
In addition to the configuration of the extension type MOS transistor shown in FIG.
) A p-type pocket region 15a for suppressing punch-through formed by introducing a p-type impurity below 12a. By providing the p-type pocket region 15a under the n-type low-concentration source / drain region 12a (n-type extension), the extension of the depletion layer from the n-type source / drain region 10a can be suppressed. Becomes possible,
Since punch-through can be suppressed, it is possible to further suppress the short channel effect.

【0009】さらに、これらのMOSトランジスタが形
成されるシリコン基板は、通常レトログレードウエルと
呼ばれるウエル構造を採用することが多い。レトログレ
ードウエルは、シリコン基板の深くに不純物濃度のピー
クを持ち、シリコン基板表面では不純物濃度の低いウエ
ルであり、通常、高エネルギーのイオン注入によって形
成される。レトログレードウエル構造を採用することに
より、MOSトランジスタ形成領域近辺の不純物濃度を
増加させることなくウエルのシート抵抗を下げることが
できるので、ラッチアップ耐性を向上することができ
る。
Furthermore, the silicon substrate on which these MOS transistors are formed often employs a well structure usually called a retrograde well. The retrograde well has an impurity concentration peak deep in the silicon substrate, and has a low impurity concentration on the surface of the silicon substrate, and is usually formed by high-energy ion implantation. By adopting the retrograde well structure, the sheet resistance of the well can be reduced without increasing the impurity concentration near the MOS transistor formation region, so that the latch-up resistance can be improved.

【0010】図22(a)−(f)は、従来のnチャン
ネル型MOSトランジスタの製造方法の1例を示すもの
であり、特に、ここではポケット付きextension 型MO
Sトランジスタ(図21(c)参照)の製造方法の例を
示す。
FIGS. 22 (a) to 22 (f) show an example of a conventional method for manufacturing an n-channel MOS transistor.
An example of a method for manufacturing an S transistor (see FIG. 21C) will be described.

【0011】図22(a)に示すように、p型シリコン
基板1にホウ素イオンを注入し、ウエル用不純物拡散領
域2を形成する。注入条件は、加速エネルギーが300
−2000keVで、注入量が1×1013〜1×1014
cm-2である。このようなエネルギー範囲で注入される
と、ウエル用不純物拡散領域2は上述のようないわゆる
レトログレードウエルとなる。次に、ウエル用不純物拡
散領域2内の表面付近の領域にホウ素イオンを注入し、
チャネル用不純物拡散領域16を形成する。このときの
注入条件は、加速エネルギーが20−60keVで、注
入量が4−6×1012cm-2である。
As shown in FIG. 1A, boron ions are implanted into a p-type silicon substrate 1 to form well impurity diffusion regions 2 for wells. The injection condition is that the acceleration energy is 300
At −2000 keV, the injection amount is 1 × 10 13 to 1 × 10 14
cm -2 . When implanted in such an energy range, the well impurity diffusion region 2 becomes a so-called retrograde well as described above. Next, boron ions are implanted into a region near the surface in the well impurity diffusion region 2,
The channel impurity diffusion region 16 is formed. The implantation conditions at this time are an acceleration energy of 20-60 keV and an implantation amount of 4-6 × 10 12 cm −2 .

【0012】次に、図22(b)に示すように、p型シ
リコン基板1の表面を酸化して厚みが8−12nmのゲ
ート絶縁膜4を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, the surface of the p-type silicon substrate 1 is oxidized to form a gate insulating film 4 having a thickness of 8 to 12 nm.

【0013】次に、図22(c)に示すように、基板の
全面上に200−300nmのポリシリコン膜を堆積し
た後、通常のフォト、エッチング工程を経てゲート電極
5を形成する。
Next, as shown in FIG. 22C, after a polysilicon film of 200 to 300 nm is deposited on the entire surface of the substrate, a gate electrode 5 is formed through a normal photo and etching process.

【0014】次に、図22(d)に示すように、ゲート
電極5をマスクとして用い、p型ウエル2a内のゲート
電極5の両側方に位置する領域に低濃度の砒素イオンを
注入し、低濃度ソース・ドレイン用不純物拡散領域12
を形成する。注入条件は、加速エネルギーが10−30
keVで、注入量が1−5×1014cm-2である。ま
た、同様にゲート電極5をマスクとして用い、低濃度ソ
ース・ドレイン用不純物拡散領域12の下方の領域に弗
化ホウ素イオンを注入し、ポケット用不純物拡散領域1
5を形成する。このときの注入条件は、加速エネルギー
が80−120keVで、注入量が1−4×1013cm
-2である。
Next, as shown in FIG. 22D, low concentration arsenic ions are implanted into regions located on both sides of the gate electrode 5 in the p-type well 2a using the gate electrode 5 as a mask. Low concentration source / drain impurity diffusion region 12
To form The injection condition is such that the acceleration energy is 10-30.
At keV, the dose is 1-5 × 10 14 cm −2 . Similarly, using the gate electrode 5 as a mask, boron fluoride ions are implanted into a region below the low-concentration source / drain impurity diffusion region 12 to form the pocket impurity diffusion region 1.
5 is formed. The implantation conditions at this time are as follows: the acceleration energy is 80-120 keV, and the implantation amount is 1-4 × 10 13 cm.
-2 .

【0015】次に、図22(e)に示すように、ゲート
電極5の両側面上にサイドウォール7を形成する。
Next, as shown in FIG. 22E, sidewalls 7 are formed on both side surfaces of the gate electrode 5.

【0016】次に、図22(f)に示すように、ゲート
電極5及びサイドウォール7をマスクとして用い、ゲー
ト電極5と、p型ウエル2a内のゲート電極5の両側方
に位置する領域とに高濃度のヒ素イオンを注入し、ソー
ス・ドレイン用不純物拡散領域(図示せず)を形成す
る。次に、上記各工程で導入された不純物を活性化し結
晶欠陥を回復させるため850℃、30分の熱処理を行
い、低抵抗のn型ゲート電極5aを形成するとととも
に、p型シリコン基板1内に、p型ウエル2aと、n型
ソース・ドレイン領域16aと、n型低濃度ソース・ド
レイン領域12a(n型extension )と、p型ポケット
領域15aと、p型チャネル領域16aとを形成する。
ただし、サイドウォール7の形成時に高温でのCVDに
よってシリコン酸化膜を堆積する場合には、その時まで
に導入された不純物は活性化される。その場合には、図
22(e)に示す工程で、p型ウエル2a,n型低濃度
ソース・ドレイン領域12a,p型ポケット領域15a
が形成される。そして、図22(f)に示す工程で、p
型ウエル2a,n型低濃度ソース・ドレイン領域12
a,p型ポケット領域15a内の不純物が再び拡散す
る。
Next, as shown in FIG. 22 (f), using the gate electrode 5 and the side wall 7 as a mask, the gate electrode 5 and regions located on both sides of the gate electrode 5 in the p-type well 2a are formed. High concentration arsenic ions are implanted to form source / drain impurity diffusion regions (not shown). Next, a heat treatment is performed at 850 ° C. for 30 minutes in order to activate the impurities introduced in each of the above steps and recover crystal defects, thereby forming a low-resistance n-type gate electrode 5 a and forming the n-type gate electrode 5 a in the p-type silicon substrate 1. , P-type well 2a, n-type source / drain region 16a, n-type low concentration source / drain region 12a (n-type extension), p-type pocket region 15a, and p-type channel region 16a.
However, when a silicon oxide film is deposited by CVD at a high temperature when forming the sidewalls 7, the impurities introduced up to that time are activated. In this case, in the step shown in FIG. 22E, the p-type well 2a, the n-type low-concentration source / drain region 12a, and the p-type pocket region 15a
Is formed. Then, in the step shown in FIG.
Well 2a, n-type low concentration source / drain region 12
The impurities in the a and p-type pocket regions 15a diffuse again.

【0017】なお、図22(d)における弗化ホウ素イ
オンの注入を省略すれば、図21(b)に示すextensio
n 型MOSトランジスタが得られ、弗化ホウ素イオンの
注入と砒素イオンの注入とを省略すれば、図21(c)
に示すシングルドレイン型MOSトランジスタが得られ
る。
By the way, if the implantation of boron fluoride ions in FIG. 22D is omitted, the extensio shown in FIG.
If an n-type MOS transistor is obtained and the implantation of boron fluoride ions and the implantation of arsenic ions are omitted, FIG.
1 is obtained.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のMOS型半導体装置においては、以下に述べるよう
な問題があった。
However, the above-mentioned conventional MOS type semiconductor device has the following problems.

【0019】(1) ソース・ドレイン領域を形成する
ために、nチャンネル型MOSトランジスタの場合には
n型の不純物イオンを、pチャンネル型MOSトランジ
スタの場合にはp型の不純物を注入した後、不純物を活
性化するために熱処理を行うが、注入時に発生した点欠
陥(空孔や格子間シリコン)によって、不純物が増速拡
散するため、所望の浅い接合が得られない。また、ゲー
ト長の小さいデバイスにおいては、注入時に発生した格
子間シリコンがゲート酸化膜に向かって拡散し格子間シ
リコンの濃度勾配が形成されるため、チャネル領域の基
板表面の不純物は表面に向かって移流し、いわゆる逆短
チャネル効果を生じさせ、しきい値電圧を変化させる。
(1) To form source / drain regions, n-type impurity ions are implanted in the case of an n-channel MOS transistor, and p-type impurities are implanted in the case of a p-channel MOS transistor. Although heat treatment is performed to activate the impurities, the desired shallow junction cannot be obtained because the impurities are accelerated and diffused due to point defects (vacancies and interstitial silicon) generated during the implantation. In a device having a small gate length, the interstitial silicon generated at the time of implantation is diffused toward the gate oxide film to form a concentration gradient of the interstitial silicon. Advection causes a so-called reverse short channel effect, which changes the threshold voltage.

【0020】(2) 同じ理由で、低濃度ソース・ドレ
イン領域(extension )についても、所望の浅い接合が
得られない。また、ポケット領域に関しても同様に、不
純物イオンの注入後における熱処理の際、イオン注入時
に発生した点欠陥によって不純物が増速拡散しその分布
領域が拡大されるため、効果的にパンチスルーを抑制す
ることが困難である。特に、低濃度ソース・ドレイン領
域やポケット領域の形成後に形成されるサイドウォール
を形成する際に、通常のCVD法によって700℃から
850℃の温度で数時間かけてシリコン酸化膜を堆積す
る場合には、この工程で不純物が増速拡散する距離が大
きく、所望のトランジスタ構造を実現することは困難で
ある。また、ソース・ドレイン領域形成の場合と同様
に、ゲート長の小さいデバイスにおいては、注入時に発
生した格子間シリコンがゲート酸化膜に向かって拡散し
格子間シリコンの濃度勾配が形成されるため、チャネル
領域の基板表面の不純物は表面に向かって移流し、いわ
ゆる逆短チャネル効果を生じさせ、しきい値電圧を変化
させる。
(2) For the same reason, a desired shallow junction cannot be obtained even in a low concentration source / drain region (extension). Similarly, in the pocket region, at the time of heat treatment after the implantation of the impurity ions, point defects generated during the ion implantation accelerate and diffuse the impurities, thereby expanding the distribution region thereof, thereby effectively suppressing punch-through. It is difficult. In particular, when forming a sidewall formed after forming a low concentration source / drain region or a pocket region, a silicon oxide film is deposited by a normal CVD method at a temperature of 700 ° C. to 850 ° C. for several hours. However, in this process, the distance over which the impurity is diffused at a high speed is large, and it is difficult to realize a desired transistor structure. As in the case of forming the source / drain regions, in a device having a small gate length, the interstitial silicon generated at the time of implantation diffuses toward the gate oxide film and a concentration gradient of the interstitial silicon is formed. Impurities on the surface of the substrate in the region flow toward the surface, causing a so-called reverse short channel effect and changing the threshold voltage.

【0021】(3) チャネル領域を形成するために、
n型あるいはp型の不純物イオンを注入した後、ゲート
酸化工程や不純物の活性化のための熱処理を行うが、チ
ャネル領域用の不純物注入時に発生した点欠陥によっ
て、不純物が増速拡散しその分布領域が広がりをもつた
め、深さ方向に急峻なプロファイルを得ることが難し
い。そのために、半導体装置の微細化に伴い、あらかじ
め設定されたしきい値電圧を正確に実現することが困難
になっていく。特に、ウエルとしてレトログレードウエ
ル構造を採用している場合には、ウエルを形成するため
に高エネルギーでイオン注入を行うと、半導体基板深く
に点欠陥(空孔と格子間シリコン)が発生する。この点
欠陥のうち格子間シリコンは、その後の熱処理によって
半導体基板表面に向かって拡散し濃度勾配が形成される
ため、チャネル領域の基板表面の不純物は表面に向かっ
て移流し、チャネル領域の半導体基板表面における不純
物濃度が高くなり、しきい値電圧が変化する。
(3) In order to form a channel region,
After implanting n-type or p-type impurity ions, a gate oxidation step and a heat treatment for activating the impurity are performed. Since the region is wide, it is difficult to obtain a steep profile in the depth direction. For this reason, it becomes difficult to accurately achieve a preset threshold voltage with the miniaturization of semiconductor devices. In particular, when a retrograde well structure is employed as a well, if ions are implanted with high energy to form a well, point defects (vacancies and interstitial silicon) are generated deep in the semiconductor substrate. Among these point defects, interstitial silicon diffuses toward the surface of the semiconductor substrate by a subsequent heat treatment to form a concentration gradient, so that impurities on the surface of the substrate in the channel region migrate toward the surface and the semiconductor substrate in the channel region The impurity concentration on the surface increases, and the threshold voltage changes.

【0022】本発明は斯かる問題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、ソース・ドレイン領域等の不純物
拡散層の深さ方向の広がりを抑制する手段を講ずること
により、正確なしきい値電圧を有しながら微細化された
トランジスタを搭載した半導体装置及びその製造方法を
提供することにある。
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an accurate threshold voltage by adopting a means for suppressing the spread of an impurity diffusion layer such as a source / drain region in the depth direction. An object of the present invention is to provide a semiconductor device equipped with a miniaturized transistor having a voltage and a method of manufacturing the same.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、請求項1−11に記載される半導体装
置に関する手段と、請求項12−22に記載される半導
体装置の製造方法に関する手段とを講じている。
To achieve the above object, according to the present invention, there is provided a semiconductor device according to the present invention, and a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention. And take measures.

【0024】本発明の第1の半導体装置は、請求項1に
記載されるように、半導体基板と、上記半導体基板内に
形成された第1導電型の基板領域と、上記半導体基板上
に形成されたゲート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に形
成されたゲート電極と、上記半導体基板内の上記ゲート
電極の両側方に位置する領域に形成された第2導電型の
ソース・ドレイン領域と、上記半導体基板内の少なくと
も上記ソース・ドレイン領域とオーバーラップする領域
に形成された炭素ドープ領域とを備えている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device, a first conductivity type substrate region formed in the semiconductor substrate, and a semiconductor substrate formed on the semiconductor substrate. A gate insulating film, a gate electrode formed on the gate insulating film, a source / drain region of a second conductivity type formed in regions located on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate, A carbon doped region formed at least in a region overlapping the source / drain region in the semiconductor substrate.

【0025】これにより、ソース・ドレイン領域内の炭
素ドープ領域とオーバーラップする領域では、炭素によ
って半導体基板を構成する半導体の格子間原子がトラッ
プされる。したがって、ソース・ドレイン領域内の格子
間原子の濃度が薄くなり、格子間原子とのペアを構成す
ることにより拡散する第2導電型不純物の拡散が抑制さ
れる。その結果、半導体装置の微細化に伴い現れやすく
なる短チャネル効果を確実に防止することができる。ま
た、ソース・ドレイン領域の深さ方向への広がりが抑制
され、半導体装置のゲート長の微細化に応じスケーリン
グ則に沿った深さ方向の微細化が可能となる。
Thus, in the region overlapping with the carbon-doped region in the source / drain region, the interstitial atoms of the semiconductor constituting the semiconductor substrate are trapped by carbon. Therefore, the concentration of interstitial atoms in the source / drain regions is reduced, and the diffusion of the second conductivity type impurity that is diffused by forming a pair with the interstitial atoms is suppressed. As a result, it is possible to reliably prevent a short channel effect that is likely to appear as the semiconductor device becomes finer. Further, the spread of the source / drain region in the depth direction is suppressed, and the miniaturization in the depth direction according to the scaling rule becomes possible according to the miniaturization of the gate length of the semiconductor device.

【0026】請求項2に記載されるように、請求項1に
おいて、上記炭素ドープ領域は、上記ソース・ドレイン
領域の内部にのみ形成されていることが好ましい。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the carbon-doped region is preferably formed only inside the source / drain region.

【0027】これにより、ソース・ドレイン領域と基板
領域との間のpn接合部に炭素が導入されていないの
で、接合リークの増大を確実に防止することができる。
Since no carbon is introduced into the pn junction between the source / drain region and the substrate region, an increase in junction leakage can be reliably prevented.

【0028】本発明の第2の半導体装置は、請求項3に
記載されるように、半導体基板と、上記半導体基板内に
形成された第1導電型の基板領域と、上記半導体基板上
に形成されたゲート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に形
成されたゲート電極と、上記半導体基板内の上記ゲート
電極の両側方に位置する領域に形成された第2導電型の
ソース・ドレイン領域と、上記基板領域内の上記ゲート
電極直下に位置する領域と上記ソース・ドレイン領域と
の間の領域に形成された第2導電型の低濃度ソース・ド
レイン領域と、少なくとも上記低濃度ソース・ドレイン
領域とオーバーラップする領域に形成された炭素ドープ
領域とを備えている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a semiconductor substrate; a first conductivity type substrate region formed in the semiconductor substrate; and a semiconductor substrate formed on the semiconductor substrate. A gate insulating film, a gate electrode formed on the gate insulating film, a source / drain region of a second conductivity type formed in regions located on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate, A second conductivity type low-concentration source / drain region formed in a region between the source / drain region and a region located immediately below the gate electrode in the substrate region; And a carbon-doped region formed in the overlapping region.

【0029】これにより、低濃度ソース・ドレイン領域
に炭素が導入されているので、上述の作用により低濃度
ソース・ドレイン領域の広がりが抑制され、半導体装置
の微細化に伴い現れやすくなる短チャネル効果を確実に
防止することができる。また、ソース・ドレイン領域や
低濃度ソース・ドレイン領域内の過剰な格子間原子のゲ
ート絶縁膜方向への濃度勾配を抑制することができるの
で、逆短チャネル効果の発生を抑制することができる。
Thus, since carbon is introduced into the low-concentration source / drain regions, the spread of the low-concentration source / drain regions is suppressed by the above-described action, and the short channel effect which is likely to appear with miniaturization of a semiconductor device. Can be reliably prevented. Further, since the concentration gradient of excessive interstitial atoms in the source / drain region or the low-concentration source / drain region in the direction of the gate insulating film can be suppressed, the occurrence of the reverse short channel effect can be suppressed.

【0030】請求項4に記載されるように、請求項3に
おいて、上記低濃度ソース・ドレイン領域の下方で低濃
度ソース・ドレイン領域と接する領域に形成された第1
導電型のポケット領域をさらに備え、上記炭素ドープ領
域が上記ポケット領域の一部に亘って形成されている構
成とすることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the third aspect, the first region is formed in a region below the low concentration source / drain region and in contact with the low concentration source / drain region.
The device may further include a conductivity type pocket region, wherein the carbon-doped region is formed over a part of the pocket region.

【0031】これにより、ポケット領域における不純物
分布の広がりを抑制できる。したがって、請求項3の作
用効果に加えて、ポケット領域による短チャネル効果の
抑制と、拡散容量の増大の抑制とを図ることができる。
Thus, the spread of the impurity distribution in the pocket region can be suppressed. Therefore, in addition to the function and effect of the third aspect, it is possible to suppress the short channel effect due to the pocket region and suppress the increase in the diffusion capacitance.

【0032】請求項5に記載されるように、請求項3に
おいて、上記炭素ドープ領域は、上記低濃度ソース・ド
レイン領域の内部にのみ形成されていることが好まし
い。
According to a fifth aspect of the present invention, in the third aspect, it is preferable that the carbon-doped region is formed only inside the low-concentration source / drain region.

【0033】これにより、低濃度ソース・ドレイン領域
と基板領域との間のpn接合部に炭素が導入されていな
いので、接合リークの増大を確実に防止することができ
る。
Thus, since no carbon is introduced into the pn junction between the low-concentration source / drain region and the substrate region, an increase in junction leakage can be reliably prevented.

【0034】請求項6に記載されるように、請求項5に
おいて、上記低濃度ソース・ドレイン領域の下方で低濃
度ソース・ドレイン領域と接する領域に形成された第1
導電型のポケット領域をさらに備えることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the fifth aspect, the first region is formed in a region below the low concentration source / drain region and in contact with the low concentration source / drain region.
A pocket region of a conductivity type may be further provided.

【0035】これにより、請求項4と同様の作用効果を
得ることができる。
Thus, the same function and effect as the fourth aspect can be obtained.

【0036】本発明の第3の半導体装置は、請求項7に
記載されるように、半導体基板と、上記半導体基板内に
形成された第1導電型の基板領域と、上記半導体基板上
に形成されたゲート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に形
成されたゲート電極と、上記半導体基板内の上記ゲート
電極の両側方に位置する領域に形成された第2導電型の
ソース・ドレイン領域と、上記半導体基板内の上記ゲー
ト電極直下方に位置する領域に形成されたしきい値制御
レベルの不純物を含むチャネル領域と、少なくとも上記
チャネル領域とオーバーラップする領域に形成された炭
素ドープ領域とを備えている。
According to a third aspect of the present invention, a semiconductor substrate, a first conductivity type substrate region formed in the semiconductor substrate, and a semiconductor substrate formed on the semiconductor substrate are provided. A gate insulating film, a gate electrode formed on the gate insulating film, a source / drain region of a second conductivity type formed in regions located on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate, A channel region including a threshold control level impurity formed in a region located immediately below the gate electrode in the semiconductor substrate; and a carbon doped region formed in a region overlapping at least the channel region. ing.

【0037】これにより、チャネル領域のゲート絶縁膜
方向への不純物分布の広がりを抑制することができるの
で、深さ方向への急峻な不純物分布が得られ、微細化さ
れた半導体装置において、飽和電流値を高く維持するこ
とができる。また、チャネル領域に導入された炭素によ
りソース・ドレイン領域で発生する過剰な格子間原子の
ゲート絶縁膜方向への濃度勾配が抑制されるので、基板
表面付近の不純物濃度が過剰に高くなるのを防止するこ
とができ、逆短チャネル効果の発生を抑制することがで
きる。
As a result, the spread of the impurity distribution in the direction of the gate insulating film in the channel region can be suppressed, so that a steep impurity distribution in the depth direction can be obtained. The value can be kept high. In addition, since the carbon introduced into the channel region suppresses the concentration gradient of excessive interstitial atoms in the source / drain region toward the gate insulating film, it is possible to prevent the impurity concentration near the substrate surface from becoming excessively high. It is possible to prevent the occurrence of the reverse short channel effect.

【0038】請求項8に記載されるように、請求項7に
おいて、上記炭素ドープ領域は、上記チャネル領域の内
部にのみ形成されていることが好ましい。
As described in claim 8, in claim 7, the carbon-doped region is preferably formed only inside the channel region.

【0039】これにより、pn接合部に炭素が導入され
ることがないので、接合リークの増大を確実に防止する
ことができる。
Thus, since no carbon is introduced into the pn junction, an increase in junction leakage can be reliably prevented.

【0040】請求項9に記載されるように、請求項8に
おいて、上記炭素ドープ領域は、上記ゲート絶縁膜とは
離れていることが好ましい。
According to a ninth aspect, in the eighth aspect, it is preferable that the carbon-doped region is separated from the gate insulating film.

【0041】これにより、ゲート絶縁膜が酸化膜で構成
されている場合にも、酸化膜中に炭素が取り込まれる虞
れがなくなる。したがって、ゲート絶縁膜の耐圧の劣化
を確実に防止しつつ、請求項8の作用効果を得ることが
できる。
Thus, even when the gate insulating film is formed of an oxide film, there is no fear that carbon is taken into the oxide film. Therefore, the operation and effect of claim 8 can be obtained while reliably preventing the withstand voltage of the gate insulating film from deteriorating.

【0042】本発明の第4の半導体装置は、請求項10
に記載されるように、半導体基板と、上記半導体基板内
に形成された第1導電型のウエル領域と、上記ウエル領
域の上方かつ上記半導体基板の上に形成されたゲート絶
縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極
と、上記半導体基板内の上記ゲート電極の両側方に位置
する領域に上記ウエル領域と下端で接するように形成さ
れた第2導電型のソース・ドレイン領域と、上記半導体
基板内の上記ソース・ドレイン間に位置する領域に上記
ウエル領域と下端で接するように形成され、しきい値制
御レベルの不純物を含むチャネル領域と、上記ウエル領
域内の奥方の一部を含みかつ上記チャネル領域及びソー
ス・ドレイン領域とは離れた領域に形成された炭素ドー
プ領域とを備えている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
A semiconductor substrate; a first conductivity type well region formed in the semiconductor substrate; a gate insulating film formed above the well region and on the semiconductor substrate; A gate electrode formed on an insulating film, a second conductivity type source / drain region formed to be in contact with a region located on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate at the lower end with the well region, A channel region which is formed to be in contact with the well region at the lower end thereof in a region located between the source and the drain in the semiconductor substrate and contains a threshold control level impurity, and a part of a depth in the well region. And a carbon-doped region formed in a region separated from the channel region and the source / drain region.

【0043】これにより、ウエル領域内の不純物濃度が
最大となる領域付近で発生する格子間原子の基板表面へ
の拡散が抑制されるので、チャネル領域近傍における格
子間原子濃度の傾きを抑制することができる。したがっ
て、チャネル領域における深さ方向への不純物分布を急
峻に保つことができ、微細化された半導体装置におい
て、逆短チャネル効果の発生や飽和電流値の減小を抑制
することができる。
This suppresses the diffusion of interstitial atoms generated near the region where the impurity concentration in the well region becomes maximum to the substrate surface, thereby suppressing the inclination of the interstitial atom concentration near the channel region. Can be. Therefore, the impurity distribution in the channel region in the depth direction can be kept steep, and in a miniaturized semiconductor device, the occurrence of the inverse short channel effect and the decrease in the saturation current value can be suppressed.

【0044】請求項11に記載されるように、請求項1
0において、上記炭素ドープ領域の炭素濃度のピーク位
置が、上記ウエル領域の第1導電型不純物濃度のピーク
位置よりも浅いことが好ましい。
As set forth in claim 11, claim 1
At 0, the peak position of the carbon concentration in the carbon-doped region is preferably shallower than the peak position of the impurity concentration of the first conductivity type in the well region.

【0045】これにより、ウエル領域内の格子間原子の
チャネル領域方向への拡散をより確実に抑制することが
できる。
Thus, the diffusion of interstitial atoms in the well region in the direction of the channel region can be more reliably suppressed.

【0046】本発明の第1の半導体装置の製造方法は、
請求項12に記載されるように、半導体基板内に第1導
電型の基板領域を形成する第1の工程と、上記基板領域
の上方かつ上記半導体基板の上にゲート絶縁膜及びゲー
ト電極を形成する第2の工程と、少なくとも上記ゲート
電極をマスクとして用いて上記半導体基板内に第2導電
型不純物を導入し、上記半導体基板内の上記基板領域の
上方かつ上記ゲート電極の両側方に位置する領域にソー
ス・ドレイン用不純物拡散領域を形成する第3の工程
と、上記第3の工程の後又は前に、少なくとも上記ゲー
ト電極をマスクとして用いて上記半導体基板内に炭素を
導入し、上記ソース・ドレイン用不純物拡散領域とオー
バーラップする領域に炭素ドープ領域を形成する第4の
工程と、上記半導体基板の熱処理を行って、少なくとも
上記ソース・ドレイン用不純物拡散領域内の第2導電型
不純物を活性化させる第5の工程とを備えている。
The first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
13. A first step of forming a substrate region of a first conductivity type in a semiconductor substrate, and forming a gate insulating film and a gate electrode above the substrate region and on the semiconductor substrate. A second step of introducing a second conductivity type impurity into the semiconductor substrate by using at least the gate electrode as a mask, the impurity being located above the substrate region and on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate. A third step of forming a source / drain impurity diffusion region in the region, and after or before the third step, carbon is introduced into the semiconductor substrate using at least the gate electrode as a mask; A fourth step of forming a carbon-doped region in a region overlapping with the impurity diffusion region for the drain, and performing a heat treatment on the semiconductor substrate to form at least the source-drain region; The second conductivity type impurity of use impurity diffusion region and a fifth step of activating.

【0047】この方法により、第5の工程においてソー
ス・ドレイン用不純物拡散領域内の第2導電型不純物を
活性化させる際に、炭素の存在により、上述の作用によ
って第2導電型不純物の拡散が抑制される。すなわち、
微細な半導体装置を形成する場合にも、形成されるソー
ス・ドレイン領域の不純物濃度を濃くしその深さを浅く
することが可能となり、横方向だけでなく深さ方向にも
微細化され、かつ短チャネル効果の小さい半導体装置が
形成される。
According to this method, when activating the second conductivity type impurity in the source / drain impurity diffusion region in the fifth step, the diffusion of the second conductivity type impurity is caused by the above-mentioned action due to the presence of carbon. Is suppressed. That is,
Even in the case of forming a fine semiconductor device, it is possible to increase the impurity concentration of the source / drain regions to be formed and to reduce the depth thereof, so that the size can be reduced not only in the lateral direction but also in the depth direction, and A semiconductor device with a small short channel effect is formed.

【0048】請求項13に記載されるように、請求項1
2において、上記第4の工程では、上記ソース・ドレイ
ン用不純物拡散領域の内部のみに上記炭素ドープ領域を
形成することが好ましい。
As set forth in claim 13, claim 1
2, In the fourth step, it is preferable that the carbon-doped region is formed only inside the source / drain impurity diffusion region.

【0049】この方法により、接合リークの小さい半導
体装置が確実に得られる。
According to this method, a semiconductor device having a small junction leak can be reliably obtained.

【0050】請求項14に記載されるように、請求項1
2において、上記第2の工程の後上記第3の工程の前
に、上記ゲート電極の両側面上にサイドウォールを形成
する工程をさらに備え、上記第3の工程では、上記ゲー
ト電極及び上記サイドウォールをマスクとして用いて上
記基板領域内に第2導電型不純物を導入し、上記第4の
工程では、上記ゲート電極及び上記サイドウォールをマ
スクとして用いて上記基板領域内に炭素を導入すること
ができる。
As set forth in claim 14, claim 1
2, further comprising a step of forming sidewalls on both side surfaces of the gate electrode after the second step and before the third step, wherein in the third step, the gate electrode and the side electrode are formed. Introducing a second conductivity type impurity into the substrate region using the wall as a mask, and introducing carbon into the substrate region using the gate electrode and the sidewall as a mask in the fourth step. it can.

【0051】この方法により、半導体装置の種類等に応
じてチャネル長さを適宜調整することができる。
According to this method, the channel length can be appropriately adjusted according to the type of the semiconductor device.

【0052】請求項15に記載されるように、請求項1
3において、上記第2の工程の後上記第3の工程の前
に、上記ゲート電極をマスクとして用いて上記基板領域
内に低濃度の第2導電型不純物を導入し、上記半導体基
板内の上記ゲート電極の両側方に位置する領域に低濃度
ソース・ドレイン用不純物拡散領域を形成する工程をさ
らに備え、上記第4の工程では、上記ゲート電極をマス
クとして用いて上記基板領域内に炭素を導入することが
できる。
As set forth in claim 15, claim 1
3, after the second step and before the third step, a low-concentration second conductivity type impurity is introduced into the substrate region using the gate electrode as a mask; Forming a low-concentration source / drain impurity diffusion region in regions located on both sides of the gate electrode; and, in the fourth step, introducing carbon into the substrate region using the gate electrode as a mask. can do.

【0053】この方法により、低濃度ソース・ドレイン
用不純物拡散領域及びソース・ドレイン用不純物拡散領
域に炭素が導入されているので、第5の工程における活
性化のための熱処理の際、形成されるソース・ドレイン
領域及び低濃度ソース・ドレイン領域の横方向及び縦方
向への不純物分布の広がりが抑制されるので、短チャネ
ル効果及び逆短チャネル効果の小さい半導体装置が得ら
れる。また、過剰な格子間原子のゲート絶縁膜方向への
濃度勾配も抑制されるので、逆短チャネル効果の発生の
少ない半導体装置が得られる。
According to this method, carbon is introduced into the low-concentration source / drain impurity diffusion regions and the low-concentration source / drain impurity diffusion regions, so that carbon is formed during the heat treatment for activation in the fifth step. Since the spread of the impurity distribution in the lateral and vertical directions of the source / drain region and the low-concentration source / drain region is suppressed, a semiconductor device with small short-channel effect and reverse short-channel effect can be obtained. Further, since the concentration gradient of excessive interstitial atoms in the direction of the gate insulating film is also suppressed, a semiconductor device with less occurrence of the inverse short channel effect can be obtained.

【0054】請求項16に記載されるように、請求項1
5において、上記第2の工程の後上記第3の工程の前
に、上記ゲート電極をマスクとして用いて上記基板領域
内に第1導電型不純物を導入し、上記基板領域内の上記
低濃度ソース・ドレイン用不純物拡散領域の下方かつ上
記低濃度ソース・ドレイン領域と隣接する領域にポケッ
ト領域を形成する工程をさらに備えることができる。
As described in claim 16, claim 1
5, after the second step and before the third step, a first conductivity type impurity is introduced into the substrate region using the gate electrode as a mask, and the low concentration source in the substrate region is introduced. The method may further include a step of forming a pocket region below the drain impurity diffusion region and in a region adjacent to the low-concentration source / drain region.

【0055】この方法により、さらに短チャネル効果の
小さい,かつ拡散容量の小さい半導体装置が形成され
る。
According to this method, a semiconductor device having a smaller short channel effect and a smaller diffusion capacitance is formed.

【0056】本発明の第2の半導体装置の製造方法は、
請求項17に記載されるように、半導体基板内に第1導
電型の基板領域を形成する第1の工程と、上記半導体基
板内にしきい値制御レベルの不純物を導入し、上記半導
体基板内の表面付近の領域にチャネル用不純物拡散領域
を形成する第2の工程と、上記第2の工程の後又は前
に、上記半導体基板内に炭素を導入し、上記半導体基板
内の上記チャネル用不純物拡散領域とオーバーラップす
る領域に炭素ドープ領域を形成する第3の工程と、上記
チャネル用不純物拡散領域の上にゲート絶縁膜及びゲー
ト電極を形成する第4の工程と、少なくとも上記ゲート
電極をマスクとして用いて上記半導体基板内に第2導電
型不純物を導入し、上記半導体基板内の上記ゲート電極
の両側方に位置する領域にソース・ドレイン用不純物拡
散領域を形成する第5の工程と、上記半導体基板の熱処
理を行い、上記各不純物拡散領域に導入された不純物を
活性化させる第6の工程とを備えている。
According to the second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
A first step of forming a substrate region of the first conductivity type in the semiconductor substrate, and introducing a threshold control level impurity into the semiconductor substrate, A second step of forming a channel impurity diffusion region in a region near the surface, and after or before the second step, carbon is introduced into the semiconductor substrate to form the channel impurity diffusion region in the semiconductor substrate. A third step of forming a carbon-doped region in a region overlapping with the region, a fourth step of forming a gate insulating film and a gate electrode on the channel impurity diffusion region, and using at least the gate electrode as a mask A second conductivity type impurity is introduced into the semiconductor substrate to form source / drain impurity diffusion regions in regions located on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate. And step, a heat treatment of the semiconductor substrate, and a sixth step of activating the impurity introduced into the respective impurity diffusion regions.

【0057】この方法により、チャネル用不純物拡散領
域に炭素が導入されているので、第6の工程の際、形成
されるチャネル領域の深さ方向への不純物分布の広がり
が抑制され、急峻な濃度分布を持ったチャネル領域が形
成される。したがって、微細な半導体装置を形成する場
合にも、飽和電流値の大きい,かつ短チャネル効果の小
さい半導体装置が形成される。
According to this method, since carbon is introduced into the impurity diffusion region for the channel, at the time of the sixth step, the spread of the impurity distribution in the depth direction of the channel region to be formed is suppressed, and the sharp concentration is improved. A channel region having a distribution is formed. Therefore, even when a fine semiconductor device is formed, a semiconductor device having a large saturation current value and a small short-channel effect is formed.

【0058】請求項18に記載されるように、請求項1
7において、上記第3の工程では、上記炭素ドープト領
域が上記半導体基板の表面から離れて形成されるような
加速エネルギーで炭素イオンを注入することが好まし
い。
As set forth in claim 18, claim 1
7, in the third step, it is preferable to implant carbon ions at an acceleration energy such that the carbon-doped region is formed apart from the surface of the semiconductor substrate.

【0059】この方法により、第6の工程等において、
炭素がゲート絶縁膜に侵入する虞れがなくなる。したが
って、酸化膜で構成されたゲート絶縁膜を有する半導体
装置においても、ゲート絶縁膜の耐圧の高い半導体装置
が形成される。
According to this method, in the sixth step and the like,
There is no danger that carbon will enter the gate insulating film. Therefore, even in a semiconductor device having a gate insulating film formed of an oxide film, a semiconductor device having a high withstand voltage of the gate insulating film is formed.

【0060】本発明の第3の半導体装置の製造方法は、
請求項19に記載されるように、半導体基板上に炭素を
含む半導体単結晶をエピタキシャル成長させて炭素ドー
プエピ層を形成する第1の工程と、上記炭素ドープエピ
層の上に半導体単結晶をエピタキシャル成長させて表面
エピ層を形成する第2の工程と、上記表面エピ層と上記
炭素ドープエピ層の少なくとも一部を含む領域とにしき
い値制御レベルの不純物イオンを導入することによりチ
ャネル用不純物拡散領域を形成する第3の工程と、上記
チャネル用不純物拡散領域の上にゲート絶縁膜及びゲー
ト電極を形成する第4の工程と、少なくとも上記ゲート
電極をマスクとして用いて上記表面エピ層及び上記炭素
ドープエピ層内に第2導電型不純物を導入し、上記表面
エピ層及び上記炭素ドープエピ層内の上記ゲート電極の
両側方に位置する領域にソース・ドレイン用不純物拡散
領域を形成する第5の工程と、上記半導体基板の熱処理
を行い、上記各不純物拡散領域に導入された不純物を活
性化させる第6の工程とを備えている。
The third method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
As set forth in claim 19, a first step of epitaxially growing a semiconductor single crystal containing carbon on a semiconductor substrate to form a carbon-doped epilayer, and epitaxially growing a semiconductor single crystal on the carbon-doped epilayer. A second step of forming a surface epi layer, and forming a channel impurity diffusion region by introducing a threshold control level of impurity ions into the surface epi layer and a region including at least a part of the carbon doped epi layer. A third step, a fourth step of forming a gate insulating film and a gate electrode on the channel impurity diffusion region, and forming at least the surface epi layer and the carbon doped epi layer using the gate electrode as a mask. A second conductivity type impurity is introduced and located on both sides of the gate electrode in the surface epi layer and the carbon doped epi layer. A fifth step of forming an impurity diffusion region for the source and drain to pass, a heat treatment of the semiconductor substrate, and a sixth step of activating the impurity introduced into the respective impurity diffusion regions.

【0061】この方法により、炭素ドープエピ層とゲー
ト絶縁膜との間には、炭素が導入されていない表面エピ
層が存在することになる。したがって、第6の工程等に
おいて、炭素がゲート絶縁膜に侵入するのが確実に防止
され、微細な半導体装置を形成する場合にも、短チャネ
ル効果,逆短チャネル効果が小さく飽和電流値が大き
い、かつゲート絶縁膜の耐圧性の良好な半導体装置が確
実に得られる。
According to this method, a surface epi layer into which carbon has not been introduced exists between the carbon-doped epi layer and the gate insulating film. Therefore, in the sixth step or the like, carbon is reliably prevented from entering the gate insulating film, and even when a fine semiconductor device is formed, the short channel effect and the reverse short channel effect are small and the saturation current value is large. In addition, a semiconductor device having a good gate insulating film withstand voltage can be reliably obtained.

【0062】本発明の第4の半導体装置の製造方法は、
請求項20に記載されるように、半導体基板内に第1導
電型不純物イオンを注入してウエル用不純物拡散領域を
形成する第1の工程と、上記半導体基板内にしきい値制
御レベルの不純物を導入し、上記半導体基板の表面付近
の領域にチャネル用不純物拡散領域を形成する第2の工
程と、上記第2の工程の後又は前に、上記半導体基板内
に炭素イオンの注入を行って、上記ウエル用不純物拡散
領域の奥方の一部を含みかつ上記チャネル用不純物拡散
領域とは離れた領域に炭素ドープ領域を形成する第3の
工程と、上記チャネル用不純物拡散領域の上にゲート絶
縁膜及びゲート電極を形成する第4の工程と、少なくと
も上記ゲート電極をマスクとして用いて上記半導体基板
内に第2導電型不純物を導入し、上記半導体基板内の上
記ゲート電極の両側方に位置する領域にソース・ドレイ
ン用不純物拡散領域を形成する第5の工程と、上記半導
体基板の熱処理を行い、上記各不純物拡散領域に導入さ
れた不純物を活性化させる第6の工程とを備えている。
The fourth method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
A first step of implanting a first conductivity type impurity ion into a semiconductor substrate to form an impurity diffusion region for a well, and forming an impurity at a threshold control level in the semiconductor substrate. Introducing a second step of forming a channel impurity diffusion region in a region near the surface of the semiconductor substrate, and after or before the second step, implanting carbon ions into the semiconductor substrate, A third step of forming a carbon-doped region in a region including a part of a depth of the well impurity diffusion region and separated from the channel impurity diffusion region; and a gate insulating film on the channel impurity diffusion region. And a fourth step of forming a gate electrode, and introducing a second conductivity-type impurity into the semiconductor substrate using at least the gate electrode as a mask, and forming both gate electrodes in the semiconductor substrate. A fifth step of forming a source / drain impurity diffusion region in a region located on the other side and a sixth step of performing a heat treatment on the semiconductor substrate to activate the impurities introduced into the impurity diffusion regions. Have.

【0063】この方法により、ウエル用不純物拡散領域
の奥方の一部に炭素ドープ領域が形成されるので、第6
の工程において、ウエル領域に存在する過剰な格子間原
子のチャネル方向への拡散が抑制される。したがって、
微細な半導体装置を形成する場合にも、飽和電流値の大
きい、かつ逆短チャネル効果のほとんどない半導体装置
が形成される。
According to this method, a carbon-doped region is formed in a part of the depth of the well impurity diffusion region.
In the step, excessive diffusion of interstitial atoms existing in the well region in the channel direction is suppressed. Therefore,
Even when a fine semiconductor device is formed, a semiconductor device having a large saturation current value and almost no reverse short-channel effect is formed.

【0064】請求項21に記載されるように、請求項2
0において、上記炭素ドープ領域内の炭素濃度が最大と
なる位置は、上記ウエル用不純物拡散領域内の第1導電
型不純物濃度が最大となる位置よりも上方にある。
As described in claim 21, claim 2
At 0, the position where the carbon concentration in the carbon-doped region is maximum is above the position where the first conductivity type impurity concentration in the well impurity diffusion region is maximum.

【0065】この方法により、請求項20の作用効果が
確実に得られる。
According to this method, the operation and effect of the twentieth aspect can be reliably obtained.

【0066】本発明の第5の半導体装置の製造方法は、
請求項22に記載されるように、半導体基板上に炭素が
ドープされた半導体単結晶をエピタキシャル成長させて
炭素ドープエピ層を形成する第1の工程と、上記炭素ド
ープエピ層の上に半導体単結晶をエピタキシャル成長さ
せて表面エピ層を形成する第2の工程と、上記表面エピ
層と上記炭素ドープエピ層と上記半導体基板の一部とに
亘る領域に第1導電型の不純物イオンを注入してウエル
用不純物拡散領域を形成する第3の工程と、上記表面エ
ピ層の上部にしきい値制御レベルの不純物イオンを注入
して、チャネル用不純物拡散領域を形成する第4の工程
と、上記チャネル用不純物拡散領域の上にゲート絶縁膜
及びゲート電極を形成する第5の工程と、少なくとも上
記ゲート電極をマスクとして用いて上記表面エピ層内に
第2導電型不純物を導入し、上記表面エピ層内の上記ゲ
ート電極の両側方に位置する領域にソース・ドレイン用
不純物拡散領域を形成する第6の工程と、上記半導体基
板の熱処理を行い、上記各不純物拡散領域に導入された
不純物を活性化させる第7の工程とを備えている。
According to a fifth method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
23. A first step of epitaxially growing a carbon-doped semiconductor single crystal on a semiconductor substrate to form a carbon-doped epilayer, and epitaxially growing a semiconductor single crystal on the carbon-doped epilayer. A second step of forming a surface epilayer by implanting impurity ions of the first conductivity type into a region extending over the surface epilayer, the carbon-doped epilayer, and a part of the semiconductor substrate. A third step of forming a region, a fourth step of implanting impurity ions at a threshold control level above the surface epilayer to form a channel impurity diffusion region, and a step of forming the channel impurity diffusion region. A fifth step of forming a gate insulating film and a gate electrode thereon, and using a second conductive type impurity in the surface epi layer using at least the gate electrode as a mask. A sixth step of introducing and forming a source / drain impurity diffusion region in a region located on both sides of the gate electrode in the surface epi layer, and performing a heat treatment on the semiconductor substrate to form the impurity diffusion region in each of the impurity diffusion regions. A seventh step of activating the introduced impurities.

【0067】この方法により、半導体基板内における炭
素の導入された領域の深さ方向の位置の制御を容易かつ
正確に行うことができる。したがって、第7の工程にお
いて、炭素ドープエピ層の存在によりウエル領域内の過
剰な格子間原子がチャネル方向に拡散するのが確実に抑
制され、微細な半導体装置を形成する場合にも、飽和電
流値が大きく,逆短チャネル効果のほとんどない半導体
装置が形成される。
According to this method, it is possible to easily and accurately control the position in the depth direction of the region where carbon is introduced in the semiconductor substrate. Therefore, in the seventh step, the excessive interstitial atoms in the well region are surely suppressed from diffusing in the channel direction due to the presence of the carbon-doped epilayer. Even when a fine semiconductor device is formed, the saturation current value can be reduced. And a semiconductor device having little reverse short channel effect is formed.

【0068】[0068]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施形態)以下、電界効果型トランジスタに関
する第1の実施形態について、図1及び図2(a)〜
(d)を参照しながら説明する。図1は炭素ドープ領域
を有するnチャネル型MOSトランジスタの断面図であ
り、図2(a)〜(d)はその製造工程を示す断面図で
ある。
(First Embodiment) Hereinafter, a first embodiment relating to a field effect transistor will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of an n-channel MOS transistor having a carbon-doped region, and FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating the manufacturing steps.

【0069】図1に示すように、p型シリコン基板(又
はp型ウエル)1の上には、シリコン酸化膜からなるゲ
ート絶縁膜4と、ポリシリコン膜からなるゲート電極5
aとが形成されており、このゲート電極5aの両側面上
にはシリコン酸化膜からなるサイドウォール7が形成さ
れている。さらに、p型シリコン基板1内のゲート電極
5aの両側方に位置する領域には、高濃度のn型不純物
を導入して形成されたn型ソース・ドレイン領域10a
が形成されている。そして、本実施形態の特徴は、上記
ソース・ドレイン領域10a内及びその周囲の領域に炭
素ドープ領域Rcdが形成されている点である。
As shown in FIG. 1, on a p-type silicon substrate (or p-type well) 1, a gate insulating film 4 made of a silicon oxide film and a gate electrode 5 made of a polysilicon film are provided.
a are formed, and sidewalls 7 made of a silicon oxide film are formed on both side surfaces of the gate electrode 5a. Further, n-type source / drain regions 10a formed by introducing high-concentration n-type impurities are formed in regions located on both sides of the gate electrode 5a in the p-type silicon substrate 1.
Are formed. A feature of the present embodiment is that a carbon-doped region Rcd is formed in the source / drain region 10a and in the surrounding region.

【0070】一般に、シリコン基板中の炭素はシリコン
基板中に発生した点欠陥である格子間シリコン原子をト
ラップする働きがあるので、炭素がドープされるとシリ
コン基板内における移動可能な格子間シリコン原子の数
が低減する。一方、燐,砒素,ボロン等の不純物は、シ
リコン基板内では格子間シリコン原子とのペアによって
拡散するため、シリコン基板内の炭素ドープ領域では不
純物の拡散が抑制される。したがって、本実施形態のよ
うに、炭素ドープ領域Rcdがn型ソース・ドレイン領
域10aの内部及びその周囲の領域に存在していれば、
n型ソース・ドレイン領域10aの深さ方向及び横方向
への拡散が効果的に抑制され、浅いソース・ドレイン領
域10aの形成によって短チャネル効果を有効に抑制す
ることができる。
Generally, carbon in a silicon substrate has a function of trapping interstitial silicon atoms, which are point defects generated in the silicon substrate. Is reduced. On the other hand, impurities such as phosphorus, arsenic, and boron diffuse in the silicon substrate by pairs with interstitial silicon atoms, so that diffusion of the impurities is suppressed in the carbon-doped region in the silicon substrate. Therefore, if the carbon-doped region Rcd exists inside and around the n-type source / drain region 10a as in the present embodiment,
Diffusion in the depth direction and the lateral direction of the n-type source / drain region 10a is effectively suppressed, and the short channel effect can be effectively suppressed by forming the shallow source / drain region 10a.

【0071】また、炭素ドープ領域Rcdは、n型ソー
ス・ドレイン領域10aで発生する過剰な格子間シリコ
ンのゲート酸化膜方向への濃度勾配をも抑制するので、
逆短チャネル効果の発生を抑制することができる。
The carbon-doped region Rcd also suppresses the concentration gradient of excessive interstitial silicon generated in the n-type source / drain region 10a in the direction of the gate oxide film.
The occurrence of the reverse short channel effect can be suppressed.

【0072】次に、本実施形態に係るnチャネル型MO
Sトランジスタの製造工程について説明する。
Next, the n-channel type MO according to this embodiment will be described.
The manufacturing process of the S transistor will be described.

【0073】まず、図2(a)に示すように、p型シリ
コン基板1の表面を酸化して、厚み8−12nmのシリ
コン酸化膜からなるゲート絶縁膜4を形成する。次に、
基板の全面上に厚み200−300nmのポリシリコン
膜を堆積した後、通常のフォト、エッチング工程を経て
ゲート電極5を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, the surface of a p-type silicon substrate 1 is oxidized to form a gate insulating film 4 made of a silicon oxide film having a thickness of 8 to 12 nm. next,
After a polysilicon film having a thickness of 200 to 300 nm is deposited on the entire surface of the substrate, the gate electrode 5 is formed through a normal photo and etching process.

【0074】次に、図2(b)に示すように、シリコン
酸化膜の堆積と異方性エッチングによるシリコン酸化膜
のエッチバックとによりゲート電極5の両側面上にサイ
ドウォール7を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, sidewalls 7 are formed on both side surfaces of the gate electrode 5 by depositing a silicon oxide film and etching back the silicon oxide film by anisotropic etching.

【0075】次に、図2(c)に示すように、ゲート電
極5とそのサイドウォール7をマスクとして用いて、ゲ
ート電極5と、シリコン基板内のゲート電極の両側方に
位置する領域とに砒素イオンを注入し、ソース・ドレイ
ン用不純物拡散領域10を形成する。注入条件は、加速
エネルギーが30−40keVで、注入量が5×1015
cm-2程度である。
Next, as shown in FIG. 2C, using the gate electrode 5 and its side wall 7 as a mask, the gate electrode 5 and regions located on both sides of the gate electrode in the silicon substrate are formed. Arsenic ions are implanted to form source / drain impurity diffusion regions 10. The implantation conditions are as follows: the acceleration energy is 30-40 keV, and the implantation amount is 5 × 10 15
cm- 2 .

【0076】次に、図2(d)に示すように、ゲート電
極5とサイドウォール7とをマスクとして用いて、ゲー
ト電極5と、シリコン基板1内のゲート電極5の両側方
に位置する領域とに炭素イオンを注入し、炭素ドープ領
域Rcdを形成する。注入条件は、加速エネルギーが1
0−20keVで、注入量が1×1015cm-2程度であ
る(3×1014−2×1015cm-2の範囲が好まし
い)。このとき、炭素ドープ領域Rcdは、砒素イオン
がドープされたソース・ドレイン用不純物拡散領域10
の内部とその周囲を囲む領域とに亘っている。
Next, as shown in FIG. 2D, using the gate electrode 5 and the side wall 7 as a mask, the gate electrode 5 and regions located on both sides of the gate electrode 5 in the silicon substrate 1 are formed. To form a carbon-doped region Rcd. The injection condition is that the acceleration energy is 1
At 0-20 keV, the dose is about 1 × 10 15 cm −2 (preferably in the range of 3 × 10 14 −2 × 10 15 cm −2 ). At this time, the carbon-doped region Rcd is the source / drain impurity diffusion region 10 doped with arsenic ions.
And an area surrounding the inside.

【0077】次に、図2(d)に示す状態で、不純物を
活性化させ結晶欠陥を回復させるべく、850℃,30
分間の熱処理を行って、低抵抗のn型ゲート電極5a
と、n型ソース・ドレイン領域10aとを形成する。そ
の際、砒素イオンが打ち込まれたソース・ドレイン用不
純物拡散領域10と炭素ドープ領域Rcdとがオーバー
ラップしているので、熱処理時における砒素の拡散が抑
制され、n型ソース・ドレイン領域10aを浅くでき
る。すなわち、n型ソース・ドレイン領域10aにおけ
る不純物濃度を高くしながら、ゲート長の縮小に応じス
ケーリング則にしたがった寸法に近い寸法までn型ソー
ス・ドレイン領域10aの深さを浅くしていくことが可
能となる。
Next, in the state shown in FIG. 2D, at 850 ° C. and 30 ° C., in order to activate impurities and recover crystal defects.
Minute heat treatment to form a low-resistance n-type gate electrode 5a.
And an n-type source / drain region 10a. At this time, since the source / drain impurity diffusion region 10 into which arsenic ions are implanted and the carbon-doped region Rcd overlap, diffusion of arsenic during heat treatment is suppressed, and the n-type source / drain region 10a is made shallow. it can. That is, while increasing the impurity concentration in the n-type source / drain region 10a, the depth of the n-type source / drain region 10a is reduced to a size close to the size according to the scaling law in accordance with the reduction in the gate length. It becomes possible.

【0078】ただし、本実施形態及び後述の各実施形態
において、活性化のための熱処理を行う時までにそれと
同等の高温の処理が行われる場合には、その時までに導
入された不純物は活性化されることがある。例えば、図
2(b)に示す工程中で、サイドウォール7を形成する
際、通常のCVD法によりシリコン酸化膜を全面に堆積
すると、高温に長時間さらされる。この場合には、CV
D工程も活性化のための熱処理として機能することにな
る。しかし、低温CVD法よるシリコン酸化膜を堆積す
る場合には、不純物は活性化されない。したがって、各
請求項にいう熱処理とは、高温CVD法による処理等も
含まれる概念である。
However, in this embodiment and each of the following embodiments, when a high-temperature treatment equivalent to the heat treatment for activation is performed before the heat treatment for activation is performed, the impurities introduced up to that time are not activated. May be done. For example, in forming the sidewall 7 in the step shown in FIG. 2B, if a silicon oxide film is deposited on the entire surface by a normal CVD method, it is exposed to a high temperature for a long time. In this case, CV
Step D also functions as a heat treatment for activation. However, when a silicon oxide film is deposited by a low-temperature CVD method, impurities are not activated. Therefore, the heat treatment referred to in each claim is a concept including a treatment by a high-temperature CVD method and the like.

【0079】(第2の実施形態)次に、第2の実施形態
について説明する。図3は、第2の実施形態におけるn
チャネルチャネル型MOSトランジスタの断面図であ
る。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described. FIG. 3 shows n in the second embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a channel-channel MOS transistor.

【0080】同図に示すように、本実施形態に係るnチ
ャネル型MOSトランジスタにおいては、第1の実施形
態に係るトランジスタの炭素ドープ領域Rcdがn型ソ
ース・ドレイン10aの内部のみに形成されている。
As shown in the figure, in the n-channel MOS transistor according to the present embodiment, the carbon doped region Rcd of the transistor according to the first embodiment is formed only inside the n-type source / drain 10a. I have.

【0081】一般に、炭素ドープ領域Rcd内の炭素に
よってトラップされた格子間シリコン原子は、炭素とシ
リコン原子のクラスタを形成する。したがって、このよ
うなクラスタがpn接合近辺(特に不純物濃度の低いp
型シリコン基板側)に存在すると、空乏層が広がった場
合にpn接合リークを増大させる虞れもある。すなわ
ち、第1の実施形態のように、n型ソース・ドレイン領
域10aとp型シリコン基板1(基板領域)との間のp
n接合を炭素ドープ領域Rcdが内包していると、トラ
ンジスタの種類や使用条件によっては、接合リークを増
大させることがないとはいえない。
Generally, the interstitial silicon atoms trapped by carbon in the carbon-doped region Rcd form a cluster of carbon and silicon atoms. Therefore, such a cluster is formed in the vicinity of the pn junction (particularly, p with a low impurity concentration).
If the depletion layer is widened, the pn junction leakage may be increased when the depletion layer is spread. That is, as in the first embodiment, the p-type region between the n-type source / drain region 10a and the p-type silicon substrate 1 (substrate region) is removed.
If the n-junction is included in the carbon-doped region Rcd, it cannot be said that junction leakage does not increase depending on the type of transistor and operating conditions.

【0082】そこで、本実施形態のように炭素ドープ領
域Rcdがソース・ドレイン用不純物拡散領域10の内
部に存在していることで、pn接合近辺でp型シリコン
基板1側でのクラスタの発生を抑制することができ、p
n接合リークを確実に抑制しつつ短チャネル特性を改善
することができる。
Therefore, since the carbon-doped region Rcd exists inside the source / drain impurity diffusion region 10 as in the present embodiment, the generation of clusters on the p-type silicon substrate 1 near the pn junction is prevented. Can be suppressed, p
Short channel characteristics can be improved while reliably suppressing n-junction leakage.

【0083】なお、本実施形態に係るトランジスタの製
造工程については説明を省略するが、図2(d)に示す
工程で、炭素イオンの注入を行う際の加速エネルギーを
少し弱めにすることで、容易に実現できる。
Although the description of the manufacturing process of the transistor according to the present embodiment is omitted, in the process shown in FIG. 2D, the acceleration energy at the time of implanting carbon ions is slightly weakened. Can be easily realized.

【0084】(第3の実施形態)次に、第3の実施形態
について説明する。図4は、第3の実施形態に係るnチ
ャネル型MOSトランジスタの断面図である。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described. FIG. 4 is a sectional view of an n-channel MOS transistor according to the third embodiment.

【0085】本実施形態に係るトランジスタは、上記第
1の実施形態に係るトランジスタとは異なり、いわゆる
LDD構造を有する。すなわち、高濃度の砒素が導入さ
れたn型ソース・ドレイン領域10aとゲート電極5a
の直下方に位置する領域(チャネル領域)との間に、低
濃度のn型不純物を導入してなるn型低濃度ソース・ド
レイン領域(n型extension )12aが設けられてい
る。その他のMOSトランジスタの基本的な構成は上記
第1の実施形態と同じである。そして、本実施形態の特
徴部分は、n型低濃度ソース・ドレイン領域12aを包
含する領域に炭素ソープと領域Rcdが形成されている
点である。そして、この炭素ドープ領域Rcdは、高濃
度のn型不純物がドープされたn型ソース・ドレイン領
域10aの内部にも形成されている。
The transistor according to this embodiment has a so-called LDD structure, unlike the transistor according to the first embodiment. That is, the n-type source / drain region 10a into which high concentration arsenic is introduced and the gate electrode 5a
An n-type low-concentration source / drain region (n-type extension) 12a formed by introducing a low-concentration n-type impurity is provided between the region and the region (channel region) located immediately below. The other basic configuration of the MOS transistor is the same as that of the first embodiment. The feature of this embodiment is that a carbon soap and a region Rcd are formed in a region including the n-type low concentration source / drain region 12a. The carbon-doped region Rcd is also formed inside the n-type source / drain region 10a doped with a high-concentration n-type impurity.

【0086】上述のように、炭素ソープと領域Rcd内
では不純物の拡散が抑制される。本実施形態では、n型
低濃度ソース・ドレイン領域12a内に炭素がドープさ
れていることにより、n型低濃度ソース・ドレイン領域
12aの深さ方向及び横方向への拡散が効果的に抑制さ
れ、短チャネル特性が改善される。
As described above, diffusion of impurities is suppressed in the carbon soap and the region Rcd. In the present embodiment, since the n-type low-concentration source / drain regions 12a are doped with carbon, diffusion of the n-type low-concentration source / drain regions 12a in the depth direction and the lateral direction is effectively suppressed. , Short channel characteristics are improved.

【0087】さらに、炭素ドープ領域Rcdはn型ソー
ス・ドレイン領域10aとも一部重なるため、n型ソー
ス・ドレインの深さ方向及び横方向への拡散をも抑制
し、短チャネル特性がさらに改善される。
Further, since the carbon-doped region Rcd partially overlaps with the n-type source / drain regions 10a, diffusion of the n-type source / drain in the depth direction and the lateral direction is also suppressed, and the short channel characteristics are further improved. You.

【0088】また、本実施形態では、炭素ドープ領域R
cd内の炭素が、n型低濃度ソース・ドレイン領域12
aやn型ソース・ドレイン領域10aで発生する過剰な
格子間シリコンのゲート酸化膜方向への濃度勾配を抑制
する。したがって、格子間シリコンによってチャネル領
域における基板表面付近の不純物濃度が過剰に高くなる
のを有効に防止することができ、しきい値電圧が上昇す
る等の逆短チャネル効果の発生を抑制することができ
る。
In this embodiment, the carbon doped region R
The carbon in cd is the n-type low concentration source / drain region 12
The concentration gradient of excessive interstitial silicon in the a and n-type source / drain regions 10a in the direction of the gate oxide film is suppressed. Therefore, it is possible to effectively prevent the impurity concentration near the substrate surface in the channel region from being excessively increased by the interstitial silicon, and to suppress the occurrence of the reverse short channel effect such as an increase in the threshold voltage. it can.

【0089】次に、本実施形態に係るnチャネル型MO
Sトランジスタの製造工程について、図5(a)−
(d)を参照しながら説明する。
Next, the n-channel type MO according to this embodiment
FIG. 5A shows the manufacturing process of the S transistor.
This will be described with reference to FIG.

【0090】まず、図5(a)に示すように、p型シリ
コン基板1の表面を酸化して、厚み8−12nmのシリ
コン酸化膜からなるゲート絶縁膜4を形成する。次に、
基板の全面上に厚み200−300nmのポリシリコン
膜を堆積した後、通常のフォト、エッチング工程を経て
ゲート電極5を形成する。
First, as shown in FIG. 5A, the surface of the p-type silicon substrate 1 is oxidized to form a gate insulating film 4 made of a silicon oxide film having a thickness of 8 to 12 nm. next,
After a polysilicon film having a thickness of 200 to 300 nm is deposited on the entire surface of the substrate, the gate electrode 5 is formed through a normal photo and etching process.

【0091】次に、図5(b)に示すように、ゲート電
極5をマスクとして用いて、ゲート電極5と、シリコン
基板内のゲート電極5の両側方に位置する領域とに砒素
イオンを注入しソース・ドレイン用不純物拡散領域10
を形成する。注入条件は、加速エネルギーが10−30
keVで、注入量が1−5×1014cm-2程度である。
Next, as shown in FIG. 5B, arsenic ions are implanted into the gate electrode 5 and regions located on both sides of the gate electrode 5 in the silicon substrate using the gate electrode 5 as a mask. Source / drain impurity diffusion region 10
To form The injection condition is such that the acceleration energy is 10-30.
At keV, the implantation amount is about 1-5 × 10 14 cm −2 .

【0092】次に、図5(c)に示すように、ゲート電
極5をマスクとして用いて、ゲート電極5と、シリコン
基板1内のゲート電極5の両側方に位置する領域とに炭
素イオンを注入し、炭素ドープ領域Rcdを形成する。
注入条件は、加速エネルギーが10−20keVで、注
入量が1×1015cm-2程度である(3×1014−2×
1015cm-2の範囲が好ましい)。このとき、炭素ドー
プ領域Rcdは、砒素イオンがドープされたソース・ド
レイン用不純物拡散領域10の内部とその周囲を囲む領
域とに亘っている。
Next, as shown in FIG. 5C, using the gate electrode 5 as a mask, carbon ions are implanted into the gate electrode 5 and regions located on both sides of the gate electrode 5 in the silicon substrate 1. Implantation is performed to form a carbon-doped region Rcd.
The implantation conditions are as follows: the acceleration energy is 10-20 keV, and the implantation amount is about 1 × 10 15 cm −2 (3 × 10 14 −2 ×
A range of 10 15 cm -2 is preferred). At this time, the carbon-doped region Rcd extends over the inside of the source / drain impurity diffusion region 10 doped with arsenic ions and a region surrounding the inside.

【0093】次に、図5(d)に示すように、シリコン
酸化膜の堆積と異方性エッチングによるシリコン酸化膜
のエッチバックとによりゲート電極5の両側面上にサイ
ドウォール7を形成する。さらに、図5(d)に示す状
態で、各不純物を活性化させ結晶欠陥を回復させるべ
く、850℃,30分間の熱処理を行って、低抵抗のn
型ゲート電極5aと、n型ソース・ドレイン領域10a
と、n型低濃度ソース・ドレイン領域(n型extension
)12aとを形成する。その際、ソース・ドレイン用
不純物拡散領域10と炭素ドープ領域Rcdとが互いに
オーバーラップしているので、上述の炭素による不純物
の拡散を抑制する機能によって、n型低濃度ソース・ド
レイン領域12aの深さ及び横方向への広がりが抑制さ
れる。したがって、短チャネル効果及び逆短チャネル効
果を確実に抑制することができる。
Next, as shown in FIG. 5D, sidewalls 7 are formed on both side surfaces of the gate electrode 5 by depositing a silicon oxide film and etching back the silicon oxide film by anisotropic etching. Further, in the state shown in FIG. 5D, a heat treatment at 850 ° C. for 30 minutes is performed to activate each impurity and recover crystal defects, thereby forming a low resistance n.
Gate electrode 5a and n-type source / drain region 10a
And n-type low concentration source / drain regions (n-type extension
) 12a. At this time, the source / drain impurity diffusion region 10 and the carbon-doped region Rcd overlap with each other. The spread in the lateral direction is suppressed. Therefore, the short channel effect and the inverse short channel effect can be reliably suppressed.

【0094】ただし、上述のように、活性化のための熱
処理を行う時までにそれと同等の高温の処理が行われる
場合には、その時までに導入された不純物は活性化され
るので、図5(d)に示す工程中で、サイドウォール7
を形成する際、通常のCVD法によりシリコン酸化膜を
全面に堆積すると、高温に長時間さらされる(例えば7
00−850℃に数時間)。このような高温のCVDを
用いる場合には、その時点でn型低濃度ソース・ドレイ
ン領域12aが形成されるが、本実施形態では、炭素ド
ープ領域Rcdが形成されているので、長時間高温にさ
らすCVD処理が行われても、n型低濃度ソース・ドレ
イン領域12aの不純物分布の広がりを十分抑制するこ
とができる。
However, as described above, if the same high-temperature treatment is performed before the heat treatment for activation is performed, the impurities introduced up to that time are activated. In the step shown in FIG.
When a silicon oxide film is deposited on the entire surface by a normal CVD method during the formation of
00-850 ° C for several hours). When such high-temperature CVD is used, the n-type low-concentration source / drain regions 12a are formed at that time. However, in this embodiment, since the carbon-doped region Rcd is formed, the high-temperature Even if a trivial CVD process is performed, the spread of the impurity distribution in the n-type low concentration source / drain region 12a can be sufficiently suppressed.

【0095】(第4の実施形態)次に、第4の実施形態
について説明する。図6は、本実施形態に係るLDD構
造のnチャネル型MOSトランジスタの断面図である。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 6 is a sectional view of an n-channel MOS transistor having an LDD structure according to the present embodiment.

【0096】同図に示すように、本実施形態に係るトラ
ンジスタの基本的な構造は、上記第3の実施形態におけ
るトランジスタの構造と同じである。ただし、本実施形
態においては、炭素ドープ領域Rcdは、n型低濃度ソ
ース・ドレイン領域12aの内部とn型ソース・ドレイ
ン領域10aの内部に亘って形成されている。
As shown in the figure, the basic structure of the transistor according to the present embodiment is the same as the structure of the transistor according to the third embodiment. However, in the present embodiment, the carbon-doped region Rcd is formed over the inside of the n-type low-concentration source / drain region 12a and the inside of the n-type source / drain region 10a.

【0097】本実施形態では、上記第3の実施形態に比
べ、炭素ドープ領域Rcdが低濃度ソース・ドレイン領
域12aと基板領域との間のpn接合部には存在しない
ので、上記第2の実施形態と同様の機能によってpn接
合近辺におけるp型シリコン基板側でのクラスタの発生
を抑制することができる。したがって、pn接合リーク
を抑制しつつ短チャネル特性を改善することができる。
In the present embodiment, the carbon-doped region Rcd does not exist at the pn junction between the low-concentration source / drain region 12a and the substrate region as compared with the third embodiment, and therefore, the second embodiment The function similar to that of the embodiment makes it possible to suppress the generation of clusters on the p-type silicon substrate side near the pn junction. Therefore, short channel characteristics can be improved while suppressing pn junction leakage.

【0098】なお、本実施形態に係るトランジスタの製
造工程の説明は省略するが、図5(c)に示す工程で、
炭素イオンの注入を行う際の加速エネルギーを少し弱め
にすることで、容易に実現できる。
Although the description of the manufacturing process of the transistor according to this embodiment is omitted, the process shown in FIG.
It can be easily realized by slightly weakening the acceleration energy when implanting carbon ions.

【0099】(第5の実施形態)次に、第5の実施形態
について説明する。図7は本実施形態に係るnチャネル
型MOSトランジスタの断面図である。
(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment will be described. FIG. 7 is a sectional view of the n-channel MOS transistor according to the present embodiment.

【0100】同図に示すように、本実施形態に係るトラ
ンジスタもn型低濃度ソース・ドレイン領域(n型exte
nsion )12aを備えている点では、上記第3,第4の
実施形態に係るトランジスタとの構造と同じである。た
だし、本実施形態では、最終の仕上がり状態ではサイド
ウォールがなくなっており、かつゲート電極5aの上と
n型ソース・ドレイン領域10aの上とに、それぞれ低
抵抗のシリサイド層21a,21bが形成されている。
そして、炭素ドープ領域Rcdは、各シリサイド層21
a,21bをマスクとする炭素イオンの注入によって形
成されており、n型低濃度ソース・ドレイン領域12a
とその周囲の領域のみに形成されている。
As shown in the figure, the transistor according to the present embodiment also has n-type low concentration source / drain regions (n-type exte
The structure of the transistor according to the third and fourth embodiments is the same as that of the transistor according to the third and fourth embodiments. However, in this embodiment, the sidewalls are eliminated in the final finished state, and low-resistance silicide layers 21a and 21b are formed on the gate electrode 5a and the n-type source / drain regions 10a, respectively. ing.
The carbon-doped region Rcd is formed in each silicide layer 21.
a, 21b are formed by implantation of carbon ions using the n-type low-concentration source / drain regions 12a as masks.
Is formed only in the region around it.

【0101】本実施形態では、短チャネル効果の抑制に
加えて、ゲート電極及びn型ソース・ドレイン領域の低
抵抗化を図ることができる。
In the present embodiment, the resistance of the gate electrode and the n-type source / drain regions can be reduced in addition to the suppression of the short channel effect.

【0102】(第6の実施形態)次に、第6の実施形態
について説明する。図8は本実施形態に係るnチャネル
型MOSトランジスタの断面図である。
(Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment will be described. FIG. 8 is a sectional view of the n-channel MOS transistor according to the present embodiment.

【0103】同図に示すように、本実施形態に係るトラ
ンジスタの構造は、上記第5の実施形態に係るトランジ
スタの構造と基本的に同じである。ただし、本実施形態
では、炭素ドープ領域Rcdがn型低濃度ソース・ドレ
イン領域12aの内部のみに形成されており、n型低濃
度ソース・ドレイン領域12aとシリコン基板1(基板
領域)との間のpn接合部には炭素が導入されていな
い。したがって、上記第5の実施形態に比べて、接合リ
ークの増大を回避できる利点がある。
As shown in the figure, the structure of the transistor according to the present embodiment is basically the same as the structure of the transistor according to the fifth embodiment. However, in the present embodiment, the carbon-doped region Rcd is formed only inside the n-type low-concentration source / drain region 12a, and between the n-type low-concentration source / drain region 12a and the silicon substrate 1 (substrate region). No carbon has been introduced into the pn junction of. Therefore, there is an advantage that an increase in junction leak can be avoided as compared with the fifth embodiment.

【0104】特に、n型ソース・ドレイン領域10a内
には炭素ドープ領域Rcdが形成されていないので、n
型ソース・ドレイン領域10a内における不純物の拡散
には影響を与えることなく、n型低濃度ソース・ドレイ
ン領域12aの不純物の拡散のみを抑制したいときに有
利な構造となる。
In particular, since no carbon-doped region Rcd is formed in the n-type source / drain region 10a, n
This structure is advantageous when it is desired to suppress only the diffusion of impurities in the n-type low concentration source / drain regions 12a without affecting the diffusion of impurities in the source / drain regions 10a.

【0105】次に、図9(a)−(d)を参照しながら
本実施形態に係るnチャネル型MOSトランジスタの製
造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing an n-channel MOS transistor according to this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0106】まず、図9(a)に示すように、p型シリ
コン基板1の表面を酸化して、厚み8−12nmのシリ
コン酸化膜からなるゲート絶縁膜4を形成する。次に、
基板の全面上に厚み200−300nmのポリシリコン
膜を堆積した後、通常のフォト、エッチング工程を経て
ゲート電極5を形成する。次に、シリコン酸化膜の堆積
と異方性エッチングによるシリコン酸化膜のエッチバッ
クとによりゲート電極5の両側面上にサイドウォール7
を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, the surface of the p-type silicon substrate 1 is oxidized to form a gate insulating film 4 made of a silicon oxide film having a thickness of 8 to 12 nm. next,
After a polysilicon film having a thickness of 200 to 300 nm is deposited on the entire surface of the substrate, the gate electrode 5 is formed through a normal photo and etching process. Next, sidewalls 7 are formed on both side surfaces of the gate electrode 5 by depositing a silicon oxide film and etching back the silicon oxide film by anisotropic etching.
To form

【0107】次に、ゲート電極5とそのサイドウォール
7をマスクとして用いて、ゲート電極5と、シリコン基
板内のゲート電極の両側方に位置する領域とに砒素イオ
ンを注入し、ソース・ドレイン用不純物拡散領域10を
形成する。注入条件は、加速エネルギーが30−40k
eVで、注入量が5×1015cm-2程度である。
Next, arsenic ions are implanted into the gate electrode 5 and regions located on both sides of the gate electrode in the silicon substrate by using the gate electrode 5 and its side wall 7 as a mask, and the source / drain An impurity diffusion region 10 is formed. The injection condition is that the acceleration energy is 30-40k.
In eV, the implantation amount is about 5 × 10 15 cm −2 .

【0108】次に、図9(b)に示すように、サイドウ
ォール7を選択的にオーバーエッチングして、サイドウ
ォール7を後退させる。
Next, as shown in FIG. 9B, the side wall 7 is selectively over-etched to retreat the side wall 7.

【0109】次に、図9(c)に示すように、シリコン
基板1の露出している面とゲート電極5の上とに高融点
金属膜(例えばチタン膜)を形成した後シリサイド化さ
せて、露出しているシリコンと反応させてシリサイド層
を形成した後、チタン膜を除去し、さらに熱処理を行っ
て、ゲート電極5の上とソース・ドレイン用不純物拡散
領域10との上にシリサイド層21a,21bを形成す
る。
Next, as shown in FIG. 9C, a refractory metal film (for example, a titanium film) is formed on the exposed surface of the silicon substrate 1 and on the gate electrode 5 and then silicidized. After reacting with the exposed silicon to form a silicide layer, the titanium film is removed, and a heat treatment is further performed to form a silicide layer 21 a on the gate electrode 5 and the source / drain impurity diffusion region 10. , 21b.

【0110】次に、図9(d)に示すように、サイドウ
ォール7を除去した後、各シリサイド層21a,21b
をマスクとして、基板内に低濃度の燐イオンを注入し、
低濃度ソース・ドレイン用不純物拡散領域を形成する
(図示せず)。注入条件は、加速エネルギーが10−3
0keVで、注入量が1−5×1014cm-2程度であ
る。さらに、各シリサイド層21a,21bをマスクと
して、基板内に炭素イオンを注入し、炭素ドープ領域R
cdを形成する。注入条件は、加速エネルギーが10−
20keVで、注入量が1×1015cm-2程度である
(3×1014−2×1015cm-2の範囲が好ましい)。
その後、各不純物を活性化させ結晶欠陥を回復させるべ
く、850℃,30分間の熱処理を行って、低抵抗のn
型ゲート電極5aと、n型ソース・ドレイン領域10a
と、n型低濃度ソース・ドレイン領域(n型extension
)12aとを形成する。
Next, as shown in FIG. 9D, after removing the sidewalls 7, the respective silicide layers 21a and 21b are removed.
Is used as a mask to implant low-concentration phosphorus ions into the substrate,
A low concentration source / drain impurity diffusion region is formed (not shown). The injection condition is such that the acceleration energy is 10-3.
At 0 keV, the injection amount is about 1-5 × 10 14 cm −2 . Further, using the silicide layers 21a and 21b as a mask, carbon ions are implanted into the substrate to form carbon doped regions R.
forming a cd. The injection conditions are as follows:
At 20 keV, the dose is about 1 × 10 15 cm −2 (preferably in the range of 3 × 10 14 −2 × 10 15 cm −2 ).
Thereafter, a heat treatment is performed at 850 ° C. for 30 minutes in order to activate each impurity and recover crystal defects, to thereby obtain a low-resistance n.
Gate electrode 5a and n-type source / drain region 10a
And n-type low concentration source / drain regions (n-type extension
) 12a.

【0111】以上の工程によって、n型低濃度ソース・
ドレイン領域12aの内部のみに炭素ドープ領域Rcd
を形成することができる。なお、上記第5の実施形態の
ごとく炭素ドープ領域Rcdがn型ソース・ドレイン領
域10aに亘っていてもよい場合には、図9(b)に示
すサイドウォールの後退処理は行う必要がない。
Through the above steps, the n-type low concentration source
Only in the inside of the drain region 12a is the carbon doped region Rcd
Can be formed. When the carbon-doped region Rcd may extend over the n-type source / drain region 10a as in the fifth embodiment, it is not necessary to perform the sidewall retreating process shown in FIG. 9B.

【0112】なお、本実施形態では、シリサイド化を行
う際に高温に維持されるので、ゲート電極5内及びソー
ス・ドレイン用不純物拡散領域10内の砒素が活性化さ
れる。
In this embodiment, arsenic in the gate electrode 5 and the source / drain impurity diffusion region 10 is activated because the temperature is maintained at a high temperature when silicidation is performed.

【0113】(第7の実施形態)次に、第7の実施形態
について説明する。図10は、第7の実施形態に係るn
チャネル型MOSトランジスタの断面図である。
(Seventh Embodiment) Next, a seventh embodiment will be described. FIG. 10 shows n according to the seventh embodiment.
It is sectional drawing of a channel type MOS transistor.

【0114】同図に示すように、本実施形態に係るトラ
ンジスタは、上記第3の実施形態に係るトランジスタの
構造(図4参照)に加えて、n型低濃度ソース・ドレイ
ン領域(n型extension )12aの下方に形成されたp
型ポケット領域15aを備えている。ただし、炭素ドー
プ領域Rcdが形成されている領域は上記第3の実施形
態と同じであるので、p型ポケット領域15aの一部に
も炭素がドープされている。
As shown in the figure, the transistor according to the present embodiment has an n-type low-concentration source / drain region (n-type extension) in addition to the structure of the transistor according to the third embodiment (see FIG. 4). P) formed below 12a
A mold pocket region 15a is provided. However, since the region where the carbon-doped region Rcd is formed is the same as that of the third embodiment, a part of the p-type pocket region 15a is also doped with carbon.

【0115】したがって、本実施形態では、上記第3の
実施形態と同様の効果を発揮することができるに加え
て、炭素ドープ領域Rcdがp型ポケット領域15aの
一部と重なっているので、p型ポケット領域15aにお
ける不純物分布の広がりを抑えることができる。したが
って、効果的に短チャネル効果を抑制した上で拡散容量
の増加も抑制することができる。
Therefore, in this embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained, and in addition, since the carbon-doped region Rcd overlaps a part of the p-type pocket region 15a, The spreading of the impurity distribution in the mold pocket region 15a can be suppressed. Therefore, it is possible to effectively suppress the short channel effect and also suppress an increase in the diffusion capacitance.

【0116】なお、本実施形態における製造工程の説明
は省略するが、従来の製造工程(図22(a)−f)参
照)における図22(d)に示す工程で、炭素イオンの
注入を行うことにより、容易に実現できる。
Although description of the manufacturing process in this embodiment is omitted, carbon ions are implanted in the process shown in FIG. 22D in the conventional manufacturing process (see FIGS. 22A to 22F). This can be easily realized.

【0117】(第8の実施形態)次に、第8の実施形態
について説明する。図11は、本実施形態に係るnチャ
ネルチャネル型MOSトランジスタの断面図である。
(Eighth Embodiment) Next, an eighth embodiment will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view of the n-channel MOS transistor according to the present embodiment.

【0118】図11に示すように、p型シリコン基板1
(あるいはp型ウエル)の上には、ゲート絶縁膜4とn
型ゲート電極5aとが形成され、シリコン基板1内に
は、n型ソース・ドレイン領域10aが形成されてい
る。さらに、シリコン基板1内のn型ゲート電極5aの
直下方に位置する領域にしきい値制御レベルのp型不純
物を導入してチャネル用p型半導体領域(以下、p型チ
ャネル領域と呼ぶ)16aが形成されている。そして、
本実施形態の特徴は、上記n型ソース・ドレイン領域1
0a及びチャネル領域16aを含み、かつ両者の下方の
基板領域を含む領域に炭素を導入した炭素ドープ領域R
cdが形成されている。
As shown in FIG. 11, the p-type silicon substrate 1
(Or p-type well), the gate insulating film 4 and n
A gate electrode 5a is formed, and an n-type source / drain region 10a is formed in the silicon substrate 1. Further, a p-type impurity at a threshold control level is introduced into a region located immediately below the n-type gate electrode 5a in the silicon substrate 1 to form a channel p-type semiconductor region (hereinafter referred to as a p-type channel region) 16a. Is formed. And
The feature of this embodiment is that the n-type source / drain region 1
0a and a channel region 16a, and a carbon-doped region R in which carbon is introduced into a region including a substrate region below both.
cd is formed.

【0119】上述のように、炭素ドープ領域Rcd中の
炭素は不純物の拡散を抑制するので、本実施形態のよう
に炭素ドープ領域Rcdがp型チャネル領域16aとn
型ソース・ドレイン10aとを内包していれば、p型チ
ャネル領域16aの不純物分布の広がりを抑えて急峻な
深さ方向分布をもつp型チャネル領域16aが形成され
ると同時に、n型ソース・ドレイン領域10aの深さ方
向及び横方向への拡散を効果的に抑制する。その結果、
高い飽和電流値を確保しつつ短チャネル特性を改善する
ことができる。
As described above, since carbon in the carbon-doped region Rcd suppresses diffusion of impurities, the carbon-doped region Rcd has the p-type channel region 16a and the n-type
If the n-type source / drain 10a is included, the p-type channel region 16a having a steep depth distribution is suppressed by suppressing the spread of the impurity distribution in the p-type channel region 16a, and at the same time, the n-type source / drain 10a is formed. Diffusion in the depth direction and the lateral direction of the drain region 10a is effectively suppressed. as a result,
It is possible to improve short channel characteristics while securing a high saturation current value.

【0120】さらに、炭素ドープ領域Rcdは、n型ソ
ース・ドレイン領域10aで発生する過剰な格子間シリ
コンのゲート酸化膜方向への濃度勾配を抑制するので、
逆短チャネル効果の発生を抑制するという効果も発揮す
ることができる。
Further, the carbon-doped region Rcd suppresses the concentration gradient of excessive interstitial silicon generated in the n-type source / drain region 10a toward the gate oxide film.
The effect of suppressing the occurrence of the inverse short channel effect can also be exhibited.

【0121】本実施形態では、チャネル領域としてp型
チャネル領域を例にしたが、n型チャネル領域の場合で
も同様の効果を発揮することができる。
In the present embodiment, the p-type channel region is taken as an example of the channel region, but the same effect can be exerted in the case of the n-type channel region.

【0122】(第9の実施形態)次に、第9の実施形態
について説明する。図12は、本実施形態に係るnチャ
ネル型MOSトランジスタの断面図である。
(Ninth Embodiment) Next, a ninth embodiment will be described. FIG. 12 is a sectional view of the n-channel MOS transistor according to the present embodiment.

【0123】同図に示すように、本実施形態に係るトラ
ンジスタの構造は、上記第8の実施形態に係るトランジ
スタの構造とほとんど同じである。ただし、図11に示
す第8の実施形態では、ドープ領域Rcdはp型シリコ
ン基板1の表面に接していたが、本実施形態において
は、炭素ドープ領域Rcdはp型シリコン基板1の表面
付近の領域を含まないように、つまりp型シリコン基板
1の表面に接しないように形成されている。
As shown in the figure, the structure of the transistor according to the present embodiment is almost the same as the structure of the transistor according to the eighth embodiment. However, in the eighth embodiment shown in FIG. 11, the doped region Rcd is in contact with the surface of the p-type silicon substrate 1, but in the present embodiment, the carbon doped region Rcd is located near the surface of the p-type silicon substrate 1. It is formed so as not to include the region, that is, not to be in contact with the surface of the p-type silicon substrate 1.

【0124】通常、ゲート絶縁膜4は、p型シリコン基
板1の表面を酸化して形成されるシリコン酸化膜によっ
て構成されているが、上記第8の実施形態のごとく炭素
ドープ領域Rcdがゲート絶縁膜4に接していると、酸
化膜中に炭素が取り込まれ、ゲート酸化膜の耐圧が劣化
することがある。したがって、本実施形態のごとく炭素
ドープ領域Rcdがp型シリコン基板1の表面に接しな
いように形成されているので、ゲート酸化膜の耐圧を劣
化することなく、上記第8の実施形態と同じ効果を発揮
することができる。
Normally, the gate insulating film 4 is formed of a silicon oxide film formed by oxidizing the surface of the p-type silicon substrate 1. However, as in the eighth embodiment, the carbon doped region Rcd has a gate insulating film. When in contact with the film 4, carbon is taken into the oxide film, and the breakdown voltage of the gate oxide film may be deteriorated. Therefore, since the carbon-doped region Rcd is formed so as not to be in contact with the surface of the p-type silicon substrate 1 as in this embodiment, the same effect as in the eighth embodiment can be obtained without deteriorating the breakdown voltage of the gate oxide film. Can be demonstrated.

【0125】ただし、ゲート絶縁膜がシリコン酸化膜以
外の材料で構成されている場合には、炭素ドープ領域R
cdがp型シリコン基板1の表面に接していても、耐圧
の劣化等を招くことはない。
However, when the gate insulating film is made of a material other than the silicon oxide film, the carbon doped region R
Even if cd is in contact with the surface of the p-type silicon substrate 1, it does not cause deterioration of the breakdown voltage or the like.

【0126】次に、本実施形態に係るnチャネルチャネ
ル型MOSトランジスタの製造工程について、図13
(a)〜(e)を参照しながら説明する。
Next, the manufacturing process of the n-channel MOS transistor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to (a) to (e).

【0127】図13(a)に示すように、p型シリコン
基板1の表面付近の領域に、しきい値制御レベルの濃度
のホウ素イオンを注入し、チャネル用不純物拡散領域1
6を形成する。注入条件は、加速エネルギーが20−6
0keVで、注入量が4−6×1012cm-2である。
As shown in FIG. 13A, boron ions having a concentration of a threshold control level are implanted into a region near the surface of the p-type silicon substrate 1 so that the channel impurity diffusion region
6 is formed. The injection condition is such that the acceleration energy is 20-6.
At 0 keV, the dose is 4-6 × 10 12 cm −2 .

【0128】次に、図13(b)に示すように、炭素イ
オンをp型シリコン基板1内に注入し、p型不純物が導
入されたチャネル用不純物拡散領域16と一部重なりか
つp型シリコン基板1の表面に接しないように炭素ドー
プ領域Rcdを形成する。このとき、炭素イオンの注入
条件は、加速エネルギーが30keV程度で、注入量が
1×1015cm-2程度である(3×1014〜2×1015
cm-2の範囲が好ましい)。
Next, as shown in FIG. 13B, carbon ions are implanted into the p-type silicon substrate 1 to partially overlap the channel impurity diffusion region 16 into which the p-type impurity is introduced, and The carbon-doped region Rcd is formed so as not to contact the surface of the substrate 1. At this time, the implantation conditions of the carbon ions are such that the acceleration energy is about 30 keV and the implantation amount is about 1 × 10 15 cm −2 (3 × 10 14 to 2 × 10 15).
cm -2 is preferred).

【0129】次に、図13(c)に示すように、p型シ
リコン基板1の表面を酸化して、厚みが8−12nmの
ゲート絶縁膜4を形成する。
Next, as shown in FIG. 13C, the surface of the p-type silicon substrate 1 is oxidized to form a gate insulating film 4 having a thickness of 8 to 12 nm.

【0130】次に、図13(d)に示すように、全面に
厚みが200−300nmのポリシリコン膜を堆積した
後、通常のフォト、エッチング工程を経てゲート電極5
を形成する。次に、ゲート電極5の両側面上にサイドウ
ォール7を形成する。
Next, as shown in FIG. 13D, after a polysilicon film having a thickness of 200 to 300 nm is deposited on the entire surface, the gate electrode 5 is subjected to ordinary photo and etching steps.
To form Next, sidewalls 7 are formed on both side surfaces of the gate electrode 5.

【0131】次に、図13(e)に示すように、ゲート
電極5及びサイドウォール7をマスクとして用い、ゲー
ト電極5と、p型シリコン基板1内のゲート電極5の両
側方に位置する領域とに高濃度の砒素イオンを注入し、
ソース・ドレイン用不純物拡散領域10を形成する。こ
のとき、砒素イオンが導入されたソース・ドレイン用不
純物拡散領域10は炭素ドープ領域Rcdよりも浅い。
注入条件は、加速エネルギーが30〜40keVで、注
入量が5×1015cm-2程度である。次に、導入された
不純物を活性化し結晶欠陥を回復させるため850℃、
30分の熱処理を行って、ゲート電極5を低抵抗のn型
ゲート電極5aにするとともに、シリコン基板1内に、
p型チャネル領域16aとn型ソース・ドレイン領域1
0aとを形成する。
Next, as shown in FIG. 13E, using the gate electrode 5 and the side wall 7 as a mask, the gate electrode 5 and regions located on both sides of the gate electrode 5 in the p-type silicon substrate 1 are formed. And then implant high concentration arsenic ions,
The source / drain impurity diffusion region 10 is formed. At this time, the source / drain impurity diffusion region 10 into which arsenic ions are introduced is shallower than the carbon-doped region Rcd.
The implantation conditions are such that the acceleration energy is 30 to 40 keV and the implantation amount is about 5 × 10 15 cm −2 . Next, at 850 ° C. to activate the introduced impurities and recover crystal defects.
By performing a heat treatment for 30 minutes, the gate electrode 5 is turned into a low-resistance n-type gate electrode 5a.
p-type channel region 16a and n-type source / drain region 1
0a.

【0132】ただし、図13(d)に示す工程で、通常
のCVD法によりシリコン酸化膜の堆積を行う場合に
は、その時点でチャネル用不純物拡散領域16内のホウ
素が活性化されかつ拡散するが、その場合にも炭素ドー
プ領域Rcdが存在することで、上述の効果を発揮する
ことができる。後述の第10−13の実施形態において
も同様である。
However, when a silicon oxide film is deposited by a normal CVD method in the step shown in FIG. 13D, boron in the channel impurity diffusion region 16 is activated and diffused at that time. However, even in that case, the presence of the carbon-doped region Rcd can exert the above-described effects. The same applies to the below-described tenth to thirteenth embodiments.

【0133】(第10の実施形態)次に、第10の実施
形態について説明する。図14は、本実施形態に係るn
チャネル型MOSトランジスタの断面図である。
(Tenth Embodiment) Next, a tenth embodiment will be described. FIG. 14 is a diagram illustrating n according to the present embodiment.
It is sectional drawing of a channel type MOS transistor.

【0134】同図に示すように、p型シリコン基板1内
にp型ウエル2aが形成されており、このp型ウエル2
aの上に、シリコン単結晶のエピタキシャル成長と同時
に炭素をドープして形成された炭素ドープエピ領域Rc
deが設けられている。そして、この炭素ドープエピ領
域Rcdeの上に炭素を含まないシリコン単結晶からな
る表面エピ層31が形成されている。さらに、表面エピ
層31と炭素ドープエピ領域Rcdeとに亘って、p型
チャネル領域16aと、n型ソース・ドレイン領域10
aとが形成されている。その他の構成は、上記第9の実
施形態と同じである。
As shown in the figure, a p-type well 2 a is formed in a p-type silicon substrate 1.
a, a carbon-doped epitaxial region Rc formed by doping carbon simultaneously with the epitaxial growth of a silicon single crystal.
de is provided. Then, a surface epilayer 31 made of a silicon single crystal containing no carbon is formed on the carbon-doped epiregion Rcde. Further, the p-type channel region 16a and the n-type source / drain region 10 extend over the surface epi layer 31 and the carbon-doped epi region Rcde.
a are formed. Other configurations are the same as those in the ninth embodiment.

【0135】本実施形態に係るトランジスタは、炭素ド
ープエピ領域Rcdeが基板表面に接していない点で上
記第9の実施形態に係るトランジスタと本質的に同じ構
造を有している。したがって、上述の第9の実施形態の
効果と同じ効果を発揮することができる。
The transistor according to the present embodiment has essentially the same structure as the transistor according to the ninth embodiment in that the carbon-doped epi region Rcde is not in contact with the substrate surface. Therefore, the same effects as those of the ninth embodiment can be exerted.

【0136】次に、本実施形態に係るnチャネル型MO
Sトランジスタの製造工程について、図15(a)−
(f)を参照しながら説明する。
Next, the n-channel type MO according to this embodiment will be described.
FIG. 15A shows the manufacturing process of the S transistor.
This will be described with reference to FIG.

【0137】まず、図15(a)に示すように、p型シ
リコン基板1の上に、炭素をドープしながらシリコン単
結晶をエピタキシャル成長させて、炭素ドープエピ領域
Rcdeを形成する。
First, as shown in FIG. 15 (a), a silicon single crystal is epitaxially grown on a p-type silicon substrate 1 while doping carbon to form a carbon-doped epi region Rcde.

【0138】次に、図15(b)に示すように、炭素ド
ープエピ領域Rcdeの上に、炭素のドープを行わずに
シリコン単結晶をエピタキシャル成長させて、表面エピ
層31を形成する。
Next, as shown in FIG. 15B, a silicon single crystal is epitaxially grown on the carbon-doped epi-region Rcde without doping with carbon to form a surface epi-layer 31.

【0139】次に、図15(c)に示すように、表面エ
ピ層31,炭素ドープエピ領域Rcde及び下方のp型
シリコン基板1内にホウ素イオンを注入し、ウエル用不
純物拡散領域2を形成する。このとき、注入条件は、加
速エネルギーが300−2000keVで、注入量が1
×1013−1×1014cm-2である。ホウ素イオンがこ
のようなエネルギー範囲で注入されると、ウエル用不純
物拡散領域2は、p型シリコン基板1の表面近傍で不純
物濃度が低く、かつp型シリコン基板1の深いところに
不純物濃度のピークがある不純物濃度プロファイルを有
し、いわゆるレトログレードウエルとなる。次に、表面
エピ層31全体と炭素ドープエピ領域Rcdeの一部と
に亘る領域に、しきい値制御レベルの濃度のホウ素イオ
ンを注入し、チャネル用不純物拡散領域16を形成す
る。注入条件は、加速エネルギーが20−60keV
で、注入量が4−6×1012cm-2である。
Next, as shown in FIG. 15C, boron ions are implanted into the surface epilayer 31, the carbon-doped epiregion Rcde and the lower p-type silicon substrate 1 to form the well impurity diffusion region 2. . At this time, the implantation conditions are that the acceleration energy is 300-2000 keV and the implantation amount is 1
× 10 13 -1 × 10 14 cm -2 . When boron ions are implanted in such an energy range, the impurity diffusion region for well 2 has a low impurity concentration near the surface of the p-type silicon substrate 1 and a peak of the impurity concentration deep in the p-type silicon substrate 1. Has a certain impurity concentration profile, and becomes a so-called retrograde well. Next, boron ions having a threshold control level concentration are implanted into a region extending over the entire surface epi layer 31 and a part of the carbon-doped epi region Rcde to form the channel impurity diffusion region 16. The injection condition is such that the acceleration energy is 20-60 keV.
And the injection amount is 4-6 × 10 12 cm −2 .

【0140】次に、図15(d)に示すように、基板の
表面を酸化して、厚みが8−12nmのゲート絶縁膜4
を形成する。
Next, as shown in FIG. 15D, the surface of the substrate is oxidized to form a gate insulating film 4 having a thickness of 8 to 12 nm.
To form

【0141】次に、図15(e)に示すように、全面に
厚みが200−300nmのポリシリコン膜を堆積した
後、通常のフォト、エッチング工程を経てゲート電極5
を形成する。次に、ゲート電極5の両側面上にサイドウ
ォール7を形成する。
Next, as shown in FIG. 15E, after a polysilicon film having a thickness of 200 to 300 nm is deposited on the entire surface, the gate electrode 5 is subjected to ordinary photo and etching steps.
To form Next, sidewalls 7 are formed on both side surfaces of the gate electrode 5.

【0142】次に、図15(f)に示すように、ゲート
電極5とサイドウォール7をマスクとして用い、ゲート
電極5と、表面エピ層31及び炭素ドープエピ領域Rc
deに亘る領域内でゲート電極5の両側方に位置する領
域とに高濃度の砒素イオンを注入し、ソース・ドレイン
用不純物拡散領域10を形成する。このとき、砒素イオ
ンが導入されたソース・ドレイン用不純物拡散領域10
の下端は炭素ドープ領域Rcdの下端よりも上方にあ
る。注入条件は、加速エネルギーが30〜40keV
で、注入量が5×1015cm-2程度である。次に、導入
された不純物を活性化し結晶欠陥を回復させるため85
0℃、30分の熱処理を行って、ゲート電極5を低抵抗
のn型ゲート電極5aにするとともに、シリコン基板1
内に、p型ウエル2aと、p型チャネル領域16aとn
型ソース・ドレイン領域10aとを形成する。
Next, as shown in FIG. 15F, using the gate electrode 5 and the side wall 7 as a mask, the gate electrode 5, the surface epilayer 31 and the carbon-doped epiregion Rc are formed.
High-concentration arsenic ions are implanted into a region located on both sides of the gate electrode 5 within a region extending over de to form a source / drain impurity diffusion region 10. At this time, the source / drain impurity diffusion region 10 into which the arsenic ions are introduced.
Is above the lower end of the carbon-doped region Rcd. The injection condition is such that the acceleration energy is 30 to 40 keV.
And the injection amount is about 5 × 10 15 cm −2 . Next, 85% is used to activate the introduced impurities and recover crystal defects.
A heat treatment is performed at 0 ° C. for 30 minutes to make the gate electrode 5 a low-resistance n-type gate electrode 5 a and the silicon substrate 1.
In the p-type well 2a, the p-type channel region 16a and n
Form source / drain regions 10a.

【0143】本実施形態の製造方法によれば、上記第9
の実施形態に比べ、炭素ドープエピ領域Rcdeを基板
表面から離れるように形成することが容易かつ確実とな
る利点がある。
According to the manufacturing method of the present embodiment, the ninth embodiment
There is an advantage that the carbon-doped epi region Rcde can be easily and reliably formed away from the substrate surface as compared with the embodiment.

【0144】(第11の実施形態)次に、第11の実施
形態について説明する。図16は、本実施形態に係るn
チャネルチャネル型MOSトランジスタの断面図であ
る。
(Eleventh Embodiment) Next, an eleventh embodiment will be described. FIG. 16 shows n according to the present embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a channel-channel MOS transistor.

【0145】同図に示すように、本実施形態に係るトラ
ンジスタの構造は、上記第8の実施形態に係るトランジ
スタの構造(図11参照)とよく似ている。ただし、本
実施形態では、p型チャネル領域ではなくn型チャネル
領域17aが形成されており、かつ炭素ドープ領域Rc
dがn型チャネル領域17aよりも浅く形成されてい
る。
As shown in the figure, the structure of the transistor according to the present embodiment is very similar to the structure of the transistor according to the eighth embodiment (see FIG. 11). However, in this embodiment, the n-type channel region 17a is formed instead of the p-type channel region, and the carbon-doped region Rc
d is formed shallower than n-type channel region 17a.

【0146】本実施形態によれば、以下のような効果が
得られる。上述のように、炭素の存在により不純物の拡
散が抑制されるので、本実施形態のように炭素ドープ領
域Rcdがn型チャネル領域16aよりも浅く形成され
ていると、n型チャネル領域17aの不純物分布の広が
りを抑えて急峻な深さ方向分布をもつn型チャネル領域
17aが形成されと同時に、n型ソース・ドレイン10
aの深さ方向及び横方向への拡散を効果的に抑制され
る。その結果、飽和電流値を増加させた上で短チャネル
効果を抑制することができる。
According to the present embodiment, the following effects can be obtained. As described above, since the diffusion of impurities is suppressed by the presence of carbon, if the carbon-doped region Rcd is formed shallower than the n-type channel region 16a as in the present embodiment, the impurity in the n-type channel region 17a is reduced. At the same time that the n-type channel region 17a having a steep depth direction distribution is formed by suppressing the spread of the distribution, the n-type source / drain 10
The diffusion of “a” in the depth direction and the lateral direction is effectively suppressed. As a result, the short channel effect can be suppressed while increasing the saturation current value.

【0147】さらに、炭素ドープ領域Rcdは、n型ソ
ース・ドレイン領域10aで発生する過剰な格子間シリ
コンのゲート酸化膜方向への濃度勾配を抑制するので、
逆短チャネル効果の発生を抑制することもできる。
Further, the carbon-doped region Rcd suppresses the concentration gradient of excessive interstitial silicon generated in the n-type source / drain region 10a in the direction of the gate oxide film.
It is also possible to suppress the occurrence of the inverse short channel effect.

【0148】また、炭素ドープ領域Rcd内の炭素によ
ってトラップされた格子間シリコン原子は、炭素原子と
の間でクラスタを形成する。したがって、このようなク
ラスタがpn接合近辺(特に不純物濃度の低い基板領域
側)に存在すると空乏層が広がった場合にpn接合リー
クを増大させることがある。それに対し、本実施形態の
ように炭素ドープ領域Rcdがn型チャネル領域17a
よりも浅く設けられ、かつpn接合部には導入されてい
ないことにより、pn接合リークの増大を防止しつつ、
短チャネル効果を抑制できる。
The interstitial silicon atoms trapped by carbon in the carbon-doped region Rcd form clusters with the carbon atoms. Therefore, if such a cluster exists near the pn junction (especially on the substrate region side where the impurity concentration is low), the pn junction leak may increase when the depletion layer spreads. On the other hand, as in the present embodiment, the carbon-doped region Rcd is different from the n-type channel region 17a.
It is provided shallower and is not introduced into the pn junction, thereby preventing an increase in pn junction leakage,
Short channel effects can be suppressed.

【0149】特に、本実施形態のように、チャネル領域
16aとソース・ドレイン領域10aとが同じ導電型の
場合には、炭素がpn接合に存在しなくなるので、上述
のように、接合リークを抑制しうる利点がある。
In particular, when the channel region 16a and the source / drain region 10a are of the same conductivity type as in the present embodiment, the carbon does not exist in the pn junction, so that the junction leakage is suppressed as described above. There are potential benefits.

【0150】なお、本実施形態の製造工程の図示は省略
するが、上述の第9の実施形態における炭素イオンの注
入工程(図13(b)に示す工程)において、炭素イオ
ンの注入の際の加速エネルギーを弱くすることで、浅い
炭素ドープ領域Rcdを容易に形成できることはいうま
でもない。他の工程は、図13(a)〜(e)に示す工
程と同じである。
Although illustration of the manufacturing process of the present embodiment is omitted, the carbon ion implantation step (the step shown in FIG. 13B) in the ninth embodiment described above It goes without saying that a shallow carbon-doped region Rcd can be easily formed by weakening the acceleration energy. Other steps are the same as the steps shown in FIGS.

【0151】また、図示は省略するが、炭素ドープ領域
を深さ方向だけでなく横方向においてもチャネル領域の
内部のみに形成することもできる。例えば、図13
(b)に示す工程の前にゲート酸化膜を形成しておき、
ゲート電極の反転パターンを拡張したパターンを有する
レジスト膜をマスクとして、炭素イオンの注入を行うこ
とにより、深さ方向においても横方向においてもチャネ
ル領域からはみでることのない炭素ドープ領域を形成す
ることができる。
Although not shown, the carbon-doped region may be formed only in the channel region not only in the depth direction but also in the lateral direction. For example, FIG.
A gate oxide film is formed before the step shown in FIG.
By implanting carbon ions using a resist film having a pattern obtained by expanding the inversion pattern of the gate electrode as a mask, a carbon-doped region that does not protrude from the channel region in both the depth direction and the lateral direction can be formed. it can.

【0152】(第12の実施形態)次に、第12の実施
形態について説明する。図17は、本実施形態に係るn
チャネル型MOSトランジスタの断面図である。
(Twelfth Embodiment) Next, a twelfth embodiment will be described. FIG. 17 shows n according to the present embodiment.
It is sectional drawing of a channel type MOS transistor.

【0153】同図に示すように、p型シリコン基板1内
には、p型ウエル2aが形成されており、このp型ウエ
ル2a内におけるp型チャネル領域16a及びn型ソー
ス・ドレイン領域10aよりも深い領域に炭素ドープ領
域Rcdが形成されている。すなわち、本実施形態で
は、炭素ドープ領域Rcdは、p型チャネル領域16a
やn型ソース・ドレイン領域10aとはオーバーラップ
していない。その他の構成は、上記第10の実施形態と
同様である。
As shown in the figure, a p-type well 2a is formed in a p-type silicon substrate 1, and a p-type channel region 16a and an n-type source / drain region 10a in the p-type well 2a. A carbon-doped region Rcd is formed in a deep region. That is, in the present embodiment, the carbon-doped region Rcd is the p-type channel region 16a.
And do not overlap with the n-type source / drain regions 10a. Other configurations are the same as those in the tenth embodiment.

【0154】次に、本実施形態に係るトランジスタの不
純物濃度プロファイルについて、図18を参照しながら
説明する。同図に示すように、本実施形態に係るトラン
ジスタのp型ウエル2aは、p型シリコン基板1の表面
近傍で不純物濃度が低く、かつシリコン基板1の深いと
ころに不純物濃度のピークがある不純物濃度プロファイ
ルを有し、いわゆるレトログレードウエルとなってい
る。そして、炭素ドープト領域Rcdは、p型チャネル
領域16a及びn型ソース・ドレイン領域10aとはオ
ーバーラップせず、かつ炭素濃度のピーク位置がp型ウ
エル2aの不純物濃度のピーク位置よりも浅いという濃
度プロファイルを有している。
Next, an impurity concentration profile of the transistor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the p-type well 2a of the transistor according to the present embodiment has a low impurity concentration near the surface of the p-type silicon substrate 1 and an impurity concentration having a peak of the impurity concentration deep in the silicon substrate 1. It has a profile and is a so-called retro grade well. The carbon-doped region Rcd does not overlap with the p-type channel region 16a and the n-type source / drain regions 10a, and the carbon concentration peak position is shallower than the impurity concentration peak position of the p-type well 2a. Have a profile.

【0155】本実施形態のような構造を採用することに
より、p型ウエル2a内の不純物濃度のピーク位置の近
辺で発生する格子間シリコンの基板表面への拡散を抑制
することができるので、p型チャネル領域16aの近傍
における格子間シリコン濃度勾配が急になるのを抑制す
ることができる。したがって、p型チャネル領域16a
内の不純物の分布を急峻に保つことができ、飽和電流値
の減少を抑制することができる。
By adopting the structure as in the present embodiment, it is possible to suppress the diffusion of interstitial silicon to the substrate surface near the peak position of the impurity concentration in the p-type well 2a. A steep interstitial silicon concentration gradient in the vicinity of the mold channel region 16a can be suppressed. Therefore, p-type channel region 16a
The distribution of impurities in the inside can be kept sharp, and a decrease in the saturation current value can be suppressed.

【0156】次に、本実施形態に係るnチャネル型MO
Sトランジスタの製造工程について、図19(a)−
(f)を参照しながら説明する。
Next, the n-channel type MO according to this embodiment will be described.
FIG. 19A shows the manufacturing process of the S transistor.
This will be described with reference to FIG.

【0157】まず、図19(a)に示すように、p型シ
リコン基板1内にホウ素イオンを注入し、ウエル用不純
物拡散領域2を形成する。このときの注入条件は、加速
エネルギーが300−2000keVで、注入量が1×
1013−1×1014cm-2である。ホウ素イオンがこの
ようなエネルギー範囲で注入されると、ウエル用不純物
拡散領域2は、p型シリコン基板1の表面近傍で不純物
濃度が低く、かつp型シリコン基板1の深いところに不
純物濃度のピークがある不純物濃度プロファイルを有
し、いわゆるレトログレードウエルとなる。
First, as shown in FIG. 19A, boron ions are implanted into a p-type silicon substrate 1 to form a well impurity diffusion region 2 for wells. The implantation conditions at this time are as follows: the acceleration energy is 300-2000 keV, and the implantation amount is 1 ×
It is 10 < 13 > -1 * 10 < 14 > cm <-2> . When boron ions are implanted in such an energy range, the impurity diffusion region for well 2 has a low impurity concentration near the surface of the p-type silicon substrate 1 and a peak of the impurity concentration deep in the p-type silicon substrate 1. Has a certain impurity concentration profile, and becomes a so-called retrograde well.

【0158】次に、図19(b)に示すように、ウエル
用不純物拡散領域2内に炭素イオンを注入し、炭素ドー
プ領域Rcdを形成する。このとき、注入条件は、加速
エネルギーが80keVで、注入量が1×1015cm-2
程度である(3×1014〜2×1015cm-2の範囲が好
ましい)。
Next, as shown in FIG. 19B, carbon ions are implanted into the well impurity diffusion region 2 to form a carbon-doped region Rcd. At this time, the implantation conditions are that the acceleration energy is 80 keV and the implantation amount is 1 × 10 15 cm −2.
(Preferably in the range of 3 × 10 14 to 2 × 10 15 cm −2 ).

【0159】次に、図19(c)に示すように、p型シ
リコン基板1の表面付近の領域に、しきい値制御レベル
の濃度のホウ素イオンを注入し、チャネル用不純物拡散
領域16を形成する。注入条件は、加速エネルギーが2
0−30keVで、注入量が4−6×1012cm-2であ
る。
Next, as shown in FIG. 19C, a boron ion having a threshold control level is implanted into a region near the surface of the p-type silicon substrate 1 to form a channel impurity diffusion region 16. I do. The injection condition is that the acceleration energy is 2
At 0-30 keV, the implantation dose is 4-6 × 10 12 cm −2 .

【0160】次に、図19(d)に示すように、p型シ
リコン基板1の表面を酸化して、厚みが8−12nmの
ゲート絶縁膜4を形成する。
Next, as shown in FIG. 19D, the surface of the p-type silicon substrate 1 is oxidized to form a gate insulating film 4 having a thickness of 8 to 12 nm.

【0161】次に、図19(e)に示すように、全面に
厚みが200−300nmのポリシリコン膜を堆積した
後、通常のフォト、エッチング工程を経てゲート電極5
を形成する。次に、ゲート電極5の両側面上にサイドウ
ォール7を形成する。
Next, as shown in FIG. 19E, after a polysilicon film having a thickness of 200 to 300 nm is deposited on the entire surface, the gate electrode 5 is subjected to ordinary photo and etching steps.
To form Next, sidewalls 7 are formed on both side surfaces of the gate electrode 5.

【0162】次に、図19(f)に示すように、ゲート
電極5及びサイドウォール7をマスクとして用い、ゲー
ト電極5と、p型シリコン基板1内のゲート電極5の両
側方に位置する領域とに高濃度の砒素イオンを注入し
て、ソース・ドレイン用不純物拡散領域(図示せず)を
形成する。このとき、砒素イオンが導入されたソース・
ドレイン用不純物拡散領域は炭素ドープ領域Rcdより
も浅い。注入条件は、加速エネルギーが30〜40ke
Vで、注入量が5×1015cm-2程度である。次に、導
入された不純物を活性化し結晶欠陥を回復させるため8
50℃、30分の熱処理を行って、ゲート電極5を低抵
抗のn型ゲート電極5aにするとともに、シリコン基板
1内に、p型ウエル2aと、p型チャネル領域16a
と、n型ソース・ドレイン領域10aとを形成する。
Next, as shown in FIG. 19F, using the gate electrode 5 and the side wall 7 as a mask, the gate electrode 5 and a region located on both sides of the gate electrode 5 in the p-type silicon substrate 1 are formed. At this time, high concentration arsenic ions are implanted to form source / drain impurity diffusion regions (not shown). At this time, the source
The drain impurity diffusion region is shallower than the carbon-doped region Rcd. The injection condition is such that the acceleration energy is 30 to 40 ke.
In V, the implantation amount is about 5 × 10 15 cm −2 . Next, in order to activate the introduced impurities and recover crystal defects, 8
The gate electrode 5 is turned into a low-resistance n-type gate electrode 5a by performing a heat treatment at 50 ° C. for 30 minutes, and a p-type well 2a and a p-type channel region 16a are formed in the silicon substrate 1.
And an n-type source / drain region 10a.

【0163】(第13の実施形態)次に、第13の実施
形態について説明する。本実施形態に係るnチャネル型
MOSトランジスタの構造は、上記第12の実施形態に
係るトランジスタの構造と本質的には同じであるが、本
実施形態では、炭素ドープ領域をエピタキシャル成長と
同時に形成している点が異なる。
(Thirteenth Embodiment) Next, a thirteenth embodiment will be described. Although the structure of the n-channel MOS transistor according to the present embodiment is essentially the same as the structure of the transistor according to the twelfth embodiment, in the present embodiment, a carbon-doped region is formed simultaneously with epitaxial growth. Are different.

【0164】以下、本実施形態に係るnチャネル型MO
Sトランジスタの製造工程について、図20(a)−
(f)を参照しながら説明する。
Hereinafter, the n-channel type MO according to this embodiment will be described.
FIG. 20A shows the manufacturing process of the S transistor.
This will be described with reference to FIG.

【0165】まず、図20(a)に示すように、p型シ
リコン基板1の上に、炭素をドープしながらシリコン単
結晶をエピタキシャル成長させて、炭素ドープエピ領域
RRcdeを形成する。
First, as shown in FIG. 20A, a carbon-doped epi region RRcde is formed on a p-type silicon substrate 1 by epitaxially growing a silicon single crystal while doping carbon.

【0166】次に、図20(b)に示すように、炭素ド
ープエピ領域Rcdeの上に、炭素のドープを行わずに
シリコン単結晶をエピタキシャル成長させて、表面エピ
層32を形成する。
Next, as shown in FIG. 20B, a silicon single crystal is epitaxially grown on the carbon-doped epi region Rcde without doping with carbon to form a surface epilayer 32.

【0167】次に、図20(c)に示すように、表面エ
ピ層32,炭素ドープエピ領域Rcde及び下方のp型
シリコン基板1内にホウ素イオンを注入し、ウエル用不
純物拡散領域2を形成する。このとき、注入条件は、加
速エネルギーが300−2000keVで、注入量が1
×1013−1×1014cm-2である。ホウ素イオンがこ
のようなエネルギー範囲で注入されると、ウエル用不純
物拡散領域2は、p型シリコン基板1の表面近傍で不純
物濃度が低く、かつp型シリコン基板1の深いところに
不純物濃度のピークがある不純物濃度プロファイルを有
し、いわゆるレトログレードウエルとなる。次に、表面
エピ層32の表面付近の領域に、しきい値制御レベルの
濃度のホウ素イオンを注入し、チャネル用不純物拡散領
域16を形成する。注入条件は、加速エネルギーが20
−60keVで、注入量が4−6×1012cm-2であ
る。
Next, as shown in FIG. 20C, boron ions are implanted into the surface epilayer 32, the carbon-doped epiregion Rcde and the lower p-type silicon substrate 1 to form the well impurity diffusion region 2. . At this time, the implantation conditions are that the acceleration energy is 300-2000 keV and the implantation amount is 1
× 10 13 -1 × 10 14 cm -2 . When boron ions are implanted in such an energy range, the impurity diffusion region for well 2 has a low impurity concentration near the surface of the p-type silicon substrate 1 and a peak of the impurity concentration deep in the p-type silicon substrate 1. Has a certain impurity concentration profile, and becomes a so-called retrograde well. Next, boron ions having a threshold control level concentration are implanted into a region near the surface of the surface epilayer 32 to form the channel impurity diffusion region 16. The injection conditions are as follows:
At -60 keV, the dose is 4-6 × 10 12 cm −2 .

【0168】次に、図20(d)に示すように、基板の
表面を酸化して、厚みが8−12nmのゲート絶縁膜4
を形成する。
Next, as shown in FIG. 20D, the surface of the substrate is oxidized to form a gate insulating film 4 having a thickness of 8 to 12 nm.
To form

【0169】次に、図20(e)に示すように、全面に
厚みが200−300nmのポリシリコン膜を堆積した
後、通常のフォト、エッチング工程を経てゲート電極5
を形成する。次に、ゲート電極5の両側面上にサイドウ
ォール7を形成する。
Next, as shown in FIG. 20E, a polysilicon film having a thickness of 200 to 300 nm is deposited on the entire surface, and the gate electrode 5 is subjected to ordinary photo and etching steps.
To form Next, sidewalls 7 are formed on both side surfaces of the gate electrode 5.

【0170】次に、図20(f)に示すように、ゲート
電極5とサイドウォール7をマスクとして用い、ゲート
電極5と、表面エピ層32内でゲート電極5の両側方に
位置する領域とに高濃度の砒素イオンを注入し、ソース
・ドレイン用不純物拡散領域(図示せず)を形成する。
このとき、砒素イオンが導入されたソース・ドレイン用
不純物拡散領域は炭素ドープ領域Rcdよりも浅い。注
入条件は、加速エネルギーが30〜40keVで、注入
量が5×1015cm-2程度である。次に、導入された不
純物を活性化し結晶欠陥を回復させるため850℃、3
0分の熱処理を行って、ゲート電極5を低抵抗のn型ゲ
ート電極5aにするとともに、シリコン基板1内に、p
型ウエル2aと、p型チャネル領域16aと、n型ソー
ス・ドレイン領域10aとを形成する。
Next, as shown in FIG. 20F, using the gate electrode 5 and the side wall 7 as a mask, the gate electrode 5 and the regions located on both sides of the gate electrode 5 in the surface epilayer 32 are formed. High concentration arsenic ions are implanted to form source / drain impurity diffusion regions (not shown).
At this time, the source / drain impurity diffusion region into which arsenic ions are introduced is shallower than the carbon-doped region Rcd. The implantation conditions are such that the acceleration energy is 30 to 40 keV and the implantation amount is about 5 × 10 15 cm −2 . Next, at 850 ° C. to activate the introduced impurities and recover crystal defects,
By performing a heat treatment for 0 minutes, the gate electrode 5 is turned into a low-resistance n-type gate electrode 5a, and a p-type
Form a well 2a, a p-type channel region 16a, and an n-type source / drain region 10a.

【0171】本実施形態の製造方法によれば、上記第1
2の実施形態に比べ、炭素ドープエピ領域Rcde内に
おける炭素濃度のピーク位置をp型ウエル2a内の不純
物濃度のピーク位置よりも浅く形成することが容易かつ
確実となる利点がある。
According to the manufacturing method of this embodiment, the first
As compared with the second embodiment, there is an advantage that the peak position of the carbon concentration in the carbon-doped epi region Rcde can be easily and reliably formed to be shallower than the peak position of the impurity concentration in the p-type well 2a.

【0172】(その他の実施形態)なお、上記各実施形
態においては、半導体装置として、nチャネル型MOS
トランジスタについて説明したが、本発明は斯かる実施
形態に限定されるものではなく、pチャネル型MOSト
ランジスタについても同様に適用することができる。し
たがって、nチャネル型MOSトランジスタとpチャネ
ル型MOSトランジスタとを搭載したCMOS型半導体
装置にも適用できることはいうまでもない。
(Other Embodiments) In each of the above embodiments, an n-channel MOS is used as a semiconductor device.
Although the transistor has been described, the present invention is not limited to such an embodiment, and can be similarly applied to a p-channel MOS transistor. Therefore, it is needless to say that the present invention can be applied to a CMOS semiconductor device equipped with an n-channel MOS transistor and a p-channel MOS transistor.

【0173】また、MOS型半導体装置だけでなく、ゲ
ート絶縁膜を酸窒化膜等で形成したMIS型半導体装置
全般についても適用できる。
The present invention can be applied not only to MOS type semiconductor devices but also to general MIS type semiconductor devices having a gate insulating film formed of an oxynitride film or the like.

【0174】さらに、炭素ドープ領域を形成する方法
は、必ずしも上記各実施形態のごとくイオン注入法ある
いはCVD法(エピタキシャル成長法)に限定されるも
のではなく、気体からの拡散法やプラズマによる導入方
法等も用いてもよい。
Further, the method of forming the carbon-doped region is not necessarily limited to the ion implantation method or the CVD method (epitaxial growth method) as in the above embodiments, but may be a diffusion method from a gas, an introduction method using plasma, or the like. May also be used.

【0175】同様に、n型ソース・ドレイン領域,チャ
ネル領域,低濃度ソース・ドレイン領域(extension
),ポケット注入領域等も気体からの拡散法やプラズ
マからの導入方法を用いることもできる。ただし、拡散
法を用いる場合で炭素による不純物の拡散を抑制しよう
とする場合には、あらかじめ炭素を導入しておく必要が
あることはいうまでもない。
Similarly, an n-type source / drain region, a channel region, a low concentration source / drain region (extension)
), The pocket injection region, etc., can also use the diffusion method from gas or the introduction method from plasma. However, it is needless to say that carbon must be introduced in advance when diffusion of impurities is to be suppressed by using the diffusion method.

【0176】また、上記各実施形態においては、半導体
基板をシリコン基板で構成したが、本発明は斯かる実施
形態に限定されるものではなく、他の種類の半導体基板
についても同様に適用できるものである。
Further, in each of the above embodiments, the semiconductor substrate is constituted by a silicon substrate. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and can be similarly applied to other types of semiconductor substrates. It is.

【0177】[0177]

【発明の効果】請求項1−2によれば、半導体装置のソ
ース・ドレイン領域とオーバーラップするように炭素ド
ープ領域を形成する構成としたので、ソース・ドレイン
領域の濃度を濃くしながらその深さをゲート長の縮小に
応じて浅くすることが可能となり、よって、微細化され
た半導体装置における短チャネル効果の抑制を図ること
ができる。
According to the present invention, the carbon-doped region is formed so as to overlap with the source / drain region of the semiconductor device. It is possible to make the depth shallower in accordance with the reduction in the gate length, so that the short channel effect in a miniaturized semiconductor device can be suppressed.

【0178】請求項3−6によれば、ソース・ドレイン
領域とゲート直下領域との間に低濃度ソース・ドレイン
領域を設けた半導体装置において、低濃度ソース・ドレ
イン領域とオーバーラップするように炭素ドープ領域を
形成し、あるいはこの構成に加えたポケット領域に亘っ
て炭素ドープ領域を形成する構成としたので、微細化さ
れた半導体装置において、短チャネル効果の抑制に加
え、逆短チャネル効果の抑制や拡散容量の低減を図るこ
とができる。
According to claim 3-6, in a semiconductor device having a low-concentration source / drain region provided between a source / drain region and a region immediately below a gate, carbon is provided so as to overlap with the low-concentration source / drain region. Since a doped region is formed or a carbon doped region is formed over a pocket region added to this structure, in a miniaturized semiconductor device, in addition to the suppression of the short channel effect, the suppression of the reverse short channel effect And the diffusion capacity can be reduced.

【0179】請求項7−9によれば、半導体装置のチャ
ネル領域とオーバーラップするようにチャネル領域を形
成する構成としたので、微細化された半導体装置におい
て、短チャネル効果,逆短チャネル効果の抑制に加え、
高い飽和電流値を維持することができる。
According to the ninth aspect, the channel region is formed so as to overlap the channel region of the semiconductor device. Therefore, in a miniaturized semiconductor device, the short channel effect and the inverse short channel effect can be reduced. In addition to restraint,
A high saturation current value can be maintained.

【0180】請求項10−11によれば、半導体装置の
ウエル領域の奥方でチャネル領域と離れるように炭素ド
ープ領域を形成する構成としたので、微細化された半導
体装置において、逆短チャネル効果を抑制し、かつ高い
飽和電流値を維持することができる。
According to the tenth aspect, the carbon-doped region is formed so as to be away from the channel region in the depth of the well region of the semiconductor device. Therefore, in a miniaturized semiconductor device, the inverse short channel effect can be reduced. It is possible to suppress and maintain a high saturation current value.

【0181】請求項12−22によれば、請求項1−1
1の構成を有する半導体装置の製造の容易化を図ること
ができる。
According to claim 12-22, claim 1-1
Manufacturing of the semiconductor device having the first configuration can be facilitated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施形態に係るnチャネル型MOSトラ
ンジスタの断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an n-channel MOS transistor according to a first embodiment.

【図2】第1の実施形態に係るnチャネル型MOSトラ
ンジスタの製造工程を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the n-channel MOS transistor according to the first embodiment.

【図3】第2の実施形態に係るnチャネル型MOSトラ
ンジスタの断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of an n-channel MOS transistor according to a second embodiment.

【図4】第3の実施形態に係るnチャネル型MOSトラ
ンジスタの断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of an n-channel MOS transistor according to a third embodiment.

【図5】第3の実施形態に係るnチャネル型MOSトラ
ンジスタの製造工程を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a process of manufacturing an n-channel MOS transistor according to a third embodiment.

【図6】第4の実施形態に係るnチャネル型MOSトラ
ンジスタの断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an n-channel MOS transistor according to a fourth embodiment.

【図7】第5の実施形態に係るnチャネル型MOSトラ
ンジスタの断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of an n-channel MOS transistor according to a fifth embodiment.

【図8】第6の実施形態に係るnチャネル型MOSトラ
ンジスタの断面図である。
FIG. 8 is a sectional view of an n-channel MOS transistor according to a sixth embodiment.

【図9】第6の実施形態に係るnチャネル型MOSトラ
ンジスタの製造工程を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of an n-channel MOS transistor according to a sixth embodiment.

【図10】第7の実施形態に係るnチャネル型MOSト
ランジスタの断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of an n-channel MOS transistor according to a seventh embodiment.

【図11】第8の実施形態に係るnチャネル型MOSト
ランジスタの断面図である。
FIG. 11 is a sectional view of an n-channel MOS transistor according to an eighth embodiment.

【図12】第9の実施形態に係るnチャネル型MOSト
ランジスタの断面図である。
FIG. 12 is a sectional view of an n-channel MOS transistor according to a ninth embodiment.

【図13】第9の実施形態に係るnチャネル型MOSト
ランジスタの製造工程を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the n-channel MOS transistor according to the ninth embodiment.

【図14】第10の実施形態に係るnチャネル型MOS
トランジスタの断面図である。
FIG. 14 is an n-channel MOS according to a tenth embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a transistor.

【図15】第10の実施形態に係るnチャネル型MOS
トランジスタの製造工程を示す断面図である。
FIG. 15 shows an n-channel MOS according to a tenth embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the transistor.

【図16】第11の実施形態に係るnチャネル型MOS
トランジスタの断面図である。
FIG. 16 shows an n-channel MOS according to an eleventh embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a transistor.

【図17】第12の実施形態に係るnチャネル型MOS
トランジスタの断面図である。
FIG. 17 shows an n-channel MOS according to a twelfth embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a transistor.

【図18】第12の実施形態に係るnチャネル型MOS
トランジスタの各領域における不純物濃度と炭素ドープ
領域の炭素濃度との関係を示す図である。
FIG. 18 shows an n-channel MOS according to a twelfth embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between an impurity concentration in each region of a transistor and a carbon concentration in a carbon-doped region.

【図19】第12の実施形態に係るnチャネル型MOS
トランジスタの製造工程を示す断面図である。
FIG. 19 shows an n-channel MOS according to a twelfth embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the transistor.

【図20】第13の実施形態に係るnチャネル型MOS
トランジスタの製造工程を示す断面図である。
FIG. 20 is an n-channel MOS according to a thirteenth embodiment;
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the transistor.

【図21】従来の各種nチャネル型MOSトランジスタ
の構造をそれぞれ示す断面図である。
FIG. 21 is a sectional view showing the structure of each of various conventional n-channel MOS transistors.

【図22】従来のLDD構造とポケット注入領域とを備
えたnチャネル型MOSトランジスタの製造工程を示す
断面図である。
FIG. 22 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of a conventional n-channel MOS transistor having an LDD structure and a pocket injection region.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型シリコン基板(基板領域) 2 ウエル用不純物拡散領域 2a p型ウエル(基板領域) 4 ゲート絶縁膜 5 ゲート電極 5a n型ゲート電極 7 サイドウォール 10 ソース・ドレイン用不純物拡散領域 10a n型ソース・ドレイン領域 12 低濃度ソース・ドレイン用不純物拡散領域 12a n型低濃度ソース・ドレイン領域 15a p型ポケット領域 16 チャネル用不純物拡散領域 16a p型チャネル領域 17a n型チャネル領域 21a,21b シリサイド層 31,32 表面エピ層 Rcd 炭素ドープ領域 Rcde 炭素ドープエピ領域 Reference Signs List 1 p-type silicon substrate (substrate region) 2 impurity diffusion region for well 2 a p-type well (substrate region) 4 gate insulating film 5 gate electrode 5 a n-type gate electrode 7 sidewall 10 impurity diffusion region for source / drain 10 a n-type source Drain region 12 Low-concentration source / drain impurity diffusion region 12a n-type low-concentration source / drain region 15a p-type pocket region 16 channel impurity diffusion region 16a p-type channel region 17a n-type channel region 21a, 21b silicide layer 31, 32 Surface epi layer Rcd Carbon doped region Rcde Carbon doped epi region

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 上記半導体基板内に形成された第1導電型の基板領域
と、 上記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、 上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 上記半導体基板内の上記ゲート電極の両側方に位置する
領域に形成された第2導電型のソース・ドレイン領域
と、 少なくとも上記ソース・ドレイン領域とオーバーラップ
する領域に形成された炭素ドープ領域とを備えているこ
とを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate; a first conductivity type substrate region formed in the semiconductor substrate; a gate insulating film formed on the semiconductor substrate; and a gate electrode formed on the gate insulating film. And a second conductivity type source / drain region formed in a region located on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate; and a carbon doped region formed in at least a region overlapping the source / drain region. A semiconductor device comprising:
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 上記炭素ドープ領域は、上記ソース・ドレイン領域の内
部にのみ形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said carbon-doped region is formed only inside said source / drain region.
【請求項3】 半導体基板と、 上記半導体基板内に形成された第1導電型の基板領域
と、 上記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、 上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 上記半導体基板内の上記ゲート電極の両側方に位置する
領域に形成された第2導電型のソース・ドレイン領域
と、 上記基板領域内の上記ゲート電極直下に位置する領域と
上記ソース・ドレイン領域との間の領域に形成された第
2導電型の低濃度ソース・ドレイン領域と、 上記半導体基板内の少なくとも上記低濃度ソース・ドレ
イン領域とオーバーラップする領域に形成された炭素ド
ープ領域とを備えていることを特徴とする半導体装置。
3. A semiconductor substrate, a first conductivity type substrate region formed in the semiconductor substrate, a gate insulating film formed on the semiconductor substrate, and a gate electrode formed on the gate insulating film. A source / drain region of a second conductivity type formed in a region located on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate; a region located immediately below the gate electrode in the substrate region; and the source / drain A low-concentration source / drain region of the second conductivity type formed in a region between the first and second regions, and a carbon-doped region formed in a region overlapping at least the low-concentration source / drain region in the semiconductor substrate. A semiconductor device, comprising:
【請求項4】 請求項3記載の半導体装置において、 上記低濃度ソース・ドレイン領域の下方で低濃度ソース
・ドレイン領域と接する領域に形成された第1導電型の
ポケット領域をさらに備え、 上記炭素ドープ領域は、上記ポケット領域の一部に亘っ
て形成されていることを特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, further comprising: a first conductivity type pocket region formed in a region below said low concentration source / drain region and in contact with said low concentration source / drain region; A semiconductor device, wherein the doped region is formed over a part of the pocket region.
【請求項5】 請求項3記載の半導体装置において、 上記炭素ドープ領域は、上記低濃度ソース・ドレイン領
域の内部にのみ形成されていることを特徴とする半導体
装置。
5. The semiconductor device according to claim 3, wherein said carbon-doped region is formed only inside said low-concentration source / drain region.
【請求項6】 請求項5記載の半導体装置において、 上記低濃度ソース・ドレイン領域の下方で低濃度ソース
・ドレイン領域と接する領域に形成された第1導電型の
ポケット領域をさらに備えていることを特徴とする半導
体装置。
6. The semiconductor device according to claim 5, further comprising a first conductivity type pocket region formed in a region below said lightly doped source / drain region and in contact with said lightly doped source / drain region. A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項7】 半導体基板と、 上記半導体基板内に形成された第1導電型の基板領域
と、 上記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、 上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 上記半導体基板内の上記ゲート電極の両側方に位置する
領域に形成された第2導電型のソース・ドレイン領域
と、 上記半導体基板内の上記ゲート電極直下方に位置する領
域に形成されたしきい値制御レベルの不純物を含むチャ
ネル領域と、 少なくとも上記チャネル領域とオーバーラップする領域
に形成された炭素ドープ領域とを備えていることを特徴
とする半導体装置。
7. A semiconductor substrate, a first conductivity type substrate region formed in the semiconductor substrate, a gate insulating film formed on the semiconductor substrate, and a gate electrode formed on the gate insulating film A source / drain region of the second conductivity type formed in a region located on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate; and a region formed immediately below the gate electrode in the semiconductor substrate. A semiconductor device, comprising: a channel region containing a threshold control level impurity; and a carbon doped region formed at least in a region overlapping with the channel region.
【請求項8】 請求項7記載の半導体装置において、 上記炭素ドープ領域は、上記チャネル領域の内部にのみ
形成されていることを特徴とする半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the carbon-doped region is formed only inside the channel region.
【請求項9】 請求項8記載の半導体装置において、 上記炭素ドープ領域は、上記ゲート絶縁膜とは離れてい
ることを特徴とする半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the carbon-doped region is separated from the gate insulating film.
【請求項10】 半導体基板と、 上記半導体基板内に形成された第1導電型のウエル領域
と、 上記ウエル領域の上方かつ上記半導体基板の上に形成さ
れたゲート絶縁膜と、 上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 上記半導体基板内の上記ゲート電極の両側方に位置する
領域に上記ウエル領域と下端で接するように形成された
第2導電型のソース・ドレイン領域と、 上記半導体基板内の上記ソース・ドレイン間に位置する
領域に上記ウエル領域と下端で接するように形成され、
しきい値制御レベルの不純物を含むチャネル領域と、上
記ウエル領域内の奥方の一部を含みかつ上記チャネル領
域及びソース・ドレイン領域とは離れた領域に形成され
た炭素ドープ領域とを備えていることを特徴とする半導
体装置。
10. A semiconductor substrate, a first conductivity type well region formed in the semiconductor substrate, a gate insulating film formed above the well region and on the semiconductor substrate, and the gate insulating film. A gate electrode formed thereon; a second conductivity type source / drain region formed in a region located on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate so as to be in contact with the well region at a lower end; A region located between the source and the drain in the substrate is formed to be in contact with the well region at a lower end;
A channel region containing an impurity of a threshold control level; and a carbon doped region including a part of the well inside the well region and formed apart from the channel region and the source / drain region. A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項11】 請求項10記載の半導体装置におい
て、 上記炭素ドープ領域の炭素濃度のピーク位置が、上記ウ
エル領域の第1導電型不純物濃度のピーク位置よりも浅
いことを特徴とする半導体装置。
11. The semiconductor device according to claim 10, wherein a peak position of the carbon concentration in the carbon-doped region is shallower than a peak position of the first conductivity type impurity concentration in the well region.
【請求項12】 半導体基板内に第1導電型の基板領域
を形成する第1の工程と、 上記基板領域の上方かつ上記半導体基板の上にゲート絶
縁膜及びゲート電極を形成する第2の工程と、 少なくとも上記ゲート電極をマスクとして用いて上記半
導体基板内に第2導電型不純物を導入し、上記半導体基
板内の上記基板領域の上方かつ上記ゲート電極の両側方
に位置する領域にソース・ドレイン用不純物拡散領域を
形成する第3の工程と、 上記第3の工程の後又は前に、少なくとも上記ゲート電
極をマスクとして用いて上記半導体基板内に炭素を導入
し、上記ソース・ドレイン用不純物拡散領域とオーバー
ラップする領域に炭素ドープ領域を形成する第4の工程
と、 上記半導体基板の熱処理を行って、少なくとも上記ソー
ス・ドレイン用不純物拡散領域内の第2導電型不純物を
活性化させる第5の工程とを備えていることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
12. A first step of forming a first conductivity type substrate region in a semiconductor substrate, and a second step of forming a gate insulating film and a gate electrode above the substrate region and on the semiconductor substrate. And introducing a second conductivity type impurity into the semiconductor substrate using at least the gate electrode as a mask, and forming a source / drain in a region located above the substrate region and on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate. A third step of forming a source / drain impurity diffusion region, and after or before the third step, carbon is introduced into the semiconductor substrate using at least the gate electrode as a mask, and the source / drain impurity diffusion is performed. Performing a fourth step of forming a carbon-doped region in a region overlapping with the region, and performing a heat treatment on the semiconductor substrate to at least expand the impurity for the source / drain. The method of manufacturing a semiconductor device characterized by and a fifth step of activating a second conductivity type impurity in the region.
【請求項13】 請求項12記載の半導体装置の製造方
法において、 上記第4の工程では、上記ソース・ドレイン用不純物拡
散領域の内部のみに上記炭素ドープ領域を形成すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
13. The semiconductor device manufacturing method according to claim 12, wherein in the fourth step, the carbon doped region is formed only inside the source / drain impurity diffusion region. Manufacturing method.
【請求項14】 請求項12記載の半導体装置の製造方
法において、 上記第2の工程の後上記第3の工程の前に、上記ゲート
電極の両側面上にサイドウォールを形成する工程をさら
に備え、 上記第3の工程では、上記ゲート電極及び上記サイドウ
ォールをマスクとして用いて上記基板領域内に第2導電
型不純物を導入し、 上記第4の工程では、上記ゲート電極及び上記サイドウ
ォールをマスクとして用いて上記基板領域内に炭素を導
入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, further comprising a step of forming sidewalls on both side surfaces of said gate electrode after said second step and before said third step. In the third step, a second conductivity type impurity is introduced into the substrate region using the gate electrode and the sidewall as a mask, and in the fourth step, the gate electrode and the sidewall are masked. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein carbon is introduced into the substrate region.
【請求項15】 請求項13記載の半導体装置の製造方
法において、 上記第2の工程の後上記第3の工程の前に、上記ゲート
電極をマスクとして用いて上記基板領域内に低濃度の第
2導電型不純物を導入し、上記半導体基板内の上記ゲー
ト電極の両側方に位置する領域に低濃度ソース・ドレイ
ン用不純物拡散領域を形成する工程をさらに備え、 上記第4の工程では、上記ゲート電極をマスクとして用
いて上記基板領域内に炭素を導入することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein after the second step and before the third step, a low-concentration first semiconductor layer is formed in the substrate region using the gate electrode as a mask. A step of introducing a two-conductivity-type impurity to form low-concentration source / drain impurity diffusion regions in regions located on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising introducing carbon into the substrate region using an electrode as a mask.
【請求項16】 請求項15記載の半導体装置の製造方
法において、 上記第2の工程の後上記第3の工程の前に、上記ゲート
電極をマスクとして用いて上記基板領域内に第1導電型
不純物を導入し、上記基板領域内の上記低濃度ソース・
ドレイン用不純物拡散領域の下方かつ上記低濃度ソース
・ドレイン領域と隣接する領域にポケット領域を形成す
る工程をさらに備えていることを特徴とする半導体装置
の製造方法。
16. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein after the second step and before the third step, the first conductivity type is formed in the substrate region using the gate electrode as a mask. Impurities are introduced and the low-concentration source
A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising a step of forming a pocket region below a drain impurity diffusion region and in a region adjacent to the low-concentration source / drain region.
【請求項17】 半導体基板内に第1導電型の基板領域
を形成する第1の工程と、 上記半導体基板内にしきい値制御レベルの不純物を導入
し、上記半導体基板内の表面付近の領域にチャネル用不
純物拡散領域を形成する第2の工程と、 上記第2の工程の後又は前に、上記半導体基板内に炭素
を導入し、上記半導体基板内の上記チャネル用不純物拡
散領域とオーバーラップする領域に炭素ドープ領域を形
成する第3の工程と、 上記チャネル用不純物拡散領域の上にゲート絶縁膜及び
ゲート電極を形成する第4の工程と、 少なくとも上記ゲート電極をマスクとして用いて上記半
導体基板内に第2導電型不純物を導入し、上記半導体基
板内の上記ゲート電極の両側方に位置する領域にソース
・ドレイン用不純物拡散領域を形成する第5の工程と、 上記半導体基板の熱処理を行い、上記各不純物拡散領域
に導入された不純物を活性化させる第6の工程とを備え
ていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
17. A first step of forming a first conductivity type substrate region in a semiconductor substrate, and introducing a threshold control level impurity into the semiconductor substrate to form a region near a surface in the semiconductor substrate. A second step of forming a channel impurity diffusion region, and after or before the second step, carbon is introduced into the semiconductor substrate to overlap the channel impurity diffusion region in the semiconductor substrate. A third step of forming a carbon-doped region in the region, a fourth step of forming a gate insulating film and a gate electrode on the channel impurity diffusion region, and the semiconductor substrate using at least the gate electrode as a mask. A fifth step of introducing a second conductivity type impurity into the semiconductor substrate and forming source / drain impurity diffusion regions in regions located on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate; Serial subjected to a heat treatment of the semiconductor substrate, a method of manufacturing a semiconductor device characterized by and a sixth step of activating the impurity introduced into the respective impurity diffusion regions.
【請求項18】 請求項17記載の半導体装置の製造方
法において、 上記第3の工程では、上記炭素ドープト領域が上記半導
体基板の表面から離れて形成されるような加速エネルギ
ーで炭素イオンを注入することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein in the third step, carbon ions are implanted at an acceleration energy such that the carbon-doped region is formed apart from a surface of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項19】 半導体基板上に炭素を含む半導体単結
晶をエピタキシャル成長させて炭素ドープエピ層を形成
する第1の工程と、 上記炭素ドープエピ層の上に半導体単結晶をエピタキシ
ャル成長させて表面エピ層を形成する第2の工程と、 上記表面エピ層と上記炭素ドープエピ層の少なくとも一
部を含む領域とにしきい値制御レベルの不純物イオンを
導入することによりチャネル用不純物拡散領域を形成す
る第3の工程と、 上記チャネル用不純物拡散領域の上にゲート絶縁膜及び
ゲート電極を形成する第4の工程と、 少なくとも上記ゲート電極をマスクとして用いて上記表
面エピ層及び上記炭素ドープエピ層内に第2導電型不純
物を導入し、上記表面エピ層及び上記炭素ドープエピ層
内の上記ゲート電極の両側方に位置する領域にソース・
ドレイン用不純物拡散領域を形成する第5の工程と、 上記半導体基板の熱処理を行い、上記各不純物拡散領域
に導入された不純物を活性化させる第6の工程とを備え
ていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
19. A first step in which a semiconductor single crystal containing carbon is epitaxially grown on a semiconductor substrate to form a carbon-doped epilayer, and a semiconductor single crystal is epitaxially grown on the carbon-doped epilayer to form a surface epilayer. A second step of forming a channel impurity diffusion region by introducing a threshold control level of impurity ions into the surface epi layer and a region including at least a part of the carbon doped epi layer. A fourth step of forming a gate insulating film and a gate electrode on the impurity diffusion region for a channel, and a second conductivity type impurity in the surface epilayer and the carbon doped epilayer using at least the gate electrode as a mask. Is introduced into the surface epilayer and the carbon-doped epilayer in regions located on both sides of the gate electrode.
A fifth step of forming an impurity diffusion region for a drain; and a sixth step of performing a heat treatment on the semiconductor substrate to activate an impurity introduced into each of the impurity diffusion regions. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項20】 半導体基板内に第1導電型不純物イオ
ンを注入してウエル用不純物拡散領域を形成する第1の
工程と、 上記半導体基板内にしきい値制御レベルの不純物を導入
し、上記半導体基板の表面付近の領域にチャネル用不純
物拡散領域を形成する第2の工程と、 上記第2の工程の後又は前に、上記半導体基板内に炭素
イオンの注入を行って、上記ウエル用不純物拡散領域の
奥方の一部を含みかつ上記チャネル用不純物拡散領域と
は離れた領域に炭素ドープ領域を形成する第3の工程
と、 上記チャネル用不純物拡散領域の上にゲート絶縁膜及び
ゲート電極を形成する第4の工程と、 少なくとも上記ゲート電極をマスクとして用いて上記半
導体基板内に第2導電型不純物を導入し、上記半導体基
板内の上記ゲート電極の両側方に位置する領域にソース
・ドレイン用不純物拡散領域を形成する第5の工程と、 上記半導体基板の熱処理を行い、上記各不純物拡散領域
に導入された不純物を活性化させる第6の工程とを備え
ていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
20. A first step of forming a well impurity diffusion region by implanting a first conductivity type impurity ion into a semiconductor substrate; and introducing a threshold control level impurity into the semiconductor substrate, A second step of forming a channel impurity diffusion region in a region near the surface of the substrate; and carbon ions are implanted into the semiconductor substrate after or before the second step to form the impurity diffusion region for the well. A third step of forming a carbon-doped region in a region including a part of the back of the region and away from the channel impurity diffusion region; and forming a gate insulating film and a gate electrode on the channel impurity diffusion region. A fourth step of introducing a second conductivity type impurity into the semiconductor substrate by using at least the gate electrode as a mask, and positioning the impurity on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate. A fifth step of forming a source / drain impurity diffusion region in the region; and a sixth step of performing a heat treatment on the semiconductor substrate to activate the impurities introduced into each of the impurity diffusion regions. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項21】 請求項20記載の半導体装置の製造方
法において、 上記炭素ドープ領域内の炭素濃度が最大となる位置は、
上記ウエル用不純物拡散領域内の第1導電型不純物濃度
が最大となる位置よりも上方にあることを特徴とする半
導体装置の製造方法。
21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein the position where the carbon concentration in the carbon-doped region is maximum is:
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is located above a position where the first conductivity type impurity concentration in the well impurity diffusion region is maximum.
【請求項22】 半導体基板上に炭素がドープされた半
導体単結晶をエピタキシャル成長させて炭素ドープエピ
層を形成する第1の工程と、 上記炭素ドープエピ層の上に半導体単結晶をエピタキシ
ャル成長させて表面エピ層を形成する第2の工程と、 上記表面エピ層と上記炭素ドープエピ層と上記半導体基
板の一部とに亘る領域に第1導電型の不純物イオンを注
入してウエル用不純物拡散領域を形成する第3の工程
と、 上記表面エピ層の上部にしきい値制御レベルの不純物イ
オンを注入して、チャネル用不純物拡散領域を形成する
第4の工程と、 上記チャネル用不純物拡散領域の上にゲート絶縁膜及び
ゲート電極を形成する第5の工程と、 少なくとも上記ゲート電極をマスクとして用いて上記表
面エピ層内に第2導電型不純物を導入し、上記表面エピ
層内の上記ゲート電極の両側方に位置する領域にソース
・ドレイン用不純物拡散領域を形成する第6の工程と、 上記半導体基板の熱処理を行い、上記各不純物拡散領域
に導入された不純物を活性化させる第7の工程とを備え
ていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
22. A first step of epitaxially growing a carbon-doped semiconductor single crystal on a semiconductor substrate to form a carbon-doped epilayer, and a step of epitaxially growing a semiconductor single crystal on the carbon-doped epilayer to form a surface epilayer. Forming a well impurity diffusion region by implanting a first conductivity type impurity ion into a region extending over the surface epi layer, the carbon doped epi layer, and a part of the semiconductor substrate. A third step of implanting impurity ions at a threshold control level above the surface epi layer to form a channel impurity diffusion region; and a gate insulating film on the channel impurity diffusion region. And a fifth step of forming a gate electrode, and introducing a second conductivity type impurity into the surface epilayer using at least the gate electrode as a mask. A sixth step of forming source / drain impurity diffusion regions in regions located on both sides of the gate electrode in the surface epi layer, and performing a heat treatment on the semiconductor substrate to thereby introduce impurities introduced into the impurity diffusion regions. And a seventh step of activating the semiconductor device.
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