JP2001203348A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
- Publication number
- JP2001203348A JP2001203348A JP2000009305A JP2000009305A JP2001203348A JP 2001203348 A JP2001203348 A JP 2001203348A JP 2000009305 A JP2000009305 A JP 2000009305A JP 2000009305 A JP2000009305 A JP 2000009305A JP 2001203348 A JP2001203348 A JP 2001203348A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor substrate
- source
- film
- gate electrode
- semiconductor device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ソース/ドレイン領域の接合深さにかかわら
ずチャネル領域の深さを決定することができ、ソース/
ドレイン領域の抵抗とショートチャネル効果の防止とを
独立して制御することができ、特性バラツキを抑制する
ことができる半導体装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 半導体基板10上に形成されたゲート絶
縁膜13及びゲート電極14と、半導体基板10内に埋
め込み形成されたソース/ドレイン領域21cとを備え
てなり、ソース/ドレイン領域21cがゲート電極14
側でソース/ドレイン領域21cの深さよりも小さな深
さで半導体基板10と接触するように、ソース/ドレイ
ン領域21cと半導体基板10との間に絶縁膜20が形
成されている半導体装置。
(57) [Problem] To determine the depth of a channel region regardless of the junction depth of a source / drain region.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device in which resistance of a drain region and prevention of a short channel effect can be controlled independently, and variation in characteristics can be suppressed. The semiconductor device includes a gate insulating film and a gate electrode formed on a semiconductor substrate, and a source / drain region buried in the semiconductor substrate. 14
A semiconductor device in which an insulating film 20 is formed between a source / drain region 21c and a semiconductor substrate 10 so as to contact the semiconductor substrate 10 at a depth smaller than that of the source / drain region 21c on the side.
Description
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は半導体装置及びその
製造方法に関し、より詳しくは、微細構造のMOSトラ
ンジスタからなる半導体装置及びその製造方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device including a MOS transistor having a fine structure and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
LSIの高集積化に伴い、使用されるトランジスタはま
すます微細化され、現在では0.2〜0.3μmのゲー
ト長を有するトランジスタが要求されるまでになってき
ている。このような微細なトランジスタは、例えば、ソ
ース/ドレイン領域を浅く形成したり、ゲート電極を基
板中に埋め込むことによりソース/ドレイン領域を見か
け上浅くする技術により形成される(特開平6−188
259号公報参照)。2. Description of the Related Art In recent years,
With the increase in the degree of integration of LSIs, the transistors used have been increasingly miniaturized. At present, transistors having a gate length of 0.2 to 0.3 μm have been required. Such a fine transistor is formed by, for example, a technique in which a source / drain region is formed shallow or a gate electrode is buried in a substrate to make the source / drain region apparently shallow.
No. 259).
【0003】しかし、トランジスタを微細化すると、シ
ョートチャネル効果によってしきい値電圧が低下した
り、ソース/ドレイン領域間のパンチスルーが生じると
いう問題が顕著になる。これは、ソース/ドレイン領域
を浅く形成したとしても、ソース/ドレイン領域が半導
体基板と接している限り解決することは困難である。ま
た、ソース/ドレイン領域と基板間の接合リークや接合
容量は、スケーリング則に伴う基板の不純物濃度の上昇
により増大し、基板の不純物濃度でみる限り、ショート
チャネル効果の改善と接合容量の増加とは相反する関係
にあり、電源電圧の低電圧化を施しても消費電力の増
加、性能の低下という問題の解決には至っていない。However, when a transistor is miniaturized, problems such as a decrease in threshold voltage due to a short channel effect and a punch-through between source / drain regions occur. This is difficult to solve even when the source / drain regions are formed shallow, as long as the source / drain regions are in contact with the semiconductor substrate. In addition, the junction leakage between the source / drain region and the substrate and the junction capacitance increase due to the increase in the impurity concentration of the substrate due to the scaling law. From the viewpoint of the impurity concentration of the substrate, the short channel effect and the junction capacitance increase. Are in conflict with each other, and even if the power supply voltage is reduced, the problems of increased power consumption and reduced performance have not been solved.
【0004】上記問題に対しては、これまでに数々の対
策が提案されている。例えば、低消費電力、高速性を維
持するためのSIMOX等に代表されるSOI(Silico
n On Insulator)基板上に形成したトランジスタが挙げ
られる。しかし、SOI基板の価格は、バルクシリコン
基板の10倍程度であり、コストの問題から主流の技術
には至っていないのが現状である。[0004] A number of measures have been proposed for the above problem. For example, SOI (Silico) represented by SIMOX for maintaining low power consumption and high speed
n On Insulator) transistors formed on a substrate. However, the price of an SOI substrate is about ten times that of a bulk silicon substrate, and at present, it has not reached the mainstream technology due to cost issues.
【0005】また、バルクシリコン基板を用いてSOI
基板と同様の効果を得ようとする試みもある。例えば、
トンネル電流が流れる程度の薄い絶縁膜で、ソース/ド
レイン領域を囲んだ構造が挙げられる(特開平6−97
435号公報参照)。このような構造により、接合リー
ク、接合容量の増大を抑えつつ、超微細なトランジスタ
を実現することができる。また、別の例として、図6
(e)に示したように、ソース/ドレイン領域37下に
酸化膜31を設けた構造が挙げられる(特開平3−53
534号公報参照)。このような構造のトランジスタ
は、接合リーク、接合容量が小さく抑えられ、低消費電
力化、高速性に大きなメリットを有している。Further, an SOI using a bulk silicon substrate
There are also attempts to obtain the same effect as the substrate. For example,
A structure in which a source / drain region is surrounded by a thin insulating film enough to allow a tunnel current to flow (Japanese Patent Laid-Open No. 6-97)
435). With such a structure, an ultrafine transistor can be realized while suppressing increase in junction leak and junction capacitance. As another example, FIG.
As shown in (e), there is a structure in which an oxide film 31 is provided below the source / drain region 37 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 3-53-53).
No. 534). The transistor having such a structure has a small advantage in that the junction leakage and the junction capacitance can be suppressed to be small, and low power consumption and high speed can be obtained.
【0006】以下、このトランジスタの製造方法を説明
する。まず、図6(a)に示したように、P型シリコン
基板30を酸化し、シリコン基板30表面全面に酸化膜
31を形成する。その上にP型をドープしたポリシリコ
ン膜を堆積させる。この時ポリシリコン膜の厚さは、ソ
ース/ドレイン領域の深さより少し薄くする(0.2μ
m以下)。レーザーアニールによりポリシリコン膜を単
結晶化し、シリコン膜32とする(図6(a))。Hereinafter, a method of manufacturing this transistor will be described. First, as shown in FIG. 6A, the P-type silicon substrate 30 is oxidized to form an oxide film 31 on the entire surface of the silicon substrate 30. A P-type doped polysilicon film is deposited thereon. At this time, the thickness of the polysilicon film is made slightly smaller than the depth of the source / drain regions (0.2 μm).
m or less). The polysilicon film is monocrystallized by laser annealing to form a silicon film 32 (FIG. 6A).
【0007】次いで、図6(b)に示したように、フォ
トリソグラフィ及びエッチング工程により、所望の開口
を有するレジストパターン(図示せず)を形成し、この
レジストパターンをマスクとして用いて、シリコン膜3
2、酸化膜31をエッチングして開口33を形成する。
次に、レジストパターンを除去した後、図6(c)に示
したように、エピタキシャル成長によって開口33内に
シリコン34膜を埋設する。続いて、図6(d)に示し
たように、素子分離領域に相当する領域のシリコン膜3
2をエッチング除去し、その領域に酸化膜38を埋め込
む。Next, as shown in FIG. 6B, a resist pattern (not shown) having a desired opening is formed by a photolithography and etching process, and a silicon film is formed using this resist pattern as a mask. 3
2. An opening 33 is formed by etching the oxide film 31.
Next, after removing the resist pattern, as shown in FIG. 6C, a silicon 34 film is buried in the opening 33 by epitaxial growth. Subsequently, as shown in FIG. 6D, the silicon film 3 in a region corresponding to the element isolation region is formed.
2 is removed by etching, and an oxide film 38 is buried in the region.
【0008】その後、図6(e)に示したように、公知
の方法で、シリコン基板30上にゲート絶縁膜35、ゲ
ート電極36を形成し、ゲート電極36をマスクとして
用いて、ひ素又はリンをイオン注入し、ソース/ドレイ
ン領域37を形成し、熱処理により不純物を活性化さ
せ、層間絶縁膜(図示せず)、コンタクトホール(図示
せず)、配線(図示せず)等を形成し、半導体装置を完
成する。Thereafter, as shown in FIG. 6E, a gate insulating film 35 and a gate electrode 36 are formed on the silicon substrate 30 by a known method, and arsenic or phosphorus is formed using the gate electrode 36 as a mask. To form source / drain regions 37, activate impurities by heat treatment, and form an interlayer insulating film (not shown), a contact hole (not shown), a wiring (not shown), and the like. Complete the semiconductor device.
【0009】このような構造によっても、ショートチャ
ネル効果はソース/ドレイン領域の深さに依存している
ため、ソース/ドレイン領域を浅くして(図6(e)中
のθを浅くして)ショートチャネル効果を防止しようと
すると、ソース/ドレイン領域の抵抗が上昇し、高速動
作を阻害するという問題が依然として残る。しかも、ソ
ース/ドレイン領域が浅い場合には、コンタクトホール
の形成時に、シリコン膜をオーバーエッチすることによ
り貫通してしまうという問題もある。さらに、薄いシリ
コン膜を形成し、熱処理することが必要となるため、従
来のMOSトランジスタの製造においては使用されてい
ないレーザーアニール装置や、エピタキシャル成長装置
等の新たな設備が必要になるという問題もある。また、
ゲート電極は、素子分離領域38と酸化膜31とを形成
した後に、レジストパターンをマスクとして用いたパタ
ーニングによって形成されるため、シリコン34膜が埋
め込まれた領域へのマスク合せズレに伴う特性バラツキ
が生じるという問題もある。Even in such a structure, since the short channel effect depends on the depth of the source / drain regions, the source / drain regions are made shallow (θ in FIG. 6 (e) is made shallow). If an attempt is made to prevent the short channel effect, the resistance of the source / drain regions increases, and the problem that high-speed operation is hindered still remains. In addition, if the source / drain regions are shallow, there is a problem that the silicon film is penetrated by overetching when forming the contact hole. Furthermore, since it is necessary to form a thin silicon film and heat-treat it, there is a problem that new facilities such as a laser annealing apparatus and an epitaxial growth apparatus which are not used in the conventional manufacturing of a MOS transistor are required. . Also,
Since the gate electrode is formed by patterning using the resist pattern as a mask after forming the element isolation region 38 and the oxide film 31, characteristic variations due to misalignment of the mask with the region where the silicon 34 film is embedded are reduced. There is also a problem that occurs.
【0010】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、ソース/ドレイン領域の接合深さにかかわらずチャ
ネル領域の深さを決定することができ、ソース/ドレイ
ン領域の抵抗とショートチャネル効果の防止とを独立し
て制御することができるとともに、ソース/ドレイン領
域を囲む絶縁膜がゲート電極形成後にセルフアラインで
形成されるため、マスク合せズレ等による特性バラツキ
を抑制することができる半導体装置及びその製造方法を
提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and can determine the depth of a channel region regardless of the junction depth of a source / drain region. And a semiconductor device capable of independently controlling the prevention and preventing a variation in characteristics due to a mask misalignment or the like because the insulating film surrounding the source / drain regions is formed in a self-aligned manner after the formation of the gate electrode. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method thereof.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、第1導
電型半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜及びゲート
電極と、前記半導体基板表面に埋め込み形成された第2
導電型のソース/ドレイン領域とを備えてなり、前記ソ
ース/ドレイン領域が前記ゲート電極側で該ソース/ド
レイン領域の深さよりも小さな深さで前記半導体基板と
接触するように、前記ソース/ドレイン領域と半導体基
板との間に絶縁膜が形成されている半導体装置が提供さ
れる。According to the present invention, a gate insulating film and a gate electrode formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type and a second insulating film and a gate electrode formed on the surface of the semiconductor substrate are embedded.
A source / drain region of a conductivity type, wherein the source / drain region is in contact with the semiconductor substrate at a depth smaller than the depth of the source / drain region on the gate electrode side. A semiconductor device in which an insulating film is formed between a region and a semiconductor substrate is provided.
【0012】また、本発明によれば、(a)半導体基板
上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成し、該ゲート電
極の側壁にサイドウォールスペーサを形成し、(b)前
記ゲート電極とサイドウォールスペーサとをマスクとし
て用いて、前記半導体基板をエッチングして凹部を形成
し、(c)該凹部の側壁に耐酸化膜のサイドウォールス
ペーサを形成し、(d)該耐酸化膜のサイドウォールス
ペーサをマスクとして用いて、得られた半導体基板を酸
化して凹部の底面及び側壁下方に酸化膜を形成し、
(e)前記耐酸化膜のサイドウォールスペーサを除去し
た後、前記凹部に導電性膜を埋め込むことからなる半導
体装置の製造方法が提供される。According to the present invention, (a) a gate insulating film and a gate electrode are formed on a semiconductor substrate, and a sidewall spacer is formed on a side wall of the gate electrode. (B) The gate electrode and the sidewall are formed. The semiconductor substrate is etched by using the spacer as a mask to form a recess, (c) an oxidation-resistant film sidewall spacer is formed on the side wall of the recess, and (d) the oxidation-resistant film sidewall spacer. Using the as a mask, the obtained semiconductor substrate is oxidized to form an oxide film below the bottom surface and the side wall of the concave portion,
(E) There is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: removing a sidewall spacer of the oxidation-resistant film; and embedding a conductive film in the recess.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置は、主とし
て、半導体基板と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と、ソ
ース/ドレイン領域とから構成される。この発明に使用
される半導体基板は、通常、半導体装置に使用されるも
のであれば特に限定されるものではなく、シリコン、ゲ
ルマニウム等の元素半導体、GaAs、InGaAs等
の化合物半導体等が挙げられる。なかでもシリコン基板
が好ましい。この半導体基板は、基板全面にわってP型
又はN型の不純物を含有しているか、表面に部分的にP
型又はN型の不純物が導入されて不純物拡散層(ウェ
ル)が形成されたものであることが好ましい。この場合
の不純物濃度は、例えば、1×1017〜1×1018/c
m3程度が挙げられる。また、半導体基板の他の領域上
には、トランジスタ、キャパシタ、抵抗等による回路、
配線層、絶縁層、他の記憶装置等が単独又は組み合わさ
れて形成されていてもよい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor device according to the present invention mainly comprises a semiconductor substrate, a gate insulating film, a gate electrode, and source / drain regions. The semiconductor substrate used in the present invention is not particularly limited as long as it is generally used for a semiconductor device, and examples thereof include elemental semiconductors such as silicon and germanium, and compound semiconductors such as GaAs and InGaAs. Among them, a silicon substrate is preferable. This semiconductor substrate contains P-type or N-type impurities over the entire surface of the substrate, or partially
It is preferable that an impurity diffusion layer (well) is formed by introducing an N-type or N-type impurity. The impurity concentration in this case is, for example, 1 × 10 17 to 1 × 10 18 / c.
m 3 . Also, on other regions of the semiconductor substrate, circuits including transistors, capacitors, resistors,
A wiring layer, an insulating layer, another storage device, or the like may be formed alone or in combination.
【0014】半導体基板上に形成されるゲート絶縁膜
は、通常MOSトランジスタのゲート絶縁膜として形成
される材料、膜厚で形成することができる。例えば、シ
リコン酸化膜、シリコン窒化膜又はこれらの積層膜等、
膜厚5〜50nm程度が挙げられる。The gate insulating film formed on the semiconductor substrate can be formed of a material and a film thickness usually formed as a gate insulating film of a MOS transistor. For example, a silicon oxide film, a silicon nitride film or a laminated film thereof,
The thickness is about 5 to 50 nm.
【0015】ゲート電極は、通常電極として使用される
導電膜であれば、どのようなもので形成されていてもよ
く、例えば、ポリシリコン膜;アルミニウム、銅、金、
銀、ニッケル等の金属;タンタル、チタン、タングステ
ン等の高融点金属;高融点金属とポリシリコンとからな
るシリサイド;ポリサイド等が挙げられる。ゲート電極
の膜厚は、例えば、0.1〜0.3μm程度が挙げられ
る。なお、ゲート電極の上には、ゲート電極と同じ平面
形状の絶縁膜(シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、これ
らの積層膜等)を有していてもよいし、ゲート電極側壁
又はゲート電極と絶縁膜との側壁に、絶縁膜から構成さ
れるサイドウォールスペーサを有していてもよい。The gate electrode may be formed of any conductive film which is usually used as an electrode. For example, a polysilicon film; aluminum, copper, gold,
Metals such as silver and nickel; refractory metals such as tantalum, titanium and tungsten; silicides composed of refractory metals and polysilicon; polycides; The thickness of the gate electrode is, for example, about 0.1 to 0.3 μm. Note that an insulating film (silicon oxide film, silicon nitride film, a stacked film thereof, or the like) having the same planar shape as the gate electrode may be provided over the gate electrode, or may be insulated from the gate electrode side wall or the gate electrode. A sidewall spacer formed of an insulating film may be provided on a side wall of the film.
【0016】半導体基板表面に埋め込み形成されるソー
ス/ドレイン領域は、ゲート電極の両側であって、半導
体基板の表面に形成された導電性の領域であり、半導体
基板表面に導電性膜を埋め込むことにより形成されてい
る。The source / drain regions buried in the surface of the semiconductor substrate are conductive regions formed on the surface of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode, and a conductive film is buried in the surface of the semiconductor substrate. Is formed.
【0017】ソース/ドレイン領域を形成する導電性膜
としては、特に限定されず、例えば、上記で示した半導
体基板と同様の半導体材料に、半導体基板とは異なる導
電型の不純物がドーピングされたもの等が挙げられる。
なかでも、シリコン膜、特に単結晶シリコン膜から構成
されることが好ましい。ソース/ドレイン領域の不純物
濃度は、例えば、5×1019〜1×1021/cm3程度
が挙げられる。また、ソース/ドレイン領域の幅及び深
さは、得られる半導体装置の性能等を考慮して、適宜調
整することができ、例えば、幅(図2(c)中、w)
0.2〜0.5μm程度、深さ(図2(c)中、β)
0.3〜0.6μm程度が挙げられる。The conductive film forming the source / drain regions is not particularly limited. For example, the conductive film is formed by doping a semiconductor material similar to the above-described semiconductor substrate with an impurity having a conductivity type different from that of the semiconductor substrate. And the like.
Among them, a silicon film, particularly a single crystal silicon film is preferable. The impurity concentration of the source / drain regions is, for example, about 5 × 10 19 to 1 × 10 21 / cm 3 . The width and depth of the source / drain regions can be appropriately adjusted in consideration of the performance and the like of the obtained semiconductor device. For example, the width (w in FIG. 2C) can be adjusted.
About 0.2 to 0.5 μm, depth (β in FIG. 2C)
About 0.3 to 0.6 μm.
【0018】ソース/ドレイン領域は、ゲート電極側に
おいて、ソース/ドレイン領域の深さよりも小さな深さ
(図1中、α)で半導体基板と接触しており、このよう
にソース/ドレイン領域と半導体基板とが接触するよう
に、ソース/ドレイン領域と半導体基板との間に絶縁膜
が形成されている。言い換えると、ソース/ドレイン領
域は、ゲート電極側における極表面領域でのみ半導体基
板と接触するように、半導体基板表面において絶縁膜で
囲まれている。ソース/ドレイン領域と半導体基板と
は、例えば、ソース/ドレイン領域の深さが上記の範囲
内の場合には、0.02〜0.06μm程度の深さ(図
1中、α)で接触していることが適当である。そして、
ゲート電極側において、表面からこのような深さの領域
を除いて、ソース/ドレイン領域の周辺全部が絶縁膜で
覆われている。The source / drain region is in contact with the semiconductor substrate on the gate electrode side at a depth (α in FIG. 1) smaller than the depth of the source / drain region. An insulating film is formed between the source / drain region and the semiconductor substrate so as to make contact with the substrate. In other words, the source / drain region is surrounded by the insulating film on the surface of the semiconductor substrate so that the source / drain region is in contact with the semiconductor substrate only in the extreme surface region on the gate electrode side. For example, when the source / drain region has a depth within the above range, the source / drain region and the semiconductor substrate are in contact with each other at a depth of about 0.02 to 0.06 μm (α in FIG. 1). Is appropriate. And
On the gate electrode side, the entire periphery of the source / drain region is covered with an insulating film except for a region having such a depth from the surface.
【0019】絶縁膜としては、例えば、シリコン酸化
膜、シリコン窒化膜、これらの積層膜等が挙げられる。
絶縁膜の膜厚は、得られた半導体装置の動作電圧を印加
した場合に、ソース/ドレイン領域の絶縁性を確保でき
る程度であれば特に限定されないが、10〜50nm程
度が挙げられる。なお、ソース/ドレイン領域を囲む絶
縁膜は、少なくとも半導体基板からソース/ドレイン領
域を絶縁するものであればよいため、ソース/ドレイン
領域の表面を覆っていなくてもよい。また、絶縁膜は、
部分的に材料の異なる膜で構成されていてもよいし、ソ
ース/ドレイン領域を囲む領域の一部で膜厚が異なって
いてもよい。Examples of the insulating film include a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a laminated film of these.
The thickness of the insulating film is not particularly limited as long as the insulating property of the source / drain regions can be ensured when the operating voltage of the obtained semiconductor device is applied, but is about 10 to 50 nm. Note that the insulating film surrounding the source / drain regions only needs to insulate the source / drain regions from at least the semiconductor substrate, and does not need to cover the surfaces of the source / drain regions. The insulating film is
The film may be partially formed of a different material, or may have a different film thickness in a part of a region surrounding the source / drain region.
【0020】また、本発明の半導体装置においては、ソ
ース/ドレイン領域と接触する半導体基板は、上述した
ように、ソース/ドレイン領域とは異なる導電型であっ
てもよいが、半導体基板において、その一部に、不純物
の導電型及び/又は濃度が変化していてもよい。In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor substrate in contact with the source / drain region may be of a conductivity type different from that of the source / drain region as described above. In part, the conductivity type and / or concentration of the impurity may be changed.
【0021】例えば、ソース/ドレイン領域と接触する
領域の半導体基板に、ソース/ドレイン領域と同じ導電
型であって、不純物濃度が低い低濃度領域が形成されて
おり、この低濃度領域を介してソース/ドレイン領域が
半導体基板と接触していてもよい。低濃度領域は、通
常、ソース/ドレイン領域におけるLDD領域のような
位置、大きさ、不純物濃度であることが適当である。具
体的には、1×1018〜5×1019/cm3程度の不純
物濃度が挙げられる。For example, a low-concentration region having the same conductivity type as that of the source / drain region and a low impurity concentration is formed on the semiconductor substrate in a region in contact with the source / drain region. The source / drain region may be in contact with the semiconductor substrate. It is generally appropriate that the low concentration region has a position, size, and impurity concentration similar to those of the LDD region in the source / drain region. Specifically, an impurity concentration of about 1 × 10 18 to 5 × 10 19 / cm 3 may be used.
【0022】また、半導体基板は、ゲート電極下方であ
って、ソース/ドレイン領域と半導体基板とが接触する
領域よりも深い位置に、半導体基板の表面、すなわち、
ゲート電極直下の半導体基板と同じ導電型で不純物濃度
が高い高濃度領域が形成されていてもよい。高濃度領域
の位置、大きさ、不純物濃度は、得られる半導体装置の
特性等により適宜調整することができ、例えば、得られ
た半導体装置を動作させた際に、より低い電圧で、より
高速に、より確実に動作しうる位置、大きさ、不純物濃
度に設定することが好ましい。具体的には、半導体基板
表面から0.02〜0.06μm程度の範囲の位置及び
大きさ(幅)、5×1017〜5×1018/cm3程度の
不純物濃度が挙げられる。In addition, the semiconductor substrate is located below the gate electrode and deeper than a region where the source / drain region and the semiconductor substrate are in contact with each other, that is, the surface of the semiconductor substrate,
A high-concentration region having the same conductivity type as the semiconductor substrate immediately below the gate electrode and having a high impurity concentration may be formed. The position, size, and impurity concentration of the high-concentration region can be appropriately adjusted depending on the characteristics of the obtained semiconductor device.For example, when the obtained semiconductor device is operated, a lower voltage and a higher speed can be obtained. It is preferable to set the position, size, and impurity concentration at which the operation can be performed more reliably. Specifically, the position and the size (width) in the range of about 0.02 to 0.06 μm from the surface of the semiconductor substrate include an impurity concentration of about 5 × 10 17 to 5 × 10 18 / cm 3 .
【0023】本発明の半導体装置の製造方法では、ま
ず、工程(a)において、半導体基板上にゲート絶縁膜
及びゲート電極を形成し、さらにゲート電極の側壁にサ
イドウォールスペーサを形成する。ここで用いる半導体
基板には、あらかじめ、N型又はP型の不純物を全面に
導入していてもよいし、部分的にN型又はP型の不純物
が導入されたウェルが形成されていてもよい。また、所
望の領域に、LOCOS法又はトレンチ素子分離法等に
よる素子分離領域が形成されていることが好ましい。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, first, in step (a), a gate insulating film and a gate electrode are formed on a semiconductor substrate, and a sidewall spacer is formed on a side wall of the gate electrode. In the semiconductor substrate used here, an N-type or P-type impurity may be previously introduced into the entire surface, or a well in which an N-type or P-type impurity is partially introduced may be formed. . Further, it is preferable that an element isolation region is formed in a desired region by a LOCOS method, a trench element isolation method, or the like.
【0024】ゲート絶縁膜は、例えば、熱酸化法、CV
D法により、所望の膜厚で形成することができる。ゲー
ト電極は、例えば、半導体基板上に、上記導電膜をスパ
ッタ法、CVD法、蒸着法等により形成し、フォトリソ
グラフィ及びエッチング工程により所望の形状にパター
ニングすることにより形成することができる。なお、ゲ
ート電極がポリシリコンにより形成される場合には、ポ
リシリコン成膜中、その後又はゲート電極にパターニン
グした後にp型又はn型の不純物を導入することが好ま
しい。また、ゲート電極上に絶縁膜が形成されている場
合には、導電膜をパターニングする前に、シリコン酸化
膜、シリコン窒化膜等の絶縁膜を形成し、ゲート電極の
パターニングと同時にパターニングすることが好まし
い。The gate insulating film is formed, for example, by a thermal oxidation method, CV
By the method D, it can be formed with a desired film thickness. The gate electrode can be formed by, for example, forming the conductive film over a semiconductor substrate by a sputtering method, a CVD method, an evaporation method, or the like, and patterning the conductive film into a desired shape by a photolithography and etching process. Note that when the gate electrode is formed of polysilicon, it is preferable to introduce a p-type or n-type impurity during, after, or after patterning the gate electrode. In the case where an insulating film is formed over the gate electrode, an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film may be formed before patterning the conductive film, and patterning may be performed simultaneously with patterning the gate electrode. preferable.
【0025】得られたゲート電極の側壁にサイドウォー
ルスペーサを形成する方法としては、例えば、まず、ゲ
ート電極を含む半導体基板上全面に絶縁膜を形成し、R
IE法等の異方性エッチング法によりエッチバックする
方法が挙げられる。この際形成する絶縁膜の膜厚は、例
えば、50〜150nm程度が挙げられる。ゲート電極
上に絶縁膜が形成されている場合には、ゲート電極と絶
縁膜との側壁にサイドウォールスペーサを形成すること
が好ましい。As a method of forming a sidewall spacer on the side wall of the obtained gate electrode, for example, first, an insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the gate electrode,
There is a method of performing etch back by an anisotropic etching method such as an IE method. The thickness of the insulating film formed at this time is, for example, about 50 to 150 nm. In the case where an insulating film is formed over the gate electrode, it is preferable to form a sidewall spacer on a side wall between the gate electrode and the insulating film.
【0026】また、工程(a)においては、ゲート電極
を形成する前に、半導体基板に、半導体基板と同じ導電
型の不純物を導入してもよい。この不純物の導入によ
り、上述したように、ゲート電極下方の半導体基板内で
あって、ソース/ドレイン領域と半導体基板とが接触す
る領域よりも深い位置に、半導体基板の表面と同じ導電
型で不純物濃度が高い高濃度領域を形成することができ
る。この場合の不純物の導入は、例えば、10〜30k
eV程度のエネルギー、1×1012〜5×1013/cm
2程度のドーズでのイオン注入により行うことが好まし
い。In the step (a), before forming the gate electrode, an impurity of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate may be introduced into the semiconductor substrate. As described above, the impurity is introduced into the semiconductor substrate below the gate electrode at a position deeper than the region where the source / drain region and the semiconductor substrate are in contact with each other with the same conductivity type as the surface of the semiconductor substrate. A high-concentration region with a high concentration can be formed. In this case, the impurity is introduced, for example, at 10 to 30 k.
Energy of about eV, 1 × 10 12 to 5 × 10 13 / cm
It is preferable to perform the ion implantation at a dose of about 2 .
【0027】さらに、工程(a)においては、ゲート電
極を形成した後に、半導体基板に、半導体基板と異なる
導電型の不純物を導入してもよい。この不純物の導入に
より、上述したように、ソース/ドレイン領域が、ソー
ス/ドレイン領域と同じ導電型で不純物濃度が低い低濃
度領域を介して半導体基板と接触することを確実に行う
ことができる。この場合の不純物の導入は、例えば、5
〜15keV程度のエネルギー、5×1011〜1×10
13/cm2程度のドーズでのイオン注入により行うこと
が好ましい。Further, in the step (a), after forming the gate electrode, an impurity of a conductivity type different from that of the semiconductor substrate may be introduced into the semiconductor substrate. By introducing the impurity, as described above, the source / drain region can be reliably brought into contact with the semiconductor substrate through the low-concentration region having the same conductivity type as the source / drain region and having a low impurity concentration. In this case, the introduction of the impurity is performed by, for example, 5
Energy of about 15 keV, 5 × 10 11 to 1 × 10
It is preferable to perform the ion implantation at a dose of about 13 / cm 2 .
【0028】工程(b)において、ゲート電極とサイド
ウォールスペーサとをマスクとして用いて、半導体基板
をエッチングして凹部を形成する。この場合のエッチン
グは、例えば、RIE等の異方性エッチングにより行う
ことができる。なお、このエッチングは、エッチャント
を変えて、サイドウォールスペーサを形成するためのエ
ッチバックと連続して行ってもよい。凹部の深さ及び幅
は、特に限定されるものではないが、特に深さは、後述
する凹部の底面及び側壁下方に形成される酸化膜の膜厚
とともに、上述したソース/ドレイン領域の深さを決定
するものであるため、得られる半導体装置の特性、大き
さ等を考慮して設定することが必要である。例えば、深
さ30〜60nm程度、幅0.2〜0.3μm程度が挙
げられる。In the step (b), the semiconductor substrate is etched using the gate electrode and the sidewall spacer as a mask to form a concave portion. The etching in this case can be performed by, for example, anisotropic etching such as RIE. Note that this etching may be performed continuously with the etch back for forming the sidewall spacer by changing the etchant. The depth and width of the concave portion are not particularly limited, but the depth is particularly determined along with the thickness of the oxide film formed below the bottom surface and the side wall of the concave portion, which will be described later, and the depth of the source / drain region. Therefore, it is necessary to consider the characteristics, size, and the like of the obtained semiconductor device. For example, the depth is about 30 to 60 nm and the width is about 0.2 to 0.3 μm.
【0029】なお、半導体基板に凹部を形成した後、工
程(c)の前に、凹部の内表面の全面に酸化膜を形成し
てもよいし、凹部の側壁にのみ酸化膜のサイドウォール
スペーサを形成してもよいし、凹部の内表面の全面に酸
化膜を形成した後、凹部の側壁にのみ再度酸化膜のサイ
ドウォールスペーサを形成してもよい。この場合の内表
面の全面に形成する酸化膜の膜厚は、2〜10nm程度
が適当である。また、凹部の側壁にのみに形成するサイ
ドウォールスペーサは、凹部の底面上における幅が3〜
10nm程度であることが適当である。After the recess is formed in the semiconductor substrate and before the step (c), an oxide film may be formed on the entire inner surface of the recess, or the sidewall spacer of the oxide film may be formed only on the side wall of the recess. Alternatively, after forming an oxide film on the entire inner surface of the concave portion, a sidewall spacer of the oxide film may be formed again only on the side wall of the concave portion. In this case, the thickness of the oxide film formed on the entire inner surface is suitably about 2 to 10 nm. Further, the sidewall spacer formed only on the side wall of the concave portion has a width of 3 to 3 on the bottom surface of the concave portion.
Suitably, it is about 10 nm.
【0030】工程(c)において、凹部の側壁に耐酸化
膜のサイドウォールスペーサを形成する。この場合の耐
酸化膜としては、例えば、シリコン窒化膜が挙げられ
る。耐酸化膜の膜厚は、特に限定されるものではなく、
例えば、5〜20nm程度が挙げられる。サイドウォー
ルスペーサの形成は、実質的に、上述したゲート電極側
壁に形成するサイドウォールスペーサと同様に形成する
ことができる。なお、先の工程で、凹部の内表面の全面
に酸化膜及び/又は凹部の側壁にのみ酸化膜のサイドウ
ォールスペーサを形成した場合には、これらの酸化膜及
び/又はサイドウォールスペーサの上に、耐酸化膜のサ
イドウォールスペーサを形成する。In step (c), sidewall spacers of an oxidation-resistant film are formed on the side walls of the recess. An example of the oxidation resistant film in this case is a silicon nitride film. The thickness of the oxidation resistant film is not particularly limited,
For example, the thickness is about 5 to 20 nm. The sidewall spacer can be formed substantially in the same manner as the sidewall spacer formed on the side wall of the gate electrode described above. When the oxide film and / or the sidewall spacer of the oxide film is formed only on the side wall of the recess in the previous step, the oxide film and / or the sidewall spacer is formed on the sidewall of the oxide film. Then, a sidewall spacer of an oxidation resistant film is formed.
【0031】工程(d)において、耐酸化膜のサイドウ
ォールスペーサをマスクとして用いて、得られた半導体
基板を酸化して凹部の底面及び側壁下方に酸化膜を形成
する。ここでの酸化方法は、特に限定されるものではな
く、例えば、酸化性雰囲気下での熱酸化が適当である。
この場合の酸化条件としては、800〜900℃程度の
温度範囲、10〜60分間程度の時間が挙げられる。こ
れにより耐酸化膜に被覆された領域以外の半導体基板表
面、つまり、凹部底面に酸化膜を形成することができる
とともに、酸化膜のまわり込みにより凹部の側壁下方に
酸化膜を形成することができる。酸化膜の膜厚は、凹部
の深さ等により適宜調整することができるが、例えば、
凹部の底面において、20〜50nm程度が挙げられ
る。In the step (d), the obtained semiconductor substrate is oxidized using the sidewall spacer of the oxidation-resistant film as a mask to form an oxide film on the bottom surface of the recess and below the side wall. The oxidation method here is not particularly limited, and for example, thermal oxidation in an oxidizing atmosphere is appropriate.
The oxidation conditions in this case include a temperature range of about 800 to 900 ° C. and a time of about 10 to 60 minutes. Thus, an oxide film can be formed on the surface of the semiconductor substrate other than the region covered with the oxidation resistant film, that is, on the bottom surface of the concave portion, and the oxide film can be formed below the side wall of the concave portion by wrapping around the oxide film. . The thickness of the oxide film can be appropriately adjusted depending on the depth of the concave portion and the like.
On the bottom surface of the concave portion, about 20 to 50 nm is exemplified.
【0032】工程(e)において、まず、耐酸化膜のサ
イドウォールスペーサを除去する。この場合の除去方法
は、例えば、酸化膜等に対して選択比が大きいエッチャ
ントを用いたドライエッチング又はウェットエッチング
等、種々の方法が挙げられる。In the step (e), first, the sidewall spacer of the oxidation resistant film is removed. In this case, examples of the removal method include various methods such as dry etching or wet etching using an etchant having a large selectivity to an oxide film or the like.
【0033】次いで、凹部に導電性膜を埋め込む。導電
膜を埋め込む方法としては、得られた半導体基板上全面
に導電性膜を堆積し、RIE法等の異方性エッチング法
によりエッチバックする方法が挙げられる。ここで半導
体基板上に堆積する導電性膜は、どのような材料から構
成されていてもよいが、シリコン膜であることが好まし
い。シリコン膜を用いる場合には、ソース/ドレイン領
域として機能しうる不純物濃度となるように、N型又は
P型の不純物をドーピングしながらシリコン膜を堆積し
てもよいし、シリコン膜を堆積した後、イオン注入、熱
拡散等によりN型又はP型の不純物をドーピングしても
よいし、さらには、シリコン膜を堆積した後、凹部に導
電膜を埋め込み、その後にイオン注入、熱拡散等により
N型又はP型の不純物をドーピングしてもよい。また、
シリコン膜は、単結晶シリコン膜として堆積してもよい
し、多結晶シリコン膜として堆積した後、再結晶により
単結晶シリコン膜としてもよい。堆積する導電性膜の膜
厚は、特に限定されるものではないが、底部に酸化膜が
形成された後の凹部の深さ以上であることが好ましい。
具体的には、400〜800nm程度が挙げられる。Next, a conductive film is embedded in the concave portion. As a method of embedding the conductive film, a method of depositing a conductive film on the entire surface of the obtained semiconductor substrate and etching back by an anisotropic etching method such as RIE method may be mentioned. Here, the conductive film deposited on the semiconductor substrate may be made of any material, but is preferably a silicon film. When a silicon film is used, the silicon film may be deposited while being doped with an N-type or P-type impurity so as to have an impurity concentration capable of functioning as a source / drain region. N-type or P-type impurities may be doped by ion implantation, thermal diffusion, or the like. Further, after a silicon film is deposited, a conductive film is buried in the concave portion, and then N-type or P-type impurities are implanted by ion implantation, thermal diffusion, or the like. Or P-type impurities may be doped. Also,
The silicon film may be deposited as a single crystal silicon film, or may be deposited as a polycrystalline silicon film and then recrystallized to form a single crystal silicon film. The thickness of the conductive film to be deposited is not particularly limited, but is preferably equal to or greater than the depth of the concave portion after the oxide film is formed on the bottom.
Specifically, about 400 to 800 nm is mentioned.
【0034】なお、本発明の半導体装置の製造方法で
は、上記の工程の前、中、後等において、通常半導体装
置の完成のために行われる工程、例えば、熱処理、層間
絶縁膜の形成、表面平坦化、コンタクトホールの形成、
配線層の形成等を任意に行うことにより、半導体装置を
完成させることができる。また、本発明の半導体装置の
製造方法では、N型、P型、N型及びP型のいずれのM
OSトランジスタを形成する場合においても用いること
ができる。以下、本発明の半導体装置及びその製造方法
の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明
する。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, before, during, after, etc., the steps usually performed for completing the semiconductor device, for example, heat treatment, formation of an interlayer insulating film, surface Flattening, forming contact holes,
By arbitrarily forming a wiring layer and the like, a semiconductor device can be completed. Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, any one of N-type, P-type, N-type and P-type M
It can be used also when forming an OS transistor. Hereinafter, embodiments of a semiconductor device and a method of manufacturing the same of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0035】実施の形態1 本発明の半導体装置の一例であるMOSトランジスタ
は、図1に示したように、P型シリコン基板10上に形
成されたゲート絶縁膜13及びゲート電極14と、シリ
コン基板10表面に埋め込み形成されたN型のソース/
ドレイン領域21cとを備えてなる。 Embodiment 1 As shown in FIG. 1, a MOS transistor, which is an example of a semiconductor device of the present invention, comprises a gate insulating film 13 and a gate electrode 14 formed on a P-type silicon substrate 10; 10 N-type source buried on the surface /
And a drain region 21c.
【0036】ソース/ドレイン領域21cは、ゲート電
極14側でソース/ドレイン領域21cの深さよりも小
さな深さ(図1中、α)でシリコン基板10と接触する
ように、ソース/ドレイン領域21cとシリコン基板1
0との間に絶縁膜20が形成されている。また、ソース
/ドレイン領域21cは、N型で、ソース/ドレイン領
域21cよりも不純物濃度が低い低濃度領域22を介し
てシリコン基板10と接触している。さらに、ゲート電
極14下方のシリコン基板10内であって、ソース/ド
レイン領域21cとシリコン基板10基板とが接触する
領域よりも深い位置に、P型で、ゲート電極14直下の
シリコン基板10よりも不純物濃度が高いP型拡散領域
23が形成されている。The source / drain region 21c is connected to the silicon substrate 10 at a depth (α in FIG. 1) smaller than the source / drain region 21c on the gate electrode 14 side. Silicon substrate 1
0 is formed between the insulating film 20 and the insulating film 20. The source / drain region 21c is N-type and is in contact with the silicon substrate 10 via a low concentration region 22 having a lower impurity concentration than the source / drain region 21c. Further, in the silicon substrate 10 below the gate electrode 14, at a position deeper than the region where the source / drain region 21 c and the silicon substrate 10 substrate are in contact with each other, the P-type silicon substrate 10 is located lower than the silicon substrate 10 directly below the gate electrode 14. A P-type diffusion region 23 having a high impurity concentration is formed.
【0037】このような構成により、ソース/ドレイン
領域21cとゲート電極14直下に形成されるチャネル
領域との電子の出入り口は、実際にシリコン基板10表
面を流れる電流経路(深さ方向の幅、反転層幅)に合わ
せて狭くすることができ、ショートチャネル効果を防止
することができる。また、P型拡散領域23を配置する
ことにより、チャネル領域の不純物濃度を低くすること
ができるため、より高速なMOSトランジスタを得るこ
とができる。With such a structure, the entrance and exit of electrons between the source / drain region 21c and the channel region formed immediately below the gate electrode 14 are formed by current paths (width in the depth direction, inversion (Layer width), and the short channel effect can be prevented. Further, by arranging the P-type diffusion region 23, the impurity concentration of the channel region can be reduced, so that a higher-speed MOS transistor can be obtained.
【0038】上記の半導体装置は、以下の製造方法によ
って製造することができる。まず、図2(a)に示した
ように、LOCOS法にて膜厚100〜200nm程度
の酸化膜による素子分離領域11を形成したP型シリコ
ン基板10表面に、ボロンイオン12を、5〜10ke
V、1〜5×1013/cm2でイオン注入した。The above semiconductor device can be manufactured by the following manufacturing method. First, as shown in FIG. 2A, a boron ion 12 is formed on a surface of a P-type silicon substrate 10 having an element isolation region 11 formed of an oxide film having a thickness of about 100 to 200 nm by a LOCOS method.
V, ions were implanted at 1 to 5 × 10 13 / cm 2 .
【0039】次に、図2(b)に示したように、シリコ
ン基板10上に、熱酸化法にて膜厚4〜6nmのゲート
絶縁膜13、膜厚100〜150nm程度のリンドープ
ポリシリコン膜、膜厚50〜100nm程度のCVD酸
化膜を順次堆積し、パターニングすることによりCVD
酸化膜15に覆われたゲート電極14を形成した。次い
で、図2(c)に示したように、得られたシリコン基板
10上に、膜厚90〜120nm程度のCVD酸化膜を
堆積し、CF系のガスを用いたエッチバックにより、ゲ
ート電極14の側壁にサイドウォールスペーサ16を形
成するとともに、エッチングガスをF系に変えて、連続
的にエッチングすることにより、シリコン基板10に幅
(図6(c)中、w)0.2〜0.3μm程度、深さ
(図6(c)中、β)0.3〜0.6μm程度の凹部1
7を形成した。Next, as shown in FIG. 2B, a gate insulating film 13 having a thickness of 4 to 6 nm and a phosphorus-doped polysilicon having a thickness of about 100 to 150 nm are formed on the silicon substrate 10 by thermal oxidation. A film is formed by sequentially depositing a CVD oxide film having a thickness of about 50 to 100 nm and patterning the same.
The gate electrode 14 covered with the oxide film 15 was formed. Next, as shown in FIG. 2C, a CVD oxide film having a thickness of about 90 to 120 nm is deposited on the obtained silicon substrate 10, and the gate electrode 14 is etched back using a CF-based gas. The sidewalls 16 are formed on the side walls of the silicon substrate 10, and the etching gas is changed to F-based, and the silicon substrate 10 is continuously etched, so that the width of the silicon substrate 10 (w in FIG. 6C) is 0.2-0. The concave portion 1 having a depth of about 3 μm and a depth (β in FIG. 6C) of about 0.3 to 0.6 μm.
7 was formed.
【0040】続いて、図2(d)に示したように、凹部
17の表面に、膜厚3〜5nm程度の酸化膜18を形成
し、得られたシリコン基板10上全面に膜厚10〜20
nm程度のシリコン窒化膜を堆積し、全面エッチバック
を行なうことにより、凹部17の側壁及び凹部17から
サイドウォールスペーサ16の側壁にかけて、シリコン
窒化膜によるサイドウォールスペーサ19を形成した。
その後、図3(e)に示したように、得られたシリコン
基板10を熱酸化することにより、凹部17の底面及び
凹部17のゲート電極14側の側面の下方の一部に、熱
酸化膜20を形成した。なお、この熱酸化膜20の膜厚
は、凹部17底面において30〜50nm程度とした。Subsequently, as shown in FIG. 2D, an oxide film 18 having a thickness of about 3 to 5 nm is formed on the surface of the concave portion 17, and a film thickness of 10 to 10 20
By depositing a silicon nitride film of about nm and performing etch back on the entire surface, a sidewall spacer 19 of a silicon nitride film was formed from the side wall of the concave portion 17 to the side wall of the sidewall spacer 16.
Thereafter, as shown in FIG. 3E, the obtained silicon substrate 10 is thermally oxidized, so that a thermal oxide film is formed on the bottom surface of the concave portion 17 and a part below the side surface of the concave portion 17 on the gate electrode 14 side. 20 were formed. The thickness of the thermal oxide film 20 was about 30 to 50 nm at the bottom of the recess 17.
【0041】次に、図3(f)に示したように、シリコ
ン窒化膜によるサイドウォールスペーサ19を除去し、
さらに凹部17のゲート電極14側の側面の上方の一部
(α=30nm程度)において、シリコン基板10が露
出するようにフッ酸により酸化膜18をエッチング除去
した。得られたシリコン基板10上に、CVD法にて、
膜厚400〜800nm程度のポリシリコン膜21aを
堆積した。Next, as shown in FIG. 3F, the side wall spacer 19 made of the silicon nitride film is removed,
Further, the oxide film 18 was etched and removed with hydrofluoric acid so that the silicon substrate 10 was exposed at a portion (α = about 30 nm) above the side surface of the recess 17 on the side of the gate electrode 14. On the obtained silicon substrate 10 by the CVD method,
A polysilicon film 21a having a thickness of about 400 to 800 nm was deposited.
【0042】次いで、図3(g)に示したように、ポリ
シリコン膜21aをエッチバックして、ポリシリコン膜
21をシリコン基板10の凹部17に埋め込み、埋め込
まれたポリシリコン膜21に、ひ素又はリンを、10〜
20keV、1〜5×1015/cm2でイオン注入し
た。Next, as shown in FIG. 3 (g), the polysilicon film 21a is etched back, the polysilicon film 21 is buried in the concave portion 17 of the silicon substrate 10, and the buried polysilicon film 21 is filled with arsenic. Or 10 to 10
Ion implantation was performed at 20 keV and 1 to 5 × 10 15 / cm 2 .
【0043】続いて、図3(h)に示したように、得ら
れたシリコン基板10を、800〜850℃程度、10
〜60分間程度熱処理することにより、ポリシリコン膜
21内の不純物を活性化し、ポリシリコン膜21を導電
体化してソース/ドレイン領域21cを形成するととも
に、ポリシリコン膜21内の不純物をチャネル方向に拡
散させて、サイドウォールスペーサ16直下のシリコン
基板10内に低濃度領域22を形成した。同時に、シリ
コン基板10内に注入されたボロンイオン12をその上
下方向に拡散させ、P型拡散領域23を形成した。その
後、層間絶縁膜、コンタクトホール、配線等を形成する
ことにより、MOSトランジスタを完成する。Subsequently, as shown in FIG. 3 (h), the obtained silicon substrate 10 was heated at about 800 to 850 ° C.
By performing a heat treatment for about 60 minutes, the impurities in the polysilicon film 21 are activated, the polysilicon film 21 is made conductive, the source / drain regions 21c are formed, and the impurities in the polysilicon film 21 are moved in the channel direction. By diffusion, a low concentration region 22 was formed in the silicon substrate 10 immediately below the sidewall spacer 16. At the same time, the boron ions 12 implanted into the silicon substrate 10 were diffused in the vertical direction to form a P-type diffusion region 23. Thereafter, an MOS transistor is completed by forming an interlayer insulating film, a contact hole, a wiring, and the like.
【0044】実施の形態2 この実施の形態では、図4に示したように、実施の形態
1におけるゲート電極の形成後(図2(b)の後)に、
LDD構造における低濃度不純物層を形成するために、
リンイオン24を、5〜10keV、5×1013〜5×
1014でイオン注入する工程を付加したものである。最
終的に得られたMOSトランジスタにおいて、ポリシリ
コン膜21からの不純物の拡散がゲート電極14にまで
達しない場合に生じるトランジスタ特性の劣化等を防止
するとともに、特性の安定化を図ることができる。ま
た、ソース・ドレイン間耐圧を向上させることもでき
る。熱処理を長時間行うことができない場合に特に、有
効な技術である。 Embodiment 2 In this embodiment, as shown in FIG. 4, after forming the gate electrode in Embodiment 1 (after FIG. 2B),
In order to form a low concentration impurity layer in the LDD structure,
Phosphorus ions 24 are converted to 5 to 10 keV, 5 × 10 13 to 5 ×
The step of ion implantation at 10 14 is added. In the finally obtained MOS transistor, it is possible to prevent deterioration of transistor characteristics and the like, which are caused when diffusion of impurities from the polysilicon film 21 does not reach the gate electrode 14, and to stabilize characteristics. Also, the withstand voltage between the source and the drain can be improved. This is an effective technique especially when the heat treatment cannot be performed for a long time.
【0045】実施の形態3 この実施の形態では、図5(a)に示したように、実施
の形態1における凹部17形成し、凹部17の表面に酸
化膜18を形成した後、シリコン窒化膜を堆積する前に
(図2(d))、酸化膜18の上全面に膜厚10〜30
nmのシリコン酸化膜を堆積し、エッチバックすること
により、凹部17の側壁の上方の一部(図5(a)中、
α’)を残して、シリコン酸化膜によるサイドウォール
スペーサ25を形成する工程を付加したものである。 Embodiment 3 In this embodiment, as shown in FIG. 5 (a), after forming the recess 17 in the embodiment 1 and forming the oxide film 18 on the surface of the recess 17, the silicon nitride film is formed. Before depositing (FIG. 2D), a film thickness of 10 to 30
By depositing a silicon oxide film having a thickness of 10 nm and etching back, a portion above the side wall of the concave portion 17 (FIG. 5A,
The process of forming the side wall spacer 25 of the silicon oxide film is added except for α ′).
【0046】最終的に得られたMOSトランジスタは、
図5(b)に示したように、サイドウォールスペーサ1
6直下に形成される低濃度領域26をより浅く、つま
り、ソース/ドレイン領域21cとチャネル領域との電
流の経路をより小さくすることができる。なお、低濃度
領域26の深さα’は、酸化膜によるサイドウォールス
ペーサ25の高さ、つまり酸化膜のエッチバック量で制
御することができる。このMOSトランジスタは、極限
に近い、さらに微細化が進んだ場合に、特に有効であ
る。The MOS transistor finally obtained is
As shown in FIG. 5B, the sidewall spacer 1
6 can be made shallower, that is, the current path between the source / drain region 21c and the channel region can be made smaller. Note that the depth α ′ of the low concentration region 26 can be controlled by the height of the sidewall spacer 25 formed of the oxide film, that is, the amount of the oxide film etched back. This MOS transistor is particularly effective when it is close to the limit and further miniaturized.
【0047】[0047]
【発明の効果】本発明によれば、ソース/ドレイン領域
がゲート電極側でソース/ドレイン領域の深さよりも小
さな深さで半導体基板と接触するように、ソース/ドレ
イン領域と半導体基板との間に絶縁膜が形成されている
ため、ソース/ドレイン領域の接合深さにかかわらず、
トランジスタのチャネル領域の深さを決定することがで
きる。よって、ソース/ドレイン領域の抵抗と、パンチ
スルーに代表されるショートチャネル効果の防止とを独
立して制御することが可能となる。また、ソース/ドレ
イン領域を囲む絶縁膜は、ゲート電極の形成後にセルフ
アラインで形成されるため、マスク合せズレ等による特
性バラツキの発生を防止することができるとともに、ソ
ース/ドレイン領域の全面を囲むため、接合リークを阻
止することができ、しかも、接合容量も低減することが
できる。さらに、ソース/ドレイン領域を、特に浅く形
成する必要がないため、コンタクト形成のためのエッチ
ングマージンを大きくとることができ、さらに微細かつ
安定な構造を実現することができ、信頼性の高い半導体
装置を提供することが可能となる。According to the present invention, the distance between the source / drain region and the semiconductor substrate is set so that the source / drain region contacts the semiconductor substrate at a depth smaller than the depth of the source / drain region on the gate electrode side. , Regardless of the junction depth of the source / drain regions
The depth of the channel region of the transistor can be determined. Therefore, it is possible to independently control the resistance of the source / drain regions and the prevention of the short channel effect represented by punch-through. Further, since the insulating film surrounding the source / drain regions is formed in a self-aligned manner after the formation of the gate electrode, it is possible to prevent the occurrence of characteristic variations due to misalignment of the mask and to surround the entire source / drain regions. Therefore, junction leakage can be prevented, and the junction capacitance can be reduced. Further, since it is not necessary to form the source / drain region particularly shallow, an etching margin for forming a contact can be increased, a finer and more stable structure can be realized, and a highly reliable semiconductor device can be realized. Can be provided.
【0048】また、ソース/ドレイン領域が、ソース/
ドレイン領域と同じ導電型で不純物濃度が低い低濃度領
域を介して半導体基板と接触してなる場合には、高いソ
ース・ドレイン耐圧を得ることができるため、ホットキ
ャリア耐性も強くなり、より信頼性の高い半導体装置を
得ることができる。さらに、ゲート電極下方の半導体基
板内であって、ソース/ドレイン領域と半導体基板とが
接触する領域よりも深い位置に、前記半導体基板の表面
と同じ導電型で不純物濃度が高い高濃度領域が形成され
てなる場合には、チャネル領域をより低濃度に設定する
ことが可能となり、より高速な半導体装置を実現するこ
とができる。Further, the source / drain region is
When the semiconductor substrate is in contact with the semiconductor substrate through a low-concentration region having the same conductivity type as the drain region and a low impurity concentration, a high source / drain withstand voltage can be obtained, so that hot carrier resistance increases and reliability increases. Semiconductor device with high reliability can be obtained. Further, a high concentration region having the same conductivity type and a high impurity concentration as the surface of the semiconductor substrate is formed in the semiconductor substrate below the gate electrode and at a position deeper than a region where the source / drain region and the semiconductor substrate are in contact with each other. In this case, the channel region can be set at a lower concentration, and a higher-speed semiconductor device can be realized.
【0049】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、従来の半導体装置の製造方法に比較して、特に新
たな技術、設備を用いることなく、上述した構成の半導
体装置を製造することが可能となる。さらに、耐酸化膜
のサイドウォールスペーサを形成する前に、凹部の側壁
に酸化膜のサイドウォールスペーサを形成する場合に
は、ソース/ドレイン領域と半導体基板との接触領域、
すなわち、電流の出入り口の深さをより小さく形成する
ことができるため、より微細な半導体装置を容易に製造
することが可能となる。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the semiconductor device having the above-described structure can be manufactured without using any new technology and equipment, as compared with the conventional method of manufacturing a semiconductor device. Becomes possible. Further, in the case where the sidewall spacer of the oxide film is formed on the side wall of the concave portion before the formation of the sidewall spacer of the oxidation-resistant film, the contact region between the source / drain region and the semiconductor substrate,
That is, since the depth of the current entrance / exit can be made smaller, a finer semiconductor device can be easily manufactured.
【0050】また、ゲート電極を形成する前に、半導体
基板に、該半導体基板と同じ導電型の不純物を導入する
場合には、ソース・ドレイン間耐圧をさらに高くするこ
とができるため、より信頼性の高い半導体装置を製造す
ることが可能となる。さらに、ゲート電極を形成した後
に、半導体基板に、該半導体基板と異なる導電型の不純
物を導入する場合には、チャネル領域表面をより低不純
物濃度に設定することができるため、より高速な半導体
装置を容易に製造することが可能となる。In the case where an impurity of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate is introduced into the semiconductor substrate before forming the gate electrode, the source-drain withstand voltage can be further increased. It is possible to manufacture a semiconductor device with high reliability. Further, in the case where an impurity of a conductivity type different from that of the semiconductor substrate is introduced into the semiconductor substrate after the formation of the gate electrode, the surface of the channel region can be set to a lower impurity concentration; Can be easily manufactured.
【図1】本発明の半導体装置の実施の形態を示す要部の
概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a main part showing an embodiment of a semiconductor device of the present invention.
【図2】本発明の半導体装置の製造方法を示す要部の概
略断面工程図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional process drawing of a main part showing a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
【図3】本発明の半導体装置の製造方法を示す要部の概
略断面工程図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional process drawing of a main part showing a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
【図4】本発明の別の半導体装置の製造方法を示す要部
の概略断面工程図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional process drawing of a main part showing another method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.
【図5】本発明のさらに別の半導体装置の製造方法を示
す要部の概略断面工程図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional process drawing of a main part showing a method for manufacturing still another semiconductor device of the present invention.
【図6】従来の半導体装置の製造方法を示す要部の概略
断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a main part showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
10 シリコン基板(半導体基板) 11 素子分離領域 12 ボロンイオン 13 ゲート絶縁膜 14 ゲート電極 15 CVD酸化膜 16、19、25 サイドウォールスペーサ 17 凹部 18 酸化膜 20 熱酸化膜 21、21a ポリシリコン膜(導電性膜) 21c ソース/ドレイン領域 22、26 低濃度領域 23 P型拡散領域(高濃度領域) 24 リンイオン DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Silicon substrate (semiconductor substrate) 11 Element isolation region 12 Boron ion 13 Gate insulating film 14 Gate electrode 15 CVD oxide film 16, 19, 25 Side wall spacer 17 Depression 18 Oxide film 20 Thermal oxide film 21, 21a Polysilicon film (Conductivity) 21c Source / drain region 22, 26 Low-concentration region 23 P-type diffusion region (high-concentration region) 24 Phosphorus ion
Claims (8)
及びゲート電極と、前記半導体基板表面に埋め込み形成
されたソース/ドレイン領域とを備えてなり、 前記ソース/ドレイン領域が前記ゲート電極側で該ソー
ス/ドレイン領域の深さよりも小さな深さで前記半導体
基板と接触するように、前記ソース/ドレイン領域と半
導体基板との間に絶縁膜が形成されていることを特徴と
する半導体装置。1. A semiconductor device comprising: a gate insulating film and a gate electrode formed on a semiconductor substrate; and a source / drain region buried in the surface of the semiconductor substrate. A semiconductor device, wherein an insulating film is formed between the source / drain region and the semiconductor substrate so as to contact the semiconductor substrate at a depth smaller than the depth of the source / drain region.
レイン領域と同じ導電型で不純物濃度が低い低濃度領域
を介して半導体基板と接触してなる請求項1に記載の半
導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the source / drain region is in contact with the semiconductor substrate via a low-concentration region having the same conductivity type as the source / drain region and a low impurity concentration.
て、ソース/ドレイン領域と半導体基板とが接触する領
域よりも深い位置に、前記半導体基板の表面と同じ導電
型で不純物濃度が高い高濃度領域が形成されてなる請求
項1又は2に記載の半導体装置。3. A high-concentration high-concentration region in the semiconductor substrate below the gate electrode and deeper than a region where the source / drain region and the semiconductor substrate are in contact with each other, having the same conductivity type as the surface of the semiconductor substrate. 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a region is formed.
ゲート電極を形成し、該ゲート電極の側壁にサイドウォ
ールスペーサを形成し、(b)前記ゲート電極とサイド
ウォールスペーサとをマスクとして用いて、前記半導体
基板をエッチングして凹部を形成し、(c)該凹部の側
壁に耐酸化膜のサイドウォールスペーサを形成し、
(d)該耐酸化膜のサイドウォールスペーサをマスクと
して用いて、得られた半導体基板を酸化して凹部の底面
及び側壁下方に酸化膜を形成し、(e)前記耐酸化膜の
サイドウォールスペーサを除去した後、前記凹部に導電
性膜を埋め込むことからなる半導体装置の製造方法。4. A gate insulating film and a gate electrode are formed on a semiconductor substrate, a sidewall spacer is formed on a side wall of the gate electrode, and (b) the gate electrode and the sidewall spacer are used as a mask. Forming a recess by etching the semiconductor substrate; (c) forming a sidewall spacer of an oxidation-resistant film on a side wall of the recess;
(D) using the sidewall spacer of the oxidation-resistant film as a mask, oxidizing the obtained semiconductor substrate to form an oxide film on the bottom surface and below the side wall of the concave portion; and (e) forming the sidewall spacer of the oxidation-resistant film. A method of manufacturing a semiconductor device, the method comprising: burying a conductive film in the recess after removing the semiconductor device.
ン膜であり、該シリコン膜を凹部に埋め込んだ後、前記
シリコン膜に不純物を導入する請求項4に記載の半導体
装置の製造方法。5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein in the step (e), the conductive film is a silicon film, and after the silicon film is buried in the recess, an impurity is introduced into the silicon film.
酸化膜のサイドウォールスペーサを形成する請求項4又
は5に記載の半導体装置の製造方法。6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein before the step (c), a sidewall spacer of an oxide film is further formed on a side wall of the concave portion.
する前に、さらに半導体基板に該半導体基板と同じ導電
型の不純物を導入する請求項4〜6のいずれか1つに記
載の半導体装置の製造方法。7. The semiconductor device according to claim 4, wherein in the step (a), before forming the gate electrode, an impurity of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate is further introduced into the semiconductor substrate. Manufacturing method.
した後に、さらに半導体基板に、該半導体基板と異なる
導電型の不純物を導入する請求項4〜7のいずれか1つ
に記載の半導体装置の製造方法。8. The semiconductor device according to claim 4, wherein in the step (a), after forming the gate electrode, an impurity of a conductivity type different from that of the semiconductor substrate is further introduced into the semiconductor substrate. Manufacturing method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000009305A JP2001203348A (en) | 2000-01-18 | 2000-01-18 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000009305A JP2001203348A (en) | 2000-01-18 | 2000-01-18 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001203348A true JP2001203348A (en) | 2001-07-27 |
Family
ID=18537474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000009305A Pending JP2001203348A (en) | 2000-01-18 | 2000-01-18 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001203348A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006093694A (en) * | 2004-09-20 | 2006-04-06 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Embedded bias wells in FETs |
| JP2008514016A (en) * | 2004-09-20 | 2008-05-01 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | High mobility bulk silicon PFET |
| JP2012227509A (en) * | 2011-04-05 | 2012-11-15 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Semiconductor device and method of fabricating the same |
-
2000
- 2000-01-18 JP JP2000009305A patent/JP2001203348A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006093694A (en) * | 2004-09-20 | 2006-04-06 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Embedded bias wells in FETs |
| JP2008514016A (en) * | 2004-09-20 | 2008-05-01 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | High mobility bulk silicon PFET |
| JP2012227509A (en) * | 2011-04-05 | 2012-11-15 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Semiconductor device and method of fabricating the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100260327B1 (en) | Method of fabricating a raised source/drain mosfet using self-aligned pocl3 for doping gate/source/drain regions | |
| US7714394B2 (en) | CMOS semiconductor devices having elevated source and drain regions and methods of fabricating the same | |
| JP4446949B2 (en) | Method for forming elevated salicide source / drain regions | |
| US6248637B1 (en) | Process for manufacturing MOS Transistors having elevated source and drain regions | |
| JP2005072577A (en) | Highly integrated semiconductor device having silicide film capable of ensuring contact margin and method for manufacturing the same | |
| JP3003632B2 (en) | Semiconductor integrated circuit and method of manufacturing the same | |
| US6927459B2 (en) | Semiconductor device having a gate electrode with a sidewall insulating film and manufacturing method thereof | |
| US6153483A (en) | Method for manufacturing MOS device | |
| KR100414735B1 (en) | A semiconductor device and A method for forming the same | |
| US6008100A (en) | Metal-oxide semiconductor field effect transistor device fabrication process | |
| KR100488099B1 (en) | A mos transistor having short channel and a manufacturing method thereof | |
| US6204185B1 (en) | Method for forming self-align stop layer for borderless contact process | |
| JPH06177377A (en) | Insulated-gate field-effect transistor | |
| JP2001203348A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| US7015103B2 (en) | Method for fabricating vertical transistor | |
| JP3714396B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JPH05283685A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| US6521517B1 (en) | Method of fabricating a gate electrode using a second conductive layer as a mask in the formation of an insulating layer by oxidation of a first conductive layer | |
| KR980012599A (en) | Methods of forming transistors using salicide process technology | |
| KR100734259B1 (en) | Manufacturing Method of Semiconductor Device | |
| US20030107052A1 (en) | Structure and method for fabricating a semiconductor device | |
| JPH06244415A (en) | Semiconductor device and manufacture thereof | |
| JP3408299B2 (en) | Insulated gate field effect transistor and method of manufacturing the same | |
| JP3956879B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device | |
| JPH09321287A (en) | Method for manufacturing semiconductor device |