JP2006339670A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】ゲート長が100nm以下であってもオフリーク電流を十分に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。
【解決手段】N型ウェル並びにゲート絶縁膜32及びゲート電極33が形成された半導体基板31に対し、リンをイオン注入することにより、半導体基板31の表面にN型ポケット層34を形成する。ゲート電極33の長さ(ゲート長)は、100nm以下である。イオン注入は、4方向からの斜めイオン注入により行う。また、例えば、注入エネルギを15乃至30keVとし、ドーズ量を1方向当たり3×1012乃至1.5×1013cm-2とする。この方法によれば、N型ポケット層34の形成にあたり、リンのイオン注入を行っているので、ゲート長を100nm以下と短くしても、チャネル近傍に強い電界が発生することを抑制することができる。このため、BD間リーク電流を抑制して、オフリーク電流を低減することが可能である。
【選択図】図23A semiconductor device capable of sufficiently suppressing off-leakage current even when the gate length is 100 nm or less and a method for manufacturing the same are provided.
An N-type pocket layer is formed on the surface of a semiconductor substrate by ion-implanting phosphorus into the semiconductor substrate on which an N-type well, a gate insulating film, and a gate electrode are formed. The length of the gate electrode 33 (gate length) is 100 nm or less. Ion implantation is performed by oblique ion implantation from four directions. Further, for example, the implantation energy is 15 to 30 keV, and the dose amount is 3 × 10 12 to 1.5 × 10 13 cm −2 per direction. According to this method, since the phosphorus ions are implanted in forming the N-type pocket layer 34, it is possible to suppress the generation of a strong electric field in the vicinity of the channel even if the gate length is reduced to 100 nm or less. it can. For this reason, it is possible to suppress the leakage current between BDs and reduce the off-leakage current.
[Selection] Figure 23
Description
本発明は、オフリーク電流の低減に好適な半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device suitable for reducing off-leakage current and a manufacturing method thereof.
近時、チップサイズの縮小化の要請等により、MOSトランジスタのゲート長の短縮が進められている。また、携帯電話等のバッテリ駆動される電子機器、即ち低オフリーク電流が特に必要とされる電子機器に用いられ、ゲート長が短いMOSトランジスタでは、そのエクステンション層の形成やポケット層の形成に当たって、N型の不純物としては、拡散係数が低いAsが用いられている。具体的には、PチャネルMOS(PMOS)トランジスタのポケット層及びNチャネルMOS(NMOS)トランジスタのエクステンション層に、N型不純物としてAsが用いられている。ゲート長の短縮に伴う短チャネル効果、特にオフリーク電流の発生及びしきい値電圧の低下を抑制するためには、従来、チャネルの不純物濃度を高める方法を形成する方法が採られている。 Recently, the gate length of MOS transistors has been shortened due to a demand for reduction in chip size. In addition, in a battery-driven electronic device such as a cellular phone, that is, an electronic device that particularly requires a low off-leakage current, in a MOS transistor having a short gate length, in forming the extension layer and the pocket layer, N As the type impurity, As having a low diffusion coefficient is used. Specifically, As is used as an N-type impurity in a pocket layer of a P-channel MOS (PMOS) transistor and an extension layer of an N-channel MOS (NMOS) transistor. In order to suppress the short channel effect accompanying the shortening of the gate length, particularly the occurrence of off-leakage current and the decrease in threshold voltage, a method of increasing the channel impurity concentration has been conventionally employed.
NMOSトランジスタを製造する場合、先ず、図26(a)に示すように、P型ウェルが表面に形成された半導体基板101上に、ゲート絶縁膜102及びゲート電極103を形成する。次に、図26(b)に示すように、ボロン(B)をイオン注入することにより、半導体基板101の表面にP型ポケット層104を形成する。このイオン注入は、平面視で互いに直交する4方向からの斜めイオン注入により行う。また、注入エネルギを5乃至10keVとし、ドーズ量を1方向当たり3×1012乃至1.8×1013cm-2とする。次いで、図26(c)に示すように、砒素(As)をイオン注入することにより、ポケット層104の表面にN型エクステンション層106を形成する。このイオン注入は、半導体基板101の表面に垂直な方向から行う。また、注入エネルギを2乃至5keVとし、ドーズ量を5×1014乃至3×1015cm-2とする。その後、深いN型ソース・ドレイン拡散層等を形成してNMOSトランジスタを完成させる。
When manufacturing an NMOS transistor, first, as shown in FIG. 26A, a gate
一方、PMOSトランジスタを製造する場合には、先ず、図27(a)に示すように、N型ウェルが表面に形成された半導体基板131上に、ゲート絶縁膜132及びゲート電極133を形成する。次に、図27(b)に示すように、Asをイオン注入することにより、半導体基板131の表面にN型ポケット層134を形成する。このイオン注入は、平面視で互いに直交する4方向からの斜めイオン注入により行う。また、注入エネルギを40乃至80keVとし、ドーズ量を1方向当たり3×1012乃至1.5×1013cm-2とする。次いで、図27(c)に示すように、Bをイオン注入することにより、ポケット層134の表面にP型エクステンション層136を形成する。このイオン注入は、半導体基板131の表面に垂直な方向から行う。また、注入エネルギを0.2乃至0.5keVとし、ドーズ量を5×1014乃至2×1015cm-2とする。その後、深いP型ソース・ドレイン拡散層等を形成してPMOSトランジスタを完成させる。
On the other hand, when manufacturing a PMOS transistor, first, as shown in FIG. 27A, a gate
しかしながら、近時、ゲート長が100nm以下となり、ポケット層を形成してチャネルの不純物濃度を高めると、エクステンション近傍のPN接合の電界が強くなり、ドレイン−ボディ間のBand−to−Bandトンネルリークが大きくなる。このトンネルリークにより、オフリーク電流が大きくなってしまうという問題がある。 However, recently, when the gate length is 100 nm or less and the pocket layer is formed to increase the impurity concentration of the channel, the electric field at the PN junction near the extension becomes stronger, and the band-to-band tunnel leakage between the drain and the body is caused. growing. There is a problem that off-leakage current increases due to the tunnel leakage.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、ゲート長が100nm以下であってもオフリーク電流を十分に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 such problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of sufficiently suppressing off-leakage current even when the gate length is 100 nm or less, and a method for manufacturing the same. .
本願発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has come up with the following aspects of the invention.
本発明に係る半導体装置には、半導体基板と、前記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、前記ゲート電極の側方に形成された1対のサイドウォール絶縁膜と、が設けられている。また、前記半導体基板の表面に第1の深さで、前記ゲート電極に対して自己整合的に形成された1対の第1のP型不純物拡散層が形成されている。更に、前記半導体基板の表面に前記第1の深さよりも深い第2の深さで、前記ゲート電極及び前記サイドウォール絶縁膜に対して自己整合的に形成された1対の第2のP型不純物拡散層が形成されている。そして、前記1対の第2のP型不純物拡散層の間に形成され、夫々が前記1対の第1のP型不純物拡散層の夫々に隣接し、リンを含有する1対のN型不純物拡散層が形成されている。また、前記ゲート電極の長さが100nm以下であり、前記N型不純物拡散層中に導入されたN型不純物のうち、リンの割合が30原子%以上である。 A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a gate insulating film and a gate electrode formed on the semiconductor substrate, and a pair of sidewall insulating films formed on the sides of the gate electrode. It has been. A pair of first P-type impurity diffusion layers formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode is formed on the surface of the semiconductor substrate at a first depth. Further, a pair of second P-type formed on the surface of the semiconductor substrate in a self-aligned manner with respect to the gate electrode and the sidewall insulating film at a second depth deeper than the first depth. An impurity diffusion layer is formed. A pair of N-type impurities formed between the pair of second P-type impurity diffusion layers, each adjacent to the pair of first P-type impurity diffusion layers and containing phosphorus; A diffusion layer is formed. In addition, the length of the gate electrode is 100 nm or less, and the proportion of phosphorus in the N-type impurity introduced into the N-type impurity diffusion layer is 30 atomic% or more.
本発明に係る半導体装置の製造方法では、先ず、半導体基板上にゲート絶縁膜及び長さが100nm以下のゲート電極を形成する。次に、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板の表面に少なくともリンを導入することにより、1対のN型不純物拡散層を形成する。次いで、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板の表面にP型不純物を導入することにより、1対の第1のP型不純物拡散層を第1の深さで形成する。その後、前記ゲート電極の側方に1対のサイドウォール絶縁膜を形成する。そして、前記ゲート電極及び前記サイドウォール絶縁膜をマスクとして、前記半導体基板の表面にP型不純物を導入することにより、1対の第2のP型不純物拡散層を前記第1の深さよりも深い第2の深さで形成する。また、前記N型不純物拡散層中に導入されたN型不純物のうち、リンの割合を30原子%以上とする。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, first, a gate insulating film and a gate electrode having a length of 100 nm or less are formed on a semiconductor substrate. Next, a pair of N-type impurity diffusion layers are formed by introducing at least phosphorus into the surface of the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask. Next, a pair of first P-type impurity diffusion layers are formed with a first depth by introducing P-type impurities into the surface of the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask. Thereafter, a pair of sidewall insulating films are formed on the sides of the gate electrode. Then, by introducing P-type impurities into the surface of the semiconductor substrate using the gate electrode and the sidewall insulating film as a mask, a pair of second P-type impurity diffusion layers are deeper than the first depth. It is formed at the second depth. Further, among the N-type impurities introduced into the N-type impurity diffusion layer, the proportion of phosphorus is set to 30 atomic% or more.
本発明によれば、ゲート長が100nm以下であっても、チャネル近傍の強い電界を緩和して半導体基板とドレインとの間で発生するリーク電流を抑制することができる。このため、オフリーク電流を低減することができる。 According to the present invention, even when the gate length is 100 nm or less, a strong electric field in the vicinity of the channel can be relaxed and a leakage current generated between the semiconductor substrate and the drain can be suppressed. For this reason, off-leakage current can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
(本発明の基本的原理)
先ず、本発明の基本的原理について説明する。
(Basic principle of the present invention)
First, the basic principle of the present invention will be described.
MOSトランジスタのオフリーク電流は、チャネルの不純物濃度(チャネルドーズ量)に伴って変動し、従来のMOSトランジスタでは、チャネルドーズ量が高いほど、オフリーク電流が小さい。このため、従来、短チャネル効果を抑制するために、チャネルドーズ量を高める方法が採られている。しかし、前述のように、ゲート長がより短くなると、特に100nm以下となると、チャネルドーズ量を高くしても、オフリーク電流がある値よりも下がらなくなってしまった。 The off-leakage current of the MOS transistor varies with the impurity concentration (channel dose) of the channel. In the conventional MOS transistor, the off-leakage current is smaller as the channel dose is higher. For this reason, conventionally, in order to suppress the short channel effect, a method of increasing the channel dose is employed. However, as described above, when the gate length is shorter, particularly when the gate length is 100 nm or less, the off-leakage current cannot be lowered below a certain value even if the channel dose is increased.
そこで、本願発明者らがその原因を見出すべく鋭意検討を重ねた結果、次のような事項が明らかになった。図1は、NMOSトランジスタにおけるオフリーク電流の種類を示す断面図である。 Therefore, as a result of intensive studies by the inventors of the present invention to find out the cause, the following matters have been clarified. FIG. 1 is a cross-sectional view showing types of off-leakage current in an NMOS transistor.
NMOSトランジスタでは、オフ状態では、例えば、半導体基板1上にゲート絶縁膜4を介して形成されたゲート電極5の電位が0Vと印加され、半導体基板1の表面に形成されたソース領域2の電位も0Vとされ、半導体基板1の電位も0Vとされ、半導体基板1の表面に形成されたドレイン領域3に1.2Vの電圧が印加される。
In the NMOS transistor, in the off state, for example, the potential of the gate electrode 5 formed on the
このとき、ソース領域2とドレイン領域3との間にソース−ドレイン(SD)間リーク電流が流れ、ゲート電極5とドレイン領域3との間にゲート−ドレイン(GD)間トンネルリーク電流が流れ、半導体基板1とドレイン領域3との間にボディ−ドレイン(BD)間リーク電流が流れる。これらの総和がオフリーク電流となる。
At this time, a source-drain (SD) leakage current flows between the
そして、PMOSトランジスタにおけるチャネルドーズ量とオフリーク電流との関係は、図2のようになる。従来のMOSトランジスタのゲート長では、ある程度のチャネルドーズ量であれば、オフリーク電流が許容される程度となっていた。この範囲では、図2に示すように、SD間リーク電流の影響が極めて大きく、また、BD間リーク電流の影響が極めて小さいため、チャネルドーズ量を高くすれば、SD間リーク電流が低減されてオフリーク電流が抑制される。 The relationship between the channel dose and the off-leakage current in the PMOS transistor is as shown in FIG. With the gate length of the conventional MOS transistor, an off-leakage current is allowed if the channel dose is a certain amount. In this range, as shown in FIG. 2, since the influence of the leakage current between SDs is extremely large and the influence of the leakage current between BDs is extremely small, the leakage current between SDs is reduced by increasing the channel dose. Off-leakage current is suppressed.
しかし、従来、よりゲート長を短くするためには、より高いチャネルドーズ量が必要と考えられているが、チャネルドーズ量を高くしていくと、BD間リーク電流の影響が大きくなって、逆に、オフリーク電流が上昇するようになってしまう。つまり、図2に示すように、実線で示すオフリーク電流には極小値が存在するのである。 Conventionally, however, it has been considered that a higher channel dose is necessary to shorten the gate length. However, as the channel dose is increased, the influence of the leakage current between BDs increases, In addition, the off-leakage current increases. That is, as shown in FIG. 2, there is a minimum value in the off-leakage current indicated by the solid line.
このため、ゲート長が100nm以下のMOSトランジスタでは、従来のように、単にチャネルドーズ量を高めるだけでは、オフリーク電流を低減することはできなくなっている。 For this reason, in a MOS transistor having a gate length of 100 nm or less, it is impossible to reduce the off-leakage current simply by increasing the channel dose as in the prior art.
そこで、本願発明者らは、チャネル近傍での電界を弱めるべく、更に鋭意検討を重ねたところ、PMOSトランジスタでは、ポケット層の形成に敢えて拡散係数が大きいPを用いることにより、また、NMOSトランジスタでは、エクステンション層の形成にPを用いることにより、BD間リーク電流を抑制することができることに想到した。 Therefore, the inventors of the present invention have made further studies to weaken the electric field in the vicinity of the channel. In the PMOS transistor, by using P having a large diffusion coefficient for forming the pocket layer, The inventors have conceived that the leakage current between BDs can be suppressed by using P for forming the extension layer.
図3は、チャネルドーズ量とオフリーク電流との関係を、AsポケットとPポケットとを比較しながら示すグラフである。図3に示すように、PMOSトランジスタにおいては、Asポケットを用いた場合(実線)よりも、Pポケットを用いた場合(2点鎖線)の方が、BD間リーク電流が低くなり、その分だけオフリーク電流の極小値が低下している。このことは、チャネルドーズ量を上げることにより、オフリーク電流をより低減することができることを意味している。NMOSトランジスタにおいても、従来のAsエクステンション層の代わりにPエクステンション層を用いることで、同様の効果が期待できる。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the channel dose and the off-leakage current while comparing the As pocket with the P pocket. As shown in FIG. 3, in the PMOS transistor, the leakage current between BDs is lower when the P pocket is used (two-dot chain line) than when the As pocket is used (solid line). The minimum value of off-leakage current is decreasing. This means that the off-leakage current can be further reduced by increasing the channel dose. In the NMOS transistor, the same effect can be expected by using the P extension layer instead of the conventional As extension layer.
(NチャネルMOSトランジスタにおける効果)
次に、NMOSトランジスタにおけるPエクステンション層の効果について説明する。図4は、Asエクステンション層を備えたNMOSトランジスタにおけるゲート長としきい値電圧Vthとの関係を示すグラフである。図4は、ポケット層の形成にBを用い、エクステンション層の形成にAsを用い、ソース・ドレイン拡散層の形成にPを用いて作製したNMOSトランジスタに対して測定を行った結果を示している。図4中、▲、●、◆ではポケット層のドーズ量が相違しており、●及び◆のドーズ量は、夫々▲のドーズ量の1.5倍、2倍である。
(Effect in N-channel MOS transistor)
Next, the effect of the P extension layer in the NMOS transistor will be described. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the gate length and the threshold voltage Vth in an NMOS transistor having an As extension layer. FIG. 4 shows the result of measurement performed on an NMOS transistor fabricated using B for forming the pocket layer, As for forming the extension layer, and P for forming the source / drain diffusion layer. . In FIG. 4, the dose amount of the pocket layer is different between ▲, ●, and ◆, and the dose amounts of ● and ♦ are 1.5 times and 2 times the dose amount of ▲, respectively.
図4に示すように、115nm(0.115μm)程度より長いゲート長では、ドーズ量の如何に拘わらず、ゲート長の相違に伴うしきい値電圧Vthの変動は比較的小さかった。しかし、ゲート長が100nm(0.1μm)よりも小さくなると、ゲート長の相違に伴うしきい値電圧Vthの変動(ロールオフ)が大きく、短チャネル効果が顕著となった。 As shown in FIG. 4, when the gate length is longer than about 115 nm (0.115 μm), the variation in the threshold voltage Vth due to the difference in the gate length is relatively small regardless of the dose amount. However, when the gate length is smaller than 100 nm (0.1 μm), the threshold voltage Vth fluctuates (rolls off) due to the difference in gate length, and the short channel effect becomes remarkable.
また、Asエクステンション層を用いた場合には、115nmのゲート長では、図5に示すように、ポケット層のドーズ量が低くても、ゲート電圧Vgが0Vのときのドレイン電流Id(オフリーク電流)として10-11(A/μm)程度が達成されているのに対し、80nmのゲート長では、図6に示すように、しきい値電圧を上げるためにポケット層のドーズ量を増加させると、オフリーク電流がポケット層のドーズ量に応じて大きく変動した。ここで、図5及び図6中の実線、破線、2点鎖線は、夫々図4中の▲、●、◆と同じドーズ量で得られたものである。以下の図7及び図8でも同様である。 Further, when the As extension layer is used, the drain current Id (off-leakage current) when the gate voltage Vg is 0 V with a gate length of 115 nm, even if the dose of the pocket layer is low, as shown in FIG. to 10 -11 to (a / μm) degree has been achieved, the gate length of 80 nm, as shown in FIG. 6, increasing the dose of the pocket layer in order to increase the threshold voltage as, The off-leakage current fluctuated greatly according to the dose of the pocket layer. Here, the solid line, the broken line, and the two-dot chain line in FIGS. 5 and 6 are obtained with the same dose as ▲, ●, and ◆ in FIG. 4, respectively. The same applies to FIGS. 7 and 8 below.
つまり、Asエクステンション層を用いた場合には、図5及び図6に示すように、ゲート長が115nmの場合には、十分にオフリーク電流が低くなるドーズ量(実線)であっても、ゲート長が80nmの場合には、1桁以上オフリーク電流が増加し、ドーズ量を1.5倍(破線)、2倍(2点鎖線)にしても、十分に低減することはできず、オフリーク電流の低減は限界に達してしまった。 That is, when the As extension layer is used, as shown in FIGS. 5 and 6, when the gate length is 115 nm, the gate length is sufficiently low even if the dose amount (solid line) sufficiently reduces the off-leakage current. Is 80 nm or more, the off-leakage current increases by one digit or more, and even if the dose is 1.5 times (dashed line) or 2 times (two-dot chain line), it cannot be sufficiently reduced. The reduction has reached its limit.
図7は、図6に示すドレイン電流Id中のBD間リーク電流を示すグラフである。図7中の太線がBD間リーク電流を示し、より詳細には、太実線、太破線、太2点鎖線は、夫々図6中の実線、破線、2点鎖線で示すグラフのBD間リーク電流を示している。Asエクステンション層を用いた場合には、図7に示すように、ポケット層のドーズ量が高くなるほど、BD間リーク電流が高くなった。 FIG. 7 is a graph showing a leakage current between BDs in the drain current Id shown in FIG. The thick line in FIG. 7 indicates the leakage current between BDs. More specifically, the thick solid line, the thick broken line, and the thick two-dot chain line indicate the leakage current between the BDs in the graph indicated by the solid line, the broken line, and the two-dot chain line in FIG. Is shown. When the As extension layer was used, as shown in FIG. 7, the BD leakage current increased as the pocket layer dose increased.
このような状況に対し、NMOSトランジスタにおいて、Asエクステンション層の代わりにPエクステンション層を用いると、ポケット層のドーズ量の増加に伴うBD間リーク電流の増加を抑制することができる。図8は、Pエクステンション層を備えたNMOSトランジスタにおけるゲート電圧Vgとドレイン電流Idとの関係を示すグラフである。図8は、図6及び図7と同様にゲート長を80nmとしたときに得られたものである。 In this situation, in the NMOS transistor, when the P extension layer is used instead of the As extension layer, an increase in leakage current between BDs accompanying an increase in the dose amount of the pocket layer can be suppressed. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the gate voltage Vg and the drain current Id in an NMOS transistor having a P extension layer. FIG. 8 is obtained when the gate length is set to 80 nm as in FIGS.
図8に示すように、Pエクステンション層を用いた場合には、BD間リーク電流は増大することなく、低い値で安定していた。このため、ポケット層のドーズ量を高めることにより、SD間リーク電流を低減してオフリーク電流を低減することができた。 As shown in FIG. 8, when the P extension layer was used, the leakage current between BDs did not increase and was stable at a low value. For this reason, by increasing the dose amount of the pocket layer, it was possible to reduce the leakage current between SD and the off-leakage current.
図9に、参考のために、Pエクステンション層を備えたNMOSトランジスタにおけるゲート長としきい値電圧Vthとの関係を示す。図9中の▲、●及び◆は、夫々図4中の同じ記号と同様の条件で得られた結果を示す。図9に示すように、Pエクステンション層を用いた場合でも、80nm程度のゲート長では、ロールオフが見受けられる。しかし、このような範囲でも、Pエクステンション層が用いられているので、図8に示すように、ポケット層のドーズ量、即ちチャネルドーズ量を高めることにより、オフリーク電流を低減することができる。 FIG. 9 shows the relationship between the gate length and the threshold voltage Vth in an NMOS transistor having a P extension layer for reference. In FIG. 9, ▲, ●, and ♦ indicate the results obtained under the same conditions as the same symbols in FIG. 4. As shown in FIG. 9, even when a P extension layer is used, a roll-off can be seen with a gate length of about 80 nm. However, since the P extension layer is used even in such a range, the off-leakage current can be reduced by increasing the dose of the pocket layer, that is, the channel dose, as shown in FIG.
なお、Pエクステンション層を形成するに当たっては、ゲート電極をマスクとしてその両脇に自己整合的にエクステンション層を形成するのではなく、ゲート電極の側方に薄いサイドウォール絶縁膜を形成した状態で、イオン注入を行うことが必要である。これは、PはAsよりも拡散係数が大きいためである。図10は、Pエクステンション層を備えたNMOSトランジスタにおけるゲート長としきい値電圧Vthとの関係を、薄いサイドウォール絶縁膜の有無を比較しながら示すグラフであり、図11は、ゲート長とオフリーク電流Ioffとの関係を、薄いサイドウォール絶縁膜の有無を比較しながら示すグラフである。図10及び図11中の▲及び◆は、夫々薄いサイドウォール絶縁膜がない場合の結果、薄いサイドウォール絶縁膜がある場合の結果を示している。図10及び図11に示すように、薄いサイドウォール絶縁膜がない場合(▲)には、ゲート長が100nm以下であると、ロールオフがより顕著であると共に、オフリーク電流が高かった。例えば、ゲート長が90nm程度の場合には、薄いサイドウォール絶縁膜が形成されていると(◆)、薄いサイドウォール絶縁膜がない場合(▲)と比較して、オフリーク電流が1桁以上低くなった。 In forming the P extension layer, instead of forming the extension layer on both sides of the gate electrode as a mask in a self-aligning manner, a thin sidewall insulating film is formed on the side of the gate electrode. It is necessary to perform ion implantation. This is because P has a larger diffusion coefficient than As. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the gate length and the threshold voltage Vth in an NMOS transistor having a P extension layer while comparing the presence or absence of a thin sidewall insulating film. FIG. 11 shows the gate length and off-leakage current. It is a graph which shows the relationship with Ioff, comparing the presence or absence of a thin sidewall insulating film. In FIGS. 10 and 11, ▲ and ◆ indicate the results when there is no thin sidewall insulating film and when there is a thin sidewall insulating film, respectively. As shown in FIGS. 10 and 11, when there is no thin sidewall insulating film (▲), when the gate length is 100 nm or less, roll-off is more remarkable and off-leakage current is high. For example, when the gate length is about 90 nm, the off-leakage current is lower by one digit or more than when the thin sidewall insulating film is formed (◆) and when the thin sidewall insulating film is not (▲). became.
(PチャネルMOSトランジスタにおける効果)
次に、PMOSトランジスタにおけるPポケット層の効果について説明する。図12は、Asポケット層を備えたPMOSトランジスタにおけるゲート長としきい値電圧Vthとの関係を示すグラフである。図12は、ポケット層の形成にAsを用い、エクステンション層の形成にBを用い、ソース・ドレイン拡散層の形成にBを用いて作製したPMOSトランジスタに対して測定を行った結果を示している。図12中、▲、●、◆ではポケット層のドーズ量が相違しており、●及び◆のドーズ量は、夫々▲のドーズ量の2倍、3倍である。
(Effect in P-channel MOS transistor)
Next, the effect of the P pocket layer in the PMOS transistor will be described. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the gate length and the threshold voltage Vth in a PMOS transistor having an As pocket layer. FIG. 12 shows the result of measurement performed on a PMOS transistor fabricated using As for forming the pocket layer, using B for forming the extension layer, and using B for forming the source / drain diffusion layer. . In FIG. 12, the dose amount of the pocket layer is different between ▲, ●, and ◆, and the dose amounts of ● and ♦ are two times and three times the dose amount of ▲, respectively.
図12に示すように、115nm(0.115μm)程度より長いゲート長では、ドーズ量の如何に拘わらず、ゲート長の相違に伴うしきい値電圧Vthの変動は小さかった。しかし、ゲート長が100nm(0.1μm)よりも小さくなると、ゲート長の相違に伴うしきい値電圧Vthの変動(ロールオフ)が大きく、短チャネル効果が顕著となった。これは、前述のNMOSトランジスタと同様の傾向である。 As shown in FIG. 12, when the gate length is longer than about 115 nm (0.115 μm), the variation of the threshold voltage Vth due to the difference in the gate length is small regardless of the dose amount. However, when the gate length is smaller than 100 nm (0.1 μm), the threshold voltage Vth fluctuates (rolls off) due to the difference in gate length, and the short channel effect becomes remarkable. This is the same tendency as the above-described NMOS transistor.
また、Asポケット層を用いた場合には、115nmのゲート長では、図13に示すように、ポケット層のドーズ量が比較的低くても、オフリーク電流が10-11(A/μm)程度であるのに対し、80nmのゲート長では、図14に示すように、オフリーク電流がポケット層のドーズ量に応じて大きく変動した。ここで、図13及び図14中の実線、破線、2点鎖線は、夫々図12中の▲、●、◆と同じドーズ量で得られたものである。以下の図15、図16及び図17でも同様である。 When the As pocket layer is used, the off-leakage current is about 10 −11 (A / μm) even when the dose of the pocket layer is relatively low as shown in FIG. On the other hand, at a gate length of 80 nm, as shown in FIG. 14, the off-leakage current greatly fluctuated according to the dose of the pocket layer. Here, the solid line, the broken line, and the two-dot chain line in FIGS. 13 and 14 are obtained with the same dose amount as ▲, ●, and ◆ in FIG. 12, respectively. The same applies to FIG. 15, FIG. 16, and FIG.
そして、Asポケット層を用いた場合には、図14に示すように、ゲート長が80nmであると、ポケット層のドーズ量を高くすることにより、オフリーク電流をある程度まで下げることは可能であるが、それ以上にドーズ量を高くしても、オフリーク電流は低下せず、オフリーク電流の低減は限界に達してしまった。 When the As pocket layer is used, as shown in FIG. 14, when the gate length is 80 nm, the off-leakage current can be lowered to some extent by increasing the dose of the pocket layer. Even if the dose was increased further, the off-leakage current did not decrease, and the reduction of the off-leakage current reached the limit.
図15は、図14に示すドレイン電流Id中のBD間リーク電流を示すグラフである。図1515中の太線がBD間リーク電流を示し、より詳細には、太実線、太破線、太2点鎖線は、夫々図14中の実線、破線、2点鎖線で示すグラフのBD間リーク電流を示している。Asポケット層を用いた場合には、図15に示すように、ポケット層のドーズ量が高くなるほど、BD間リーク電流が高くなった。 FIG. 15 is a graph showing a leakage current between BDs in the drain current Id shown in FIG. The thick line in FIG. 1515 indicates the BD leakage current. More specifically, the thick solid line, the thick broken line, and the thick two-dot chain line indicate the leakage current between the BDs in the graph indicated by the solid line, the broken line, and the two-dot chain line in FIG. Is shown. When the As pocket layer was used, as shown in FIG. 15, the leakage current between BDs increased as the dose of the pocket layer increased.
このような状況に対し、PMOSトランジスタにおいて、Asポケット層の代わりにPポケット層を用いると、ポケット層のドーズ量の増加に伴うBD間リーク電流の増加を抑制することができる。図16は、Pポケット層を備えたPMOSトランジスタにおけるゲート電圧Vgとドレイン電流Idとの関係を示すグラフである。図16は、図14及び図15と同様にゲート長を80nmとしたときに得られたものである。 In such a situation, if a P pocket layer is used instead of an As pocket layer in a PMOS transistor, an increase in leakage current between BDs accompanying an increase in the dose of the pocket layer can be suppressed. FIG. 16 is a graph showing the relationship between the gate voltage Vg and the drain current Id in a PMOS transistor having a P pocket layer. FIG. 16 is obtained when the gate length is 80 nm as in FIGS. 14 and 15.
図16に示すように、Pポケット層を用いた場合には、BD間リーク電流は増大することなく、低い値で安定していた。このため、ポケット層のドーズ量を高めることにより、SD間リーク電流を低減してオフリーク電流を低減することができた。 As shown in FIG. 16, when the P pocket layer was used, the leakage current between BDs did not increase and was stable at a low value. For this reason, by increasing the dose amount of the pocket layer, it was possible to reduce the leakage current between SD and the off-leakage current.
図17に、参考のために、ゲート長を115nmとしたときのPポケット層を備えたPMOSトランジスタにおけるゲート電圧Vgとドレイン電流Idとの関係を示すグラフを示す。図17と図13とを比較すると判るように、ゲート長を115nmとした場合にも、BD間リーク電流の低減に伴うオフリーク電流の低減という効果が得られた。 For reference, FIG. 17 shows a graph showing the relationship between the gate voltage Vg and the drain current Id in a PMOS transistor having a P pocket layer when the gate length is 115 nm. As can be seen from a comparison between FIG. 17 and FIG. 13, even when the gate length was 115 nm, the effect of reducing the off-leakage current accompanying the reduction of the leakage current between BDs was obtained.
また、図18に、参考のために、Pポケット層を備えたPMOSトランジスタにおけるゲート長としきい値電圧Vthとの関係を示す。図18中の▲、●及び◆は、夫々図12中の同じ記号と同様の条件で得られた結果を示す。図18に示すように、Pポケット層を用いた場合でも、80nm程度のゲート長では、ロールオフが見受けられる。しかし、このような範囲でも、Pポケット層が用いられているので、図16に示すように、ポケット層のドーズ量、即ちチャネルドーズ量を高めることにより、オフリーク電流を低減することができる。 For reference, FIG. 18 shows the relationship between the gate length and the threshold voltage Vth in a PMOS transistor having a P pocket layer. In FIG. 18, ▲, ●, and ♦ indicate the results obtained under the same conditions as the same symbols in FIG. As shown in FIG. 18, even when a P pocket layer is used, a roll-off can be seen at a gate length of about 80 nm. However, since the P pocket layer is used even in such a range, the off-leak current can be reduced by increasing the dose of the pocket layer, that is, the channel dose, as shown in FIG.
なお、PMOSトランジスタにおいて、ポケット層中のN型不純物が全てPである必要はなく、Asが含まれていてもよい。本願発明者らがAsの割合とオフリーク電流との関係を調べたところ、図19に示すような結果が得られた。即ち、ポケット層中のN型不純物のうち、Asの割合が0.7(70%)未満であれば、つまり、Pの割合が0.3(30%)以上であれば、Pポケット層と同様に、十分に低いオフリーク電流が得られた。このような結果は、NMOSトランジスタでも得られ、NMOSトランジスタでは、エクステンション層中のN型不純物が全てPである必要はなく、Asが含まれていてもよい。この場合、Pの割合が0.5(50%)以上であれば、Pエクステンション層と同様に、十分に低いオフリーク電流が得られた。 In the PMOS transistor, all the N-type impurities in the pocket layer need not be P, and As may be contained. When the inventors of the present application examined the relationship between the As ratio and the off-leakage current, the results shown in FIG. 19 were obtained. That is, among the N-type impurities in the pocket layer, if the As ratio is less than 0.7 (70%), that is, if the P ratio is 0.3 (30%) or more, the P pocket layer Similarly, a sufficiently low off-leakage current was obtained. Such a result can also be obtained with an NMOS transistor. In the NMOS transistor, all the N-type impurities in the extension layer do not have to be P, and As may be included. In this case, when the P ratio was 0.5 (50%) or more, a sufficiently low off-leakage current was obtained as in the P extension layer.
(参考例)
次に、本発明の参考例について説明する。但し、ここでは、便宜上、半導体装置の構造については、その製造方法と共に説明する。参考例では、NMOSトランジスタを備えた半導体装置を製造する。図20乃至図22は、参考例に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
(Reference example)
Next, reference examples of the present invention will be described. However, here, for convenience, the structure of the semiconductor device will be described together with its manufacturing method. In the reference example, a semiconductor device including an NMOS transistor is manufactured. 20 to 22 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a reference example in the order of steps.
参考例では、先ず、図20(a)に示すように、例えばP型ウェルが表面に形成されたシリコン基板等の半導体基板11上に、ゲート絶縁膜12及びゲート電極13を形成する。ゲート電極13の長さ(ゲート長)は、100nm以下である。
In the reference example, first, as shown in FIG. 20A, a
次に、図20(b)に示すように、P型不純物、例えばボロン(B)をイオン注入することにより、半導体基板11の表面にP型ポケット層(P型不純物拡散層)14を形成する。このイオン注入は、例えば平面視で互いに直交する4方向からの斜めイオン注入により行う。また、例えば、注入エネルギを5乃至10keVとし、ドーズ量を1方向当たり3×1012乃至1.8×1013cm-2とする。
Next, as shown in FIG. 20B, a P-type impurity layer, for example, boron (B) is ion-implanted to form a P-type pocket layer (P-type impurity diffusion layer) 14 on the surface of the
次いで、図20(c)に示すように、ゲート絶縁膜12及びゲート電極13の側方に、薄いサイドウォール絶縁膜(第1のサイドウォール絶縁膜)15を形成する。薄いサイドウォール絶縁膜15の厚さは、例えば10nm程度である。薄いサイドウォール絶縁膜15の厚さが5nm未満であると、ロールオフが顕著になってしきい値電圧が低下する虞がある。また、薄いサイドウォール絶縁膜15の厚さが15nmを超えると、寄生抵抗が増加してオン抵抗が上昇する虞がある。このため、薄いサイドウォール絶縁膜15の厚さは、5乃至15nm程度であることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 20C, a thin sidewall insulating film (first sidewall insulating film) 15 is formed on the sides of the
その後、図21(a)に示すように、リン(P)をイオン注入することにより、ポケット層14の表面にN型エクステンション層(第1のN型不純物拡散層)16を形成する。このイオン注入は、例えば半導体基板11の表面に垂直な方向から行う。また、例えば、注入エネルギを1乃至2.5keVとし、ドーズ量を5×1014乃至2×1015cm-2とする。
Thereafter, as shown in FIG. 21A, phosphorus (P) ions are implanted to form an N-type extension layer (first N-type impurity diffusion layer) 16 on the surface of the
続いて、全面に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を形成した後、薄いサイドウォール絶縁膜15の側方にのみこの絶縁膜が残るように、異方性エッチングを施すことにより、図21(b)に示すように、サイドウォール絶縁膜(第2のサイドウォール絶縁膜)17を形成する。サイドウォール絶縁膜17の幅は、例えば75nm程度である。従って、サイドウォール絶縁膜17の幅は、サイドウォール絶縁膜15の幅よりも広い。
Subsequently, after an insulating film, for example, a silicon oxide film is formed on the entire surface, anisotropic etching is performed so that the insulating film remains only on the side of the thin
その後、図21(c)に示すように、N型不純物、例えばリンを高濃度でイオン注入することにより、半導体基板11の表面に深いN型ソース・ドレイン拡散層(第2のN型不純物拡散層)18を形成する。このイオン注入は、例えば半導体基板11の表面に垂直な方向から行う。また、例えば、注入エネルギを4乃至10keVとし、ドーズ量を6×1015乃至1.2×1016cm-2とする。なお、N型ソース・ドレイン拡散層18の深さは、N型エクステンション層16の深さよりも深い。このイオン注入の後、アニールを行うことにより、注入された不純物を活性化させる。
Thereafter, as shown in FIG. 21C, an N-type impurity, for example, phosphorus is ion-implanted at a high concentration, whereby a deep N-type source / drain diffusion layer (second N-type impurity diffusion) is formed on the surface of the
そして、図22に示すように、層間絶縁膜19の形成、この層間絶縁膜19に対するN型ソース・ドレイン拡散層18まで到達するコンタクトホール20の開口、及びこのコンタクトホール20への導電材21の埋め込み、配線(図示せず)の形成等を行って半導体装置を完成させる。
Then, as shown in FIG. 22, the formation of the
このようにして製造された半導体装置は、図22に示す構造を備えている。 The semiconductor device manufactured in this way has a structure shown in FIG.
このような参考例によれば、N型エクステンション層16の形成にあたり、薄いサイドウォール絶縁膜15をオフセット膜として用いながら拡散係数が砒素よりも大きいリンのイオン注入を行っているので、ゲート長を100nm以下と短くしても、チャネル近傍に強い電界が発生することを抑制することができる。このため、BD間リーク電流を抑制して、オフリーク電流を低減することが可能である。
According to such a reference example, when forming the N-
(実施形態)
次に、本発明の実施形態について説明する。但し、ここでも、便宜上、半導体装置の構造については、その製造方法と共に説明する。本実施形態では、PMOSトランジスタを備えた半導体装置を製造する。図23乃至図25は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
(Embodiment)
Next, an embodiment of the present invention will be described. However, also here, for convenience, the structure of the semiconductor device will be described together with its manufacturing method. In the present embodiment, a semiconductor device including a PMOS transistor is manufactured. 23 to 25 are cross-sectional views showing the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention in the order of steps.
本実施形態では、先ず、図23(a)に示すように、例えばN型ウェルが表面に形成されたシリコン基板等の半導体基板31上に、ゲート絶縁膜32及びゲート電極33を形成する。ゲート電極33の長さ(ゲート長)は、例えば100nm以下である。
In the present embodiment, first, as shown in FIG. 23A, for example, a
次に、図23(b)に示すように、リンをイオン注入することにより、半導体基板31の表面にN型ポケット層(N型不純物拡散層)34を形成する。このイオン注入は、例えば平面視で互いに直交する4方向からの斜めイオン注入により行う。また、例えば、注入エネルギを15乃至30keVとし、ドーズ量を1方向当たり3×1012乃至1.5×1013cm-2とする。
Next, as shown in FIG. 23B, an N-type pocket layer (N-type impurity diffusion layer) 34 is formed on the surface of the
次に、図23(c)に示すように、P型不純物、例えばボロンをイオン注入することにより、ポケット層34の表面にP型エクステンション層(第1のP型不純物拡散層)36を形成する。このイオン注入は、例えば半導体基板31の表面に垂直な方向から行う。また、例えば、注入エネルギを0.2乃至0.5keVとし、ドーズ量を5×1014乃至2×1015cm-2とする。
Next, as shown in FIG. 23C, a P-type extension layer (first P-type impurity diffusion layer) 36 is formed on the surface of the
その後、全面に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を形成した後、ゲート絶縁膜32及びゲート電極33の側方にのみこの絶縁膜が残るように、異方性エッチングを施すことにより、図24(a)に示すように、サイドウォール絶縁膜37を形成する。サイドウォール絶縁膜37の幅は、例えば75nm程度である。
Thereafter, after an insulating film, for example, a silicon oxide film is formed on the entire surface, anisotropic etching is performed so that this insulating film remains only on the sides of the
続いて、図24(b)に示すように、P型不純物、例えばボロンを高濃度でイオン注入することにより、半導体基板31の表面に深いP型ソース・ドレイン拡散層(第2のP型不純物拡散層)38を形成する。このイオン注入は、例えば半導体基板31の表面に垂直な方向から行う。また、例えば、注入エネルギを3乃至6keVとし、ドーズ量を4×1015乃至6×1015cm-2とする。なお、P型ソース・ドレイン拡散層38の深さは、P型エクステンション層36の深さよりも深い。このイオン注入の後、アニールを行うことにより、注入された不純物を活性化させる。
Subsequently, as shown in FIG. 24B, a deep P-type source / drain diffusion layer (second P-type impurity) is formed on the surface of the
そして、図25に示すように、層間絶縁膜39の形成、この層間絶縁膜39に対するP型ソース・ドレイン拡散層38まで到達するコンタクトホール40の開口、及びこのコンタクトホール40への導電材41の埋め込み、配線(図示せず)の形成等を行って半導体装置を完成させる。
Then, as shown in FIG. 25, the formation of the
このようにして製造された半導体装置は、図25に示す構造を備えている。 The semiconductor device manufactured in this way has a structure shown in FIG.
このような本発明の実施形態によれば、N型ポケット層34の形成にあたり、リンのイオン注入を行っているので、ゲート長を100nm以下と短くしても、チャネル近傍に強い電界が発生することを抑制することができる。このため、参考例と同様に、BD間リーク電流を抑制して、オフリーク電流を低減することが可能である。
According to such an embodiment of the present invention, phosphorus is ion-implanted in forming the N-
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.
(付記1) 半導体基板と、
前記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、
前記ゲート電極の側方に形成された1対の第1のサイドウォール絶縁膜と、
前記ゲート電極との間で前記第1のサイドウォール絶縁膜を挟み、その幅が前記第1のサイドウォール絶縁膜の幅よりも広い1対の第2のサイドウォール絶縁膜と、
前記半導体基板の表面に第1の深さで、前記ゲート電極及び前記第1のサイドウォール絶縁膜に対して自己整合的に形成され、リンを含有する1対の第1のN型不純物拡散層と、
前記半導体基板の表面に前記第1の深さよりも深い第2の深さで、前記ゲート電極、前記第1のサイドウォール絶縁膜及び前記第2のサイドウォール絶縁膜に対して自己整合的に形成された1対の第2のN型不純物拡散層と、
前記1対の第2のN型不純物拡散層の間に形成され、夫々が前記1対の第1のN型不純物拡散層の夫々に隣接する1対のP型不純物拡散層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
(Appendix 1) a semiconductor substrate;
A gate insulating film and a gate electrode formed on the semiconductor substrate;
A pair of first sidewall insulating films formed on the sides of the gate electrode;
A pair of second sidewall insulation films sandwiching the first sidewall insulation film between the gate electrodes and having a width wider than the width of the first sidewall insulation film;
A pair of first N-type impurity diffusion layers formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode and the first sidewall insulating film at a first depth on the surface of the semiconductor substrate and containing phosphorus When,
Formed on the surface of the semiconductor substrate in a self-aligned manner with respect to the gate electrode, the first sidewall insulating film, and the second sidewall insulating film at a second depth deeper than the first depth. A pair of second N-type impurity diffusion layers formed;
A pair of P-type impurity diffusion layers formed between the pair of second N-type impurity diffusion layers, each adjacent to the pair of first N-type impurity diffusion layers;
A semiconductor device comprising:
(付記2) 前記第1のサイドウォール絶縁膜の幅は、5乃至15nmであることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(Supplementary note 2) The semiconductor device according to
(付記3) 前記第1のN型不純物拡散層は、砒素を含有することを特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置。
(Supplementary note 3) The semiconductor device according to
(付記4) 前記第1のN型不純物拡散層中に導入されたN型不純物のうち、リンの割合が50原子%以上であることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
(Additional remark 4) Any one of the
(付記5) 半導体基板と、
前記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、
前記ゲート電極の側方に形成された1対のサイドウォール絶縁膜と、
前記半導体基板の表面に第1の深さで、前記ゲート電極に対して自己整合的に形成された1対の第1のP型不純物拡散層と、
前記半導体基板の表面に前記第1の深さよりも深い第2の深さで、前記ゲート電極及び前記サイドウォール絶縁膜に対して自己整合的に形成された1対の第2のP型不純物拡散層と、
前記1対の第2のP型不純物拡散層の間に形成され、夫々が前記1対の第1のP型不純物拡散層の夫々に隣接し、リンを含有する1対のN型不純物拡散層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
(Appendix 5) a semiconductor substrate;
A gate insulating film and a gate electrode formed on the semiconductor substrate;
A pair of sidewall insulating films formed on the sides of the gate electrode;
A pair of first P-type impurity diffusion layers formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode at a first depth on the surface of the semiconductor substrate;
A pair of second P-type impurity diffusions formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode and the sidewall insulating film at a second depth deeper than the first depth on the surface of the semiconductor substrate. Layers,
A pair of N-type impurity diffusion layers formed between the pair of second P-type impurity diffusion layers, each adjacent to the pair of first P-type impurity diffusion layers and containing phosphorus. When,
A semiconductor device comprising:
(付記6) 前記N型不純物拡散層は、砒素を含有することを特徴とする付記5に記載の半導体装置。 (Supplementary note 6) The semiconductor device according to supplementary note 5, wherein the N-type impurity diffusion layer contains arsenic.
(付記7) 前記N型不純物拡散層中に導入されたN型不純物のうち、リンの割合が30原子%以上であることを特徴とする付記5又は6に記載の半導体装置。 (Supplementary note 7) The semiconductor device according to supplementary note 5 or 6, wherein the N-type impurity introduced into the N-type impurity diffusion layer has a phosphorus ratio of 30 atomic% or more.
(付記8) 前記ゲート電極の長さが100nm以下であることを特徴とする付記1乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置。
(Supplementary note 8) The semiconductor device according to any one of
(付記9) 半導体基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板の表面にP型不純物を導入することにより、1対のP型不純物拡散層を形成する工程と、
前記ゲート電極の側方に1対の第1のサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記第1のサイドウォール絶縁膜をマスクとして、前記半導体基板の表面に少なくともリンを導入することにより、1対の第1のN型不純物拡散層を第1の深さで形成する工程と、
前記ゲート電極との間で前記第1のサイドウォールを挟み、その幅が前記第1のサイドウォール絶縁膜の幅よりも広い1対の第2のサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極、前記第1のサイドウォール絶縁膜及び前記第2のサイドウォール絶縁膜をマスクとして、前記半導体基板の表面にN型不純物を導入することにより、1対の第2のN型不純物拡散層を前記第1の深さよりも深い第2の深さで形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Additional remark 9) The process of forming a gate insulating film and a gate electrode on a semiconductor substrate,
Forming a pair of P-type impurity diffusion layers by introducing P-type impurities into the surface of the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask;
Forming a pair of first sidewall insulating films on the sides of the gate electrode;
A pair of first N-type impurity diffusion layers are formed with a first depth by introducing at least phosphorus into the surface of the semiconductor substrate using the gate electrode and the first sidewall insulating film as a mask. Process,
Forming a pair of second sidewall insulating films sandwiching the first sidewall between the gate electrode and having a width wider than that of the first sidewall insulating film;
Using the gate electrode, the first sidewall insulating film, and the second sidewall insulating film as a mask, an N-type impurity is introduced into the surface of the semiconductor substrate to form a pair of second N-type impurity diffusions. Forming a layer at a second depth deeper than the first depth;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(付記10) 前記第1のサイドウォール絶縁膜の幅を、5乃至15nmとすることを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。 (Additional remark 10) The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 9 characterized by making the width | variety of said 1st sidewall insulating film into 5 thru | or 15 nm.
(付記11) 前記第1のN型不純物拡散層を形成する工程において、リンと共に砒素を前記半導体基板の表面に導入することを特徴とする付記9又は10に記載の半導体装置の製造方法。
(Additional remark 11) The manufacturing method of the semiconductor device of
(付記12) 前記第1のN型不純物拡散層中に導入されたN型不純物のうち、リンの割合を50原子%以上とすることを特徴とする付記9乃至11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 (Supplementary note 12) The N-type impurity introduced into the first N-type impurity diffusion layer has a phosphorus content of 50 atomic% or more, according to any one of supplementary notes 9 to 11 Semiconductor device manufacturing method.
(付記13) 前記P型不純物拡散層を形成する工程は、前記半導体基板の表面に対して傾斜した方向から前記P型不純物のイオン注入を行う工程を有することを特徴とする付記9乃至12のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 (Additional remark 13) The process of forming the said P-type impurity diffusion layer has the process of ion-implanting the said P-type impurity from the direction inclined with respect to the surface of the said semiconductor substrate, Additional remark 9 thru | or 12 characterized by the above-mentioned. A manufacturing method of a semiconductor device given in any 1 paragraph.
(付記14) 半導体基板上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板の表面に少なくともリンを導入することにより、1対のN型不純物拡散層を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板の表面にP型不純物を導入することにより、1対の第1のP型不純物拡散層を第1の深さで形成する工程と、
前記ゲート電極の側方に1対のサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記サイドウォール絶縁膜をマスクとして、前記半導体基板の表面にP型不純物を導入することにより、1対の第2のP型不純物拡散層を前記第1の深さよりも深い第2の深さで形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Additional remark 14) The process of forming a gate insulating film and a gate electrode on a semiconductor substrate,
Forming a pair of N-type impurity diffusion layers by introducing at least phosphorus into the surface of the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask;
Forming a pair of first P-type impurity diffusion layers at a first depth by introducing P-type impurities into the surface of the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask;
Forming a pair of sidewall insulating films on the sides of the gate electrode;
By introducing P-type impurities into the surface of the semiconductor substrate using the gate electrode and the sidewall insulating film as a mask, a pair of second P-type impurity diffusion layers are formed in a second region deeper than the first depth. Forming at a depth of
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(付記15) 前記N型不純物拡散層を形成する工程において、リンと共に砒素を前記半導体基板の表面に導入することを特徴とする付記14に記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 15) The method for manufacturing a semiconductor device according to
(付記16) 前記N型不純物拡散層中に導入されたN型不純物のうち、リンの割合を30原子%以上とすることを特徴とする付記14又は15に記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 16) The method for manufacturing a semiconductor device according to
(付記17) 前記N型不純物拡散層を形成する工程は、前記半導体基板の表面に対して傾斜した方向からリンのイオン注入を行う工程を有することを特徴とする付記14乃至16のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 17) Any one of
(付記18) 前記ゲート電極を形成する工程において、前記ゲート電極の長さを100nm以下とすることを特徴とする付記9乃至17のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 (Supplementary note 18) The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of supplementary notes 9 to 17, wherein in the step of forming the gate electrode, a length of the gate electrode is set to 100 nm or less.
1:半導体基板
2:ソース領域
3:ドレイン領域
4:ゲート絶縁膜
5:ゲート電極
11、31:半導体基板
12、32:ゲート絶縁膜
13:33:ゲート電極
14:P型ポケット層
15:薄いサイドウォール絶縁膜
16:N型エクステンション層
17、37:サイドウォール絶縁膜
18:N型ソース・ドレイン拡散層
19、39:層間絶縁膜
20、40:コンタクトホール
21、41:導電材
34:N型ポケット層
36:P型エクステンション層
38:P型ソース・ドレイン拡散層
1: Semiconductor substrate 2: Source region 3: Drain region 4: Gate insulating film 5:
Claims (2)
前記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、
前記ゲート電極の側方に形成された1対のサイドウォール絶縁膜と、
前記半導体基板の表面に第1の深さで、前記ゲート電極に対して自己整合的に形成された1対の第1のP型不純物拡散層と、
前記半導体基板の表面に前記第1の深さよりも深い第2の深さで、前記ゲート電極及び前記サイドウォール絶縁膜に対して自己整合的に形成された1対の第2のP型不純物拡散層と、
前記1対の第2のP型不純物拡散層の間に形成され、夫々が前記1対の第1のP型不純物拡散層の夫々に隣接し、リンを含有する1対のN型不純物拡散層と、
を有し、
前記ゲート電極の長さが100nm以下であり、
前記N型不純物拡散層中に導入されたN型不純物のうち、リンの割合が30原子%以上であることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A gate insulating film and a gate electrode formed on the semiconductor substrate;
A pair of sidewall insulating films formed on the sides of the gate electrode;
A pair of first P-type impurity diffusion layers formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode at a first depth on the surface of the semiconductor substrate;
A pair of second P-type impurity diffusions formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode and the sidewall insulating film at a second depth deeper than the first depth on the surface of the semiconductor substrate. Layers,
A pair of N-type impurity diffusion layers formed between the pair of second P-type impurity diffusion layers, each adjacent to the pair of first P-type impurity diffusion layers and containing phosphorus. When,
Have
The gate electrode has a length of 100 nm or less;
A semiconductor device characterized in that the proportion of phosphorus in the N-type impurity introduced into the N-type impurity diffusion layer is 30 atomic% or more.
前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板の表面に少なくともリンを導入することにより、1対のN型不純物拡散層を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板の表面にP型不純物を導入することにより、1対の第1のP型不純物拡散層を第1の深さで形成する工程と、
前記ゲート電極の側方に1対のサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記サイドウォール絶縁膜をマスクとして、前記半導体基板の表面にP型不純物を導入することにより、1対の第2のP型不純物拡散層を前記第1の深さよりも深い第2の深さで形成する工程と、
を有し、
前記N型不純物拡散層中に導入されたN型不純物のうち、リンの割合を30原子%以上とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a gate insulating film and a gate electrode having a length of 100 nm or less on a semiconductor substrate;
Forming a pair of N-type impurity diffusion layers by introducing at least phosphorus into the surface of the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask;
Forming a pair of first P-type impurity diffusion layers at a first depth by introducing P-type impurities into the surface of the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask;
Forming a pair of sidewall insulating films on the sides of the gate electrode;
By introducing P-type impurities into the surface of the semiconductor substrate using the gate electrode and the sidewall insulating film as a mask, a pair of second P-type impurity diffusion layers are formed in a second region deeper than the first depth. Forming at a depth of
Have
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the proportion of phosphorus in the N-type impurity introduced into the N-type impurity diffusion layer is 30 atomic% or more.
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|---|---|---|---|---|
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