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JP2012004397A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2012004397A
JP2012004397A JP2010138857A JP2010138857A JP2012004397A JP 2012004397 A JP2012004397 A JP 2012004397A JP 2010138857 A JP2010138857 A JP 2010138857A JP 2010138857 A JP2010138857 A JP 2010138857A JP 2012004397 A JP2012004397 A JP 2012004397A
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Japan
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region
ion implantation
semiconductor
channel
semiconductor device
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JP2010138857A
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Inventor
Akio Nishida
彰男 西田
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Renesas Electronics Corp
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Renesas Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】半導体装置の性能を向上させる。
【解決手段】規則的に配列した複数の微細な開口部OPを有するフィルタFLを通過したイオンビーム22をレンズ26で収束して半導体ウエハ1Wに照射することにより、チャネルドープイオン注入を行なう。この際、フィルタFLには、イオンビーム22と同じ極性の電圧を印加する。フィルタFLの開口部OPの中央部に向かって入射した不純物イオンは、そのまま直進して開口部OPを通過することができるが、フィルタFLの開口部OPの中央部以外の領域に向かって入射する不純物イオンは、フィルタFLによる電場によって進行方向が曲げられて、開口部OPを通過することができない。このため、半導体ウエハ1Wに注入された不純物イオンは、規則的な配列を有したものとなり、MISFETのしきい値電圧のばらつきを抑制できる。
【選択図】図16
The performance of a semiconductor device is improved.
Channel dope ion implantation is performed by converging an ion beam 22 that has passed through a filter FL having a plurality of regularly arranged fine openings OP by a lens 26 and irradiating a semiconductor wafer 1W. At this time, a voltage having the same polarity as that of the ion beam 22 is applied to the filter FL. The impurity ions incident on the center of the opening OP of the filter FL can go straight through and pass through the opening OP, but are incident on a region other than the center of the opening OP of the filter FL. Impurity ions cannot travel through the opening OP because the traveling direction is bent by the electric field generated by the filter FL. For this reason, the impurity ions implanted into the semiconductor wafer 1W have a regular arrangement, and variations in the threshold voltage of the MISFET can be suppressed.
[Selection] Figure 16

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、MISFETを有する半導体装置の製造に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a technique effective when applied to the manufacture of a semiconductor device having a MISFET.

MISFETなどの半導体素子を半導体基板に形成し、更に半導体基板上に多層配線構造を形成して半導体素子間を結線することで、半導体装置が製造される。   A semiconductor device is manufactured by forming a semiconductor element such as a MISFET on a semiconductor substrate, forming a multilayer wiring structure on the semiconductor substrate, and connecting the semiconductor elements.

特許文献1〜4および非特許文献1,2には、MISFETのしきい値電圧のばらつきに関する技術が記載されている。   Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Documents 1 and 2 describe techniques relating to variations in threshold voltage of MISFETs.

特開2009−124011号公報JP 2009-121401 A 特開平8−18047号公報JP-A-8-18047 特開2009−170494号公報JP 2009-170494 A 特開2003−31682号公報JP 2003-31682 A

IEEE JOURNAL OF SOLID−STATE CIRCUITS,VOL.24,NO.5,OCTOBER1989IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 24, NO. 5, OCTOBER 1989 2008Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers 1562008 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers 156

本発明者の検討によれば、次のことが分かった。   According to the study of the present inventor, the following has been found.

MISFETを有する半導体装置は、次のようにして製造することができる。すなわち、半導体基板に素子分離領域を形成し、素子分離領域で規定された活性領域に、MISFETのしきい値を調整するためのチャネルドープイオン注入を行なってから、ゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する。それから、ゲート電極をマスクにしてイオン注入によりLDD用のエクステンション領域と、ハロー領域を形成してから、ゲート電極の側壁上に側壁絶縁膜を形成し、ゲート電極および側壁絶縁膜をマスクにしてイオン注入により、エクステンション領域よりも高不純物濃度のソース・ドレイン領域を形成する。その後、ソース・ドレイン領域の上部にサリサイドプロセスにより金属シリサイド層を形成する。   A semiconductor device having a MISFET can be manufactured as follows. That is, an element isolation region is formed in a semiconductor substrate, and channel doping ion implantation for adjusting the threshold value of the MISFET is performed in an active region defined by the element isolation region, and then a gate insulating film and a gate electrode are formed. To do. Then, an extension region for LDD and a halo region are formed by ion implantation using the gate electrode as a mask, and then a sidewall insulating film is formed on the sidewall of the gate electrode, and the gate electrode and the sidewall insulating film are used as a mask. By implantation, source / drain regions having a higher impurity concentration than the extension region are formed. Thereafter, a metal silicide layer is formed on the source / drain regions by a salicide process.

半導体基板にチャネルドープイオン注入を行なうことで、MISFETのチャネル領域に不純物が導入される。このチャネル不純物(チャネル領域に導入されている不純物)によって、MISFETのしきい値電圧を制御することができる。半導体基板には複数のMISFETが形成されるが、チャネル領域同士を比べたときの不純物分布や不純物数の違い(あるMISFETのチャネル領域の不純物分布や不純物数と他のMISFETのチャネル領域の不純物分布や不純物数の差)が大きいと、MISFETのしきい値電圧のばらつきが大きくなってしまう。すなわち、同じしきい値電圧を持つべきMISFET同士でチャネル不純物の分布や不純物数が異なってしまうと、しきい値電圧も異なる値になってしまうため、MISFET毎にチャネル領域の状態(チャネル領域における不純物の配置状態や不純物数)が変動すると、MISFET毎にしきい値電圧が変動してしまう。半導体装置の性能を向上させるためには、MISFET毎のしきい値電圧のばらつきを抑制することが望まれる。   Impurities are introduced into the channel region of the MISFET by performing channel dope ion implantation on the semiconductor substrate. The threshold voltage of the MISFET can be controlled by this channel impurity (impurities introduced into the channel region). A plurality of MISFETs are formed on a semiconductor substrate, but the difference between the impurity distribution and the number of impurities when the channel regions are compared (impurity distribution in the channel region of one MISFET and the impurity distribution in the channel region of another MISFET) If the difference in the number of impurities) is large, the variation in the threshold voltage of the MISFET becomes large. That is, if the channel impurity distribution and the number of impurities differ between MISFETs that should have the same threshold voltage, the threshold voltage also becomes a different value. When the impurity arrangement state and the number of impurities) fluctuate, the threshold voltage fluctuates for each MISFET. In order to improve the performance of the semiconductor device, it is desired to suppress variations in threshold voltage for each MISFET.

本発明の目的は、半導体装置の性能を向上させることができる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the performance of a semiconductor device.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

代表的な実施の形態による半導体装置の製造方法は、規則的に配列した複数の開口部を有するフィルタにイオンビームと同じ極性の電圧を印加し、このフィルタを通過したイオンビームを収束して半導体基板に照射することにより、チャネルドープイオン注入を行うものである。   In a method of manufacturing a semiconductor device according to a typical embodiment, a voltage having the same polarity as that of an ion beam is applied to a filter having a plurality of regularly arranged openings, and the ion beam that has passed through the filter is converged. Channel dope ion implantation is performed by irradiating the substrate.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

代表的な実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上することができる。   According to the representative embodiment, the performance of the semiconductor device can be improved.

本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 図1に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 2 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 1; 図2に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 3 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 2; 図3に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 3; 図4に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 4; 図5に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。6 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 5; FIG. 図6に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 7 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 9 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 8; 図9に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 10 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 9; 図10に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 11 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 10; 図11に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 11; 図12に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 13 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 12; 図13に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 14 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 13; 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程におけるチャネルドープイオン注入に用いられるイオン注入装置の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the ion implantation apparatus used for the channel dope ion implantation in the manufacturing process of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. イオンビームがフィルタを通過し、レンズで収束して半導体ウエハに照射される様子を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically a mode that an ion beam passes a filter, is converged with a lens, and is irradiated to a semiconductor wafer. 図16において、イオンビームを照射していない状態を模式的に示す説明図である。In FIG. 16, it is explanatory drawing which shows typically the state which is not irradiating an ion beam. フィルタの部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of a filter. 電圧を印加したフィルタの開口部をイオンビームが通過する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that an ion beam passes the opening part of the filter which applied the voltage. 電圧を印加していない状態のフィルタの開口部をイオンビームが通過する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that an ion beam passes the opening part of the filter of the state which has not applied the voltage. フィルタの部分拡大平面図である。It is a partial enlarged plan view of a filter. フィルタに電圧を印加した状態でチャネルドープイオン注入を行なった場合の、チャネル不純物の配列状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement | sequence state of a channel impurity at the time of performing channel dope ion implantation in the state which applied the voltage to the filter. フィルタを用いることなくチャネルドープイオン注入を行なった場合の、チャネル不純物の配列状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement | sequence state of a channel impurity at the time of performing channel dope ion implantation without using a filter. 本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device which is other embodiment of this invention. 図24に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 25 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 24; 図25に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 26 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 25; 図26に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 27 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 26; 図27に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 28 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 27; 図28に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 29 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 28; 図29に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 30 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 29; 本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device which is other embodiment of this invention. 図31に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 32 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 31; 図32に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 33 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 32; 図33に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 34 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 33; 図34に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 35 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 34; 図35に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 36 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 35; 本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造工程中の要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device which is other embodiment of this invention. 図37に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 38 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 37; 図38に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 39 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 38; 図39に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 40 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 39; 本発明の他の実施の形態である半導体装置の平面図である。It is a top view of the semiconductor device which is other embodiments of the present invention. 図41の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 42 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device of FIG. 41 during a manufacturing step; 図42に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 43 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 42; 図43に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 44 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 43; 図44に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 45 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 44; 図45に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 46 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 45; 図46に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 47 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 46; 図47に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 48 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIG. 47; 本発明の他の実施の形態である半導体装置の平面図である。It is a top view of the semiconductor device which is other embodiments of the present invention.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。   In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.

(実施の形態1)
本実施の形態の半導体装置の製造工程を図面を参照して説明する。図1〜図14は、本発明の一実施の形態である半導体装置、ここではCMISFET(Complementary Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を有する半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
(Embodiment 1)
A manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 to FIG. 14 are cross-sectional views of a principal part during a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, here, a semiconductor device having a CMISFET (Complementary Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor).

まず、図1に示されるように、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)1を準備する。それから、半導体基板1の主面に素子分離領域2を形成する。素子分離領域2は酸化シリコンなどの絶縁体からなり、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法またはLOCOS(Local Oxidization of Silicon)法などにより形成される。例えば、半導体基板1に形成された溝(素子分離溝)に埋め込まれた絶縁膜により、素子分離領域2を形成することができる。素子分離領域2によって、nチャネル型MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor:MIS型電界効果トランジスタ)Qnが形成される領域(活性領域)であるnMIS形成領域1Aと、pチャネル型MISFETQpが形成される領域(活性領域)であるpMIS形成領域1Bとが規定される。   First, as shown in FIG. 1, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1 made of, for example, p-type single crystal silicon having a specific resistance of about 1 to 10 Ωcm is prepared. Then, the element isolation region 2 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. The element isolation region 2 is made of an insulator such as silicon oxide, and is formed by, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) method or a LOCOS (Local Oxidization of Silicon) method. For example, the element isolation region 2 can be formed by an insulating film embedded in a groove (element isolation groove) formed in the semiconductor substrate 1. The element isolation region 2 forms an nMIS formation region 1A, which is a region (active region) where an n-channel MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) Qn is formed, and a p-channel MISFET Qp. A pMIS formation region 1B which is a region (active region) is defined.

次に、表面の汚染防止のための薄い絶縁膜(スルー膜)3を半導体基板1の表面(主面)に形成してから、図2に示されるように、pMIS形成領域1Bを覆うフォトレジスト膜(フォトレジストパターン)PR1aを、フォトリソグラフィ技術を用いて形成する。nMIS形成領域1Aは、このフォトレジスト膜PR1aでは覆われずに露出される。このフォトレジスト膜PR1aは、pMIS形成領域1Bへのイオン注入阻止マスクとして機能することができる。   Next, after forming a thin insulating film (through film) 3 for preventing surface contamination on the surface (main surface) of the semiconductor substrate 1, as shown in FIG. 2, a photoresist covering the pMIS formation region 1B. A film (photoresist pattern) PR1a is formed using a photolithography technique. The nMIS formation region 1A is exposed without being covered with the photoresist film PR1a. The photoresist film PR1a can function as an ion implantation blocking mask for the pMIS formation region 1B.

次に、nMIS形成領域1Aにおいて、半導体基板1の上層部分に、後で形成されるnチャネル型MISFETQnのしきい値調整用のイオン注入(すなわちチャネルドープイオン注入)IM1aを行なう。なお、図2では、チャネルドープイオン注入IM1aを矢印で模式的に示してある。   Next, in the nMIS formation region 1A, ion implantation for adjusting a threshold value of an n channel MISFET Qn (that is, channel dope ion implantation) IM1a is performed on the upper layer portion of the semiconductor substrate 1 later. In FIG. 2, the channel dope ion implantation IM1a is schematically indicated by an arrow.

MIFETのしきい値調整用のイオン注入は、チャネルドープイオン注入と呼ぶこともでき、このチャネルドープイオン注入(しきい値調整用のイオン注入)によって、MISFETのチャネル領域に不純物が導入(ドープ)される。すなわち、チャネルドープイオン注入では、MISFETのチャネル領域を含む領域に、不純物(不純物イオン)が導入(ドープ)される。なお、ここでいう「MISFETのチャネル領域」とは、チャネルドープイオン注入の段階ではMISFETは形成されていなくとも、その後MISFETが形成されると、MISFETのチャネル領域となる領域に対応する。このことは、本実施の形態1および以下の実施の形態2〜6で述べるチャネルドープイオン注入(しきい値調整用のイオン注入)に共通である。   The ion implantation for adjusting the threshold value of the MISFET can also be referred to as channel doping ion implantation. By this channel doping ion implantation (ion implantation for adjusting the threshold value), impurities are introduced (doped) into the channel region of the MISFET. Is done. That is, in channel dope ion implantation, impurities (impurity ions) are introduced (doped) into a region including the channel region of the MISFET. The “channel region of the MISFET” here corresponds to a region that becomes a channel region of the MISFET when the MISFET is formed afterwards even though the MISFET is not formed at the channel doping ion implantation stage. This is common to channel dope ion implantation (threshold adjustment ion implantation) described in the first embodiment and the following second to sixth embodiments.

しきい値調整用のイオン注入IM1a、すなわちチャネルドープイオン注入IM1aでは、nチャネル型MISFETQnのチャネル領域を含む領域に、不純物(不純物イオン)が導入(イオン注入)されて、チャネルドープ層4aが形成される。このチャネルドープ層4aは、後でnチャネル型MISFETQnのチャネル領域となる領域を含んでいる。チャネルドープイオン注入IM1aによってチャネルドープ層4aに導入される不純物は、例えばホウ素(B)などのp型の不純物を用いることができる。このチャネルドープイオン注入IM1aでは、pMIS形成領域1Bを覆うフォトレジスト膜PR1aは、イオン注入阻止マスクとして機能するので、pMIS形成領域1Bの半導体基板1には、イオン注入されない。   In the ion implantation IM1a for adjusting the threshold, that is, the channel dope ion implantation IM1a, impurities (impurity ions) are introduced (ion implantation) into a region including the channel region of the n-channel MISFET Qn to form the channel dope layer 4a. Is done. The channel dope layer 4a includes a region that later becomes a channel region of the n-channel type MISFET Qn. As an impurity introduced into the channel dope layer 4a by the channel dope ion implantation IM1a, for example, a p-type impurity such as boron (B) can be used. In this channel dope ion implantation IM1a, the photoresist film PR1a covering the pMIS formation region 1B functions as an ion implantation blocking mask, so that ions are not implanted into the semiconductor substrate 1 in the pMIS formation region 1B.

本実施の形態で行うチャネルドープイオン注入IM1aの手法については、後でより詳細に説明する。   The method of channel dope ion implantation IM1a performed in this embodiment will be described in detail later.

次に、nMIS形成領域1Aにおいて、半導体基板1の主面から所定の深さに渡ってp型ウエル(p型半導体領域)PWを形成する。p型ウエルPWは、pMIS形成領域1Bを覆うフォトレジスト膜PR1aをイオン注入阻止マスクとして、nMIS形成領域1Aの半導体基板1に例えばホウ素(B)などのp型の不純物をイオン注入することなどによって形成することができる。なお、チャネルドープ層4aは、半導体基板1の上層部分に浅く形成され、p型ウエルPWは、半導体基板1において、チャネルドープ層4aよりも深くまで形成されている。また、他の形態として、先にp型ウエルPWをイオン注入で形成してから、チャネルドープイオン注入IM1aによってチャネルドープ層4aを形成することもでき、これは以下の実施の形態2〜6でも同様である。   Next, in the nMIS formation region 1A, a p-type well (p-type semiconductor region) PW is formed from the main surface of the semiconductor substrate 1 to a predetermined depth. The p-type well PW is formed by, for example, ion-implanting a p-type impurity such as boron (B) into the semiconductor substrate 1 in the nMIS formation region 1A using the photoresist film PR1a covering the pMIS formation region 1B as an ion implantation blocking mask. Can be formed. The channel dope layer 4a is formed shallow in the upper layer portion of the semiconductor substrate 1, and the p-type well PW is formed deeper than the channel dope layer 4a in the semiconductor substrate 1. As another form, the p-type well PW may be formed by ion implantation first, and then the channel dope layer 4a may be formed by channel dope ion implantation IM1a. This is also the case with the following second to sixth embodiments. It is the same.

次に、図3に示されるように、アッシングなどによりフォトレジスト膜PR1aを除去してから、nMIS形成領域1Aを覆うフォトレジスト膜(フォトレジストパターン)PR1bを、フォトリソグラフィ技術を用いて形成する。pMIS形成領域1Bは、このフォトレジスト膜PR1bでは覆われずに露出される。このフォトレジスト膜PR1bは、nMIS形成領域1Aへのイオン注入阻止マスクとして機能することができる。   Next, as shown in FIG. 3, after the photoresist film PR1a is removed by ashing or the like, a photoresist film (photoresist pattern) PR1b covering the nMIS formation region 1A is formed using a photolithography technique. The pMIS formation region 1B is exposed without being covered with the photoresist film PR1b. The photoresist film PR1b can function as an ion implantation blocking mask for the nMIS formation region 1A.

次に、pMIS形成領域1Bにおいて、半導体基板1の上層部分に、後で形成されるpチャネル型MISFETQpのしきい値調整用のイオン注入(すなわちチャネルドープイオン注入)IM1bを行なう。なお、図3では、チャネルドープイオン注入IM1bを矢印で模式的に示してある。   Next, in the pMIS formation region 1B, ion implantation for adjusting a threshold value of a p-channel type MISFET Qp to be formed later (that is, channel dope ion implantation) IM1b is performed on the upper layer portion of the semiconductor substrate 1. In FIG. 3, the channel dope ion implantation IM1b is schematically indicated by an arrow.

しきい値調整用のイオン注入IM1b、すなわちチャネルドープイオン注入IM1bでは、pチャネル型MISFETQpのチャネル領域を含む領域に、不純物(不純物イオン)が導入(イオン注入)されて、チャネルドープ層4bが形成される。このチャネルドープ層4bは、後でpチャネル型MISFETQpのチャネル領域となる領域を含んでいる。チャネルドープイオン注入によってチャネルドープ層4bに導入される不純物は、例えばリン(P)などのn型の不純物を用いることができる。このチャネルドープイオン注入IM1bでは、nMIS形成領域1Aを覆うフォトレジスト膜PR1bは、イオン注入阻止マスクとして機能するので、nMIS形成領域1Aの半導体基板1には、イオン注入されない。   In the ion implantation IM1b for adjusting the threshold, that is, the channel dope ion implantation IM1b, impurities (impurity ions) are introduced (ion implantation) into a region including the channel region of the p-channel MISFET Qp to form the channel dope layer 4b. Is done. This channel dope layer 4b includes a region that will later become a channel region of the p-channel type MISFET Qp. As an impurity introduced into the channel dope layer 4b by channel dope ion implantation, for example, an n-type impurity such as phosphorus (P) can be used. In this channel dope ion implantation IM1b, the photoresist film PR1b covering the nMIS formation region 1A functions as an ion implantation blocking mask, so that the ion implantation is not performed on the semiconductor substrate 1 in the nMIS formation region 1A.

次に、pMIS形成領域1Bにおいて、半導体基板1の主面から所定の深さに渡ってn型ウエル(n型半導体領域)NWを形成する。n型ウエルNWは、nMIS形成領域1Aを覆うフォトレジスト膜PR1bをイオン注入阻止マスクとして、pMIS形成領域1Bの半導体基板1に例えばリン(P)などのn型の不純物をイオン注入することなどによって形成することができる。なお、チャネルドープ層4bは、半導体基板1の上層部分に浅く形成され、n型ウエルNWは、半導体基板1において、チャネルドープ層4bよりも深くまで形成されている。また、他の形態として、先にn型ウエルNWをイオン注入で形成してから、チャネルドープイオン注入IM1bによってチャネルドープ層4bを形成することもでき、これは以下の実施の形態2〜4でも同様である。更に他の形態として、先にpMIS形成領域1Bにチャネルドープ層4bおよびn型ウエルNWを形成した後で、nMIS形成領域1Aにチャネルドープ層4aおよびp型ウエルPWを形成することもでき、これは以下の実施の形態2〜6でも同様である。   Next, in the pMIS formation region 1B, an n-type well (n-type semiconductor region) NW is formed from the main surface of the semiconductor substrate 1 to a predetermined depth. The n-type well NW is formed by, for example, ion-implanting an n-type impurity such as phosphorus (P) into the semiconductor substrate 1 in the pMIS formation region 1B using the photoresist film PR1b covering the nMIS formation region 1A as an ion implantation blocking mask. Can be formed. The channel dope layer 4b is formed shallow in the upper layer portion of the semiconductor substrate 1, and the n-type well NW is formed deeper than the channel dope layer 4b in the semiconductor substrate 1. As another form, the n-type well NW can be formed by ion implantation first, and then the channel dope ion implantation IM1b can be used to form the channel dope layer 4b. This is also the case in the following second to fourth embodiments. It is the same. As yet another form, after the channel dope layer 4b and the n-type well NW are first formed in the pMIS formation region 1B, the channel dope layer 4a and the p-type well PW can be formed in the nMIS formation region 1A. The same applies to the following second to sixth embodiments.

本実施の形態で行うチャネルドープイオン注入IM1bの手法については、後でより詳細に説明する。   The method of channel dope ion implantation IM1b performed in this embodiment will be described in more detail later.

次に、図4に示されるように、アッシングなどによりフォトレジスト膜PR1bを除去してから、例えばフッ酸(HF)水溶液を用いたウェットエッチングなどにより上記絶縁膜3を除去して半導体基板1の表面を清浄化(洗浄)した後、nMIS形成領域1AおよびpMIS形成領域1Bの半導体基板1の表面(主面、ここではp型ウエルPWおよびn型ウエルNWの表面)上にゲート絶縁膜用の絶縁膜5を形成する。この絶縁膜5は、後でnチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpのゲート絶縁膜となる。絶縁膜5は、例えば薄い酸化シリコン膜などからなり、例えば熱酸化法などによって形成することができる。   Next, as shown in FIG. 4, after removing the photoresist film PR <b> 1 b by ashing or the like, the insulating film 3 is removed by wet etching or the like using, for example, a hydrofluoric acid (HF) aqueous solution. After the surface is cleaned (washed), the gate insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 (main surface, here, the surface of the p-type well PW and the n-type well NW) in the nMIS formation region 1A and the pMIS formation region 1B. An insulating film 5 is formed. This insulating film 5 will later become a gate insulating film of the n-channel MISFET Qn and the p-channel MISFET Qp. The insulating film 5 is made of, for example, a thin silicon oxide film, and can be formed by, for example, a thermal oxidation method.

また、上記チャネルドープイオン注入IM1a,IM1b、p型ウエルPWを形成するためのイオン注入、およびn型ウエルNWを形成するためのイオン注入は、絶縁膜5を形成する前に行うため、これらのイオン注入で絶縁膜5がダメージを受けるのを防止することができる。   In addition, the channel dope ion implantation IM1a and IM1b, the ion implantation for forming the p-type well PW, and the ion implantation for forming the n-type well NW are performed before the insulating film 5 is formed. It is possible to prevent the insulating film 5 from being damaged by ion implantation.

次に、半導体基板1の主面全面上(すなわちnMIS形成領域1AおよびpMIS形成領域1Bの絶縁膜5上を含む)に、ゲート電極形成用の導電体膜として、多結晶シリコン膜のようなシリコン膜6を形成する。シリコン膜6のうちのnMIS形成領域1A(後述するゲート電極GE1となる領域)は、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクとして用いてリン(P)またはヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することなどにより、低抵抗のn型半導体膜(ドープトポリシリコン膜)とされている。また、シリコン膜6のうちのpMIS形成領域1B(後述するゲート電極GE2となる領域)は、他のフォトレジスト膜(図示せず)をマスクとして用いてホウ素(B)などのp型の不純物をイオン注入することなどにより、低抵抗のp型半導体膜(ドープトポリシリコン膜)とされている。また、シリコン膜6は、成膜時にはアモルファスシリコン膜であったものを、成膜後(イオン注入後)の熱処理により多結晶シリコン膜に変えることもできる。   Next, on the entire main surface of the semiconductor substrate 1 (that is, on the insulating film 5 in the nMIS formation region 1A and the pMIS formation region 1B), a silicon film such as a polycrystalline silicon film is formed as a conductor film for forming a gate electrode. A film 6 is formed. The nMIS formation region 1A (region to be a gate electrode GE1 described later) in the silicon film 6 is an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) using a photoresist film (not shown) as a mask. Is ion-implanted to form a low-resistance n-type semiconductor film (doped polysilicon film). Further, the pMIS formation region 1B (region to be a gate electrode GE2 described later) in the silicon film 6 is made of p-type impurities such as boron (B) using another photoresist film (not shown) as a mask. By ion implantation or the like, a low-resistance p-type semiconductor film (doped polysilicon film) is obtained. Further, the silicon film 6 can be changed from an amorphous silicon film at the time of film formation to a polycrystalline silicon film by heat treatment after film formation (after ion implantation).

次に、図5に示されるように、シリコン膜6をフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてパターニングすることにより、ゲート電極GE1,GE2を形成する。   Next, as shown in FIG. 5, the silicon film 6 is patterned using a photolithography method and a dry etching method, thereby forming gate electrodes GE1 and GE2.

nチャネル型MISFETQnのゲート電極となるゲート電極GE1は、n型の不純物を導入した多結晶シリコン(n型半導体膜、ドープトポリシリコン膜)からなり、nMIS形成領域1Aのp型ウエルPW(の上部のチャネルドープ層4a)上に絶縁膜5を介して形成される。ゲート電極GE1の下に残存する絶縁膜5が、nチャネル型MISFETQnのゲート絶縁膜5aとなる。すなわち、ゲート電極GE1は、nMIS形成領域1Aの絶縁膜5(すなわちゲート絶縁膜5a)上に形成される。また、pチャネル型MISFETQpのゲート電極となるゲート電極GE2は、p型の不純物を導入した多結晶シリコン(p型半導体膜、ドープトポリシリコン膜)からなり、pMIS形成領域1Bのn型ウエルNW(の上部のチャネルドープ層4b)上に絶縁膜5を介して形成される。ゲート電極GE2の下に残存する絶縁膜5が、pチャネル型MISFETQpのゲート絶縁膜5bとなる。すなわち、ゲート電極GE2は、pMIS形成領域1Bの絶縁膜5(すなわちゲート絶縁膜5b)上に形成される。   The gate electrode GE1 serving as the gate electrode of the n-channel type MISFET Qn is made of polycrystalline silicon (n-type semiconductor film, doped polysilicon film) into which an n-type impurity is introduced, and the p-type well PW (of the nMIS formation region 1A) An insulating film 5 is formed on the upper channel doped layer 4a). The insulating film 5 remaining under the gate electrode GE1 becomes the gate insulating film 5a of the n-channel type MISFET Qn. That is, the gate electrode GE1 is formed on the insulating film 5 (that is, the gate insulating film 5a) in the nMIS formation region 1A. Further, the gate electrode GE2 serving as the gate electrode of the p-channel type MISFET Qp is made of polycrystalline silicon (p-type semiconductor film, doped polysilicon film) into which p-type impurities are introduced, and the n-type well NW in the pMIS formation region 1B. (On the upper channel doped layer 4b) with an insulating film 5 interposed therebetween. The insulating film 5 remaining under the gate electrode GE2 becomes the gate insulating film 5b of the p-channel type MISFET Qp. That is, the gate electrode GE2 is formed on the insulating film 5 (that is, the gate insulating film 5b) in the pMIS formation region 1B.

次に、図6に示されるように、pMIS形成領域1Bを覆うフォトレジスト膜(フォトレジストパターン)PR2aを、フォトリソグラフィ技術を用いて形成する。nMIS形成領域1Aは、このフォトレジスト膜PR2aでは覆われずに露出される。このフォトレジスト膜PR2aは、pMIS形成領域1Bへのイオン注入阻止マスクとして機能することができる。このため、後述するイオン注入IM2a,IM3aでは、フォトレジスト膜PR2aがイオン注入阻止マスクとして機能し、pMIS形成領域1Bの半導体基板1にはイオン注入されない。   Next, as shown in FIG. 6, a photoresist film (photoresist pattern) PR2a covering the pMIS formation region 1B is formed using a photolithography technique. The nMIS formation region 1A is exposed without being covered with the photoresist film PR2a. The photoresist film PR2a can function as a mask for preventing ion implantation into the pMIS formation region 1B. For this reason, in ion implantation IM2a and IM3a described later, the photoresist film PR2a functions as an ion implantation blocking mask, and ions are not implanted into the semiconductor substrate 1 in the pMIS formation region 1B.

次に、nMIS形成領域1Aの半導体基板1(p型ウエルPW)のゲート電極GE1の両側の領域に、リン(P)またはヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することにより、(一対の)エクステンション領域(第1半導体領域、ソース・ドレインエクステンション領域、n型半導体領域)EX1を形成する。 Next, n-type impurities such as phosphorus (P) or arsenic (As) are ion-implanted into regions on both sides of the gate electrode GE1 of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) in the nMIS formation region 1A. A pair of extension regions (first semiconductor region, source / drain extension region, n type semiconductor region) EX1 is formed.

エクステンション領域EX1はn型の半導体領域であり、後で形成するn型半導体領域SD1よりも不純物濃度が低い。なお、図6では、エクステンション領域EX1を形成するためのイオン注入IM2aを矢印で模式的に示してある。このイオン注入IM2aの際、ゲート電極GE1もマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することができるので、エクステンション領域EX1は、ゲート電極GE1(の側壁)に整合して形成され、ゲート電極GE1の直下には、不純物は導入(イオン注入)されない。エクステンション領域EX1の深さ(接合深さ)は、後で形成されるn型半導体領域SD1の深さ(接合深さ)よりも浅い。また、エクステンション領域EX1形成のためのイオン注入IM2aは、斜めイオン注入ではなく、半導体基板1の主面に対して垂直な方向にイオン注入することが好ましい。 The extension region EX1 is an n-type semiconductor region, and has an impurity concentration lower than that of an n + -type semiconductor region SD1 to be formed later. In FIG. 6, the ion implantation IM2a for forming the extension region EX1 is schematically indicated by an arrow. In this ion implantation IM2a, since the gate electrode GE1 can also function as a mask (ion implantation blocking mask), the extension region EX1 is formed in alignment with the gate electrode GE1 (side wall thereof) and directly below the gate electrode GE1. No impurities are introduced (ion implantation). The depth (junction depth) of the extension region EX1 is shallower than the depth (junction depth) of the n + type semiconductor region SD1 to be formed later. Further, the ion implantation IM2a for forming the extension region EX1 is preferably not the oblique ion implantation but the ion implantation in a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1.

次に、図7に示されるように、nMIS形成領域1Aの半導体基板1(p型ウエルPW)にp型不純物のイオン注入(ハローイオン注入)IM3aを行ってハロー領域(p型半導体領域)HA1を形成する。なお、図7では、ハロー領域HA1を形成するためのイオン注入(ハローイオン注入)IM3aを矢印で模式的に示してある。   Next, as shown in FIG. 7, ion implantation (halo ion implantation) IM3a of p-type impurities is performed on the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) in the nMIS formation region 1A to perform a halo region (p-type semiconductor region) HA1. Form. In FIG. 7, ion implantation (halo ion implantation) IM3a for forming the halo region HA1 is schematically indicated by an arrow.

ハロー領域HA1は、エクステンション領域EX1とは逆の導電型で、かつp型ウエルPWとは同じ導電型であり、ここではp型(p型の半導体領域)である。ハロー領域HA1は、短チャネル特性(パンチスルー)抑制のために形成される。ハロー領域HA1を形成するためのイオン注入IM3aの際、ゲート電極GE1もマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することができる。ハロー領域HA1は、エクステンション領域EX1を包み込む(覆う)ように形成され、p型ウエルPWよりも不純物濃度(p型不純物濃度)が高い。ハロー領域HA1を形成するためのイオン注入IM3aは、斜めイオン注入(傾斜イオン注入)とすることがより好ましく、これにより、エクステンション領域EX1を包み込む(覆う)ようにハロー領域HA1を的確に形成することができる。なお、一般のイオン注入では、半導体基板1の主面に対して垂直な方向に不純物イオンを加速して打ち込むが、斜めイオン注入では、半導体基板1の主面に対して垂直な方向から所定の角度(傾斜角)傾斜した方向に不純物イオンを加速して打ち込む。   The halo region HA1 has a conductivity type opposite to that of the extension region EX1 and the same conductivity type as that of the p-type well PW, and is a p-type (p-type semiconductor region) here. The halo region HA1 is formed to suppress short channel characteristics (punch through). In the ion implantation IM3a for forming the halo region HA1, the gate electrode GE1 can also function as a mask (ion implantation blocking mask). The halo region HA1 is formed so as to enclose (cover) the extension region EX1, and has an impurity concentration (p-type impurity concentration) higher than that of the p-type well PW. The ion implantation IM3a for forming the halo region HA1 is more preferably an oblique ion implantation (gradient ion implantation), whereby the halo region HA1 is accurately formed so as to wrap (cover) the extension region EX1. Can do. In general ion implantation, impurity ions are accelerated and implanted in a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1. In oblique ion implantation, a predetermined direction from a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1 is used. Impurity ions are accelerated and implanted in an inclined direction.

次に、図8に示されるように、アッシングなどによりフォトレジスト膜PR2aを除去してから、nMIS形成領域1Aを覆うフォトレジスト膜(フォトレジストパターン)PR2bを、フォトリソグラフィ技術を用いて形成する。pMIS形成領域1Bは、このフォトレジスト膜PR2bでは覆われずに露出される。このフォトレジスト膜PR2bは、nMIS形成領域1Aへのイオン注入阻止マスクとして機能することができる。このため、後述するイオン注入IM2b,IM3bでは、フォトレジスト膜PR2bがイオン注入阻止マスクとして機能し、nMIS形成領域1Aの半導体基板1にはイオン注入されない。   Next, as shown in FIG. 8, after removing the photoresist film PR2a by ashing or the like, a photoresist film (photoresist pattern) PR2b covering the nMIS formation region 1A is formed by using a photolithography technique. The pMIS formation region 1B is exposed without being covered with the photoresist film PR2b. The photoresist film PR2b can function as an ion implantation blocking mask for the nMIS formation region 1A. For this reason, in ion implantation IM2b and IM3b described later, the photoresist film PR2b functions as an ion implantation blocking mask, and ions are not implanted into the semiconductor substrate 1 in the nMIS formation region 1A.

次に、pMIS形成領域1Bの半導体基板1(n型ウエルNW)のゲート電極GE2の両側の領域に、ホウ素(B)などのp型の不純物をイオン注入することにより、(一対の)エクステンション領域(第1半導体領域、ソース・ドレインエクステンション領域、p型半導体領域)EX2を形成する。エクステンション領域EX2はp型の半導体領域であり、後で形成するp型半導体領域SD2よりも不純物濃度が低い。なお、エクステンション領域EX2を形成するためのイオン注入IM2bと、後述するハロー領域HA2を形成するためのイオン注入IM3bとは、それぞれ別々のイオン注入工程として行なわれるが、図8では、まとめて矢印で模式的に示してある。 Next, a p-type impurity such as boron (B) is ion-implanted into regions on both sides of the gate electrode GE2 of the semiconductor substrate 1 (n-type well NW) in the pMIS formation region 1B, thereby (a pair of) extension regions. (First semiconductor region, source / drain extension region, p type semiconductor region) EX2 is formed. The extension region EX2 is a p-type semiconductor region, and has an impurity concentration lower than that of the p + -type semiconductor region SD2 to be formed later. Note that an ion implantation IM2b for forming the extension region EX2 and an ion implantation IM3b for forming a halo region HA2 to be described later are performed as separate ion implantation steps, but in FIG. It is shown schematically.

エクステンション領域EX2を形成するためのイオン注入IM2bでは、ゲート電極GE2もマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することができるので、エクステンション領域EX2は、ゲート電極GE2(の側壁)に整合して形成され、ゲート電極GE2の直下には、不純物は導入(イオン注入)されない。エクステンション領域EX2の深さ(接合深さ)は、後で形成されるp型半導体領域SD2の深さ(接合深さ)よりも浅い。また、エクステンション領域EX2形成のためのイオン注入IM2bは、斜めイオン注入ではなく、半導体基板1の主面に対して垂直な方向にイオン注入することが好ましい。 In the ion implantation IM2b for forming the extension region EX2, since the gate electrode GE2 can also function as a mask (ion implantation blocking mask), the extension region EX2 is formed in alignment with the gate electrode GE2 (side wall thereof). Impurities are not introduced (ion implantation) immediately below the gate electrode GE2. The depth (junction depth) of the extension region EX2 is shallower than the depth (junction depth) of the p + type semiconductor region SD2 to be formed later. Further, the ion implantation IM2b for forming the extension region EX2 is preferably not ion implantation but oblique implantation in a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1.

次に、pMIS形成領域1Bの半導体基板1(n型ウエルNW)にn型不純物のイオン注入(ハローイオン注入)IM3bを行ってハロー領域(n型半導体領域)HA2を形成する。ハロー領域HA2は、エクステンション領域EX2とは逆の導電型で、かつn型ウエルNWとは同じ導電型であり、ここではn型(n型の半導体領域)である。ハロー領域HA2は、短チャネル特性(パンチスルー)抑制のために形成される。ハロー領域HA2を形成するためのイオン注入IM3bの際、ゲート電極GE2もマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することができる。ハロー領域HA2は、エクステンション領域EX2を包み込む(覆う)ように形成され、n型ウエルNWよりも不純物濃度(n型不純物濃度)が高い。ハロー領域HA2を形成するためのイオン注入IM3bは、斜めイオン注入(傾斜イオン注入)とすることがより好ましく、これにより、エクステンション領域EX2を包み込む(覆う)ようにハロー領域HA2を的確に形成することができる。   Next, n-type impurity ion implantation (halo ion implantation) IM3b is performed on the semiconductor substrate 1 (n-type well NW) in the pMIS formation region 1B to form a halo region (n-type semiconductor region) HA2. The halo region HA2 has a conductivity type opposite to that of the extension region EX2 and the same conductivity type as that of the n-type well NW, and here is an n-type (n-type semiconductor region). The halo region HA2 is formed to suppress short channel characteristics (punch through). In the ion implantation IM3b for forming the halo region HA2, the gate electrode GE2 can also function as a mask (ion implantation blocking mask). The halo region HA2 is formed so as to enclose (cover) the extension region EX2, and has an impurity concentration (n-type impurity concentration) higher than that of the n-type well NW. The ion implantation IM3b for forming the halo region HA2 is more preferably an oblique ion implantation (gradient ion implantation), whereby the halo region HA2 is accurately formed so as to wrap (cover) the extension region EX2. Can do.

また、他の形態として、先にpMIS形成領域1Bにエクステンション領域EX2およびハロー領域HA2を形成してから、nMIS形成領域1Aにエクステンション領域EX1およびハロー領域HA1を形成することもでき、これは以下の実施の形態2〜6でも同様である。   As another form, the extension region EX2 and the halo region HA2 may be formed in the pMIS formation region 1B first, and then the extension region EX1 and the halo region HA1 may be formed in the nMIS formation region 1A. The same applies to the second to sixth embodiments.

また、ハロー領域HA1,HA2は、短チャネル特性抑制のために形成することが好ましいが、不要であればその形成を省略することもでき、これは以下の実施の形態2〜6でも同様である。   The halo regions HA1 and HA2 are preferably formed to suppress short channel characteristics. However, the formation of the halo regions HA1 and HA2 can be omitted if unnecessary, and this is the same in the following second to sixth embodiments. .

また、エクステンション領域EX1およびハロー領域HA1は、必ずしもこの順序で形成しなくともよいが、エクステンション領域EX1およびハロー領域HA1を形成する各イオン注入IM2a,IM3aは、少なくとも、ゲート電極GE1形成後で、かつ、ゲート電極GE1の側壁上に後述のサイドウォールSWを形成する前に行う必要がある。同様に、エクステンション領域EX2およびハロー領域HA2は、必ずしもこの順序で形成しなくともよいが、エクステンション領域EX2およびハロー領域HA2を形成する各イオン注入IM2b,IM3bは、少なくとも、ゲート電極GE2形成後で、かつ、ゲート電極GE2の側壁上に後述のサイドウォールSWを形成する前に行う必要がある。   The extension region EX1 and the halo region HA1 do not necessarily have to be formed in this order. However, the ion implantations IM2a and IM3a that form the extension region EX1 and the halo region HA1 are at least after the formation of the gate electrode GE1 and It is necessary to perform this before forming a later-described side wall SW on the side wall of the gate electrode GE1. Similarly, the extension region EX2 and the halo region HA2 do not necessarily have to be formed in this order. However, each ion implantation IM2b and IM3b forming the extension region EX2 and the halo region HA2 is at least after the gate electrode GE2 is formed. In addition, it is necessary to perform this before forming a later-described side wall SW on the side wall of the gate electrode GE2.

次に、図9に示されるように、アッシングなどによりフォトレジスト膜PR2bを除去してから、ゲート電極GE1,GE2の側壁上に、絶縁膜(側壁絶縁膜)として、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコンあるいはそれら絶縁膜の積層膜などからなる側壁スペーサまたはサイドウォール(側壁絶縁膜、サイドウォールスペーサ)SWを形成する。サイドウォールSWは、例えば、半導体基板1(の主面全面)上に酸化シリコン膜または窒化シリコン膜あるいはそれらの積層膜を堆積し、この酸化シリコン膜または窒化シリコン膜あるいはそれらの積層膜をRIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)法などにより異方性エッチングすることによって形成することができる。   Next, as shown in FIG. 9, after removing the photoresist film PR2b by ashing or the like, as an insulating film (sidewall insulating film) on the side walls of the gate electrodes GE1 and GE2, for example, silicon oxide or silicon nitride or Sidewall spacers or sidewalls (sidewall insulating films, sidewall spacers) SW made of a laminated film of these insulating films are formed. For example, the sidewall SW is formed by depositing a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a laminated film thereof on the semiconductor substrate 1 (entire main surface thereof), and depositing the silicon oxide film, the silicon nitride film, or the laminated film thereof by RIE ( Reactive Ion Etching (reactive ion etching) can be formed by anisotropic etching.

次に、図10に示されるように、pMIS形成領域1Bを覆うフォトレジスト膜(フォトレジストパターン)PR3aを、フォトリソグラフィ技術を用いて形成する。nMIS形成領域1Aは、このフォトレジスト膜PR3aでは覆われずに露出される。このフォトレジスト膜PR3aは、pMIS形成領域1Bへのイオン注入阻止マスクとして機能することができる。このため、後述するイオン注入IM4aでは、フォトレジスト膜PR3aがイオン注入阻止マスクとして機能し、pMIS形成領域1Bの半導体基板1にはイオン注入されない。   Next, as shown in FIG. 10, a photoresist film (photoresist pattern) PR3a covering the pMIS formation region 1B is formed by using a photolithography technique. The nMIS formation region 1A is exposed without being covered with the photoresist film PR3a. The photoresist film PR3a can function as a mask for preventing ion implantation into the pMIS formation region 1B. For this reason, in the ion implantation IM4a described later, the photoresist film PR3a functions as an ion implantation blocking mask, and ions are not implanted into the semiconductor substrate 1 in the pMIS formation region 1B.

次に、nMIS形成領域1Aの半導体基板1(p型ウエルPW)のゲート電極GE1およびサイドウォールSWの両側の領域に、リン(P)またはヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することにより、(一対の)n型半導体領域SD1(ソース、ドレイン)を形成する。なお、図10では、n型半導体領域SD1を形成するためのイオン注入IM4aを矢印で模式的に示してある。このイオン注入IM4aの際、ゲート電極GE1およびその側壁上のサイドウォールSWもマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することができるので、n型半導体領域SD1は、ゲート電極GE1の側壁上のサイドウォールSW(の側壁)に整合して形成され、ゲート電極GE1およびサイドウォールSWの直下には、不純物は導入(イオン注入)されない。n型半導体領域SD1の深さ(接合深さ)は、エクステンション領域EX1の深さ(接合深さ)よりも深い。 Next, an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is ion-implanted into regions on both sides of the gate electrode GE1 and the sidewall SW of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) in the nMIS formation region 1A. Thereby, (a pair of) n + type semiconductor regions SD1 (source and drain) are formed. In FIG. 10, ion implantation IM4a for forming the n + type semiconductor region SD1 is schematically indicated by an arrow. In this ion implantation IM4a, the gate electrode GE1 and the sidewall SW on the side wall thereof can also function as a mask (ion implantation blocking mask), so that the n + type semiconductor region SD1 is a side on the side wall of the gate electrode GE1. Impurities are not introduced (ion-implanted) immediately below the gate electrode GE1 and the side wall SW. The depth (junction depth) of the n + -type semiconductor region SD1 is deeper than the depth (junction depth) of the extension region EX1.

型半導体領域(第2半導体領域)SD1とエクステンション領域(第1半導体領域)EX1とは同じ導電型であるが、n型半導体領域SD1は、エクステンション領域EX1よりも、不純物濃度(n型不純物濃度)が高い。これにより、nチャネル型MISFETQnのソースまたはドレインとして機能するn型の半導体領域(不純物拡散層)が、n型半導体領域(不純物拡散層)SD1およびエクステンション領域(n型半導体領域)EX1により形成される。換言すれば、エクステンション領域EX1と、それよりも高不純物濃度のn型半導体領域SD1とは、nチャネル型MISFETQnのソースまたはドレイン用の半導体領域として機能する。従って、nチャネル型MISFETQnのソース・ドレイン領域は、LDD(Lightly doped Drain)構造を有している。上述のように、エクステンション領域EX1は、ゲート電極GE1に対して自己整合的に形成され、n型半導体領域SD1は、ゲート電極GE1の側壁上に形成されたサイドウォールSWに対して自己整合的に形成される。 The n + type semiconductor region (second semiconductor region) SD1 and the extension region (first semiconductor region) EX1 have the same conductivity type, but the n + type semiconductor region SD1 has an impurity concentration (n type) than the extension region EX1. Impurity concentration) is high. Thereby, an n-type semiconductor region (impurity diffusion layer) functioning as a source or drain of the n-channel type MISFET Qn is formed by the n + -type semiconductor region (impurity diffusion layer) SD1 and the extension region (n -type semiconductor region) EX1. Is done. In other words, the extension region EX1 and the n + type semiconductor region SD1 having a higher impurity concentration function as a semiconductor region for the source or drain of the n-channel type MISFET Qn. Therefore, the source / drain region of the n-channel type MISFET Qn has an LDD (Lightly doped Drain) structure. As described above, the extension region EX1 is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode GE1, and the n + type semiconductor region SD1 is in a self-aligned manner with respect to the sidewall SW formed on the sidewall of the gate electrode GE1. Formed.

次に、図11に示されるように、アッシングなどによりフォトレジスト膜PR3aを除去してから、nMIS形成領域1Aを覆うフォトレジスト膜(フォトレジストパターン)PR3bを、フォトリソグラフィ技術を用いて形成する。pMIS形成領域1Bは、このフォトレジスト膜PR3bでは覆われずに露出される。このフォトレジスト膜PR3bは、nMIS形成領域1Aへのイオン注入阻止マスクとして機能することができる。このため、後述するイオン注入IM4bでは、フォトレジスト膜PR3bがイオン注入阻止マスクとして機能し、nMIS形成領域1Aの半導体基板1にはイオン注入されない。   Next, as shown in FIG. 11, after removing the photoresist film PR3a by ashing or the like, a photoresist film (photoresist pattern) PR3b that covers the nMIS formation region 1A is formed by using a photolithography technique. The pMIS formation region 1B is exposed without being covered with the photoresist film PR3b. The photoresist film PR3b can function as an ion implantation blocking mask for the nMIS formation region 1A. For this reason, in ion implantation IM4b described later, the photoresist film PR3b functions as an ion implantation blocking mask, and ions are not implanted into the semiconductor substrate 1 in the nMIS formation region 1A.

次に、pMIS形成領域1Bの半導体基板1(n型ウエルNW)のゲート電極GE2およびサイドウォールSWの両側の領域に、ホウ素(B)などのp型の不純物をイオン注入することにより、(一対の)p型半導体領域SD2(ソース、ドレイン)を形成する。なお、図11では、p型半導体領域SD2を形成するためのイオン注入IM4bを矢印で模式的に示してある。このイオン注入IM4bの際、ゲート電極GE2およびその側壁上のサイドウォールSWもマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することができるので、p型半導体領域SD2は、ゲート電極GE2の側壁上のサイドウォールSW(の側壁)に整合して形成され、ゲート電極GE2およびサイドウォールSWの直下には、不純物は導入(イオン注入)されない。p型半導体領域SD2の深さ(接合深さ)は、エクステンション領域EX2の深さ(接合深さ)よりも深い。 Next, a p-type impurity such as boron (B) is ion-implanted into regions on both sides of the gate electrode GE2 and the side wall SW of the semiconductor substrate 1 (n-type well NW) in the pMIS formation region 1B. The p + type semiconductor region SD2 (source, drain) is formed. In FIG. 11, ion implantation IM4b for forming the p + type semiconductor region SD2 is schematically indicated by an arrow. In this ion implantation IM4b, since the gate electrode GE2 and the sidewall SW on the side wall thereof can also function as a mask (ion implantation blocking mask), the p + type semiconductor region SD2 is formed on the side on the side wall of the gate electrode GE2. Impurities are not introduced (ion-implanted) immediately below the gate electrode GE2 and the side wall SW. The depth (junction depth) of the p + type semiconductor region SD2 is deeper than the depth (junction depth) of the extension region EX2.

型半導体領域(第2半導体領域)SD2とエクステンション領域(第1半導体領域)EX2とは同じ導電型であるが、p型半導体領域SD2は、エクステンション領域EX2よりも、不純物濃度(p型不純物濃度)が高い。これにより、pチャネル型MISFETQpのソースまたはドレインとして機能するp型の半導体領域(不純物拡散層)が、p型半導体領域(不純物拡散層)SD2およびエクステンション領域(p型半導体領域)EX2により形成される。換言すれば、エクステンション領域EX2と、それよりも高不純物濃度のp型半導体領域SD2とは、pチャネル型MISFETQpのソースまたはドレイン用の半導体領域として機能する。従って、pチャネル型MISFETQpのソース・ドレイン領域は、LDD構造を有している。上述のように、エクステンション領域EX2は、ゲート電極GE2に対して自己整合的に形成され、p型半導体領域SD2は、ゲート電極GE2の側壁上に形成されたサイドウォールSWに対して自己整合的に形成される。 The p + type semiconductor region (second semiconductor region) SD2 and the extension region (first semiconductor region) EX2 have the same conductivity type, but the p + type semiconductor region SD2 has an impurity concentration (p type) higher than that of the extension region EX2. Impurity concentration) is high. Thereby, a p-type semiconductor region (impurity diffusion layer) functioning as a source or drain of the p-channel type MISFET Qp is formed by the p + -type semiconductor region (impurity diffusion layer) SD2 and the extension region (p -type semiconductor region) EX2. Is done. In other words, the extension region EX2 and the p + type semiconductor region SD2 having a higher impurity concentration function as a semiconductor region for the source or drain of the p channel MISFET Qp. Therefore, the source / drain regions of the p-channel type MISFET Qp have an LDD structure. As described above, the extension region EX2 is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode GE2, and the p + type semiconductor region SD2 is in a self-aligned manner with respect to the sidewall SW formed on the sidewall of the gate electrode GE2. Formed.

また、他の形態として、先にpMIS形成領域1Bにp型半導体領域SD2を形成してから、nMIS形成領域1Aにn型半導体領域SD1を形成することもでき、これは以下の実施の形態2〜6でも同様である。 As another form, after forming the p + type semiconductor region SD2 in the pMIS formation region 1B first, the n + type semiconductor region SD1 can be formed in the nMIS formation region 1A. The same applies to Embodiments 2 to 6.

次に、アッシングなどによりフォトレジスト膜PR3bを除去する。それから、これまでのイオン注入で導入した不純物の活性化のためのアニール処理(熱処理)を行う。このアニール処理は、例えば1050℃程度のフラッシュランプアニール処理にて行うことができる。   Next, the photoresist film PR3b is removed by ashing or the like. Then, annealing treatment (heat treatment) for activating the impurities introduced by the conventional ion implantation is performed. This annealing process can be performed by, for example, a flash lamp annealing process at about 1050 ° C.

このようにして、nMIS形成領域1A(のp型ウエルPW)に、電界効果トランジスタとしてnチャネル型MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)Qnが形成される。また、pMIS形成領域1B(のn型ウエルNW)に、電界効果トランジスタとしてpチャネル型MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)Qpが形成される。これにより、図12の構造が得られる。nチャネル型MISFETQnは、nチャネル型の電界効果トランジスタとみなすことができ、pチャネル型MISFETQpは、pチャネル型の電界効果トランジスタとみなすことができる。   In this manner, an n-channel MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) Qn is formed as a field effect transistor in the nMIS formation region 1A (the p-type well PW). A p-channel MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) Qp is formed as a field effect transistor in the pMIS formation region 1B (n-type well NW thereof). Thereby, the structure of FIG. 12 is obtained. The n-channel type MISFET Qn can be regarded as an n-channel field effect transistor, and the p-channel type MISFET Qp can be regarded as a p-channel field effect transistor.

次に、ゲート電極GE1,GE2、n型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2の表面を露出させ、例えばコバルト(Co)膜またはニッケル(Ni)のような金属膜を堆積して熱処理することによって、図13に示されるように、ゲート電極GE1,GE2、n型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2の表面に、それぞれ金属シリサイド層11を形成する。これにより、n型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2の拡散抵抗やコンタクト抵抗などを低抵抗化することができる。その後、未反応の金属膜は除去する。 Next, the surfaces of the gate electrodes GE1, GE2, n + type semiconductor region SD1 and p + type semiconductor region SD2 are exposed, and a metal film such as a cobalt (Co) film or nickel (Ni) is deposited and heat-treated. Thus, as shown in FIG. 13, the metal silicide layers 11 are formed on the surfaces of the gate electrodes GE1, GE2, the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2, respectively. As a result, the diffusion resistance, contact resistance, etc. of the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2 can be reduced. Thereafter, the unreacted metal film is removed.

次に、半導体基板1の主面上に絶縁膜(層間絶縁膜)12を形成する。すなわち、ゲート電極GE1,GE2およびサイドウォールSWを覆うように、金属シリサイド層11上を含む半導体基板1上に絶縁膜12を形成する。絶縁膜12は、例えば、酸化シリコン膜の単体膜や、あるいは、窒化シリコン膜とそれよりも厚い酸化シリコン膜との積層膜などからなる。その後、絶縁膜12の表面(上面)をCMP(CMP:Chemical Mechanical Polishing、化学機械研磨)法により研磨するなどして、絶縁膜12の上面を平坦化する。下地段差に起因して絶縁膜12の表面に凹凸形状が形成されていても、絶縁膜12の表面をCMP法により研磨することにより、その表面が平坦化された層間絶縁膜を得ることができる。   Next, an insulating film (interlayer insulating film) 12 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. That is, the insulating film 12 is formed on the semiconductor substrate 1 including the metal silicide layer 11 so as to cover the gate electrodes GE1 and GE2 and the sidewall SW. The insulating film 12 is made of, for example, a single film of a silicon oxide film or a laminated film of a silicon nitride film and a thicker silicon oxide film. Thereafter, the upper surface of the insulating film 12 is planarized by polishing the surface (upper surface) of the insulating film 12 by CMP (Chemical Mechanical Polishing). Even if unevenness is formed on the surface of the insulating film 12 due to the base step, by polishing the surface of the insulating film 12 by the CMP method, an interlayer insulating film having a flattened surface can be obtained. .

次に、絶縁膜12上に形成したフォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして用いて、絶縁膜12をドライエッチングすることにより、絶縁膜12にコンタクトホール(貫通孔、孔)13を形成する。コンタクトホール13の底部では、半導体基板1の主面の一部、例えばn型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2の表面上の金属シリサイド層11の一部や、ゲート電極GE1,GE2の表面上の金属シリサイド層11の一部などが露出される。 Next, using the photoresist pattern (not shown) formed on the insulating film 12 as an etching mask, the insulating film 12 is dry-etched to form contact holes (through holes, holes) 13 in the insulating film 12. To do. At the bottom of the contact hole 13, a part of the main surface of the semiconductor substrate 1, for example, a part of the metal silicide layer 11 on the surface of the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2, and the gate electrodes GE1 and GE2 A part of the metal silicide layer 11 on the surface is exposed.

次に、コンタクトホール13内に、タングステン(W)などからなる導電性のプラグ(接続用導体部)14を形成する。プラグ14を形成するには、例えば、コンタクトホール13の内部(底部および側壁上)を含む絶縁膜12上に、プラズマCVD法によりバリア導体膜(例えばチタン膜、窒化チタン膜、あるいはそれらの積層膜)を形成する。それから、タングステン膜などからなる主導体膜をCVD法などによってバリア導体膜上にコンタクトホール13を埋めるように形成し、絶縁膜12上の不要な主導体膜およびバリア導体膜をCMP法またはエッチバック法などによって除去することにより、プラグ14を形成することができる。図面の簡略化のために、プラグ14は、主導体膜とバリア導体膜を一体化して示してある。プラグ14は、その底部で、ゲート電極GE1,GE2、n型半導体領域SD1またはp型半導体領域SD2の表面上の金属シリサイド層11と接して、電気的に接続される。 Next, a conductive plug (connection conductor portion) 14 made of tungsten (W) or the like is formed in the contact hole 13. In order to form the plug 14, for example, a barrier conductor film (for example, a titanium film, a titanium nitride film, or a laminated film thereof) is formed on the insulating film 12 including the inside (on the bottom and side walls) of the contact hole 13 by a plasma CVD method. ). Then, a main conductor film made of a tungsten film or the like is formed by CVD or the like so as to fill the contact hole 13 on the barrier conductor film, and unnecessary main conductor film and barrier conductor film on the insulating film 12 are formed by CMP or etch back. By removing by a method or the like, the plug 14 can be formed. In order to simplify the drawing, the plug 14 is shown by integrating the main conductor film and the barrier conductor film. The plug 14 is in contact with and electrically connected to the metal silicide layer 11 on the surface of the gate electrodes GE1, GE2, n + type semiconductor region SD1 or p + type semiconductor region SD2 at the bottom thereof.

次に、図14に示されるように、プラグ14が埋め込まれた絶縁膜12上に、絶縁膜15を形成する。絶縁膜15は、複数の絶縁膜の積層膜で形成することもできる。   Next, as shown in FIG. 14, an insulating film 15 is formed on the insulating film 12 in which the plugs 14 are embedded. The insulating film 15 can also be formed of a stacked film of a plurality of insulating films.

次に、シングルダマシン法により第1層目の配線である配線M1を形成する。具体的には、次のようにして配線M1を形成することができる。まず、フォトレジストパターン(図示せず)をマスクとしたドライエッチングによって絶縁膜15の所定の領域に配線溝を形成した後、配線溝の底部および側壁上を含む絶縁膜15上にバリア導体膜(例えば窒化チタン膜、タンタル膜または窒化タンタル膜など)を形成する。続いて、CVD法またはスパッタリング法などによりバリア導体膜上に銅のシード層を形成し、さらに電解めっき法などを用いてシード層上に銅めっき膜を形成して、銅めっき膜により配線溝の内部を埋め込む。それから、配線溝以外の領域の主導体膜(銅めっき膜およびシード層)とバリアメタル膜をCMP法により除去して、配線溝に埋め込まれ銅を主導電材料とする第1層目の配線M1を形成する。図面の簡略化のために、配線M1は、バリア導体膜、シード層および銅めっき膜を一体化して示してある。   Next, the wiring M1 which is the first layer wiring is formed by a single damascene method. Specifically, the wiring M1 can be formed as follows. First, after a wiring groove is formed in a predetermined region of the insulating film 15 by dry etching using a photoresist pattern (not shown) as a mask, a barrier conductor film (on the insulating film 15 including the bottom and side walls of the wiring groove is formed. For example, a titanium nitride film, a tantalum film, a tantalum nitride film, or the like is formed. Subsequently, a copper seed layer is formed on the barrier conductor film by a CVD method or a sputtering method, and a copper plating film is further formed on the seed layer by using an electrolytic plating method. Embed the inside. Then, the main conductor film (copper plating film and seed layer) and the barrier metal film in a region other than the wiring groove are removed by CMP, and the first layer wiring M1 embedded in the wiring groove and using copper as the main conductive material. Form. For simplification of the drawing, the wiring M1 is shown by integrating a barrier conductor film, a seed layer, and a copper plating film.

配線M1は、プラグ14を介してnチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpのソースまたはドレイン用のn型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2やゲート電極GE1,GE2などと電気的に接続されている。その後、デュアルダマシン法により2層目の配線を形成するが、ここでは図示およびその説明は省略する。 Wiring M1 is electrically connected to n + type semiconductor region SD1 and p + type semiconductor region SD2 for source or drain of n channel type MISFET Qn and p channel type MISFET Qp, gate electrodes GE1, GE2, etc. via plug 14. ing. Thereafter, a second layer wiring is formed by a dual damascene method, but illustration and description thereof are omitted here.

以上のようにして、本実施の形態の半導体装置が製造される。   As described above, the semiconductor device of the present embodiment is manufactured.

次に、本実施の形態におけるチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bについて、より詳細に説明する。   Next, channel dope ion implantation IM1a and IM1b in the present embodiment will be described in more detail.

本実施の形態では、チャネルドープイオン注入IM1a,IM1bを行ったときに、半導体基板1において、イオン注入した不純物を規則的な配列で分布させることを主要な特徴の一つとしている。これを実現するために、以下に説明するようなイオン注入法を用いる。なお、以下で「実施の形態1のイオン注入法」と呼ぶ場合は、ここで説明するイオン注入法(電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入法)を指すものとする。   In the present embodiment, one of the main features is that when the channel dope ion implantation IM1a and IM1b are performed, the ion implanted impurities are distributed in a regular arrangement in the semiconductor substrate 1. In order to realize this, an ion implantation method as described below is used. Note that, hereinafter, the “ion implantation method according to the first embodiment” refers to the ion implantation method described here (ion implantation method using a filter FL to which a voltage is applied).

図15は、本実施の形態のチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bに用いられるイオン注入装置(半導体製造装置)21の概略構成を示す説明図である。   FIG. 15 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an ion implantation apparatus (semiconductor manufacturing apparatus) 21 used for the channel dope ion implantation IM1a and IM1b of the present embodiment.

図15に示されるように、イオン注入装置21は、イオンを発生するイオンソース(イオン源)23と、イオンソース23で発生したイオンを加速してイオンビーム22を生成する加速管(加速器)24と、イオンビーム22の進行方向を曲げることができる質量分析マグネット25と、イオンビーム22を収束(集束)させることができるレンズ26と、半導体ウエハ1Wにイオン注入を行なう処理室(注入室)27とを有している。半導体ウエハ1Wは、上記半導体基板1に対応しており、レンズ26で収束されたイオンビーム22は、エンドステーションの処理室27内に配置されている半導体ウエハ1Wに照射される。レンズ26は、電磁レンズであり、電場によりイオンビーム22を収束させることができる。質量分析マグネット25は、イオンを選別する機能も有している。   As shown in FIG. 15, an ion implantation apparatus 21 includes an ion source (ion source) 23 that generates ions, and an acceleration tube (accelerator) 24 that accelerates ions generated from the ion source 23 to generate an ion beam 22. A mass analyzing magnet 25 capable of bending the traveling direction of the ion beam 22, a lens 26 capable of converging the ion beam 22, and a processing chamber (implantation chamber) 27 for performing ion implantation on the semiconductor wafer 1W. And have. The semiconductor wafer 1W corresponds to the semiconductor substrate 1, and the ion beam 22 converged by the lens 26 is irradiated to the semiconductor wafer 1W disposed in the processing chamber 27 of the end station. The lens 26 is an electromagnetic lens and can focus the ion beam 22 by an electric field. The mass spectrometry magnet 25 also has a function of selecting ions.

イオン注入装置21を用いてイオン注入を行う際には、イオン注入処理を行うべき半導体ウエハ1Wを、処理室27内に配置する。そして、イオンソース23で発生させたイオンを加速管24で加速させてイオンビーム22を生成し、このイオンビーム22の進行方向を質量分析マグネット25で曲げ、質量分析マグネット25を通過したイオンビーム22をレンズ26で収束させて、処理室27内の半導体ウエハ1Wに照射する。これにより、半導体ウエハ1Wに、イオンビーム22を構成する不純物イオンが注入(導入)される。所定のイオン注入処理が終了した半導体ウエハ1Wは、処理室27からウエハ交換室28に移動(搬送)され、次の半導体ウエハ1W(イオン注入処理を行うべき半導体ウエハ1W)が処理室27内に移動(搬送)され、この処理室27内の半導体ウエハ1Wに対して、イオン注入処理が行われる。   When performing ion implantation using the ion implantation apparatus 21, the semiconductor wafer 1 </ b> W to be subjected to ion implantation processing is disposed in the processing chamber 27. Then, ions generated by the ion source 23 are accelerated by the acceleration tube 24 to generate the ion beam 22, the traveling direction of the ion beam 22 is bent by the mass analysis magnet 25, and the ion beam 22 that has passed through the mass analysis magnet 25. Is converged by the lens 26 and irradiated to the semiconductor wafer 1W in the processing chamber 27. Thereby, impurity ions constituting the ion beam 22 are implanted (introduced) into the semiconductor wafer 1W. The semiconductor wafer 1W for which the predetermined ion implantation processing has been completed is moved (transferred) from the processing chamber 27 to the wafer exchange chamber 28, and the next semiconductor wafer 1W (semiconductor wafer 1W to be subjected to ion implantation processing) enters the processing chamber 27. The semiconductor wafer 1W in the processing chamber 27 is moved (conveyed), and ion implantation processing is performed.

本実施の形態のチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bは、図15に示されるように、レンズ26の手前にフィルタFLを配置し、このフィルタFLを通過したイオンビーム22をレンズ26で収束して半導体ウエハ1Wに照射することを、主要な特徴の一つとしている。従って、イオン注入装置21は、レンズ26の手前(図15の場合は質量分析マグネット25とレンズ26との間)に配置されたフィルタFLを更に有している。   As shown in FIG. 15, the channel-doped ion implantation IM1a and IM1b of the present embodiment has a filter FL disposed in front of the lens 26, and the ion beam 22 that has passed through the filter FL is converged by the lens 26 to be a semiconductor. Irradiating the wafer 1W is one of the main features. Therefore, the ion implantation apparatus 21 further includes a filter FL arranged in front of the lens 26 (between the mass analysis magnet 25 and the lens 26 in the case of FIG. 15).

図16は、イオンビーム22がフィルタFLを通過し、レンズ26で収束して半導体ウエハ1Wに照射される様子を模式的に示す説明図である。図17は、図16において、イオンビーム22を照射していない状態を模式的に示す説明図である。従って、図16からイオンビーム22の図示を省略した図が、図17に対応する。図18は、フィルタFLの部分拡大断面図(要部断面図)であり、フィルタFLの厚み方向に平行な断面が示されている。   FIG. 16 is an explanatory diagram schematically showing a state in which the ion beam 22 passes through the filter FL, is converged by the lens 26, and is irradiated onto the semiconductor wafer 1W. FIG. 17 is an explanatory diagram schematically showing a state where the ion beam 22 is not irradiated in FIG. Accordingly, a view in which the illustration of the ion beam 22 is omitted from FIG. 16 corresponds to FIG. FIG. 18 is a partially enlarged sectional view (main part sectional view) of the filter FL, showing a section parallel to the thickness direction of the filter FL.

図16および図17に示されるように、フィルタFLは、レンズ26の手前でかつイオンビーム22の通過位置に配置されている。フィルタFLは、導電体で形成されており、好ましくは金属材料により形成されている。例えばタングステン(W)、タンタル(Ta)または白金(Pt)などによりフィルタFLを形成することができる。   As shown in FIGS. 16 and 17, the filter FL is disposed in front of the lens 26 and at a position where the ion beam 22 passes. The filter FL is made of a conductor and is preferably made of a metal material. For example, the filter FL can be formed of tungsten (W), tantalum (Ta), platinum (Pt), or the like.

また、図16〜図18に示されるように、フィルタFLは、規則正しく配列した複数の開口部(孔、貫通孔)OPを有している。各開口部OPの大きさおよび形状は、開口部OP同士で同じとされている。開口部OPの平面形状は、好ましくは四角形であるが、正方形であれば、より好ましい。フィルタFLにおいて、複数の開口部OPは規則的に配列しているが、好ましくは格子(アレイ)状に配列している。従って、フィルタFLは、好ましくは、正方形の開口部OPが格子状に配列したグリッド状フィルタである。   Also, as shown in FIGS. 16 to 18, the filter FL has a plurality of openings (holes, through holes) OP arranged regularly. The size and shape of each opening OP are the same between the openings OP. The planar shape of the opening OP is preferably a square, but more preferably a square. In the filter FL, the plurality of openings OP are regularly arranged, but are preferably arranged in a lattice (array) form. Therefore, the filter FL is preferably a grid filter in which square openings OP are arranged in a grid pattern.

開口部OPの寸法(辺の長さ)Wは、例えば、5〜20μm程度とすることができ、また、隣り合う開口部OPの間の間隔Wは、例えば、5〜20μm程度とすることができ、また、フィルタFLの厚みWは、例えば、10〜50μm程度とすることができるが、これらの寸法(W,W,W)は、必要に応じて変更可能である(W,W,Wは図18に示されている)。 The dimension (side length) W 1 of the opening OP can be set to, for example, about 5 to 20 μm, and the interval W 2 between the adjacent openings OP is set to, for example, about 5 to 20 μm. The thickness W 3 of the filter FL can be set to about 10 to 50 μm, for example, but these dimensions (W 1 , W 2 , W 3 ) can be changed as necessary. (W 1 , W 2 , W 3 are shown in FIG. 18).

フィルタFLは、平板状の外形を有しており、互いに平行でかつ反対側に位置する2つの主面(表面および裏面)を有するが、イオンビーム22が入射する側の主面をフィルタ22の表面と呼び、それとは反対側の主面をフィルタFLの裏面と呼ぶこととする。開口部OPは、フィルタFLを貫通する貫通孔であり、フィルタFLの表面から裏面まで到達しており、開口部OPの側壁(内壁)は、フィルタFLの表面および裏面に対して垂直である。フィルタFLは、イオンビーム22がフィルタFLの表面に対して垂直に入射するように配置される。ここで、フィルタFLに到達する前のイオンビーム22をイオンビーム22aと称し、フィルタFLの開口部OPを通過したイオンビーム22をイオンビーム22bと称し、フィルタFLの開口部OPを通過した後にレンズ26で収束されて半導体ウエハ1Wに入射するイオンビーム22をイオンビーム22cと称することとする。半導体ウエハ1Wには、このイオンビーム22cが照射される。   The filter FL has a flat outer shape and has two main surfaces (a front surface and a back surface) that are parallel to each other and located on opposite sides, but the main surface on the side on which the ion beam 22 is incident is the surface of the filter 22. The front surface is called the front surface, and the opposite main surface is called the back surface of the filter FL. The opening OP is a through-hole penetrating the filter FL and reaches from the front surface to the back surface of the filter FL, and the side wall (inner wall) of the opening OP is perpendicular to the front surface and the back surface of the filter FL. The filter FL is arranged so that the ion beam 22 is incident perpendicular to the surface of the filter FL. Here, the ion beam 22 before reaching the filter FL is referred to as an ion beam 22a, the ion beam 22 that has passed through the opening OP of the filter FL is referred to as an ion beam 22b, and the lens after passing through the opening OP of the filter FL. The ion beam 22 converged at 26 and incident on the semiconductor wafer 1W is referred to as an ion beam 22c. The semiconductor wafer 1W is irradiated with this ion beam 22c.

本実施の形態のチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bを行う際には、フィルタFLに電圧を印加した状態とし、電圧が印加されたフィルタFLの開口部OPを通過したイオンビーム22(すなわちイオンビーム22b)をレンズ26で収束させ、収束したイオンビーム22(すなわちイオンビーム22c)を半導体ウエハ1Wに照射する。   When performing channel dope ion implantation IM1a and IM1b of the present embodiment, a voltage is applied to the filter FL, and the ion beam 22 (that is, the ion beam 22b) that has passed through the opening OP of the filter FL to which the voltage is applied. ) Is converged by the lens 26, and the converged ion beam 22 (that is, the ion beam 22c) is irradiated onto the semiconductor wafer 1W.

フィルタFLに印加する電圧の極性は、イオン注入する不純物イオンの極性(すなわちイオンビーム22の極性)と同じである。具体的には、イオンビーム22(22a)を構成する不純物イオン(この不純物イオンが半導体ウエハ1Wに注入される)が正イオンの場合には、フィルタFLには正電圧を印加し、一方、イオンビーム22(22a)を構成する不純物イオン(この不純物イオンが半導体ウエハ1Wに注入される)が負イオンの場合には、フィルタFLには負電圧を印加する。つまり、イオンビーム22(22a)が正イオンビームのときは、フィルタFLには正電圧を印加し、イオンビーム22(22a)が負イオンビームのときは、フィルタFLには負電圧を印加する。フィルタFLに印加する電圧は、イオンビーム22の加速エネルギーやフィルタFLの開口部OPの寸法などにもよるが、例えば絶対値が0〜100V程度の正または負の連続電圧、あるいはパルス状の電圧とすることができる。   The polarity of the voltage applied to the filter FL is the same as the polarity of the impurity ions to be ion-implanted (that is, the polarity of the ion beam 22). Specifically, when the impurity ions constituting the ion beam 22 (22a) (the impurity ions are implanted into the semiconductor wafer 1W) are positive ions, a positive voltage is applied to the filter FL, while the ions When the impurity ions constituting the beam 22 (22a) (the impurity ions are implanted into the semiconductor wafer 1W) are negative ions, a negative voltage is applied to the filter FL. That is, when the ion beam 22 (22a) is a positive ion beam, a positive voltage is applied to the filter FL, and when the ion beam 22 (22a) is a negative ion beam, a negative voltage is applied to the filter FL. Although the voltage applied to the filter FL depends on the acceleration energy of the ion beam 22 and the size of the opening OP of the filter FL, for example, a positive or negative continuous voltage having an absolute value of about 0 to 100 V, or a pulsed voltage. It can be.

図19は、電圧(イオンビーム22と同じ極性の電圧)を印加したフィルタFLの開口部OPをイオンビーム22が通過する様子を示す説明図であり、図18に対応する断面が示されている。図20は、本実施の形態とは異なり、フィルタFLに電圧を印加せず、電圧を印加していない状態のフィルタFLの開口部OPをイオンビーム22が通過する様子を示す説明図である。なお、図19および図20では、イオンビーム22を構成する個々の不純物イオンの軌跡を矢印で模式的に示してある。   FIG. 19 is an explanatory diagram showing a state in which the ion beam 22 passes through the opening OP of the filter FL to which a voltage (voltage having the same polarity as the ion beam 22) is applied, and a cross section corresponding to FIG. 18 is shown. . FIG. 20 is an explanatory diagram showing a state in which the ion beam 22 passes through the opening OP of the filter FL in a state where no voltage is applied to the filter FL and no voltage is applied, unlike the present embodiment. In FIG. 19 and FIG. 20, the locus of each impurity ion constituting the ion beam 22 is schematically shown by an arrow.

チャネルドープイオン注入IM1a,IM1bを行う際に、イオンビーム22aは、フィルタFLの表面に対して垂直に入射しようとする。この際、イオンビーム22aを構成する不純物イオンのうち、フィルタFLの非開口部分(フィルタFLを構成する金属材料からなる部分)に向かって進行していた不純物イオンは、フィルタFLに電圧を印加しているかどうかに関わらず、図19および図20に示されるように、その非開口部分で遮蔽されることにより、開口部OPを通過する(通り抜ける)ことはできない。   When performing channel dope ion implantation IM1a and IM1b, the ion beam 22a tends to enter perpendicularly to the surface of the filter FL. At this time, out of the impurity ions constituting the ion beam 22a, the impurity ions that have traveled toward the non-opening portion of the filter FL (portion made of a metal material constituting the filter FL) apply a voltage to the filter FL. Regardless of whether it is open or not, as shown in FIG. 19 and FIG. 20, it is not possible to pass through the opening OP by being shielded by the non-opening portion.

また、本実施の形態とは異なり、フィルタFLに電圧を印加していない場合には、図20に示されるように、イオンビーム22aを構成する不純物イオンのうち、フィルタFLの開口部OPに向かって進行していた不純物イオンは、遮蔽物が無いため、全てが開口部OPを通過することができる。このため、フィルタFLに電圧を印加していない場合には、各開口部OPにおいて、開口部OPの平面積に応じた量の不純物イオンが開口部OP全体を通り抜けることになる。   In contrast to the present embodiment, when no voltage is applied to the filter FL, as shown in FIG. 20, the impurity ions constituting the ion beam 22a are directed toward the opening OP of the filter FL. Since the impurity ions that have traveled in this way have no shielding, all can pass through the opening OP. For this reason, when no voltage is applied to the filter FL, an amount of impurity ions corresponding to the plane area of the opening OP passes through the entire opening OP in each opening OP.

それに対して、本実施の形態では、イオンビーム22aを構成する不純物イオンのうち、フィルタFLの開口部OPの中央(中心)に向かって進行していた不純物イオン(図19で符号22dを付して示す不純物イオン)は、図19に示されるように、開口部OPの中央(中心)を通過する(通り抜ける)ことができる。これは、フィルタFLに電圧(イオンビーム22と同じ極性の電圧)を印加していても、開口部OPの中央(中心)は電場が丁度つりあった(バランスが取れた)状態にあるため、開口部OPの中央(中心)に向かって入射する不純物イオン22dは、フィルタFLが生じる電場(電界)によって曲げられずに、そのまま直進して、開口部OPの中央(中心)を通過する(通り抜ける)ことができるからである。   On the other hand, in the present embodiment, among the impurity ions constituting the ion beam 22a, the impurity ions that have progressed toward the center (center) of the opening OP of the filter FL (denoted by reference numeral 22d in FIG. 19). As shown in FIG. 19, the impurity ions shown in FIG. 19 can pass (pass through) the center (center) of the opening OP. This is because even when a voltage (voltage having the same polarity as the ion beam 22) is applied to the filter FL, the center (center) of the opening OP is in a state where the electric field is just balanced (balanced). The impurity ions 22d incident toward the center (center) of the portion OP are not bent by the electric field (electric field) generated by the filter FL, but go straight and pass (pass through) the center (center) of the opening OP. Because it can.

しかしながら、本実施の形態では、イオンビーム22aを構成する不純物イオンのうち、フィルタFLの開口部OPの中央(中心)からずれた位置に向かって進行していた不純物イオン(図19において不純物イオン22d以外の矢印で示される不純物イオンがこれに対応)は、図19に示されるように、開口部OPを通過する(通り抜ける)ことはできない。これは、フィルタFLに電圧(イオンビーム22と同じ極性の電圧)を印加しているため、開口部OPの中央(中心)からずれた位置に向かって入射する不純物イオンは、フィルタFLが生じる電場(電界)によって進行方向が曲げられてしまい、開口部OPを直線的に通過する(通り抜ける)ことができないからである。   However, in the present embodiment, among the impurity ions constituting the ion beam 22a, the impurity ions that have progressed toward a position shifted from the center (center) of the opening OP of the filter FL (impurity ions 22d in FIG. 19). Impurity ions indicated by arrows other than (corresponding to this) cannot pass (pass through) the opening OP as shown in FIG. This is because a voltage (voltage having the same polarity as that of the ion beam 22) is applied to the filter FL, so that impurity ions incident toward a position shifted from the center (center) of the opening OP are an electric field generated by the filter FL. This is because the traveling direction is bent by the (electric field) and cannot pass (pass through) the opening OP linearly.

図21は、フィルタFLの部分拡大平面図(要部平面図)である。図21は、平面図であるが、理解を簡単にするために、フィルタFLにハッチングを付してある。図21には、開口部OPが1つ示されているが、実際のフィルタFLには、多数の開口部OPが格子状に配列している。   FIG. 21 is a partially enlarged plan view (main part plan view) of the filter FL. FIG. 21 is a plan view, but the filter FL is hatched for easy understanding. FIG. 21 shows one opening OP, but in the actual filter FL, a large number of openings OP are arranged in a lattice pattern.

本実施の形態とは異なり、フィルタFLに電圧を印加していない場合には、上記図20を参照して説明したように、イオンビーム22aを構成する不純物イオンは、図21に示される開口部OP全体を直進して通過する(通り抜ける)。それに対して、本実施の形態では、フィルタFLに電圧を印加しているため、図21に示される開口部OPの中央部(中心部)CTに向かって入射した不純物イオン(図19の不純物イオン22dに対応)は、そのまま直進して開口部OPを通過することができるが、中央部CT以外の領域に向かって入射する不純物イオンは、フィルタFLによる電場(電界)によって進行方向を曲げられ(散乱され)、開口部OPを通過することができない。すなわち、本実施の形態では、イオンビーム22aを構成する不純物イオンのうち、開口部OPの中央(中央部CT)に入射した不純物イオンが開口部OPを通過して半導体ウエハ1W(半導体基板1)に注入され、開口部OPの周辺部(中心部CT以外の領域)に入射した不純物イオンは、フィルタFLによる電場で散乱され、半導体ウエハ1W(半導体基板1)に注入されないのである。   Unlike the present embodiment, when no voltage is applied to the filter FL, as described with reference to FIG. 20, the impurity ions constituting the ion beam 22a are formed in the opening shown in FIG. Go straight through the OP (pass through). On the other hand, in the present embodiment, since a voltage is applied to the filter FL, impurity ions (impurity ions in FIG. 19) incident toward the center (center) CT of the opening OP shown in FIG. 22d) can pass straight through the opening OP as it is, but the impurity ions incident toward the region other than the central portion CT are bent in the traveling direction by the electric field (electric field) by the filter FL ( Scattered) and cannot pass through the opening OP. That is, in the present embodiment, out of the impurity ions constituting the ion beam 22a, the impurity ions incident on the center (central portion CT) of the opening OP pass through the opening OP and the semiconductor wafer 1W (semiconductor substrate 1). The impurity ions injected into the peripheral portion of the opening OP (regions other than the central portion CT) are scattered by the electric field generated by the filter FL and are not injected into the semiconductor wafer 1W (semiconductor substrate 1).

つまり、フィルタFLに電圧を印加しない場合には、開口部OP全体が不純物イオン(イオンビーム)を通過させる開口として機能するが、本実施の形態のようにフィルタFLに電圧を印加することで、開口部OPの中央部CTのみが不純物イオンを通過させる実効的な開口として機能し、開口部OPであっても、中央部CT以外の領域(周辺領域)は、不純物イオンを通過させない(遮蔽する)実効的なマスク領域として機能し得る。なお、図21において中央部CTを示す線は、不純物イオンが通過できる領域を示す仮想線であり、特に物体が存在するわけではない。このようにフィルタFLに電圧を印加することで、フィルタFLの実効的な開口(不純物イオンが通過可能な中央部CT)の寸法を、開口部OPの寸法Wよりも十分に小さくすることができ、開口部OPの微細化の加工限界を超えた微小寸法とすることができる。フィルタFLの実効的な開口(不純物イオンが通過可能な中央部CT)の寸法は、イオンビーム22のエネルギー(加速エネルギー)や開口部の寸法Wなどに応じてフィルタFLに印加する電圧を調整することにより、制御することができる。 That is, when no voltage is applied to the filter FL, the entire opening OP functions as an opening through which impurity ions (ion beams) pass, but by applying a voltage to the filter FL as in the present embodiment, Only the central portion CT of the opening OP functions as an effective opening that allows the impurity ions to pass therethrough, and even in the opening OP, the region (peripheral region) other than the central portion CT does not pass (blocks) the impurity ions. ) It can function as an effective mask area. In FIG. 21, a line indicating the center portion CT is a virtual line indicating a region through which impurity ions can pass, and an object is not particularly present. By applying a voltage to the filter FL in this way, the size of the effective opening (the central portion CT through which impurity ions can pass) of the filter FL can be made sufficiently smaller than the size W 1 of the opening OP. In other words, it can be a minute dimension exceeding the processing limit of miniaturization of the opening OP. The dimensions of the effective aperture (impurity ions that can pass through the central portion CT) of the filter FL is adjusting the voltage applied to the filter FL in accordance with the size W 1 of the energy (accelerating energy) and the opening of the ion beam 22 By doing so, it can be controlled.

本実施の形態において、フィルタFLの各開口部OPの中央部CTを通過した不純物イオン22dが、イオンビーム22bを構成する。このため、イオンビーム22bは、イオンビーム22aに比べて、不純物イオンの密度がかなり小さい。フィルタFLの各開口部OPの中央部CTを通過した不純物イオン22d同士は、フィルタFLにおける開口部OPの配列を反映した配列を有したものとなるが、フィルタFLにおいて開口部OPは規則的に配列しているため、フィルタFLの各開口部OPの中央部CTを通過した不純物イオン22d同士は、フィルタFLにおける開口部OPの配列を反映した規則的な配列を有したものとなる。このため、フィルタFLを通過した規則的な配列の不純物イオン22dにより、イオンビーム22bが構成されることになる。イオンビーム22bはレンズ26で収束され、収束したイオンビーム22cが半導体ウエハ1Wに照射されることで、不純物イオンが半導体ウエハ1W(すなわち半導体基板1)に注入される。フィルタFLの各開口部OPの中央部CTを通過した不純物イオン22d同士が規則的な配列を有していたため、半導体ウエハ1W(すなわち半導体基板1)に注入された不純物イオン同士も規則的な配列を有したものとなる。   In the present embodiment, impurity ions 22d that have passed through the central portion CT of each opening OP of the filter FL constitute an ion beam 22b. For this reason, the ion beam 22b has a considerably lower density of impurity ions than the ion beam 22a. The impurity ions 22d that have passed through the central portion CT of each opening OP of the filter FL have an arrangement reflecting the arrangement of the opening OP in the filter FL. However, the opening OP is regularly arranged in the filter FL. Since they are arranged, the impurity ions 22d that have passed through the central portion CT of each opening OP of the filter FL have a regular arrangement reflecting the arrangement of the openings OP in the filter FL. For this reason, the ion beam 22b is configured by the regularly arranged impurity ions 22d that have passed through the filter FL. The ion beam 22b is converged by the lens 26, and the focused ion beam 22c is irradiated onto the semiconductor wafer 1W, whereby impurity ions are implanted into the semiconductor wafer 1W (ie, the semiconductor substrate 1). Since the impurity ions 22d that have passed through the central portion CT of each opening OP of the filter FL have a regular arrangement, the impurity ions implanted into the semiconductor wafer 1W (that is, the semiconductor substrate 1) are also regularly arranged. It will have.

図22は、フィルタFLに電圧(イオンビーム22と同じ極性の電圧)を印加した状態でチャネルドープイオン注入(IM1a,IM1b)を行なった場合の、チャネル不純物30の配列状態を示す説明図(斜視図)である。ここで、チャネル不純物30は、チャネルドープイオン注入(IM1a,IM1b)によってチャネル領域に導入された不純物に対応している。図23は、本実施の形態とは異なり、フィルタFLを用いることなくチャネルドープイオン注入を行なった場合の、チャネル不純物30の配列状態を示す説明図(斜視図)である。なお、図22および図23では、チャネル領域におけるチャネル不純物30の配列状態を見やすくするために、ゲート絶縁膜5a,5b、ゲート電極GE1,GE2およびサイドウォールSWを上に持ち上げて(移動させて)示してある。   FIG. 22 is an explanatory view (perspective view) showing an arrangement state of channel impurities 30 when channel dope ion implantation (IM1a, IM1b) is performed with a voltage (voltage having the same polarity as the ion beam 22) applied to the filter FL. Figure). Here, the channel impurity 30 corresponds to the impurity introduced into the channel region by channel dope ion implantation (IM1a, IM1b). FIG. 23 is an explanatory view (perspective view) showing an arrangement state of channel impurities 30 when channel dope ion implantation is performed without using the filter FL, unlike the present embodiment. 22 and 23, the gate insulating films 5a and 5b, the gate electrodes GE1 and GE2, and the sidewall SW are lifted up (moved) in order to make it easy to see the arrangement state of the channel impurities 30 in the channel region. It is shown.

イオンビーム22においては、不純物イオンは完全に規則的には配列していない。このため、本実施の形態とは異なり、フィルタFLを用いることなくチャネルドープイオン注入を行なった場合、図23に示されるように、チャネル不純物30は、規則正しくは配列しない。   In the ion beam 22, impurity ions are not perfectly regularly arranged. Therefore, unlike this embodiment, when channel dope ion implantation is performed without using the filter FL, the channel impurities 30 are not regularly arranged as shown in FIG.

それに対して、本実施の形態では、フィルタFLに電圧(イオンビーム22と同じ極性の電圧)を印加した状態でチャネルドープイオン注入(IM1a,IM1b)を行なっている。上述のように、フィルタFLの各開口部OPの中央部CTのみを通過した不純物イオン22dで構成されたイオンビーム22bをレンズ26で収束して半導体ウエハ1W(半導体基板1)に照射しており、フィルタFLにおいて開口部OPが規則的に配列していることにより、半導体ウエハ1W(すなわち半導体基板1)に注入された不純物イオン同士も規則的な配列を有したものとなる。このため、図22に示されるように、チャネル不純物30は規則的に配列した状態とすることができる。すなわち、フィルタFLに入射する前のイオンビーム22aにおいて不純物イオンが規則的に配列していなかったとしても、半導体ウエハ1W(半導体基板1)に照射されるイオンビーム22cでは不純物イオンが規則的に配列しているため、図22に示されるように、チャネル領域において、チャネル不純物30が規則的に配列した状態を実現できる。   On the other hand, in this embodiment, channel dope ion implantation (IM1a, IM1b) is performed in a state where a voltage (voltage having the same polarity as the ion beam 22) is applied to the filter FL. As described above, the semiconductor wafer 1W (semiconductor substrate 1) is irradiated with the ion beam 22b composed of the impurity ions 22d passing through only the central portion CT of each opening OP of the filter FL by the lens 26. Since the openings OP are regularly arranged in the filter FL, the impurity ions implanted into the semiconductor wafer 1W (that is, the semiconductor substrate 1) also have a regular arrangement. For this reason, as shown in FIG. 22, the channel impurities 30 can be regularly arranged. That is, even if the impurity ions are not regularly arranged in the ion beam 22a before entering the filter FL, the impurity ions are regularly arranged in the ion beam 22c irradiated to the semiconductor wafer 1W (semiconductor substrate 1). Therefore, as shown in FIG. 22, it is possible to realize a state in which the channel impurities 30 are regularly arranged in the channel region.

図22において、チャネル不純物30の配列間隔(平面方向に隣接するチャネル不純物30の間隔)Wは、フィルタFLにおける開口部OPの配列ピッチP(配列ピッチPは上記図18に示されており、P=W+Wと表すことができる)と、レンズ26による収束率により、制御することができる。例えば、半導体ウエハ1Wに照射されるイオンビーム22cの面積(イオンビーム22cが半導体ウエハ1Wの表面に達したときの面積)が、レンズ26で収束される前のイオンビーム22bの面積の1/n倍となるように、レンズ26でイオンビーム22bを収束させた場合には、チャネル不純物30の配列間隔Wは、ほぼW=P/nとなる。すなわち、フィルタFLにおいて、開口部OPが配列ピッチPで規則的に配列していたことを反映して、チャネル不純物30は、ほぼ配列間隔W(=P/n)で規則的に配列した状態となる。ここで、nをレンズ26による収束率と呼ぶこととする。 In FIG. 22, the arrangement interval of channel impurities 30 (the interval between channel impurities 30 adjacent in the plane direction) W 4 is the arrangement pitch P 1 of the openings OP in the filter FL (the arrangement pitch P 1 is shown in FIG. 18 above). And P 1 = W 1 + W 2 ) and the convergence rate by the lens 26 can be controlled. For example, the area of the ion beam 22c irradiated to the semiconductor wafer 1W (the area when the ion beam 22c reaches the surface of the semiconductor wafer 1W) is 1 / n of the area of the ion beam 22b before being converged by the lens 26. When the ion beam 22 b is converged by the lens 26 so as to be doubled, the arrangement interval W 4 of the channel impurities 30 is approximately W 4 = P 1 / n. That is, in the filter FL, the channel impurities 30 are regularly arranged at an arrangement interval W 4 (= P 1 / n), reflecting that the openings OP are regularly arranged at the arrangement pitch P 1. It will be in the state. Here, n is referred to as a convergence rate by the lens 26.

本実施の形態のチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bでは、開口部OPの配列ピッチPにもよるが、フィルタFLを用いないイオン注入に比べて、レンズ26による収束率nを大きくする必要がある。開口部OPの配列ピッチPをできるだけ小さくし、更にレンズ26による収束率nを大きくすれば、チャネル不純物30の配列間隔Wを小さくすることができる。このチャネル不純物30により、MISFETのしきい値電圧を制御することができる。 Channel doping ion implantation IM1a of this embodiment, the IM1b, although depending on the arrangement pitch P 1 of opening OP, as compared with the ion implantation without using a filter FL, it is necessary to increase the convergence rate n by the lens 26 . And minimize the array pitch P 1 of opening OP, and more significantly the convergence rate n by the lens 26, it is possible to reduce the arrangement interval W 4 of the channel impurity 30. By this channel impurity 30, the threshold voltage of the MISFET can be controlled.

また、フィルタFLの加工限界にもよるが、開口部OPの寸法Wおよび配列ピッチPはできるだけ小さくした方が、レンズ26の収束率nを大きくしなくともすむようになるので、より好ましい。このため、開口部OPの寸法Wおよび配列ピッチPはフィルタFLの加工限界に近い微小寸法とすることが、より好ましい。この観点から、開口部OPの寸法Wは20μm以下とし、配列ピッチPは20μm以下とすることが好ましい。 Although depending on the processing limit of the filter FL, it is more preferable that the dimension W 1 of the opening OP and the arrangement pitch P 1 be as small as possible because the convergence rate n of the lens 26 does not need to be increased. For this reason, it is more preferable that the dimension W 1 of the opening OP and the arrangement pitch P 1 are minute dimensions close to the processing limit of the filter FL. From this viewpoint, it is preferable that the dimension W 1 of the opening OP is 20 μm or less, and the arrangement pitch P 1 is 20 μm or less.

また、本実施の形態とは異なり、フィルタFLに電圧を印加しなかった場合には、上記図20に示されるように、各開口部OPは、全体が不純物イオンを通過させてしまうため、開口部OPを通過したイオンビームが半導体ウエハ1Wに照射されると、不純物が高濃度に導入された領域が斑模様の如く形成されることになる。このため、フィルタFLに電圧を印加しなかった場合には、チャネル不純物30の規則的な配列状態を得ることはできない。   Further, unlike the present embodiment, when no voltage is applied to the filter FL, as shown in FIG. 20, each opening OP entirely passes impurity ions, so that the opening is opened. When the semiconductor wafer 1W is irradiated with the ion beam that has passed through the portion OP, a region in which impurities are introduced at a high concentration is formed like a patch pattern. For this reason, when no voltage is applied to the filter FL, a regular arrangement state of the channel impurities 30 cannot be obtained.

チャネル不純物30の規則的な配列状態を得るためには、フィルタFLに多数の微細な開口部OPを規則的な配列で設け、このフィルタFLに電圧(イオンビーム22と同じ極性の電圧)を印加することが重要である。これにより、微細な開口部OPの更に中央部CTのみしか不純物イオンが通過することができなくなるため、開口部OPを通過したイオンビーム22bがレンズ26で収束されて半導体ウエハ1Wに照射されると、半導体ウエハ1W(半導体基板1)において、不純物イオン同士は平面的に固まって存在することなく、イオンビーム22cが照射された領域全体に散らばって規則的に配列することになる。このため、半導体ウエハ1W(半導体基板1)において、不純物が高濃度に導入された領域が斑模様の如く形成されることがない。   In order to obtain a regular arrangement state of the channel impurities 30, a large number of fine openings OP are provided in the filter FL in a regular arrangement, and a voltage (voltage having the same polarity as the ion beam 22) is applied to the filter FL. It is important to. As a result, only the central portion CT of the fine opening OP can pass the impurity ions, so that the ion beam 22b that has passed through the opening OP is converged by the lens 26 and irradiated onto the semiconductor wafer 1W. In the semiconductor wafer 1W (semiconductor substrate 1), the impurity ions do not exist in a plane and are scattered and distributed regularly over the entire region irradiated with the ion beam 22c. For this reason, in the semiconductor wafer 1W (semiconductor substrate 1), a region into which impurities are introduced at a high concentration is not formed like a spotted pattern.

また、チャネルドープイオン注入IM1a,IM1bでは、半導体ウエハ1Wにイオンビーム22を連続的に照射しながらイオンビーム22の照射位置を走査するのではなく、半導体ウエハ1Wの主面を複数のショット領域に分け、各ショット領域毎に(照射領域を固定して)イオンビーム22cを照射することが好ましい。これにより、チャネル不純物30の規則的な配列状態を得やすくなる。上記図16で半導体ウエハ1Wの主面を点線の仮想線で分けているが、分けられた各領域がこのショット領域に対応する。各ショット領域の面積は、半導体ウエハ1Wに照射されるイオンビーム22cの面積(イオンビーム22cが半導体ウエハ1Wの表面に達したときの面積)と同じにしておく。そして、半導体ウエハ1Wのあるショット領域にイオンビーム22cを照射することで、そのショット領域へのイオン注入を行なってから、イオンビーム22の照射を一旦停止し、それから次のショット領域にイオンビーム22cを照射することで、そのショット領域へのイオン注入を行ない、これを繰り返すことで、半導体ウエハ1W全体(全ショット領域)に対するイオン注入を完了する。ショット領域から次のショット領域への移動は、レンズ26にイオンビーム22を走査する機能を設けるなどして、半導体ウエハ1Wを固定してイオンビーム22cの照射位置を移動させる場合と、半導体ウエハ1Wを配置しているステージ29を、半導体ウエハ1WをXY方向に移動可能なXYステージとすることで、イオンビーム22cの照射位置を固定して半導体ウエハ1Wを移動させる場合と、両者の組み合わせの場合とがあり得る。各ショット領域の半導体ウエハ1W(半導体基板1)に注入される不純物イオンのドーズ量は、同じショット領域に対して照射されたイオンビーム22の照射時間によって制御することもできる。また、各ショット領域において、イオンビーム22をパルス状に発生してイオンビーム22cを照射することもでき、この場合、各ショット領域の半導体ウエハ1W(半導体基板1)に注入される不純物イオンのドーズ量は、同じショット領域に対して照射するイオンビーム22のパルス数によって制御することもできる。   In channel-doped ion implantation IM1a and IM1b, the irradiation position of the ion beam 22 is not scanned while continuously irradiating the semiconductor wafer 1W with the ion beam 22, but the main surface of the semiconductor wafer 1W is formed into a plurality of shot regions. It is preferable to irradiate the ion beam 22c for each shot region (with the irradiation region fixed). This makes it easy to obtain a regular arrangement state of the channel impurities 30. In FIG. 16, the main surface of the semiconductor wafer 1W is divided by dotted imaginary lines, and each divided area corresponds to this shot area. The area of each shot region is the same as the area of the ion beam 22c irradiated onto the semiconductor wafer 1W (the area when the ion beam 22c reaches the surface of the semiconductor wafer 1W). Then, by irradiating a certain shot region of the semiconductor wafer 1W with the ion beam 22c, ion implantation into the shot region is performed, and then the irradiation of the ion beam 22 is temporarily stopped, and then the ion beam 22c is applied to the next shot region. , The ion implantation into the shot region is performed, and the ion implantation for the entire semiconductor wafer 1W (all shot regions) is completed by repeating this. The movement from the shot area to the next shot area includes a case where the lens 26 is provided with a function of scanning the ion beam 22 to move the irradiation position of the ion beam 22c while fixing the semiconductor wafer 1W, and the semiconductor wafer 1W. In the case of moving the semiconductor wafer 1W while fixing the irradiation position of the ion beam 22c by using the XY stage that can move the semiconductor wafer 1W in the XY direction, and the combination of both There can be. The dose amount of impurity ions implanted into the semiconductor wafer 1W (semiconductor substrate 1) in each shot region can be controlled by the irradiation time of the ion beam 22 irradiated to the same shot region. Further, in each shot region, the ion beam 22 can be generated in a pulse shape and irradiated with the ion beam 22c. In this case, the dose of impurity ions implanted into the semiconductor wafer 1W (semiconductor substrate 1) in each shot region. The amount can also be controlled by the number of pulses of the ion beam 22 applied to the same shot region.

また、1つの半導体チップに対して、一部の領域(後述の実施の形態5,6の場合はメモリ領域MRY)にのみ、上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)を適用する場合には、半導体ウエハ1Wにおける各チップ領域(そこから1つの半導体チップが得られる領域)において、対象となる領域にのみ、イオンビーム22cを照射すればよい。この場合、半導体ウエハ1Wの各チップ領域において、MISFETのしきい値電圧の変動を特に抑制したい領域にのみ、上述したような実施の形態1のイオン注入法を用いたチャネルドープイオン注入を行い、他の領域は、フィルタFLを使用しない一般的なイオン注入によりチャネルドープイオン注入を行うことができる。これにより、MISFETのしきい値電圧の変動を特に抑制したい領域において、しきい値電圧の変動を的確に抑制または防止できるとともに、半導体装置の製造時間が長くなるのを抑制することができる。   Further, with respect to one semiconductor chip, the ion implantation method (that is, voltage application) of the first embodiment as described above is applied only to a part of the region (memory region MRY in the case of the fifth and sixth embodiments described later). In the case of applying the ion implantation using the filter FL), the ion beam 22c is irradiated only to the target region in each chip region (region from which one semiconductor chip is obtained) in the semiconductor wafer 1W. That's fine. In this case, in each chip region of the semiconductor wafer 1W, channel doping ion implantation using the ion implantation method of the first embodiment as described above is performed only in a region where it is desired to particularly suppress the fluctuation of the threshold voltage of the MISFET. In other regions, channel doping ion implantation can be performed by general ion implantation without using the filter FL. As a result, in a region where it is particularly desired to suppress the threshold voltage fluctuation of the MISFET, the threshold voltage fluctuation can be accurately suppressed or prevented, and an increase in the manufacturing time of the semiconductor device can be suppressed.

本実施の形態では、上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)によりチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bを行うことで、チャネル領域において、チャネル不純物30を規則的に配列させることができる。チャネル不純物30を規則的に配列させるのは、以下のような理由による。   In the present embodiment, channel doping ion implantation IM1a and IM1b is performed by the ion implantation method of the first embodiment (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) as described above, whereby a channel is formed in the channel region. The impurities 30 can be regularly arranged. The reason why the channel impurities 30 are regularly arranged is as follows.

半導体基板にチャネルドープイオン注入を行なうことで、MISFETのチャネル領域に不純物が導入される。このチャネル不純物(チャネル領域に導入されている不純物)によって、MISFETのしきい値電圧を制御することができる。半導体基板には複数のMISFETが形成されるが、チャネル領域同士を比べたときの不純物分布や不純物数の違い(あるMISFETのチャネル領域の不純物分布や不純物数と他のMISFETのチャネル領域の不純物分布や不純物数の差)が大きいと、MISFETのしきい値電圧のばらつきが大きくなってしまう。すなわち、同じしきい値電圧を持つべきMISFET同士でチャネル不純物の分布や不純物数が異なってしまうと、しきい値電圧も異なる値になってしまうため、MISFET毎にチャネル領域の状態(チャネル領域における不純物の配置状態や不純物数)が変動すると、MISFET毎にしきい値電圧が変動してしまうのである。半導体装置の性能を向上させるためには、MISFET毎のしきい値電圧のばらつき(変動)を抑制することが望まれ、そのためには、同じしきい値電圧を持つべきMISFET同士でチャネル不純物の分布を同じにすることが望まれる。   Impurities are introduced into the channel region of the MISFET by performing channel dope ion implantation on the semiconductor substrate. The threshold voltage of the MISFET can be controlled by this channel impurity (impurities introduced into the channel region). A plurality of MISFETs are formed on a semiconductor substrate, but the difference between the impurity distribution and the number of impurities when the channel regions are compared (impurity distribution in the channel region of one MISFET and the impurity distribution in the channel region of another MISFET) If the difference in the number of impurities) is large, the variation in the threshold voltage of the MISFET becomes large. That is, if the channel impurity distribution and the number of impurities differ between MISFETs that should have the same threshold voltage, the threshold voltage also becomes a different value. If the impurity arrangement state and the number of impurities) fluctuate, the threshold voltage fluctuates for each MISFET. In order to improve the performance of the semiconductor device, it is desired to suppress the variation (fluctuation) of the threshold voltage for each MISFET. For this purpose, the distribution of channel impurities between MISFETs that should have the same threshold voltage. Are desired to be the same.

そこで、本実施の形態では、上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)によりチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bを行うことで、チャネル領域において、チャネル不純物30を規則的に配列させることができる。これにより、MISFET毎にチャネル領域の状態(チャネル領域における不純物の配置状態や不純物数)が変動するのを抑制または防止できるため、MISFET毎にしきい値電圧が変動してしまうのを抑制または防止することができる。すなわち、チャネル不純物を規則的に配列させることにより、同じしきい値電圧を持つべきMISFET同士でチャネル不純物の分布や不純物数が相違するのを抑制または防止することができ、各MISFETのしきい値電圧を所望の値にばらつきなく制御することができる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。   Therefore, in this embodiment, channel doping ion implantation IM1a and IM1b is performed in the channel region by the ion implantation method of the first embodiment (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) as described above. The channel impurities 30 can be regularly arranged. Thereby, since it is possible to suppress or prevent the channel region state (arrangement of impurities in the channel region and the number of impurities) from changing for each MISFET, it is possible to suppress or prevent the threshold voltage from changing for each MISFET. be able to. That is, by regularly arranging channel impurities, it is possible to suppress or prevent the channel impurity distribution and the number of impurities from being different between MISFETs that should have the same threshold voltage. The voltage can be controlled to a desired value without variation. Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved.

また、本実施の形態では、上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入法)によりチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bを行うが、チャネルドープイオン注入以外のイオン注入は、上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)は適用せず、フィルタFLを使用せずにイオン注入を行なう。例えば、p型ウエルPWおよびn型ウエルNWを形成するための各イオン注入、エクステンション領域EX1,EX2を形成するための各イオン注入IM2a,IM2b、ハロー領域HA1,HA2を形成するための各イオン注入IM3a,IM3b、n型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2を形成するための各イオン注入IM4a,IM4bは、フィルタFLを使用せずにイオン注入を行なう。これは次のような理由である。 In this embodiment, channel doping ion implantation IM1a and IM1b is performed by the ion implantation method of the first embodiment as described above (that is, ion implantation method using a filter FL to which a voltage is applied). For ion implantation other than implantation, the ion implantation method of the first embodiment (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) as described above is not applied, and ion implantation is performed without using the filter FL. For example, each ion implantation for forming the p-type well PW and the n-type well NW, each ion implantation IM2a, IM2b for forming the extension regions EX1, EX2, and each ion implantation for forming the halo regions HA1, HA2 Each of the ion implantations IM4a and IM4b for forming the IM3a, IM3b, the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2 performs ion implantation without using the filter FL. This is for the following reason.

上述したような実施の形態1のイオン注入法(電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)では、イオンビーム22aを構成する不純物イオンのうち、ほとんどの不純物イオンは電圧を印加したフィルタFLによって遮蔽されてしまう。そして、開口部OPの中央部CTに入射(フィルタFLの表面に対して垂直な方向から入射)した不純物イオン22d(イオンビーム22a全体から見たらごく一部の不純物イオン)のみが、フィルタFLの開口部OPを直線的に通過してイオンビーム22bとなる。このため、上述したような実施の形態1のイオン注入法(電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)では、半導体基板1に導入された不純物イオンが規則的に配列させることはできるが、ドーズ量を多くするには不利である。ドーズ量を多くすると、イオン注入工程に要する時間が長くなってしまい、半導体装置のスループットが低下してしまう。   In the ion implantation method of the first embodiment as described above (ion implantation using a filter FL to which a voltage is applied), most of the impurity ions constituting the ion beam 22a are filtered by the filter FL to which a voltage is applied. It will be shielded. Then, only the impurity ions 22d incident on the central portion CT of the opening OP (incident from the direction perpendicular to the surface of the filter FL) (a part of the impurity ions as viewed from the entire ion beam 22a) are included in the filter FL. The ion beam 22b is linearly passed through the opening OP. Therefore, in the ion implantation method of the first embodiment as described above (ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied), the impurity ions introduced into the semiconductor substrate 1 can be regularly arranged. It is disadvantageous to increase the dose. If the dose amount is increased, the time required for the ion implantation process becomes longer, and the throughput of the semiconductor device decreases.

しかしながら、上述したような実施の形態1のイオン注入法(電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)を適用するのは、チャネルドープイオン注入(IM1a,IM1b)である。チャネルドープイオン注入は、それ以外のイオン注入工程に比べて不純物のドーズ量が少ないため、上述したような実施の形態1のイオン注入法を用いたことによる不利益(イオン注入工程に要する時間が長くなってしまい、半導体装置のスループットが低下してしまうこと)を抑制できる。しかも、チャネルドープイオン注入でチャネル領域に導入されたチャネル不純物の配列状態が、MISFETのしきい値電圧のばらつき(変動)に大きく影響する。このため、チャネルドープイオン注入(IM1a,IM1b)に上述したような実施の形態1のイオン注入法を適用したことで、チャネル不純物を規則的に配列させることができるため、MISFETのしきい値電圧のばらつき(変動)を抑制できるという顕著な効果を得ることができる。   However, the channel doping ion implantation (IM1a, IM1b) applies the ion implantation method of the first embodiment as described above (ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied). Since channel dope ion implantation has a smaller impurity dose than other ion implantation processes, it is disadvantageous to use the ion implantation method of the first embodiment as described above (the time required for the ion implantation process). It is possible to suppress a reduction in throughput of the semiconductor device. Moreover, the arrangement state of channel impurities introduced into the channel region by channel doping ion implantation greatly affects the variation (fluctuation) of the threshold voltage of the MISFET. Therefore, since the channel impurities can be regularly arranged by applying the ion implantation method of the first embodiment as described above to the channel dope ion implantation (IM1a, IM1b), the threshold voltage of the MISFET It is possible to obtain a remarkable effect that the variation (variation) of can be suppressed.

一方、チャネルドープイオン注入以外のイオン注入工程は、チャネルドープイオン注入に比べて不純物のドーズ量が多い。ここで、チャネルドープイオン注入以外のイオン注入工程には、ウエル領域(p型ウエルPW、n型ウエルNW)を形成するための各イオン注入工程、エクステンション領域(EX1,EX2)を形成するための各イオン注入工程、ハロー領域(HA1,HA2)を形成するための各イオン注入工程、ソース・ドレイン領域(SD1,SD2)を形成するための各イオン注入工程がある。チャネルドープイオン注入以外のイオン注入工程は、上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)は適用せず、フィルタFLを使用せずにイオン注入を行なうことで、ドーズ量が多くとも、イオン注入工程に要する時間を短縮することができ、半導体装置のスループットを向上することができる。しかも、チャネルドープイオン注入以外のイオン注入工程で導入された不純物の配列状態は、チャネルドープイオン注入でチャネル領域に導入されたチャネル不純物の配列状態に比べて、MISFETのしきい値電圧のばらつき(変動)に与える影響が小さい。このため、チャネルドープイオン注入以外のイオン注入工程に上述したような実施の形態1のイオン注入法を適用せず、導入された不純物イオンの配列の規則性が乱れていたとしても、MISFETのしきい値電圧のばらつき(変動)にはほとんど影響を与えない。   On the other hand, ion implantation processes other than channel dope ion implantation have a larger impurity dose than channel dope ion implantation. Here, in ion implantation processes other than channel dope ion implantation, each ion implantation process for forming a well region (p-type well PW, n-type well NW) and extension regions (EX1, EX2) are formed. There are each ion implantation step, each ion implantation step for forming the halo regions (HA1, HA2), and each ion implantation step for forming the source / drain regions (SD1, SD2). In the ion implantation process other than the channel dope ion implantation, the ion implantation method of the first embodiment (that is, the ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) as described above is not applied, and the ion is used without using the filter FL. By performing the implantation, the time required for the ion implantation step can be reduced even when the dose is large, and the throughput of the semiconductor device can be improved. In addition, the alignment state of the impurities introduced in the ion implantation process other than the channel doping ion implantation is more varied in the threshold voltage of the MISFET than the alignment state of the channel impurities introduced into the channel region by the channel doping ion implantation (see FIG. Fluctuation) is small. For this reason, even if the regularity of the arrangement of the introduced impurity ions is disturbed without applying the ion implantation method of the first embodiment as described above to the ion implantation process other than the channel dope ion implantation, the MISFET is not affected. Almost no influence on variation (variation) in threshold voltage.

従って、上述したような実施の形態1のイオン注入法によりチャネルドープイオン注入(IM1a,IM1b)を行い、チャネルドープイオン注入以外のイオン注入工程は、上述したような実施の形態1のイオン注入法は適用せず、フィルタFLを使用せずにイオン注入を行なうことで、MISFETのしきい値電圧のばらつきを抑制できると共に、半導体装置の製造時間を短縮して、半導体装置のスループットを向上することができる。   Therefore, channel doping ion implantation (IM1a, IM1b) is performed by the ion implantation method of the first embodiment as described above, and the ion implantation process other than the channel doping ion implantation is performed by the ion implantation method of the first embodiment as described above. By applying ion implantation without using the filter FL, it is possible to suppress variations in the threshold voltage of the MISFET, reduce the manufacturing time of the semiconductor device, and improve the throughput of the semiconductor device Can do.

また、本実施の形態で使用するフィルタFLは、イオンビームを成形するためのアパーチャとは、本質的に相違している。フィルタFLは、多数の(少なくとも10000個以上の)微細な(20μm以下の)開口部OPが規則的に(好ましくは格子状に)配列して設けられている。しかも、イオン注入時にフィルタFLに電圧(イオンビームと同じ極性の電圧)を印加することで、開口部OPの中央部CTに入射する不純物イオン(イオンビーム全体から見たらごく一部の不純物イオン)のみが、フィルタFLの開口部OPを直線的に通過して、半導体ウエハ照射用のイオンビーム(22b)となる。開口部OPの中央部CT以外の領域(開口部OPの周辺部を含む)に入射する不純物イオン(イオンビーム全体から見たらほとんどの不純物イオン)は、フィルタFLによって遮蔽または散乱され、開口部OPを直線的に通過できないため、イオンビーム22bとはならない。このように、フィルタFLは、イオンビームを成形するためのアパーチャとは、全く相違する技術的思想により、使用するものである。   The filter FL used in the present embodiment is essentially different from the aperture for shaping the ion beam. The filter FL is provided with a large number (at least 10,000 or more) of fine opening portions (20 μm or less) arranged regularly (preferably in a lattice shape). In addition, by applying a voltage (voltage having the same polarity as the ion beam) to the filter FL at the time of ion implantation, impurity ions incident on the central portion CT of the opening OP (a part of the impurity ions as viewed from the entire ion beam). Only passes through the opening OP of the filter FL linearly and becomes an ion beam (22b) for semiconductor wafer irradiation. Impurity ions (most impurity ions as viewed from the whole ion beam) incident on a region other than the central portion CT of the opening OP (including the periphery of the opening OP) are shielded or scattered by the filter FL, and the opening OP Therefore, the ion beam 22b cannot be obtained. Thus, the filter FL is used based on a technical idea that is completely different from the aperture for shaping the ion beam.

(実施の形態2)
本実施の形態2の半導体装置の製造工程を図面を参照して説明する。図24〜図30は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
(Embodiment 2)
A manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. 24 to 30 are main-portion cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.

まず、上記実施の形態1と同様にして上記図1の構造を得た後、本実施の形態では、図24に示されるように、半導体基板1に対して第1元素のイオン注入IM5を行って、第1元素が導入された半導体層(半導体領域、拡散防止領域)17を形成する。なお、図24では、イオン注入IM5を矢印で模式的に示してある。半導体層17は、半導体基板1の上層部分に、半導体基板1の表面から所定の深さにわたって形成される。半導体層17を形成するためのイオン注入IM5で半導体基板1に注入される第1元素は、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上からなる。従って、半導体層17は、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上が導入された半導体領域であり、半導体基板1が単結晶シリコンの場合は、半導体層17は、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上が導入(ドープ)された単結晶シリコン(Si)で構成される。半導体層17における第1元素の濃度は、例えば1×1018〜1×1020/cm程度とすることができる。半導体層17は、後で形成されるチャネルドープ層4a,4bが半導体層17内に含まれ得るような厚さで形成される。なお、半導体基板1に形成された半導体層17のうち、nMIS形成領域1Aに形成された半導体層17を半導体層(半導体領域、拡散防止領域)17aと称し、pMIS形成領域1Bに形成された半導体層17を半導体層(半導体領域、拡散防止領域)17bと称することとする。 First, after obtaining the structure shown in FIG. 1 in the same manner as in the first embodiment, in this embodiment, the first element ion implantation IM5 is performed on the semiconductor substrate 1 as shown in FIG. Thus, a semiconductor layer (semiconductor region, diffusion preventing region) 17 into which the first element is introduced is formed. In FIG. 24, the ion implantation IM5 is schematically indicated by an arrow. The semiconductor layer 17 is formed on the upper layer portion of the semiconductor substrate 1 over a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate 1. The first element implanted into the semiconductor substrate 1 by the ion implantation IM5 for forming the semiconductor layer 17 is made of one or more of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F). Therefore, the semiconductor layer 17 is a semiconductor region into which one or more of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) are introduced. When the semiconductor substrate 1 is single crystal silicon, the semiconductor layer 17 Is composed of single crystal silicon (Si) into which one or more of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) are introduced (doped). The concentration of the first element in the semiconductor layer 17 can be, for example, about 1 × 10 18 to 1 × 10 20 / cm 3 . The semiconductor layer 17 is formed with such a thickness that channel doped layers 4 a and 4 b to be formed later can be included in the semiconductor layer 17. Of the semiconductor layers 17 formed on the semiconductor substrate 1, the semiconductor layer 17 formed in the nMIS formation region 1A is referred to as a semiconductor layer (semiconductor region, diffusion prevention region) 17a, and the semiconductor formed in the pMIS formation region 1B. The layer 17 is referred to as a semiconductor layer (semiconductor region, diffusion preventing region) 17b.

なお、イオン注入IM5には、上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)は適用せず、上記フィルタFLを用いずにイオン注入IM5を行う。   Note that the ion implantation method of the first embodiment (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) as described above is not applied to the ion implantation IM5, and the ion implantation IM5 is performed without using the filter FL. Do.

他の形態として、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上が導入された半導体層17を、半導体基板1上にエピタキシャル成長させることで形成することもできる。半導体層17をイオン注入で形成した場合に比べて、半導体層17をエピタキシャル成長で形成した場合には、半導体層17の厚みが厚くなりやすいため、半導体層17の厚さは、後で形成されるp型ウエルPWおよびn型ウエルNWが半導体層17内に含まれ得るような厚さとすることもできる。イオン注入およびエピタキシャル成長のいずれで半導体層17を形成する場合にも、半導体層17の厚さは、後で形成されるチャネルドープ層4a,4bが半導体層17内に含まれ得るような厚さとされる。   As another form, the semiconductor layer 17 into which one or more of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) are introduced can be epitaxially grown on the semiconductor substrate 1. Compared to the case where the semiconductor layer 17 is formed by ion implantation, when the semiconductor layer 17 is formed by epitaxial growth, the thickness of the semiconductor layer 17 is likely to be increased. Therefore, the thickness of the semiconductor layer 17 is formed later. The thickness may be such that the p-type well PW and the n-type well NW can be included in the semiconductor layer 17. When the semiconductor layer 17 is formed by either ion implantation or epitaxial growth, the thickness of the semiconductor layer 17 is set such that the channel doped layers 4a and 4b to be formed later can be included in the semiconductor layer 17. The

ここまでの工程により、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上(すなわち第1元素)が導入された半導体層17(17a,17b)を上部に有する半導体基板1が準備されることになる。   A semiconductor substrate having a semiconductor layer 17 (17a, 17b) on which one or more of carbon (C), nitrogen (N), or fluorine (F) (ie, the first element) has been introduced by the above steps. 1 will be prepared.

次に、図25に示されるように、上記実施の形態1と同様のフォトレジスト膜PR1a(pMIS形成領域1Bを覆いかつnMIS形成領域1Aを露出するフォトレジスト膜PR1a)を形成する。それから、nMIS形成領域1Aにおいて、上記実施の形態1のチャネルドープイオン注入IM1aと同様のチャネルドープイオン注入(後で形成されるnチャネル型MISFETQnのしきい値調整用のイオン注入)IM1aを行なって、半導体基板1の上層部分にチャネルドープ層4aを形成する。それから、nMIS形成領域1Aにおいて、半導体基板1にp型ウエルPWをイオン注入によって形成する。   Next, as shown in FIG. 25, the same photoresist film PR1a as in the first embodiment (a photoresist film PR1a covering the pMIS formation region 1B and exposing the nMIS formation region 1A) is formed. Then, in the nMIS formation region 1A, channel doping ion implantation (ion implantation for adjusting the threshold value of the n channel MISFET Qn to be formed later) IM1a similar to the channel doping ion implantation IM1a of the first embodiment is performed. Then, a channel dope layer 4 a is formed in the upper layer portion of the semiconductor substrate 1. Then, a p-type well PW is formed in the semiconductor substrate 1 by ion implantation in the nMIS formation region 1A.

本実施の形態では、半導体基板1に形成されたチャネルドープ層4aは、半導体層17(具体的には半導体層17a)内に含まれるように形成される。すなわち、チャネルドープ層4aが半導体層17に内包されるように、イオン注入IM5で半導体層17を形成しておくのである。   In the present embodiment, the channel dope layer 4a formed on the semiconductor substrate 1 is formed so as to be included in the semiconductor layer 17 (specifically, the semiconductor layer 17a). That is, the semiconductor layer 17 is formed by the ion implantation IM5 so that the channel dope layer 4a is included in the semiconductor layer 17.

次に、図26に示されるように、フォトレジスト膜PR1aを除去してから、上記実施の形態1と同様のフォトレジスト膜PR1b(nMIS形成領域1Aを覆いかつpMIS形成領域1Bを露出するフォトレジスト膜PR1b)を形成する。それから、pMIS形成領域1Bにおいて、上記実施の形態1のチャネルドープイオン注入IM1bと同様のチャネルドープイオン注入(後で形成されるpチャネル型MISFETQpのしきい値調整用のイオン注入)IM1bを行なって、半導体基板1の上層部分にチャネルドープ層4bを形成する。それから、pMIS形成領域1Bにおいて、半導体基板1にn型ウエルNWをイオン注入によって形成する。   Next, as shown in FIG. 26, after removing the photoresist film PR1a, the same photoresist film PR1b as that in the first embodiment (the photoresist covering the nMIS formation region 1A and exposing the pMIS formation region 1B). A film PR1b) is formed. Then, in the pMIS formation region 1B, channel doping ion implantation (ion implantation for adjusting the threshold value of the p channel MISFET Qp to be formed later) IM1b similar to the channel doping ion implantation IM1b of the first embodiment is performed. The channel dope layer 4b is formed in the upper layer portion of the semiconductor substrate 1. Then, an n-type well NW is formed in the semiconductor substrate 1 by ion implantation in the pMIS formation region 1B.

本実施の形態では、半導体基板1に形成されたチャネルドープ層4a,4bは、半導体層17内に含まれるように形成される。すなわち、チャネルドープ層4aは半導体層17a内に含まれ、チャネルドープ層4bは半導体層17b内に含まれるように形成される。つまり、チャネルドープ層4a,4bが半導体層17(半導体層17a,17b)に内包されるように、イオン注入IM5で半導体層17(半導体層17a,17b)を形成しておくのである。   In the present embodiment, channel dope layers 4 a and 4 b formed on semiconductor substrate 1 are formed so as to be included in semiconductor layer 17. That is, the channel dope layer 4a is formed so as to be included in the semiconductor layer 17a, and the channel dope layer 4b is included in the semiconductor layer 17b. That is, the semiconductor layer 17 (semiconductor layers 17a and 17b) is formed by the ion implantation IM5 so that the channel dope layers 4a and 4b are included in the semiconductor layer 17 (semiconductor layers 17a and 17b).

上記実施の形態1では、半導体基板1にチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bを行なってチャネルドープ層4a,4bを形成していた。それに対して、本実施の形態では、半導体基板1の半導体層17にチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bを行なってチャネルドープ層4a,4bを形成しているが、それ以外は、本実施の形態でのチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bおよびチャネルドープ層4a,4bの構成については、上記実施の形態1と同様である。従って、本実施の形態においても、チャネルドープイオン注入IM1a,IM1bは、上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)で行われる。   In the first embodiment, channel dope ion implantation IM1a and IM1b are performed on the semiconductor substrate 1 to form the channel dope layers 4a and 4b. On the other hand, in this embodiment, channel dope ion implantation IM1a and IM1b are performed in the semiconductor layer 17 of the semiconductor substrate 1 to form channel dope layers 4a and 4b. The configurations of the channel dope ion implantation IM1a and IM1b and the channel dope layers 4a and 4b are the same as those in the first embodiment. Therefore, also in the present embodiment, the channel dope ion implantation IM1a and IM1b are performed by the ion implantation method of the first embodiment as described above (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied).

また、本実施の形態では、図24に示されるように、nMIS形成領域1AおよびpMIS形成領域1Bを含む半導体基板1の主面全体に対してイオン注入IM5を行って、半導体層17を一括して形成していた。すなわち、nMIS形成領域1Aの半導体層17aとpMIS形成領域1Bの半導体層17bとを、同じイオン注入IM5で形成していた。他の形態として、nMIS形成領域1Aの半導体層17aとpMIS形成領域1Bの半導体層17bとを、別々のイオン注入により形成することもでき、この場合、フォトレジスト膜PR1aを形成した状態で上記第1元素のイオン注入を行ってnMIS形成領域1Aの半導体層17aを形成し、上記フォトレジスト膜PR1bを形成した状態で第1元素のイオン注入を行ってpMIS形成領域1Bの半導体層17bを形成すればよい。この場合、チャネルドープ層4aを形成する前に半導体層17aを形成し、チャネルドープ層4bを形成する前に半導体層17bを形成することが好ましい。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 24, ion implantation IM5 is performed on the entire main surface of the semiconductor substrate 1 including the nMIS formation region 1A and the pMIS formation region 1B, and the semiconductor layer 17 is bundled. It was formed. That is, the semiconductor layer 17a in the nMIS formation region 1A and the semiconductor layer 17b in the pMIS formation region 1B are formed by the same ion implantation IM5. As another form, the semiconductor layer 17a in the nMIS formation region 1A and the semiconductor layer 17b in the pMIS formation region 1B can be formed by separate ion implantation. In this case, the first film is formed with the photoresist film PR1a formed. The semiconductor layer 17a in the nMIS formation region 1A is formed by performing ion implantation of one element, and the semiconductor layer 17b in the pMIS formation region 1B is formed by performing ion implantation of the first element in a state where the photoresist film PR1b is formed. That's fine. In this case, it is preferable to form the semiconductor layer 17a before forming the channel dope layer 4a and to form the semiconductor layer 17b before forming the channel dope layer 4b.

以降の工程は、上記実施の形態1と同様である。   The subsequent steps are the same as those in the first embodiment.

すなわち、図27に示されるように、フォトレジスト膜PR1bを除去してから、上記絶縁膜3を除去して半導体基板1の表面を清浄化した後、nMIS形成領域1AおよびpMIS形成領域1Bの半導体基板1の表面(p型ウエルPWおよびn型ウエルNWの表面)上にゲート絶縁膜用の絶縁膜5を形成し、絶縁膜5上にゲート電極GE1,GE2を形成する。それから、図28に示されるように、nMIS形成領域1Aの半導体基板1(p型ウエルPW)に、エクステンション領域EX1およびハロー領域HA1を形成し、また、pMIS形成領域1Bの半導体基板1(n型ウエルNW)に、エクステンション領域EX2およびハロー領域HA2を形成する。本実施の形態での絶縁膜5、ゲート電極GE1,GE2、エクステンション領域EX1,EX2およびハロー領域HA1,HA2の形成法と構成については、上記実施の形態1と同様である。   That is, as shown in FIG. 27, after removing the photoresist film PR1b and then removing the insulating film 3 to clean the surface of the semiconductor substrate 1, the semiconductors in the nMIS formation region 1A and the pMIS formation region 1B are removed. An insulating film 5 for a gate insulating film is formed on the surface of the substrate 1 (surfaces of the p-type well PW and the n-type well NW), and gate electrodes GE1 and GE2 are formed on the insulating film 5. Then, as shown in FIG. 28, the extension region EX1 and the halo region HA1 are formed in the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) in the nMIS formation region 1A, and the semiconductor substrate 1 (n-type in the pMIS formation region 1B). An extension region EX2 and a halo region HA2 are formed in the well NW). The formation method and configuration of the insulating film 5, the gate electrodes GE1 and GE2, the extension regions EX1 and EX2, and the halo regions HA1 and HA2 in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

次に、図29に示されるように、ゲート電極GE1,GE2の側壁上にサイドウォール(側壁絶縁膜)SWを形成してから、nMIS形成領域1Aの半導体基板1(p型ウエルPW)にn型半導体領域SD1を形成し、また、pMIS形成領域1Bの半導体基板1(n型ウエルNW)にp型半導体領域SD2を形成する。本実施の形態でのサイドウォールSW、n型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2の形成法と構成については、上記実施の形態1と同様である。 Next, as shown in FIG. 29, sidewalls (sidewall insulating films) SW are formed on the sidewalls of the gate electrodes GE1 and GE2, and then n is formed on the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) in the nMIS formation region 1A. A + type semiconductor region SD1 is formed, and a p + type semiconductor region SD2 is formed in the semiconductor substrate 1 (n type well NW) in the pMIS formation region 1B. The formation method and configuration of the sidewall SW, the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2 in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

次に、上記実施の形態1と同様に、これまでのイオン注入で導入した不純物の活性化のためのアニール処理(熱処理)を行う。   Next, similarly to the first embodiment, annealing treatment (heat treatment) for activating the impurities introduced by the conventional ion implantation is performed.

その後、図30に示されるように、上記実施の形態1と同様に、ゲート電極GE1,GE2、n型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2の表面にそれぞれ金属シリサイド層11を形成し、半導体基板1の主面上にゲート電極GE1,GE2およびサイドウォールSWを覆うように絶縁膜12を形成し、絶縁膜12にコンタクトホール13を形成し、コンタクトホール13内にプラグ14を形成する。それから、上記実施の形態1と同様に、プラグ14が埋め込まれた絶縁膜12上に、絶縁膜15を形成し、絶縁膜15にダマシン法で配線M1を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 30, similarly to the first embodiment, the metal silicide layers 11 are respectively formed on the surfaces of the gate electrodes GE1, GE2, the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2, An insulating film 12 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 so as to cover the gate electrodes GE1 and GE2 and the sidewall SW, a contact hole 13 is formed in the insulating film 12, and a plug 14 is formed in the contact hole 13. Then, as in the first embodiment, the insulating film 15 is formed on the insulating film 12 in which the plugs 14 are embedded, and the wiring M1 is formed on the insulating film 15 by the damascene method.

本実施の形態では、上記実施の形態1で得られる効果に加えて、以下のような効果も得ることができる。   In the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects obtained in the first embodiment.

本実施の形態においても、チャネルドープイオン注入(IM1a,IM1b)は、上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)で行われるため、チャネル領域に注入された不純物イオンは、注入直後の段階では、規則的に配列した状態となっている。しかしながら、その後の種々の加熱工程でチャネル不純物が拡散(移動)すると、注入直後に比べて、チャネル不純物の配列状態の規則性が低下してしまう可能性がある。このため、チャネルドープイオン注入(IM1a,IM1b)で半導体基板1に注入したチャネル不純物の規則的な配列状態を、半導体装置の製造後の段階まで維持できるような工夫を施せば、MISFETのしきい値電圧のばらつき(変動)を更に防止することができ、それによって、半導体装置の性能を更に向上させることができる。   Also in this embodiment, the channel dope ion implantation (IM1a, IM1b) is performed by the ion implantation method of the first embodiment (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) as described above. The impurity ions implanted into the region are regularly arranged immediately after the implantation. However, if channel impurities are diffused (moved) in various subsequent heating steps, the regularity of the channel impurity arrangement state may be lower than that immediately after implantation. For this reason, the threshold of the MISFET can be obtained by devising such a way that the regular arrangement state of the channel impurities implanted into the semiconductor substrate 1 by the channel dope ion implantation (IM1a, IM1b) can be maintained until the stage after the manufacture of the semiconductor device. The variation (fluctuation) of the value voltage can be further prevented, and thereby the performance of the semiconductor device can be further improved.

また、半導体基板1にイオン注入を行なうと、半導体基板1の不純物イオンがドープされた領域に点欠陥も生成されてしまうが、点欠陥は拡散しやすい。このため、エクステンション領域EX1,EX2、ハロー領域HA1,HA2、n型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2を形成する際の各イオン注入で生成された点欠陥が、その後の種々の加熱工程でMISFETのチャネル領域(ゲート電極GE1,GE2の直下の領域)にまで拡散してしまう可能性がある。特に、エクステンション領域EX1,EX2およびハロー領域HA1,HA2は、チャネル領域(ゲート電極GE1,GE2の直下の領域)に近いため、イオン注入でエクステンション領域EX1,EX2およびハロー領域HA1,HA2に生成された点欠陥が、チャネル領域にまで拡散しやすい。点欠陥がチャネル領域に拡散すると、チャネル領域における点欠陥の密度が大きくなるが、点欠陥の密度が大きいほど、チャネルドープイオン注入でチャネル領域に導入された不純物が移動(拡散)しやすくなる。これは、点欠陥が多いと、点欠陥を介して不純物が移動(拡散)しやすくなるためである。 Further, when ion implantation is performed on the semiconductor substrate 1, point defects are also generated in the region of the semiconductor substrate 1 doped with impurity ions, but the point defects are easily diffused. For this reason, the point defects generated by the respective ion implantations when forming the extension regions EX1, EX2, the halo regions HA1, HA2, the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2 are caused by various subsequent heating processes. Thus, there is a possibility of diffusing up to the channel region of MISFET (region immediately below gate electrodes GE1 and GE2). In particular, since the extension regions EX1 and EX2 and the halo regions HA1 and HA2 are close to the channel region (the region immediately below the gate electrodes GE1 and GE2), they are generated in the extension regions EX1 and EX2 and the halo regions HA1 and HA2 by ion implantation. Point defects are likely to diffuse into the channel region. When point defects diffuse into the channel region, the density of point defects in the channel region increases. However, the larger the density of point defects, the easier the impurities introduced into the channel region by channel doping ion implantation move (diffuse). This is because when there are many point defects, impurities easily move (diffuse) through the point defects.

このため、チャネルドープイオン注入IM1a,IM1bで注入したチャネル不純物の規則的な配列状態を、半導体装置の製造後の段階まで維持するには、エクステンション領域EX1,EX2、ハロー領域HA1,HA2、n型半導体領域SD1及びp型半導体領域SD2を形成する各イオン注入で生成された点欠陥がチャネル領域にまで拡散してしまうのを防止し、チャネル領域における点欠陥の密度を抑制することが有効である。 Therefore, in order to maintain the regular arrangement state of the channel impurities implanted by the channel dope ion implantation IM1a and IM1b until the stage after the manufacture of the semiconductor device, the extension regions EX1 and EX2, the halo regions HA1 and HA2, n + It is effective to prevent the point defects generated by the respective ion implantations that form the type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2 from diffusing into the channel region, and to suppress the density of point defects in the channel region. It is.

本発明者の検討によれば、単結晶シリコンからなる基板領域(半導体基板1)に炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上が導入された領域(本実施の形態の半導体層17a,17bおよび後述の実施の形態3の拡散防止領域18a,18bに対応)は、点欠陥が拡散(移動)しにくく、点欠陥の拡散(移動)を防止する機能を有していることが分かった。   According to the study of the present inventor, a region in which at least one of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) is introduced into a substrate region (semiconductor substrate 1) made of single crystal silicon (this embodiment) The semiconductor layers 17a and 17b of this form and the diffusion prevention regions 18a and 18b of the third embodiment to be described later) have a function of preventing the point defects from being diffused (moved) and preventing the point defects from being diffused (moved). I found out that

そこで、本実施の形態では、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上が導入された半導体層17(17a,17b)を上部に有する半導体基板1を準備し、この半導体層17にnチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpのチャネルドープ層4a,4bを形成している。すなわち、本実施の形態では、nチャネル型MISFETQnのチャネルドープ層4aは、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上が導入された半導体層17aに形成され、pチャネル型MISFETQpのチャネルドープ層4bは、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上が導入された半導体層17bに形成されている。   Therefore, in this embodiment, a semiconductor substrate 1 having a semiconductor layer 17 (17a, 17b) into which one or more of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) are introduced is prepared. In the semiconductor layer 17, channel doped layers 4a and 4b of an n channel MISFET Qn and a p channel MISFET Qp are formed. That is, in the present embodiment, the channel dope layer 4a of the n-channel type MISFET Qn is formed in the semiconductor layer 17a into which one or more of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) are introduced, The channel dope layer 4b of the p-channel type MISFET Qp is formed on the semiconductor layer 17b into which one or more of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) are introduced.

このため、本実施の形態では、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上が導入された半導体層17a,17b全体に渡って、点欠陥が拡散(移動)しにくい。従って、エクステンション領域EX1,EX2、ハロー領域HA1,HA2、n型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2を形成する際の各イオン注入で生成された点欠陥が、nチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpのチャネル領域(ゲート電極GE1,GE2の直下の領域)にまで拡散するのを防止でき、チャネル領域における点欠陥の密度を抑制することできる。これにより、チャネルドープイオン注入(IM1a,IM1b)でチャネル領域に導入された不純物が、その後の加熱工程の際に再配置(拡散)されるのを抑制または防止することができるので、注入直後のチャネル不純物の規則的な配列を維持することができる。従って、MISFET毎のしきい値電圧のばらつきを更に的確に抑制することができ、半導体装置の性能を更に向上させることができる。 For this reason, in this embodiment, point defects are diffused (moved) over the entire semiconductor layers 17a and 17b into which at least one of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) is introduced. Hard to do. Therefore, the point defects generated by the respective ion implantations when forming the extension regions EX1, EX2, the halo regions HA1, HA2, the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2 are the n channel type MISFET Qn and the p channel. Diffusion to the channel region of the type MISFET Qp (region immediately below the gate electrodes GE1 and GE2) can be prevented, and the density of point defects in the channel region can be suppressed. As a result, it is possible to suppress or prevent the impurities introduced into the channel region by channel doping ion implantation (IM1a, IM1b) from being rearranged (diffused) during the subsequent heating step. A regular arrangement of channel impurities can be maintained. Therefore, variations in threshold voltage for each MISFET can be more accurately suppressed, and the performance of the semiconductor device can be further improved.

また、半導体層17には、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上が導入されているが、炭素(C)、窒素(N)およびフッ素(F)のうち、点欠陥の拡散防止に最も有効なのは炭素(C)である。このため、半導体層17には、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうち少なくとも炭素(C)を導入していればより好ましい。   In addition, one or more of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) are introduced into the semiconductor layer 17, but carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) Of these, carbon (C) is most effective in preventing the diffusion of point defects. For this reason, it is more preferable that at least carbon (C) is introduced into the semiconductor layer 17 among carbon (C), nitrogen (N), or fluorine (F).

また、本実施の形態では、半導体層17a内にチャネルドープ層4aが形成され、半導体層17b内にチャネルドープ層4bが形成されている。他の形態として、半導体層17a,17bの厚みを厚くして、エクステンション領域EX1、ハロー領域HA1およびn型半導体領域SD1を半導体層17a内に形成することもでき、また、エクステンション領域EX2、ハロー領域HA2およびp型半導体領域SD2を半導体層17b内に形成することもできる。 In the present embodiment, the channel dope layer 4a is formed in the semiconductor layer 17a, and the channel dope layer 4b is formed in the semiconductor layer 17b. As another form, the thickness of the semiconductor layers 17a and 17b can be increased to form the extension region EX1, the halo region HA1, and the n + -type semiconductor region SD1 in the semiconductor layer 17a. Also, the extension region EX2, the halo The region HA2 and the p + type semiconductor region SD2 can also be formed in the semiconductor layer 17b.

(実施の形態3)
本実施の形態3の半導体装置の製造工程を図面を参照して説明する。図31〜図36は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
(Embodiment 3)
A manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to the drawings. 31 to 36 are fragmentary cross-sectional views of the semiconductor device of the present embodiment during the manufacturing process.

まず、上記実施の形態1と同様にして上記図5の構造を得た後、図31に示されるように、上記実施の形態1と同様のフォトレジスト膜PR2a(pMIS形成領域1Bを覆いかつnMIS形成領域1Aを露出するフォトレジスト膜PR2a)を形成する。それから、本実施の形態では、nMIS形成領域1Aの半導体基板1(p型ウエルPW)に第1元素のイオン注入IM6aを行って拡散防止領域18aを形成する。なお、図31では、拡散防止領域18aを形成するためのイオン注入IM6aを矢印で模式的に示してある。このイオン注入IM6aの際、ゲート電極GE1もマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することができる。拡散防止領域18aは、第1元素が導入(ドープ)された領域(半導体領域)である。拡散防止領域18aを形成するためのイオン注入IM6aで半導体基板1に注入される第1元素は、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上からなる。   First, after obtaining the structure shown in FIG. 5 in the same manner as in the first embodiment, as shown in FIG. 31, the photoresist film PR2a (covering the pMIS formation region 1B and covering the nMIS as in the first embodiment) is obtained. A photoresist film PR2a) exposing the formation region 1A is formed. Then, in this embodiment, the first element ion implantation IM6a is performed on the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) in the nMIS formation region 1A to form the diffusion prevention region 18a. In FIG. 31, the ion implantation IM6a for forming the diffusion prevention region 18a is schematically indicated by an arrow. During this ion implantation IM6a, the gate electrode GE1 can also function as a mask (ion implantation blocking mask). The diffusion prevention region 18a is a region (semiconductor region) into which the first element is introduced (doped). The first element implanted into the semiconductor substrate 1 by the ion implantation IM6a for forming the diffusion prevention region 18a is made of one or more of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F).

なお、拡散防止領域18aを形成するためのイオン注入IM6aおよび後述の拡散防止領域18bを形成するための後述のイオン注入IM6bには、上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)は適用せず、上記フィルタFLを用いずにイオン注入IM6a,IM6bを行う。   The ion implantation IM6a for forming the diffusion prevention region 18a and the ion implantation IM6b to be described later for forming the diffusion prevention region 18b to be described later are applied to the ion implantation method (that is, the voltage of the first embodiment described above). The ion implantation IM6a and IM6b are performed without using the filter FL.

次に、図32に示されるように、nMIS形成領域1Aの半導体基板1(p型ウエルPW)に、イオン注入IM2aによりエクステンション領域EX1を形成し、また、イオン注入IM3aによりハロー領域HA1を形成する。   Next, as shown in FIG. 32, the extension region EX1 is formed by ion implantation IM2a in the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) in the nMIS formation region 1A, and the halo region HA1 is formed by ion implantation IM3a. .

エクステンション領域EX1およびハロー領域HA1の形成法(イオン注入IM2a,IM3a)は、上記実施の形態1と同様であるが、本実施の形態では、エクステンション領域EX1およびハロー領域HA1は、拡散防止領域18a内に形成される。すなわち、上記イオン注入IM6aによって第1元素が導入(ドープ)された領域(ここでは拡散防止領域18a)内に、エクステンション領域EX1およびハロー領域HA1が形成される。なお、エクステンション領域EX1とハロー領域HA1との関係については、上記実施の形態1で説明したので、ここではその繰り返しの説明は省略する。   The method of forming the extension region EX1 and the halo region HA1 (ion implantation IM2a, IM3a) is the same as that in the first embodiment. However, in this embodiment, the extension region EX1 and the halo region HA1 are formed in the diffusion prevention region 18a. Formed. That is, the extension region EX1 and the halo region HA1 are formed in the region into which the first element has been introduced (doped) by the ion implantation IM6a (here, the diffusion prevention region 18a). Since the relationship between the extension region EX1 and the halo region HA1 has been described in the first embodiment, the repeated description thereof is omitted here.

拡散防止領域18aは、エクステンション領域EX1、ハロー領域HA1およびn型半導体領域SD1を形成する際の各イオン注入で生成された点欠陥が、nチャネル型MISFETQnのチャネル領域に拡散するのを防止する機能を有している。このため、拡散防止領域18aは、その少なくとも一部が、エクステンション領域EX1、ハロー領域HA1およびn型半導体領域SD1と、nチャネル型MISFETQnのチャネル領域との間に位置する必要がある。従って、拡散防止領域18a、エクステンション領域EX1およびハロー領域HA1が形成された段階で、拡散防止領域18aがハロー領域HA1を包み込む(覆う)ような状態になっていることが好ましい。 The diffusion prevention region 18a prevents point defects generated by each ion implantation when forming the extension region EX1, the halo region HA1, and the n + type semiconductor region SD1 from diffusing into the channel region of the n-channel type MISFET Qn. It has a function. Therefore, at least a part of the diffusion prevention region 18a needs to be located between the extension region EX1, the halo region HA1, the n + type semiconductor region SD1, and the channel region of the n channel MISFET Qn. Accordingly, it is preferable that the diffusion prevention region 18a wraps (covers) the halo region HA1 when the diffusion prevention region 18a, the extension region EX1 and the halo region HA1 are formed.

このため、拡散防止領域18a形成のためのイオン注入IM6aでは、ハロー領域HA1よりも深い位置にまで上記第1元素をイオン注入することが好ましい。また、拡散防止領域18a形成のためのイオン注入IM6aは、斜めイオン注入(傾斜イオン注入)とすることが好ましい。これにより、ハロー領域HA1とnチャネル型MISFETQnのチャネル領域との間に拡散防止領域18aを的確に位置させることができるようになる。   For this reason, in the ion implantation IM6a for forming the diffusion prevention region 18a, it is preferable to ion-implant the first element to a position deeper than the halo region HA1. The ion implantation IM6a for forming the diffusion preventing region 18a is preferably oblique ion implantation (tilted ion implantation). Thereby, the diffusion prevention region 18a can be accurately positioned between the halo region HA1 and the channel region of the n-channel type MISFET Qn.

また、拡散防止領域18aを形成するためのイオン注入IM6aの傾斜角を、ハロー領域HA1を形成するためのイオン注入IM3aの傾斜角よりも大きくすれば、更に好ましい。これにより、ハロー領域HA1とnチャネル型MISFETQnのチャネル領域との間に拡散防止領域18aを更に的確に位置させることができるようになる。ここで、イオン注入の傾斜角とは、イオン注入方向の半導体基板1の主面に垂直な方向からの傾斜角に対応し、半導体基板1の主面に垂直な方向に不純物イオンを打ち込む場合は、傾斜角は0°である。   It is further preferable that the inclination angle of the ion implantation IM6a for forming the diffusion prevention region 18a is larger than the inclination angle of the ion implantation IM3a for forming the halo region HA1. As a result, the diffusion prevention region 18a can be positioned more accurately between the halo region HA1 and the channel region of the n-channel type MISFET Qn. Here, the tilt angle of ion implantation corresponds to the tilt angle from the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1 in the ion implantation direction, and when impurity ions are implanted in the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1. The tilt angle is 0 °.

次に、図33に示されるように、アッシングなどによりフォトレジスト膜PR2aを除去してから、上記実施の形態1と同様のフォトレジスト膜PR2b(nMIS形成領域1Aを覆いかつpMIS形成領域1Bを露出するフォトレジスト膜PR2b)を形成する。それから、本実施の形態では、pMIS形成領域1Bの半導体基板1(n型ウエルNW)に第1元素のイオン注入IM6bを行って拡散防止領域18bを形成する。なお、図33では、拡散防止領域18bを形成するためのイオン注入IM6aを矢印で模式的に示してある。このイオン注入IM6bの際、ゲート電極GE2もマスク(イオン注入阻止マスク)として機能することができる。拡散防止領域18bは、第1元素が導入(ドープ)された領域(半導体領域)である。拡散防止領域18bを形成するためのイオン注入IM6bで半導体基板1に注入される第1元素は、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上からなる。   Next, as shown in FIG. 33, after removing the photoresist film PR2a by ashing or the like, the photoresist film PR2b (covering the nMIS formation region 1A and exposing the pMIS formation region 1B) as in the first embodiment is exposed. A photoresist film PR2b) is formed. Then, in the present embodiment, the diffusion prevention region 18b is formed by performing ion implantation IM6b of the first element into the semiconductor substrate 1 (n-type well NW) in the pMIS formation region 1B. In FIG. 33, the ion implantation IM6a for forming the diffusion prevention region 18b is schematically indicated by an arrow. In this ion implantation IM6b, the gate electrode GE2 can also function as a mask (ion implantation blocking mask). The diffusion prevention region 18b is a region (semiconductor region) into which the first element is introduced (doped). The first element implanted into the semiconductor substrate 1 by the ion implantation IM6b for forming the diffusion prevention region 18b is made of one or more of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F).

次に、図34に示されるように、pMIS形成領域1Bの半導体基板1(n型ウエルNW)に、イオン注入IM2bによりエクステンション領域EX2を形成し、また、イオン注入IM3bによりハロー領域HA2を形成する。   Next, as shown in FIG. 34, the extension region EX2 is formed by ion implantation IM2b in the semiconductor substrate 1 (n-type well NW) in the pMIS formation region 1B, and the halo region HA2 is formed by ion implantation IM3b. .

エクステンション領域EX2およびハロー領域HA2の形成法(イオン注入IM2b,IM3b)は、上記実施の形態1と同様であるが、本実施の形態では、エクステンション領域EX2およびハロー領域HA2は、拡散防止領域18b内に形成される。すなわち、上記イオン注入IM6bによって第1元素が導入(ドープ)された領域(ここでは拡散防止領域18b)内に、エクステンション領域EX2およびハロー領域HA2が形成される。なお、エクステンション領域EX2とハロー領域HA2との関係については、上記実施の形態1で説明したので、ここではその繰り返しの説明は省略する。   The method of forming the extension region EX2 and the halo region HA2 (ion implantation IM2b, IM3b) is the same as that in the first embodiment. However, in this embodiment, the extension region EX2 and the halo region HA2 are formed in the diffusion prevention region 18b. Formed. That is, the extension region EX2 and the halo region HA2 are formed in the region into which the first element is introduced (doped) by the ion implantation IM6b (here, the diffusion prevention region 18b). Since the relationship between the extension region EX2 and the halo region HA2 has been described in the first embodiment, repeated description thereof is omitted here.

拡散防止領域18bは、エクステンション領域EX2、ハロー領域HA2およびp型半導体領域SD2を形成する際の各イオン注入で生成された点欠陥が、pチャネル型MISFETQpのチャネル領域に拡散するのを防止する機能を有している。このため、拡散防止領域18bは、その少なくとも一部が、エクステンション領域EX2、ハロー領域HA2およびp型半導体領域SD2と、pチャネル型MISFETQpのチャネル領域との間に位置する必要がある。従って、拡散防止領域18b、エクステンション領域EX2およびハロー領域HA2が形成された段階で、拡散防止領域18bがハロー領域HA2を包み込む(覆う)ような状態になっていることが好ましい。 The diffusion prevention region 18b prevents the point defects generated by the respective ion implantations when forming the extension region EX2, the halo region HA2, and the p + type semiconductor region SD2 from diffusing into the channel region of the p channel MISFET Qp. It has a function. Therefore, at least a part of the diffusion prevention region 18b needs to be located between the extension region EX2, the halo region HA2, the p + type semiconductor region SD2, and the channel region of the p channel MISFET Qp. Accordingly, it is preferable that the diffusion prevention region 18b wraps (covers) the halo region HA2 when the diffusion prevention region 18b, the extension region EX2 and the halo region HA2 are formed.

このため、拡散防止領域18b形成のためのイオン注入IM6bでは、ハロー領域HA2よりも深い位置にまで上記第1元素をイオン注入することが好ましい。また、拡散防止領域18b形成のためのイオン注入IM6bは、斜めイオン注入(傾斜イオン注入)とすることが好ましい。これにより、ハロー領域HA2とpチャネル型MISFETQpのチャネル領域との間に拡散防止領域18bを的確に位置させることができるようになる。   For this reason, in the ion implantation IM6b for forming the diffusion prevention region 18b, it is preferable to ion-implant the first element to a position deeper than the halo region HA2. The ion implantation IM6b for forming the diffusion preventing region 18b is preferably oblique ion implantation (tilted ion implantation). As a result, the diffusion prevention region 18b can be accurately positioned between the halo region HA2 and the channel region of the p-channel type MISFET Qp.

また、拡散防止領域18bを形成するためのイオン注入IM6bの傾斜角を、ハロー領域HA2を形成するためのイオン注入IM3bの傾斜角よりも大きくすれば、更に好ましい。これにより、ハロー領域HA2とpチャネル型MISFETQpのチャネル領域との間に拡散防止領域18bを更に的確に位置させることができるようになる。ここで、イオン注入の傾斜角とは、イオン注入方向の半導体基板1の主面に垂直な方向からの傾斜角に対応し、半導体基板1の主面に垂直な方向に不純物イオンを打ち込む場合は、傾斜角は0°である。   It is further preferable that the inclination angle of the ion implantation IM6b for forming the diffusion prevention region 18b is larger than the inclination angle of the ion implantation IM3b for forming the halo region HA2. As a result, the diffusion prevention region 18b can be positioned more accurately between the halo region HA2 and the channel region of the p-channel type MISFET Qp. Here, the tilt angle of ion implantation corresponds to the tilt angle from the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1 in the ion implantation direction, and when impurity ions are implanted in the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1. The tilt angle is 0 °.

イオン注入IM6a,IM2a,IM3a(図31および図32)では、フォトレジスト膜PR2aがイオン注入阻止マスクとして機能し、pMIS形成領域1Bの半導体基板1にはイオン注入されない。また、イオン注入IM6b,IM2b,IM3b(図33および図34)では、フォトレジスト膜PR2bがイオン注入阻止マスクとして機能し、nMIS形成領域1Aの半導体基板1にはイオン注入されない。   In the ion implantation IM6a, IM2a, IM3a (FIGS. 31 and 32), the photoresist film PR2a functions as an ion implantation blocking mask, and ions are not implanted into the semiconductor substrate 1 in the pMIS formation region 1B. Further, in ion implantation IM6b, IM2b, IM3b (FIGS. 33 and 34), the photoresist film PR2b functions as an ion implantation blocking mask, and ions are not implanted into the semiconductor substrate 1 in the nMIS formation region 1A.

また、拡散防止領域18a、エクステンション領域EX1およびハロー領域HA1は、必ずしもこの順序で形成しなくともよいが、拡散防止領域18a、エクステンション領域EX1およびハロー領域HA1を形成する各イオン注入IM6a,IM2a,IM3aは、少なくとも、ゲート電極GE1形成後で、かつ、ゲート電極GE1の側壁上にサイドウォールSWを形成する前に行う必要がある。同様に、拡散防止領域18b、エクステンション領域EX2およびハロー領域HA2は、必ずしもこの順序で形成しなくともよいが、拡散防止領域18b、エクステンション領域EX2およびハロー領域HA2を形成する各イオン注入IM6b,IM2b,IM3bは、少なくとも、ゲート電極GE2形成後で、かつ、ゲート電極GE2の側壁上にサイドウォールSWを形成する前に行う必要がある。   The diffusion prevention region 18a, the extension region EX1, and the halo region HA1 do not necessarily have to be formed in this order. However, the ion implantations IM6a, IM2a, and IM3a that form the diffusion prevention region 18a, the extension region EX1, and the halo region HA1. It is necessary to perform at least after forming the gate electrode GE1 and before forming the sidewall SW on the sidewall of the gate electrode GE1. Similarly, the diffusion prevention region 18b, the extension region EX2 and the halo region HA2 do not necessarily have to be formed in this order, but the respective ion implantations IM6b, IM2b, which form the diffusion prevention region 18b, the extension region EX2 and the halo region HA2 IM3b needs to be performed at least after forming the gate electrode GE2 and before forming the sidewall SW on the sidewall of the gate electrode GE2.

以降の工程は、上記実施の形態1と同様である。   The subsequent steps are the same as those in the first embodiment.

すなわち、図35に示されるように、フォトレジスト膜PR2bを除去してから、ゲート電極GE1,GE2の側壁上にサイドウォール(側壁絶縁膜)SWを形成する。それから、nMIS形成領域1Aの半導体基板1(p型ウエルPW)にn型半導体領域SD1を形成し、また、pMIS形成領域1Bの半導体基板1(n型ウエルNW)にp型半導体領域SD2を形成する。本実施の形態でのサイドウォールSW、n型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2の形成法と構成については、上記実施の形態1と同様である。 That is, as shown in FIG. 35, after removing the photoresist film PR2b, sidewalls (sidewall insulating films) SW are formed on the sidewalls of the gate electrodes GE1 and GE2. Then, an n + type semiconductor region SD1 is formed in the semiconductor substrate 1 (p type well PW) in the nMIS formation region 1A, and a p + type semiconductor region SD2 is formed in the semiconductor substrate 1 (n type well NW) in the pMIS formation region 1B. Form. The formation method and configuration of the sidewall SW, the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2 in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

次に、上記実施の形態1と同様に、これまでのイオン注入で導入した不純物の活性化のためのアニール処理(熱処理)を行う。   Next, similarly to the first embodiment, annealing treatment (heat treatment) for activating the impurities introduced by the conventional ion implantation is performed.

その後、図36に示されるように、上記実施の形態1と同様に、ゲート電極GE1,GE2、n型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2の表面にそれぞれ金属シリサイド層11を形成し、半導体基板1の主面上にゲート電極GE1,GE2およびサイドウォールSWを覆うように絶縁膜12を形成し、絶縁膜12にコンタクトホール13を形成し、コンタクトホール13内にプラグ14を形成する。それから、上記実施の形態1と同様に、プラグ14が埋め込まれた絶縁膜12上に、絶縁膜15を形成し、絶縁膜15にダマシン法で配線M1を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 36, similarly to the first embodiment, the metal silicide layers 11 are formed on the surfaces of the gate electrodes GE1, GE2, the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2, respectively. An insulating film 12 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 so as to cover the gate electrodes GE1 and GE2 and the sidewall SW, a contact hole 13 is formed in the insulating film 12, and a plug 14 is formed in the contact hole 13. Then, as in the first embodiment, the insulating film 15 is formed on the insulating film 12 in which the plugs 14 are embedded, and the wiring M1 is formed on the insulating film 15 by the damascene method.

本実施の形態では、上記実施の形態1で得られる効果に加えて、以下のような効果も得ることができる。   In the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects obtained in the first embodiment.

上述のように、単結晶シリコンからなる基板領域(半導体基板1)に炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上が導入された領域(本実施の形態の拡散防止領域18a,18bに対応)は、点欠陥が拡散(移動)しにくく、点欠陥の拡散(移動)を防止する機能を有している。   As described above, a region in which at least one of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) is introduced into a substrate region (semiconductor substrate 1) made of single crystal silicon (diffusion in this embodiment) The prevention regions 18a and 18b) have a function of preventing point defects from diffusing (moving) and preventing point defects from diffusing (moving).

そこで、本実施の形態では、上述のように、nMIS形成領域1Aの半導体基板1(p型ウエルPW)に、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上(すなわち第1元素)をイオン注入して拡散防止領域18aを形成し、また、pMIS形成領域1Bの半導体基板1(n型ウエルNW)に、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上(第1元素)をイオン注入して拡散防止領域18bを形成している。   Therefore, in the present embodiment, as described above, one or more of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) is applied to the semiconductor substrate 1 (p-type well PW) in the nMIS formation region 1A ( That is, the first element) is ion-implanted to form the diffusion prevention region 18a, and carbon (C), nitrogen (N), or fluorine (F) is added to the semiconductor substrate 1 (n-type well NW) in the pMIS formation region 1B. One or more of these (first element) are ion-implanted to form the diffusion prevention region 18b.

炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上が導入された領域である拡散防止領域18aは、エクステンション領域EX1、ハロー領域HA1、およびn型半導体領域SD1を形成する際の各イオン注入で生成された点欠陥が、nチャネル型MISFETQnのチャネル領域(ゲート電極GE1の直下の領域)にまで拡散するのを防止する機能を有している。また、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上が導入された領域である拡散防止領域18bは、エクステンション領域EX2、ハロー領域HA2、およびp型半導体領域SD2を形成する際の各イオン注入で生成された点欠陥が、pチャネル型MISFETQpのチャネル領域(ゲート電極GE2の直下の領域)にまでに拡散するのを防止する機能を有している。 The diffusion prevention region 18a, which is a region into which one or more of carbon (C), nitrogen (N), or fluorine (F) is introduced, forms the extension region EX1, the halo region HA1, and the n + type semiconductor region SD1. It has a function of preventing the point defects generated by the respective ion implantations from being diffused to the channel region of the n-channel type MISFET Qn (the region immediately below the gate electrode GE1). Further, the diffusion prevention region 18b, which is a region into which one or more of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) are introduced, includes the extension region EX2, the halo region HA2, and the p + type semiconductor region SD2. Has a function of preventing the point defects generated by the respective ion implantations during the formation of the diffusion into the channel region of the p-channel type MISFET Qp (region immediately below the gate electrode GE2).

上述の機能を拡散防止領域18aが有するためには、拡散防止領域18aの少なくとも一部が、エクステンション領域EX1、ハロー領域HA1およびn型半導体領域SD1と、nチャネル型MISFETQnのチャネル領域(ゲート電極GE1の直下の領域)との間に位置する必要がある。エクステンション領域EX1、ハロー領域HA1およびn型半導体領域SD1のうち、ハロー領域HA1が最もnチャネル型MISFETQnのチャネル領域に近いため、ハロー領域HA1を形成した場合は、拡散防止領域18aの少なくとも一部が、ハロー領域HA1とnチャネル型MISFETQnのチャネル領域との間に位置すればよい。このようにするためには、ハロー領域HA1を包み込む(覆う)ように拡散防止領域18aを形成することが好ましい。ハロー領域HA1の形成を省略した場合は、エクステンション領域EX1がチャネル領域に近いので、拡散防止領域18aの少なくとも一部が、エクステンション領域EX1とnチャネル型MISFETQnのチャネル領域との間に位置すればよく、このようにするためには、エクステンション領域EX1を包み込む(覆う)ように拡散防止領域18aを形成することが好ましい。 In order for the diffusion prevention region 18a to have the above-described function, at least a part of the diffusion prevention region 18a includes the extension region EX1, the halo region HA1, the n + type semiconductor region SD1, and the channel region (gate electrode) of the n channel type MISFET Qn. It is necessary to be located between the region immediately below GE1). Of the extension region EX1, the halo region HA1, and the n + type semiconductor region SD1, the halo region HA1 is closest to the channel region of the n-channel type MISFET Qn. Therefore, when the halo region HA1 is formed, at least a part of the diffusion prevention region 18a. May be positioned between the halo region HA1 and the channel region of the n-channel type MISFET Qn. In order to do this, it is preferable to form the diffusion prevention region 18a so as to wrap (cover) the halo region HA1. When the formation of the halo region HA1 is omitted, since the extension region EX1 is close to the channel region, at least a part of the diffusion prevention region 18a may be located between the extension region EX1 and the channel region of the n-channel type MISFET Qn. In order to do this, it is preferable to form the diffusion preventing region 18a so as to wrap (cover) the extension region EX1.

なお、拡散防止領域18aの少なくとも一部が、ハロー領域HAとnチャネル型MISFETQnのチャネル領域との間に位置する場合には、必然的に、エクステンション領域EX1とnチャネル型MISFETQnのチャネル領域との間に拡散防止領域18aの少なくとも一部が位置することになる。このため、ハロー領域HA1を形成するか否かにかかわらず、エクステンション領域EX1とnチャネル型MISFETQnのチャネル領域との間に拡散防止領域18aの少なくとも一部を位置させ、ハロー領域HA1を形成した場合には、ハロー領域HA1とnチャネル型MISFETQnのチャネル領域との間に拡散防止領域18aの少なくとも一部が位置するようにすればよい。   When at least a part of the diffusion prevention region 18a is located between the halo region HA and the channel region of the n-channel type MISFET Qn, the extension region EX1 and the channel region of the n-channel type MISFET Qn are necessarily formed. At least a part of the diffusion preventing region 18a is located between them. Therefore, regardless of whether or not the halo region HA1 is formed, the halo region HA1 is formed by positioning at least a part of the diffusion prevention region 18a between the extension region EX1 and the channel region of the n-channel type MISFET Qn. In this case, at least a part of the diffusion prevention region 18a may be positioned between the halo region HA1 and the channel region of the n-channel type MISFET Qn.

また、上述の機能を拡散防止領域18bが有するためには、拡散防止領域18bの少なくとも一部が、エクステンション領域EX2、ハロー領域HA2およびp型半導体領域SD2と、pチャネル型MISFETQpのチャネル領域(ゲート電極GE2の直下の領域)との間に位置する必要がある。エクステンション領域EX2、ハロー領域HA2およびp型半導体領域SD2のうち、ハロー領域HA2が最もpチャネル型MISFETQpのチャネル領域に近いため、ハロー領域HA2を形成した場合は、拡散防止領域18bの少なくとも一部が、ハロー領域HA2とpチャネル型MISFETQpのチャネル領域との間に位置すればよい。このようにするためには、ハロー領域HA2を包み込む(覆う)ように拡散防止領域18bを形成することが好ましい。ハロー領域HA2の形成を省略した場合は、エクステンション領域EX2がチャネル領域に近いので、拡散防止領域18bの少なくとも一部が、エクステンション領域EX2とpチャネル型MISFETQpのチャネル領域との間に位置すればよく、このようにするためには、エクステンション領域EX2を包み込む(覆う)ように拡散防止領域18bを形成することが好ましい。 In order for the diffusion prevention region 18b to have the above-described function, at least a part of the diffusion prevention region 18b includes the extension region EX2, the halo region HA2, the p + type semiconductor region SD2, and the channel region of the p channel type MISFET Qp ( It is necessary to be located between the region immediately below the gate electrode GE2. Of the extension region EX2, the halo region HA2, and the p + type semiconductor region SD2, the halo region HA2 is closest to the channel region of the p-channel type MISFET Qp. Therefore, when the halo region HA2 is formed, at least a part of the diffusion prevention region 18b. However, it suffices to be positioned between the halo region HA2 and the channel region of the p-channel type MISFET Qp. In order to do this, it is preferable to form the diffusion prevention region 18b so as to wrap (cover) the halo region HA2. When the formation of the halo region HA2 is omitted, since the extension region EX2 is close to the channel region, at least a part of the diffusion prevention region 18b may be located between the extension region EX2 and the channel region of the p-channel type MISFET Qp. In order to do this, it is preferable to form the diffusion prevention region 18b so as to wrap (cover) the extension region EX2.

なお、拡散防止領域18bの少なくとも一部が、ハロー領域HA2とpチャネル型MISFETQpのチャネル領域との間に位置する場合には、必然的に、エクステンション領域EX2とpチャネル型MISFETQpのチャネル領域との間に拡散防止領域18bの少なくとも一部が位置することになる。このため、ハロー領域HA2を形成するか否かにかかわらず、エクステンション領域EX2とpチャネル型MISFETQpのチャネル領域との間に拡散防止領域18bの少なくとも一部を位置させ、ハロー領域HA2を形成した場合には、ハロー領域HA2とpチャネル型MISFETQpのチャネル領域との間に拡散防止領域18bの少なくとも一部が位置するようにすればよい。   When at least a part of the diffusion prevention region 18b is located between the halo region HA2 and the channel region of the p-channel type MISFET Qp, the extension region EX2 and the channel region of the p-channel type MISFET Qp are necessarily formed. At least a part of the diffusion preventing region 18b is located between them. Therefore, regardless of whether or not the halo region HA2 is formed, when the halo region HA2 is formed by positioning at least a part of the diffusion prevention region 18b between the extension region EX2 and the channel region of the p-channel type MISFET Qp. In other words, at least a part of the diffusion prevention region 18b may be positioned between the halo region HA2 and the channel region of the p-channel type MISFET Qp.

本実施の形態では、拡散防止領域18a,18bを形成したことで、エクステンション領域EX1,EX2、ハロー領域HA1,HA2、n型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2を形成する際の各イオン注入で生成された点欠陥が、nチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpのチャネル領域に拡散するのを防止でき、チャネル領域における点欠陥の密度を抑制することできる。これにより、チャネルドープイオン注入(IM1a,IM1b)でチャネル領域に導入された不純物が、その後の加熱工程の際に再配置(拡散)されるのを抑制または防止することができるので、注入直後のチャネル不純物の規則的な配列を維持することができる。従って、MISFET毎のしきい値電圧のばらつきを更に的確に抑制することができ、半導体装置の性能を更に向上させることができる。 In the present embodiment, since the diffusion prevention regions 18a and 18b are formed, each ion when forming the extension regions EX1 and EX2, the halo regions HA1 and HA2, the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2 is used. Point defects generated by implantation can be prevented from diffusing into the channel regions of the n-channel MISFET Qn and the p-channel MISFET Qp, and the density of point defects in the channel region can be suppressed. As a result, it is possible to suppress or prevent the impurities introduced into the channel region by channel doping ion implantation (IM1a, IM1b) from being rearranged (diffused) during the subsequent heating step. A regular arrangement of channel impurities can be maintained. Therefore, variations in threshold voltage for each MISFET can be more accurately suppressed, and the performance of the semiconductor device can be further improved.

また、拡散防止領域18a,18bには、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上が導入されているが、炭素(C)、窒素(N)およびフッ素(F)のうち、点欠陥の拡散防止に最も有効なのは炭素(C)である。このため、拡散防止領域18a,18bには、炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうち少なくとも炭素(C)を導入していればより好ましい。これにより、拡散防止領域18a,18bを設けたことによる上述の効果を、より的確に得ることができる。   In addition, one or more of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) are introduced into the diffusion prevention regions 18a and 18b, but carbon (C), nitrogen (N), and fluorine ( Among F), carbon (C) is most effective for preventing the diffusion of point defects. For this reason, it is more preferable that at least carbon (C) of carbon (C), nitrogen (N), or fluorine (F) is introduced into the diffusion prevention regions 18a and 18b. Thereby, the above-mentioned effect by providing the diffusion prevention regions 18a and 18b can be obtained more accurately.

また、本実施の形態では、半導体基板において、必要な領域のみに炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上をイオン注入して拡散防止領域18a,18bを形成することができる。このため、不要な領域に炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)が導入されることを防止でき、不要な領域に炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)が導入されることによる悪影響を排除できる。   In the present embodiment, diffusion prevention regions 18a and 18b are formed by ion implantation of one or more of carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) only in necessary regions in a semiconductor substrate. can do. For this reason, carbon (C), nitrogen (N) or fluorine (F) can be prevented from being introduced into unnecessary areas, and carbon (C), nitrogen (N) or fluorine (F) is introduced into unnecessary areas. The negative effect by being done can be eliminated.

また、チャネルドープイオン注入で導入した不純物の再配置(拡散)に起因したMISFET毎のしきい値電圧のばらつきは、pチャネル型MISFETに比べて、nチャネル型MISFETの方が大きい。これは、一般に、nチャネル型MISFETには、チャネルドープイオン注入でp型不純物を注入し、pチャネル型MISFETには、チャネルドープイオン注入でn型不純物を注入するが、リン(P)などのn型不純物に比べて、ホウ素(B)などのp型不純物の方が、熱拡散しやすいためである。このため、本実施の形態(拡散防止領域18a,18bに相当するものを形成すること)は、CMISFETを有する半導体装置だけでなく、pチャネル型MISFETまたはnチャネル型MISFETの一方だけを有する半導体装置に対しても適用できるが、少なくともnチャネル型MISFETを有する半導体装置に適用すれば、効果が大きい。   In addition, the variation in threshold voltage for each MISFET due to the rearrangement (diffusion) of impurities introduced by channel doping ion implantation is larger in the n-channel MISFET than in the p-channel MISFET. In general, n-channel MISFETs are implanted with p-type impurities by channel dope ion implantation, and p-channel MISFETs are implanted with n-type impurities by channel dope ion implantation. This is because a p-type impurity such as boron (B) is more easily thermally diffused than an n-type impurity. For this reason, the present embodiment (forming those corresponding to the diffusion prevention regions 18a and 18b) is not only a semiconductor device having a CMISFET but also a semiconductor device having only one of a p-channel MISFET and an n-channel MISFET. However, if applied to a semiconductor device having at least an n-channel MISFET, the effect is great.

(実施の形態4)
本実施の形態4の半導体装置の製造工程を図面を参照して説明する。図37〜図40は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。本実施の形態は、上記実施の形態2と上記実施の形態3とを組み合わせたものに対応している。
(Embodiment 4)
A manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings. 37 to 40 are main-portion cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. The present embodiment corresponds to a combination of the second embodiment and the third embodiment.

まず、上記実施の形態2と同様にして上記図27の構造を得る。従って、本実施の形態においても、上記実施の形態2と同様に、nMIS形成領域1Aの半導体基板1に半導体層17a、チャネルドープ層4aおよびp型ウエルPWが形成され、pMIS形成領域1Bの半導体基板1に半導体層17b、チャネルドープ層4bおよびn型ウエルNWが形成されている。   First, the structure shown in FIG. 27 is obtained in the same manner as in the second embodiment. Accordingly, also in the present embodiment, as in the second embodiment, the semiconductor layer 17a, the channel doped layer 4a, and the p-type well PW are formed on the semiconductor substrate 1 in the nMIS formation region 1A, and the semiconductor in the pMIS formation region 1B. A semiconductor layer 17b, a channel dope layer 4b, and an n-type well NW are formed on the substrate 1.

それから、図37に示されるように、上記実施の形態3と同様のフォトレジスト膜PR2a(pMIS形成領域1Bを覆いかつnMIS形成領域1Aを露出するフォトレジスト膜PR2a)を形成してから、上記実施の形態3と同様にして、拡散防止領域18a、エクステンション領域EX1およびハロー領域HA1を形成する。なお、拡散防止領域18aを形成するためのイオン注入IM6aとエクステンション領域EX1を形成するためのイオン注入IM2aと、ハロー領域HA1を形成するためのイオン注入IM3aとは、それぞれ別々のイオン注入工程として行なわれるが、図37では、まとめて矢印で模式的に示してある。また、拡散防止領域18aとエクステンション領域EX1とハロー領域HA1との関係については、上記実施の形態3で説明したので、ここではその繰り返しの説明は省略する。   Then, as shown in FIG. 37, after forming the same photoresist film PR2a (the photoresist film PR2a covering the pMIS formation region 1B and exposing the nMIS formation region 1A) as in the third embodiment, Similar to the third embodiment, the diffusion prevention region 18a, the extension region EX1, and the halo region HA1 are formed. The ion implantation IM6a for forming the diffusion prevention region 18a, the ion implantation IM2a for forming the extension region EX1, and the ion implantation IM3a for forming the halo region HA1 are performed as separate ion implantation steps. However, in FIG. 37, they are collectively shown by arrows. In addition, since the relationship between the diffusion prevention region 18a, the extension region EX1, and the halo region HA1 has been described in the third embodiment, the repeated description thereof is omitted here.

次に、図38に示されるように、フォトレジスト膜PR2aを除去してから、上記実施の形態3と同様のフォトレジスト膜PR2b(nMIS形成領域1Aを覆いかつpMIS形成領域1Bを露出するフォトレジスト膜PR2b)を形成してから、上記実施の形態3と同様にして、拡散防止領域18b、エクステンション領域EX2およびハロー領域HA2を形成する。なお、拡散防止領域18bを形成するためのイオン注入IM6bとエクステンション領域EX2を形成するためのイオン注入IM2bと、ハロー領域HA2を形成するためのイオン注入IM3bとは、それぞれ別々のイオン注入工程として行なわれるが、図38では、まとめて矢印で模式的に示してある。また、拡散防止領域18bとエクステンション領域EX2とハロー領域HA2との関係については、上記実施の形態3で説明したので、ここではその繰り返しの説明は省略する。   Next, as shown in FIG. 38, after removing the photoresist film PR2a, the same photoresist film PR2b as in the third embodiment (a photoresist that covers the nMIS formation region 1A and exposes the pMIS formation region 1B). After the formation of the film PR2b), the diffusion prevention region 18b, the extension region EX2, and the halo region HA2 are formed in the same manner as in the third embodiment. The ion implantation IM6b for forming the diffusion prevention region 18b, the ion implantation IM2b for forming the extension region EX2, and the ion implantation IM3b for forming the halo region HA2 are performed as separate ion implantation steps. However, in FIG. 38, they are collectively shown by arrows. In addition, since the relationship between the diffusion prevention region 18b, the extension region EX2, and the halo region HA2 has been described in the third embodiment, repeated description thereof is omitted here.

以降の工程は、上記実施の形態1〜3と同様である。   The subsequent steps are the same as those in the first to third embodiments.

すなわち、図39に示されるように、フォトレジスト膜PR2bを除去してから、ゲート電極GE1,GE2の側壁上にサイドウォール(側壁絶縁膜)SWを形成する。それから、nMIS形成領域1Aの半導体基板1(p型ウエルPW)にn型半導体領域SD1を形成し、また、pMIS形成領域1Bの半導体基板1(n型ウエルNW)にp型半導体領域SD2を形成する。本実施の形態でのサイドウォールSW、n型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2の形成法と構成については、上記実施の形態1と同様である。 That is, as shown in FIG. 39, after removing the photoresist film PR2b, sidewalls (sidewall insulating films) SW are formed on the sidewalls of the gate electrodes GE1 and GE2. Then, an n + type semiconductor region SD1 is formed in the semiconductor substrate 1 (p type well PW) in the nMIS formation region 1A, and a p + type semiconductor region SD2 is formed in the semiconductor substrate 1 (n type well NW) in the pMIS formation region 1B. Form. The formation method and configuration of the sidewall SW, the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2 in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

次に、上記実施の形態1と同様に、これまでのイオン注入で導入した不純物の活性化のためのアニール処理(熱処理)を行う。   Next, similarly to the first embodiment, annealing treatment (heat treatment) for activating the impurities introduced by the conventional ion implantation is performed.

その後、図40に示されるように、上記実施の形態1と同様に、ゲート電極GE1,GE2、n型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2の表面にそれぞれ金属シリサイド層11を形成し、半導体基板1の主面上にゲート電極GE1,GE2およびサイドウォールSWを覆うように絶縁膜12を形成し、絶縁膜12にコンタクトホール13を形成し、コンタクトホール13内にプラグ14を形成する。それから、上記実施の形態1と同様に、プラグ14が埋め込まれた絶縁膜12上に、絶縁膜15を形成し、絶縁膜15にダマシン法で配線M1を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 40, similarly to the first embodiment, the metal silicide layers 11 are formed on the surfaces of the gate electrodes GE1, GE2, the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2, respectively. An insulating film 12 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 so as to cover the gate electrodes GE1 and GE2 and the sidewall SW, a contact hole 13 is formed in the insulating film 12, and a plug 14 is formed in the contact hole 13. Then, as in the first embodiment, the insulating film 15 is formed on the insulating film 12 in which the plugs 14 are embedded, and the wiring M1 is formed on the insulating film 15 by the damascene method.

本実施の形態では、半導体層17a,17bおよび拡散防止領域18a,18bを形成したことで、エクステンション領域EX1,EX2、ハロー領域HA1,HA2、n型半導体領域SD1及びp型半導体領域SD2を形成する際の各イオン注入で生成された点欠陥が、nチャネル型MISFETQn及びpチャネル型MISFETQpのチャネル領域に拡散するのを防止する効果を、上記実施の形態2,3よりも高めることができる。これにより、チャネル領域における点欠陥の密度を、上記実施の形態2,3よりも更に抑制することできる。このため、チャネルドープイオン注入(IM1a,IM1b)でチャネル領域に導入された不純物が、その後の加熱工程の際に再配置(拡散)されるのをより的確に抑制または防止することができるので、注入直後のチャネル不純物の規則的な配列をより的確に維持することができる。従って、MISFETのしきい値電圧のばらつきの抑制効果を更に高めることができ、半導体装置の性能を更に的確に向上させることができる。 In the present embodiment, by forming the semiconductor layers 17a and 17b and the diffusion prevention regions 18a and 18b, the extension regions EX1 and EX2, the halo regions HA1 and HA2, the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2 are formed. The effect of preventing point defects generated by each ion implantation at the time of formation from diffusing into the channel regions of the n-channel type MISFET Qn and the p-channel type MISFET Qp can be enhanced as compared with the second and third embodiments. . Thereby, the density of point defects in the channel region can be further suppressed than in the second and third embodiments. For this reason, the impurities introduced into the channel region by channel doping ion implantation (IM1a, IM1b) can be more accurately suppressed or prevented from being rearranged (diffused) during the subsequent heating step. A regular arrangement of channel impurities immediately after implantation can be maintained more accurately. Therefore, the effect of suppressing variation in threshold voltage of the MISFET can be further enhanced, and the performance of the semiconductor device can be improved more accurately.

(実施の形態5)
図41は、上記実施の形態1〜4の製造工程により製造された半導体装置(半導体チップ)CP1の一例を示す平面図である。
(Embodiment 5)
FIG. 41 is a plan view showing an example of the semiconductor device (semiconductor chip) CP1 manufactured by the manufacturing steps of the first to fourth embodiments.

図41に示される本実施の形態の半導体装置(半導体チップ)CP1は、SRAM(Static Random Access Memory)などのメモリセルアレイが形成されたメモリ領域(メモリ回路領域、メモリセルアレイ領域、SRAM領域)MRYと、メモリ以外の回路(周辺回路)が形成された周辺回路領域PCRとを有している。周辺回路領域PCRは、例えば、アナログ回路が形成されたアナログ回路領域や、制御回路(論理回路)が形成されたCPU領域などを含んでいる。メモリ領域MRYと周辺回路領域PCRとの間や、周辺回路領域PCR同士の間は、半導体装置CP1の内部配線層を介して必要に応じて電気的に接続されている。また、半導体装置CP1の主面(表面)の周辺部には、半導体装置CP1の主面の四辺に沿って複数のパッド電極PDが形成されている。各パッド電極PDは、半導体装置CP1の内部配線層を介してメモリ領域MRYや周辺回路領域PCRなどに電気的に接続されている。   A semiconductor device (semiconductor chip) CP1 of the present embodiment shown in FIG. 41 has a memory area (memory circuit area, memory cell array area, SRAM area) MRY in which a memory cell array such as SRAM (Static Random Access Memory) is formed. And a peripheral circuit region PCR in which circuits (peripheral circuits) other than the memory are formed. The peripheral circuit region PCR includes, for example, an analog circuit region in which an analog circuit is formed, a CPU region in which a control circuit (logic circuit) is formed, and the like. The memory region MRY and the peripheral circuit region PCR or between the peripheral circuit regions PCR are electrically connected as necessary via the internal wiring layer of the semiconductor device CP1. In addition, a plurality of pad electrodes PD are formed along the four sides of the main surface of the semiconductor device CP1 at the periphery of the main surface (front surface) of the semiconductor device CP1. Each pad electrode PD is electrically connected to the memory region MRY, the peripheral circuit region PCR, etc. via the internal wiring layer of the semiconductor device CP1.

本実施の形態では、半導体装置CP1を製造するにあたって、上記実施の形態1〜4の製造技術を適用することができるが、半導体装置CP1における全ての領域(メモリ領域MRYおよび周辺回路領域PCRの全て)に対して適用するのではなく、メモリ領域MRYについて適用するが、周辺回路領域PCRについては適用しない。すなわち、半導体装置CP1を製造するにあたって、メモリ領域MRYでは、チャネルドープイオン注入に上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)を用い、一方、周辺回路領域PCRでは、チャネルドープイオン注入に上述したような実施の形態1のイオン注入法を用いずに、フィルタFLを使用しない一般的なチャネルドープイオン注入を行なう。なお、図41は、平面図であるが、理解を簡単にするために、上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)でチャネルドープイオン注入を行なう領域にハッチングを付して示してある。   In the present embodiment, the manufacturing technique of the first to fourth embodiments can be applied in manufacturing the semiconductor device CP1, but all regions (the memory region MRY and all the peripheral circuit regions PCR) in the semiconductor device CP1 are applicable. This is applied to the memory area MRY, but not to the peripheral circuit area PCR. That is, in manufacturing the semiconductor device CP1, in the memory region MRY, the ion implantation method of the first embodiment (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) as described above is used for channel dope ion implantation. In the peripheral circuit region PCR, general channel dope ion implantation without using the filter FL is performed without using the ion implantation method of the first embodiment as described above for channel dope ion implantation. FIG. 41 is a plan view, but for the sake of easy understanding, channel-doped ions are obtained by the ion implantation method of the first embodiment (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) as described above. The region to be implanted is shown with hatching.

半導体装置CP1の製造工程について、以下で図42〜図48を参照して具体的に説明する。図42〜図48は、本実施の形態の半導体装置CP1の製造工程中の要部断面図である。   A manufacturing process of the semiconductor device CP1 will be specifically described below with reference to FIGS. 42 to 48 are main-portion cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor device CP1 of the present embodiment.

本実施の形態では、上記実施の形態1と同様に、まず、半導体基板(半導体ウエハ)1を準備する。図42には、半導体基板1のうち、メモリ領域MRYの一部と周辺回路領域PCRの一部とが示されている。   In the present embodiment, as in the first embodiment, first, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1 is prepared. FIG. 42 shows a part of the memory region MRY and a part of the peripheral circuit region PCR in the semiconductor substrate 1.

メモリ領域MRYのうち、図42には、メモリ(メモリセル)を構成するnチャネル型MISFETが形成される領域であるメモリnMIS形成領域1Cと、メモリ(メモリセル)を構成するpチャネル型MISFETが形成される領域であるメモリpMIS形成領域1Dとが示されている。   Of the memory region MRY, FIG. 42 shows a memory nMIS formation region 1C, which is a region where an n-channel MISFET constituting the memory (memory cell) is formed, and a p-channel MISFET constituting the memory (memory cell). A memory pMIS formation region 1D, which is a region to be formed, is shown.

また、周辺回路領域PCRには、耐圧が異なるMISFETが形成される。このため、図42には、周辺回路領域PCRにおいて低耐圧のnチャネル型MISFETが形成される領域である低耐圧nMIS形成領域1Lと、周辺回路領域PCRにおいて高耐圧のnチャネル型MISFETが形成される領域である高耐圧nMIS形成領域1Hとが示されている。   In the peripheral circuit region PCR, MISFETs having different breakdown voltages are formed. Therefore, in FIG. 42, a low breakdown voltage nMIS formation region 1L, which is a region where a low breakdown voltage n-channel MISFET is formed in the peripheral circuit region PCR, and a high breakdown voltage n-channel MISFET are formed in the peripheral circuit region PCR. A high breakdown voltage nMIS formation region 1H, which is a region to be connected, is shown.

それから、半導体基板1の主面に素子分離領域2を形成する。   Then, the element isolation region 2 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1.

次に、上記実施の形態1と同様の絶縁膜3を半導体基板1の表面に形成してから、図43に示されるように、メモリnMIS形成領域1Cにp型ウエルPW1を、メモリpMIS形成領域1Dにn型ウエルNW1を、低耐圧nMIS形成領域1Lにp型ウエルPW2を、高耐圧nMIS形成領域1Hにp型ウエルPW3を、それぞれ形成する。p型ウエルPW1,PW2,PW3およびn型ウエルNW1は、それぞれフォトレジスト膜(図示せず)をイオン注入阻止マスクとして用いたイオン注入によって形成することができる。p型ウエルPW1を形成するためのイオン注入とp型ウエルPW2を形成するためのイオン注入とp型ウエルPW3を形成するためのイオン注入とは、同じイオン注入工程で行なえば工程数を低減できるが、異なるイオン注入工程として行なってもよい。   Next, after the insulating film 3 similar to that of the first embodiment is formed on the surface of the semiconductor substrate 1, as shown in FIG. 43, the p-type well PW1 is formed in the memory nMIS formation region 1C, and the memory pMIS formation region. An n-type well NW1 is formed in 1D, a p-type well PW2 is formed in the low breakdown voltage nMIS formation region 1L, and a p-type well PW3 is formed in the high breakdown voltage nMIS formation region 1H. The p-type wells PW1, PW2, PW3 and the n-type well NW1 can be formed by ion implantation using a photoresist film (not shown) as an ion implantation blocking mask, respectively. If the ion implantation for forming the p-type well PW1, the ion implantation for forming the p-type well PW2, and the ion implantation for forming the p-type well PW3 are performed in the same ion implantation step, the number of steps can be reduced. However, it may be performed as a different ion implantation step.

次に、メモリnMIS形成領域1C、メモリpMIS形成領域1D、低耐圧nMIS形成領域1Lおよび高耐圧nMIS形成領域1Hに、それぞれチャネルドープイオン注入(そこに形成されるMISFETのしきい値調整用のイオン注入)IM1c,IM1d,IM1e,IM1fを行う。なお、図43では、チャネルドープイオン注入IM1c,IM1d,IM1e,IM1fを矢印で模式的に示してある。   Next, channel dope ion implantation (ion for adjusting the threshold voltage of the MISFET formed therein) is performed in each of the memory nMIS formation region 1C, the memory pMIS formation region 1D, the low breakdown voltage nMIS formation region 1L, and the high breakdown voltage nMIS formation region 1H. Injection) IM1c, IM1d, IM1e, IM1f are performed. In FIG. 43, channel dope ion implantation IM1c, IM1d, IM1e, IM1f is schematically shown by arrows.

チャネルドープイオン注入IM1cによって、メモリnMIS形成領域1Cの半導体基板1(p型ウエルPW1)の上層部分にチャネルドープ層4cが形成される。また、チャネルドープイオン注入IM1dによって、メモリpMIS形成領域1Dの半導体基板1(n型ウエルNW1)の上層部分にチャネルドープ層4dが形成される。また、チャネルドープイオン注入IM1eによって、低耐圧nMIS形成領域1Lの半導体基板1(p型ウエルPW2)の上層部分にチャネルドープ層4eが形成される。また、チャネルドープイオン注入IM1fによって、高耐圧nMIS形成領域1Hの半導体基板1(p型ウエルPW3)の上層部分にチャネルドープ層4fが形成される。チャネルドープ層4c,4d,4e,4fは、メモリnMIS形成領域1C、メモリpMIS形成領域1D、低耐圧nMIS形成領域1Lおよび高耐圧nMIS形成領域1Hに形成される各MISFETのチャネル領域となる領域を含んでいる。   The channel dope ion implantation IM1c forms a channel dope layer 4c in the upper layer portion of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW1) in the memory nMIS formation region 1C. Further, the channel dope ion implantation IM1d forms the channel dope layer 4d in the upper layer portion of the semiconductor substrate 1 (n-type well NW1) in the memory pMIS formation region 1D. Further, the channel dope ion implantation IM1e forms the channel dope layer 4e in the upper layer portion of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW2) in the low breakdown voltage nMIS formation region 1L. Further, the channel dope ion implantation IM1f forms the channel dope layer 4f in the upper layer portion of the semiconductor substrate 1 (p-type well PW3) in the high breakdown voltage nMIS formation region 1H. The channel dope layers 4c, 4d, 4e, and 4f are regions serving as channel regions of the MISFETs formed in the memory nMIS formation region 1C, the memory pMIS formation region 1D, the low breakdown voltage nMIS formation region 1L, and the high breakdown voltage nMIS formation region 1H. Contains.

本実施の形態では、メモリnMIS形成領域1Cへのチャネルドープイオン注入IM1cは、上記実施の形態1においてnMIS形成領域1Aに対して行ったチャネルドープイオン注入IM1aと同様の手法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)でイオン注入を行う。また、メモリpMIS形成領域1Dへのチャネルドープイオン注入IM1dは、上記実施の形態1においてpMIS形成領域1Bに対して行ったチャネルドープイオン注入IM1bと同様の手法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)でイオン注入を行う。一方、低耐圧nMIS形成領域1Lへのチャネルドープイオン注入IM1eおよび高耐圧nMIS形成領域1Hへのチャネルドープイオン注入IM1fは、上記実施の形態1のチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bで用いた実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)は適用せず、一般的なイオン注入法(すなわちフィルタFLを使用しないイオン注入)を用いる。   In the present embodiment, the channel doping ion implantation IM1c into the memory nMIS formation region 1C is similar to the channel doping ion implantation IM1a performed in the nMIS formation region 1A in the first embodiment (that is, a voltage is applied). Ion implantation is performed by ion implantation using a filter FL. The channel dope ion implantation IM1d into the memory pMIS formation region 1D is performed using the same technique as the channel dope ion implantation IM1b performed on the pMIS formation region 1B in the first embodiment (that is, using the filter FL to which a voltage is applied). Ion implantation). On the other hand, the channel dope ion implantation IM1e to the low breakdown voltage nMIS formation region 1L and the channel dope ion implantation IM1f to the high breakdown voltage nMIS formation region 1H are the same as those used in the channel dope ion implantation IM1a and IM1b of the first embodiment. The first ion implantation method (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) is not applied, and a general ion implantation method (that is, ion implantation that does not use the filter FL) is used.

なお、メモリnMIS形成領域1Cへのチャネルドープイオン注入IM1cを行なう際には、メモリpMIS形成領域1D、低耐圧nMIS形成領域1Lおよび高耐圧nMIS形成領域1Hを覆うフォトレジスト膜(図示せず)をイオン注入阻止マスクとして用いればよい。また、メモリpMIS形成領域1Dへのチャネルドープイオン注入IM1dを行なう際には、メモリnMIS形成領域1C、低耐圧nMIS形成領域1Lおよび高耐圧nMIS形成領域1Hを覆うフォトレジスト膜(図示せず)をイオン注入阻止マスクとして用いればよい。また、低耐圧nMIS形成領域1Lへのチャネルドープイオン注入IM1eを行う際には、メモリnMIS形成領域1C、メモリpMIS形成領域1Dおよび高耐圧nMIS形成領域1Hを覆うフォトレジスト膜(図示せず)をイオン注入阻止マスクとして用いればよい。また、高耐圧nMIS形成領域1Hへのチャネルドープイオン注入IM1fを行う際には、メモリnMIS形成領域1C、メモリpMIS形成領域1Dおよび低耐圧nMIS形成領域1Lを覆うフォトレジスト膜(図示せず)をイオン注入阻止マスクとして用いればよい。   Note that when performing channel doped ion implantation IM1c into the memory nMIS formation region 1C, a photoresist film (not shown) covering the memory pMIS formation region 1D, the low breakdown voltage nMIS formation region 1L, and the high breakdown voltage nMIS formation region 1H is used. What is necessary is just to use as an ion implantation prevention mask. Further, when performing channel dope ion implantation IM1d into the memory pMIS formation region 1D, a photoresist film (not shown) covering the memory nMIS formation region 1C, the low breakdown voltage nMIS formation region 1L, and the high breakdown voltage nMIS formation region 1H is used. What is necessary is just to use as an ion implantation prevention mask. Further, when performing channel dope ion implantation IM1e to the low breakdown voltage nMIS formation region 1L, a photoresist film (not shown) covering the memory nMIS formation region 1C, the memory pMIS formation region 1D, and the high breakdown voltage nMIS formation region 1H is used. What is necessary is just to use as an ion implantation prevention mask. Further, when performing channel dope ion implantation IM1f into the high breakdown voltage nMIS formation region 1H, a photoresist film (not shown) covering the memory nMIS formation region 1C, the memory pMIS formation region 1D, and the low breakdown voltage nMIS formation region 1L is used. What is necessary is just to use as an ion implantation prevention mask.

また、低耐圧nMIS形成領域1Lにおけるチャネルドープイオン注入IM1eのドープ量(ドーズ量)と高耐圧nMIS形成領域1Hにおけるチャネルドープイオン注入IM1fのドープ量(ドーズ量)が同じでよい場合は、低耐圧nMIS形成領域1Lのチャネルドープイオン注入IM1eと高耐圧nMIS形成領域1Hのチャネルドープイオン注入IM1fとを、同じイオン注入工程で行なうこともできる。   Further, when the doping amount (dose amount) of the channel dope ion implantation IM1e in the low breakdown voltage nMIS formation region 1L and the doping amount (dose amount) of the channel dope ion implantation IM1f in the high breakdown voltage nMIS formation region 1H may be the same, the low breakdown voltage The channel dope ion implantation IM1e in the nMIS formation region 1L and the channel dope ion implantation IM1f in the high breakdown voltage nMIS formation region 1H can be performed in the same ion implantation step.

次に、絶縁膜3を除去して半導体基板1の表面を清浄化した後、図44に示されるように、メモリnMIS形成領域1CおよびメモリpMIS形成領域1Dの半導体基板1上にメモリ用のゲート絶縁膜5cを、低耐圧nMIS形成領域1Lの半導体基板1上に低耐圧用のゲート絶縁膜5dを、高耐圧nMIS形成領域1Hの半導体基板1上に高耐圧用のゲート絶縁膜5eを、それぞれ形成する。高耐圧用のゲート絶縁膜5eは、メモリ用のゲート絶縁膜5cおよび低耐圧用のゲート絶縁膜5dよりも厚く、耐圧が高い。   Next, after the insulating film 3 is removed and the surface of the semiconductor substrate 1 is cleaned, a memory gate is formed on the semiconductor substrate 1 in the memory nMIS formation region 1C and the memory pMIS formation region 1D as shown in FIG. The insulating film 5c is formed by applying a low breakdown voltage gate insulating film 5d on the semiconductor substrate 1 in the low breakdown voltage nMIS formation region 1L, and forming a high breakdown voltage gate insulating film 5e on the semiconductor substrate 1 in the high breakdown voltage nMIS formation region 1H. Form. The high breakdown voltage gate insulating film 5e is thicker and has a higher breakdown voltage than the memory gate insulating film 5c and the low breakdown voltage gate insulating film 5d.

膜厚の異なるゲート絶縁膜5c,5d,5eは、例えば次のようにして形成することができる。   The gate insulating films 5c, 5d, and 5e having different thicknesses can be formed as follows, for example.

すなわち、半導体基板1の主面全体にゲート絶縁膜5e用の絶縁膜を熱酸化およびCVDなどで形成してから、エッチングによりメモリnMIS形成領域1C、メモリpMIS形成領域1Dおよび低耐圧nMIS形成領域1Lで、この絶縁膜を除去し、高耐圧nMIS形成領域1Hにこの絶縁膜を残す。それから、熱酸化により半導体基板の主面に酸化シリコン膜を形成する。これにより、メモリnMIS形成領域1C、メモリpMIS形成領域1Dおよび低耐圧nMIS形成領域1Lの半導体基板1上に薄い酸化シリコン膜(熱酸化膜)からなるゲート絶縁膜5c,5dが形成されるとともに、高耐圧nMIS形成領域1Hでゲート絶縁膜5e用の絶縁膜の厚みが厚くなって、厚いゲート絶縁膜5eとなる。ゲート絶縁膜5cをゲート絶縁膜5dよりも薄くする必要がある場合は、メモリnMIS形成領域1CおよびメモリpMIS形成領域1Dの半導体基板1の表面の酸化シリコン膜をエッチングにより除去してから、再度熱酸化により半導体基板の主面に酸化シリコン膜を形成すればよい。   That is, after an insulating film for the gate insulating film 5e is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate 1 by thermal oxidation, CVD, or the like, the memory nMIS formation region 1C, the memory pMIS formation region 1D, and the low breakdown voltage nMIS formation region 1L are etched. Then, this insulating film is removed, and this insulating film is left in the high breakdown voltage nMIS formation region 1H. Then, a silicon oxide film is formed on the main surface of the semiconductor substrate by thermal oxidation. Thereby, gate insulating films 5c and 5d made of a thin silicon oxide film (thermal oxide film) are formed on the semiconductor substrate 1 in the memory nMIS formation region 1C, the memory pMIS formation region 1D, and the low breakdown voltage nMIS formation region 1L. In the high breakdown voltage nMIS formation region 1H, the thickness of the insulating film for the gate insulating film 5e is increased, resulting in a thick gate insulating film 5e. When it is necessary to make the gate insulating film 5c thinner than the gate insulating film 5d, the silicon oxide film on the surface of the semiconductor substrate 1 in the memory nMIS formation region 1C and the memory pMIS formation region 1D is removed by etching, and then heat is applied again. A silicon oxide film may be formed on the main surface of the semiconductor substrate by oxidation.

高耐圧用のゲート絶縁膜5eは、メモリ用のゲート絶縁膜5cおよび低耐圧用のゲート絶縁膜5dよりも厚いので、高耐圧nMIS形成領域1Hに形成されるMISFETの耐圧は、メモリnMIS形成領域1C、メモリpMIS形成領域1Dおよび低耐圧nMIS形成領域1Lに形成されるMISFETの耐圧よりも高くなる。   Since the high breakdown voltage gate insulating film 5e is thicker than the memory gate insulating film 5c and the low breakdown voltage gate insulating film 5d, the breakdown voltage of the MISFET formed in the high breakdown voltage nMIS formation region 1H is the memory nMIS formation region. 1C, higher than the breakdown voltage of the MISFET formed in the memory pMIS formation region 1D and the low breakdown voltage nMIS formation region 1L.

次に、半導体基板1の主面全面上に、ゲート電極形成用の導電体膜として、多結晶シリコン膜のようなシリコン膜を形成し、このシリコン膜をフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてパターニングすることにより、図45に示されるように、ゲート電極GE3,GE4,GE5,GE6を形成する。ゲート電極GE3,GE4,GE5,GE6は、パターニングされたシリコン膜により形成される。なお、図45および後述の図46〜図48においては、図面を見やすくするために、チャネルドープ層4c,4d,4e,4fの図示を省略している。   Next, a silicon film such as a polycrystalline silicon film is formed over the entire main surface of the semiconductor substrate 1 as a conductive film for forming a gate electrode, and this silicon film is formed using a photolithography method and a dry etching method. By patterning, gate electrodes GE3, GE4, GE5 and GE6 are formed as shown in FIG. The gate electrodes GE3, GE4, GE5, and GE6 are formed of a patterned silicon film. In FIG. 45 and FIGS. 46 to 48 to be described later, the channel dope layers 4c, 4d, 4e, and 4f are omitted for easy understanding of the drawings.

ゲート電極GE3は、メモリnMIS形成領域1Cにおいて、p型ウエルPW1上にゲート絶縁膜5cを介して形成される。また、ゲート電極GE4は、メモリpMIS形成領域1Dにおいて、n型ウエルNW1上にゲート絶縁膜5cを介して形成される。また、ゲート電極GE5は、低耐圧nMIS形成領域1Lにおいて、p型ウエルPW2上にゲート絶縁膜5dを介して形成される。また、ゲート電極GE6は、高耐圧nMIS形成領域1Hにおいて、p型ウエルPW3上にゲート絶縁膜5eを介して形成される。   The gate electrode GE3 is formed on the p-type well PW1 via the gate insulating film 5c in the memory nMIS formation region 1C. The gate electrode GE4 is formed on the n-type well NW1 via the gate insulating film 5c in the memory pMIS formation region 1D. The gate electrode GE5 is formed on the p-type well PW2 via the gate insulating film 5d in the low breakdown voltage nMIS formation region 1L. The gate electrode GE6 is formed on the p-type well PW3 via the gate insulating film 5e in the high breakdown voltage nMIS formation region 1H.

次に、図46に示されるように、メモリnMIS形成領域1Cおよび低耐圧nMIS形成領域1Lの半導体基板1(p型ウエルPW1,PW2)に、上記実施の形態1と同様に、イオン注入によりエクステンション領域EX1およびハロー領域HA1を形成する。また、メモリpMIS形成領域1Dの半導体基板1(n型ウエルNW1)に、上記実施の形態1と同様に、イオン注入によりエクステンション領域EX2およびハロー領域HA2を形成する。なお、図面の簡略化のために、図46においては、ハロー領域HA1,HA2の図示を省略している。   Next, as shown in FIG. 46, as in the first embodiment, the extensions are formed by ion implantation into the semiconductor substrate 1 (p-type wells PW1, PW2) in the memory nMIS formation region 1C and the low breakdown voltage nMIS formation region 1L. Region EX1 and halo region HA1 are formed. Similarly to the first embodiment, the extension region EX2 and the halo region HA2 are formed in the semiconductor substrate 1 (n-type well NW1) in the memory pMIS formation region 1D by ion implantation. In order to simplify the drawing, the halo regions HA1 and HA2 are not shown in FIG.

本実施の形態では、上記ゲート電極GE1がゲート電極GE3,GE5となり、上記p型ウエルPWがp型ウエルPW1,PW2となっていること以外は、メモリnMIS形成領域1Cおよび低耐圧nMIS形成領域1Lにおけるエクステンション領域EX1およびハロー領域HA1の形成法と構成については、上記実施の形態1と同様であるので、ここではその説明は省略する。また、本実施の形態では、上記ゲート電極GE2がゲート電極GE4となり、上記n型ウエルNWがn型ウエルNW1となっていること以外は、メモリpMIS形成領域1Dにおけるエクステンション領域EX2およびハロー領域HA2の形成法と構成については、上記実施の形態1と同様であるので、ここではその説明は省略する。   In the present embodiment, the memory nMIS formation region 1C and the low breakdown voltage nMIS formation region 1L except that the gate electrode GE1 becomes the gate electrodes GE3 and GE5 and the p-type well PW becomes the p-type wells PW1 and PW2. The formation method and configuration of the extension region EX1 and the halo region HA1 in FIG. 3 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted here. In the present embodiment, the extension region EX2 and the halo region HA2 in the memory pMIS formation region 1D except that the gate electrode GE2 becomes the gate electrode GE4 and the n-type well NW becomes the n-type well NW1. Since the formation method and configuration are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted here.

なお、メモリnMIS形成領域1Cおよび低耐圧nMIS形成領域1Lにエクステンション領域EX1およびハロー領域HA1を形成する際には、メモリpMIS形成領域1Dおよび高耐圧nMIS形成領域1Hを覆うフォトレジスト膜(図示せず)をイオン注入阻止マスクとして用いればよい。また、メモリpMIS形成領域1Dにエクステンション領域EX2およびハロー領域HA2を形成する際には、メモリnMIS形成領域1C、低耐圧nMIS形成領域1Lおよび高耐圧nMIS形成領域1Hを覆うフォトレジスト膜(図示せず)をイオン注入阻止マスクとして用いればよい。   When the extension region EX1 and the halo region HA1 are formed in the memory nMIS formation region 1C and the low breakdown voltage nMIS formation region 1L, a photoresist film (not shown) covering the memory pMIS formation region 1D and the high breakdown voltage nMIS formation region 1H. ) May be used as an ion implantation blocking mask. When the extension region EX2 and the halo region HA2 are formed in the memory pMIS formation region 1D, a photoresist film (not shown) covering the memory nMIS formation region 1C, the low breakdown voltage nMIS formation region 1L, and the high breakdown voltage nMIS formation region 1H. ) May be used as an ion implantation blocking mask.

また、高耐圧nMIS形成領域1Hには、メモリnMIS形成領域1C、メモリpMIS形成領域1Dおよび低耐圧nMIS形成領域1LのMISFETに比べて高耐圧のMISFETを形成するため、高耐圧nMIS形成領域1HのMISFETにはエクステンション領域およびハロー領域を形成しないが、必要ならエクステンション領域およびハロー領域を形成することもできる。   In addition, in the high breakdown voltage nMIS formation region 1H, a MISFET having a higher breakdown voltage than the MISFETs in the memory nMIS formation region 1C, the memory pMIS formation region 1D, and the low breakdown voltage nMIS formation region 1L is formed. An extension region and a halo region are not formed in the MISFET, but an extension region and a halo region can be formed if necessary.

次に、図47に示されるように、上記実施の形態1と同様に、ゲート電極GE3,GE4,GE5,GE6の側壁上にサイドウォール(側壁絶縁膜)SWを形成する。   Next, as shown in FIG. 47, sidewalls (sidewall insulating films) SW are formed on the sidewalls of the gate electrodes GE3, GE4, GE5, and GE6 as in the first embodiment.

次に、メモリnMIS形成領域1C、低耐圧nMIS形成領域1Lおよび高耐圧nMIS形成領域1Hの半導体基板1(p型ウエルPW1,PW2,PW3)に、上記実施の形態1と同様にイオン注入によりn型半導体領域SD1(ソース、ドレイン)を形成する。また、メモリpMIS形成領域1Dの半導体基板1(n型ウエルNW1)に、上記実施の形態1と同様にイオン注入によりp型半導体領域SD2(ソース、ドレイン)を形成する。本実施の形態でのn型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2の形成法と構成については、上記実施の形態1と同様である。 Next, n is implanted into the semiconductor substrate 1 (p-type wells PW1, PW2, PW3) in the memory nMIS formation region 1C, the low breakdown voltage nMIS formation region 1L, and the high breakdown voltage nMIS formation region 1H by ion implantation as in the first embodiment. A + type semiconductor region SD1 (source, drain) is formed. Further, a p + type semiconductor region SD2 (source, drain) is formed in the semiconductor substrate 1 (n type well NW1) in the memory pMIS formation region 1D by ion implantation in the same manner as in the first embodiment. The formation method and configuration of the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2 in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

なお、メモリnMIS形成領域1C、低耐圧nMIS形成領域1Lおよび高耐圧nMIS形成領域1Hにn型半導体領域SD1を形成する際には、メモリpMIS形成領域1Dを覆うフォトレジスト膜(図示せず)をイオン注入阻止マスクとして用いればよい。また、メモリpMIS形成領域1Dにp型半導体領域SD2を形成する際には、メモリnMIS形成領域1C、低耐圧nMIS形成領域1Lおよび高耐圧nMIS形成領域1Hを覆うフォトレジスト膜(図示せず)をイオン注入阻止マスクとして用いればよい。 When the n + type semiconductor region SD1 is formed in the memory nMIS formation region 1C, the low breakdown voltage nMIS formation region 1L, and the high breakdown voltage nMIS formation region 1H, a photoresist film (not shown) that covers the memory pMIS formation region 1D May be used as an ion implantation blocking mask. Further, when forming the p + type semiconductor region SD2 in the memory pMIS formation region 1D, a photoresist film (not shown) covering the memory nMIS formation region 1C, the low breakdown voltage nMIS formation region 1L, and the high breakdown voltage nMIS formation region 1H. May be used as an ion implantation blocking mask.

次に、上記実施の形態1と同様に、これまでのイオン注入で導入した不純物の活性化のためのアニール処理(熱処理)を行う。   Next, similarly to the first embodiment, annealing treatment (heat treatment) for activating the impurities introduced by the conventional ion implantation is performed.

以降の工程は、上記実施の形態1とほぼ同様である。すなわち、図48に示されるように、上記実施の形態1と同様に、ゲート電極GE3〜GE6、n型半導体領域SD1およびp型半導体領域SD2の表面にそれぞれ金属シリサイド層11を形成し、半導体基板1の主面上にゲート電極GE3〜GE6およびサイドウォールSWを覆うように絶縁膜12を形成し、絶縁膜12にコンタクトホール13を形成し、コンタクトホール13内にプラグ14を形成する。それから、上記実施の形態1と同様に、プラグ14が埋め込まれた絶縁膜12上に、絶縁膜15を形成し、絶縁膜15にダマシン法で配線M1を形成する。 Subsequent steps are substantially the same as those in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 48, similarly to the first embodiment, the metal silicide layers 11 are formed on the surfaces of the gate electrodes GE3 to GE6, the n + type semiconductor region SD1 and the p + type semiconductor region SD2, An insulating film 12 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 so as to cover the gate electrodes GE3 to GE6 and the sidewall SW, a contact hole 13 is formed in the insulating film 12, and a plug 14 is formed in the contact hole 13. Then, as in the first embodiment, the insulating film 15 is formed on the insulating film 12 in which the plugs 14 are embedded, and the wiring M1 is formed on the insulating film 15 by the damascene method.

また、上記実施の形態2,3,4を本実施の形態に適用することもできる。上記実施の形態2,4を本実施の形態に適用する場合には、メモリ領域MRY(メモリnMIS形成領域1CおよびメモリpMIS形成領域1D)に上記半導体層17(17a,17b)を形成し、一方、周辺回路領域PCR(低耐圧nMIS形成領域1Lおよび高耐圧nMIS形成領域1H)には、上記半導体層17(17a,17b)は形成しない。また、上記実施の形態3,4を本実施の形態に適用する場合には、メモリ領域MRY(メモリnMIS形成領域1CおよびメモリpMIS形成領域1D)に上記拡散防止領域18a,18bを形成し、一方、周辺回路領域PCR(低耐圧nMIS形成領域1Lおよび高耐圧nMIS形成領域1H)には、上記拡散防止領域18a,18bは形成しない。   Further, the second, third, and fourth embodiments can be applied to this embodiment. When the second and fourth embodiments are applied to the present embodiment, the semiconductor layer 17 (17a, 17b) is formed in the memory region MRY (the memory nMIS formation region 1C and the memory pMIS formation region 1D). The semiconductor layer 17 (17a, 17b) is not formed in the peripheral circuit region PCR (the low breakdown voltage nMIS formation region 1L and the high breakdown voltage nMIS formation region 1H). When the third and fourth embodiments are applied to the present embodiment, the diffusion prevention regions 18a and 18b are formed in the memory region MRY (the memory nMIS formation region 1C and the memory pMIS formation region 1D). The diffusion prevention regions 18a and 18b are not formed in the peripheral circuit region PCR (the low breakdown voltage nMIS formation region 1L and the high breakdown voltage nMIS formation region 1H).

炭素(C)、窒素(N)またはフッ素(F)のうちの1種以上がイオン注入された基板領域に比べて、炭素(C)、窒素(N)およびフッ素(F)が導入されていない基板領域の方が、n型不純物(例えばリンなど)またはp型不純物(例えばホウ素など)の活性化率を高めることができる。このため、本実施の形態では、上記実施の形態2,3,4を本実施の形態に適用する場合に、周辺回路領域PCRにおいては、上記半導体層17a,17bや上記拡散防止領域18a,18bを形成しないことにより、周辺回路領域PCRに導入したn型不純物(例えばリンなど)またはp型不純物(例えばホウ素など)の活性化率を高めることができ、MISFETの抵抗成分を下げやすい。これにより、メモリ領域MRYにおいて、MISFET毎のしきい値電圧のばらつきを抑制することができるとともに、周辺回路領域PCRにおいては、イオン注入した不純物の活性化率を高めることができる。   Carbon (C), nitrogen (N), and fluorine (F) are not introduced compared to a substrate region into which one or more of carbon (C), nitrogen (N), or fluorine (F) are ion-implanted. The substrate region can increase the activation rate of n-type impurities (for example, phosphorus) or p-type impurities (for example, boron). Therefore, in the present embodiment, when the second, third, and fourth embodiments are applied to the present embodiment, in the peripheral circuit region PCR, the semiconductor layers 17a and 17b and the diffusion prevention regions 18a and 18b. By not forming, the activation rate of n-type impurities (for example, phosphorus) or p-type impurities (for example, boron) introduced into the peripheral circuit region PCR can be increased, and the resistance component of the MISFET can be easily lowered. Thereby, in the memory region MRY, variation in threshold voltage for each MISFET can be suppressed, and in the peripheral circuit region PCR, the activation rate of the ion-implanted impurity can be increased.

本実施の形態では、上記実施の形態1のチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bと同様の手法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)を、メモリ領域MRYのMISFETに対するチャネルドープイオン注入に適用し、一方、周辺回路領域PCRのMISFETに対するチャネルドープイオン注入には適用しない。これにより、以下のような効果を得ることができる。   In this embodiment, a technique similar to that of the channel dope ion implantation IM1a and IM1b of the first embodiment (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) is used for channel dope ion implantation for the MISFET in the memory region MRY. On the other hand, it is not applied to channel dope ion implantation for the MISFET in the peripheral circuit region PCR. Thereby, the following effects can be obtained.

メモリ領域MRYは、MISFET毎にしきい値電圧が変動してしまうと、メモリの正確な動作が行えなくなるため、しきい値電圧の変動を可能な限り抑制することが望まれる。また、メモリセルを構成するMISFET(特にSRAMを構成するMISFET)は、メモリ以外の回路を構成するMISFETに比べて微細化されている。MISFET毎にチャネル領域の状態(チャネル領域における不純物の配置状態や不純物数)が変動した場合、微細化されているMISFET(ゲート面積の小さなMISFET)ほど、しきい値電圧の変動が大きくなる。このため、メモリ領域MRYのMISFETは、周辺回路領域PCRのMISFETに比べて、チャネル領域における不純物の配置状態や不純物数の変動に起因したしきい値電圧の変動が発生しやすい。   In the memory region MRY, if the threshold voltage fluctuates for each MISFET, an accurate operation of the memory cannot be performed. Therefore, it is desirable to suppress the fluctuation of the threshold voltage as much as possible. Further, MISFETs constituting memory cells (particularly MISFETs constituting SRAMs) are miniaturized as compared to MISFETs constituting circuits other than the memory. When the state of the channel region (impurity arrangement state or number of impurities in the channel region) varies for each MISFET, the threshold voltage varies more as the MISFET (MISFET with a smaller gate area) is miniaturized. For this reason, in the MISFET in the memory region MRY, the threshold voltage fluctuates easily due to the impurity arrangement state and the number of impurities in the channel region, compared to the MISFET in the peripheral circuit region PCR.

それに対して、本実施の形態では、メモリ領域MRYのMISFETに対するチャネルドープイオン注入には、上記実施の形態1のチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bと同様の手法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)を適用する。これにより、メモリ領域MRYのMISFETのチャネル領域では、不純物(チャネル不純物)が規則的に配列した状態となるため、メモリ領域MRYのMISFETのしきい値電圧の変動(ばらつき)を防止できる。メモリ領域MRYのMISFETのしきい値電圧の変動(ばらつき)を防止できることで、メモリ領域MRYに形成されているメモリの信頼性や性能を向上させることができるとともに、メモリ領域MRYに形成されているメモリセルの書き込みや読み出しのマージンが設計基準よりも良くなり、製品不良の発生率を大幅に低減することができる。   On the other hand, in this embodiment, the channel doping ion implantation for the MISFET in the memory region MRY uses the same technique as the channel doping ion implantation IM1a and IM1b in the first embodiment (that is, uses a filter FL to which a voltage is applied). Applied ion implantation). As a result, in the channel region of the MISFET in the memory region MRY, the impurities (channel impurities) are regularly arranged, so that variation (variation) in the threshold voltage of the MISFET in the memory region MRY can be prevented. Since the variation (variation) in the threshold voltage of the MISFET in the memory region MRY can be prevented, the reliability and performance of the memory formed in the memory region MRY can be improved and the memory region MRY is formed in the memory region MRY. The margin of writing and reading of the memory cell becomes better than the design standard, and the occurrence rate of product defects can be greatly reduced.

また、メモリ領域MRYには、SRAM以外にも、フラッシュメモリなど、他の種類のメモリセルアレイを形成することもできる。但し、SRAMの場合は、特に素子が微細化され、しきい値電圧の変動の許容量も少ないため、メモリ領域MRYに形成されるメモリがSRAMの場合は、特に効果が大きい。   In addition to the SRAM, other types of memory cell arrays such as a flash memory can be formed in the memory area MRY. However, in the case of SRAM, the element is particularly miniaturized and the allowable amount of variation in threshold voltage is small, so that the effect is particularly great when the memory formed in the memory region MRY is SRAM.

上述のように、メモリ領域MRYのMISFETは、チャネル領域における不純物の配置状態や不純物数の変動に起因したしきい値電圧の変動(ばらつき)が発生しやすい素子であり、また、しきい値電圧の変動を可能な限り抑制することが望まれる素子である。一方、メモリ領域MRYに比べて、周辺回路領域PCRは、MISFETのしきい値電圧の変動(ばらつき)を許容できる。また、メモリ領域MRYのMISFETの方が、周辺回路領域PCRのMISFETよりも微細化されているため、メモリ領域MRYに比べて、周辺回路領域PCRの方が、チャネル領域の状態(チャネル領域における不純物の配置状態や不純物数)の変動に起因したしきい値電圧の変動が生じにくい。   As described above, the MISFET in the memory region MRY is an element in which threshold voltage variation (variation) is likely to occur due to variations in the impurity arrangement state and the number of impurities in the channel region. It is an element that is desired to suppress fluctuations in as much as possible. On the other hand, as compared with the memory region MRY, the peripheral circuit region PCR can tolerate fluctuations (variations) in the threshold voltage of the MISFET. In addition, since the MISFET in the memory region MRY is smaller than the MISFET in the peripheral circuit region PCR, the peripheral circuit region PCR has a channel region state (impurities in the channel region) compared to the memory region MRY. Variation of the threshold voltage due to variations in the arrangement state and the number of impurities).

このため、本実施の形態では、周辺回路領域PCRのMISFETに対するチャネルドープイオン注入には、上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)は適用せず、フィルタFLを使用しない一般的なチャネルドープイオン注入を行う。上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)は、フィルタFLを使用しない一般的なイオン注入に比べて、イオン注入工程に要する時間が長くなる。本実施の形態では、周辺回路領域PCRのMISFETに対するチャネルドープイオン注入には、上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)は適用しないことで、半導体装置の製造時間を短縮することができ、スループットを向上することができる。また、周辺回路領域PCRでは、メモリ領域MRYのようなチャネル不純物の規則的な配列は得られないが、周辺回路領域PCRは、メモリ領域MRYに比べて、MISFETのしきい値電圧の変動が生じにくいか、あるいはしきい値電圧の変動を許容できるため、周辺回路領域PCRの性能が低下するのを抑制または防止できる。   For this reason, in the present embodiment, the channel implantation ion implantation for the MISFET in the peripheral circuit region PCR uses the ion implantation method of the first embodiment (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) as described above. A general channel dope ion implantation is performed without applying the filter FL. As described above, the ion implantation method of the first embodiment (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) requires a longer time for the ion implantation process than general ion implantation that does not use the filter FL. Become. In this embodiment, the channel implantation ion implantation for the MISFET in the peripheral circuit region PCR does not apply the ion implantation method of the first embodiment as described above (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied). Thus, the manufacturing time of the semiconductor device can be shortened and the throughput can be improved. Further, in the peripheral circuit region PCR, a regular arrangement of channel impurities as in the memory region MRY cannot be obtained, but in the peripheral circuit region PCR, the threshold voltage of the MISFET varies more than in the memory region MRY. Since it is difficult or the fluctuation of the threshold voltage can be allowed, it is possible to suppress or prevent the performance of the peripheral circuit region PCR from deteriorating.

従って、本実施の形態では、メモリ領域MRYおよび周辺回路領域PCRを有する半導体装置CP1の性能を向上させることができるとともに、半導体装置の製造時間を短縮できる。このため、スループットを向上し、半導体装置の製造コストを低減できる。   Therefore, in the present embodiment, the performance of the semiconductor device CP1 having the memory region MRY and the peripheral circuit region PCR can be improved, and the manufacturing time of the semiconductor device can be shortened. For this reason, the throughput can be improved and the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

(実施の形態6)
図49は、上記実施の形態1〜4の製造工程により製造された半導体装置(半導体チップ)CP2の一例を示す平面図である。
(Embodiment 6)
FIG. 49 is a plan view showing an example of a semiconductor device (semiconductor chip) CP2 manufactured by the manufacturing process of the first to fourth embodiments.

図49に示される本実施の形態の半導体装置(半導体チップ)CP2は、SRAMなどのメモリセルアレイが形成されたメモリ領域MRYと、メモリ以外の回路(周辺回路)が形成された周辺回路領域PCRとを有している。半導体装置(半導体チップ)CP2には、メモリ領域MRYが主として形成されており、半導体装置CP2は、いわゆるメモリチップであり、上記実施の形態5の半導体装置CP1のようにアナログ回路領域やCPU領域は有していない。メモリ領域MRYと周辺回路領域PCRとの間は、半導体装置CP2の内部配線層を介して必要に応じて電気的に接続されている。また、半導体装置CP2の主面(表面)の周辺部には、半導体装置CP2の主面の二辺に沿って複数のパッド電極PDが形成されている。各パッド電極PDは、半導体装置CP2の内部配線層を介してメモリ領域MRYや周辺回路領域PCRなどに電気的に接続されている。   A semiconductor device (semiconductor chip) CP2 of the present embodiment shown in FIG. 49 includes a memory region MRY in which a memory cell array such as SRAM is formed, and a peripheral circuit region PCR in which circuits (peripheral circuits) other than the memory are formed. have. The semiconductor device (semiconductor chip) CP2 is mainly formed with a memory region MRY. The semiconductor device CP2 is a so-called memory chip, and the analog circuit region and CPU region are the same as the semiconductor device CP1 of the fifth embodiment. I don't have it. The memory region MRY and the peripheral circuit region PCR are electrically connected as necessary via an internal wiring layer of the semiconductor device CP2. A plurality of pad electrodes PD are formed along the two sides of the main surface of the semiconductor device CP2 in the peripheral portion of the main surface (front surface) of the semiconductor device CP2. Each pad electrode PD is electrically connected to the memory region MRY, the peripheral circuit region PCR, etc. via the internal wiring layer of the semiconductor device CP2.

上記実施の形態5と同様に、本実施の形態でも、半導体装置CP2を製造するにあたって、上記実施の形態1〜4の製造技術を適用することができるが、半導体装置CP2における全ての領域(メモリ領域MRYおよび周辺回路領域PCRの全て)に対して適用するのではなく、メモリ領域MRYについて適用するが、周辺回路領域PCRについては適用しない。すなわち、半導体装置CP2を製造するにあたって、メモリ領域MRYでは、チャネルドープイオン注入に上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)を用いる。一方、周辺回路領域PCRでは、チャネルドープイオン注入に上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)を用いず、フィルタFLを使用しない一般的なチャネルドープイオン注入を行なう。なお、図49は、平面図であるが、理解を簡単にするために、上述したような実施の形態1のイオン注入法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)でチャネルドープイオン注入を行なう領域にハッチングを付して示してある。   As in the fifth embodiment, in the present embodiment, the manufacturing technique of the first to fourth embodiments can be applied in manufacturing the semiconductor device CP2, but all regions (memory) in the semiconductor device CP2 can be applied. This is not applied to all of the region MRY and the peripheral circuit region PCR), but applied to the memory region MRY, but not to the peripheral circuit region PCR. That is, in manufacturing the semiconductor device CP2, in the memory region MRY, the ion implantation method of the first embodiment (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) as described above is used for channel dope ion implantation. On the other hand, in the peripheral circuit region PCR, the channel implantation ion implantation does not use the ion implantation method of the first embodiment (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) as described above, and does not use the filter FL. Channel doping ion implantation is performed. FIG. 49 is a plan view, but for the sake of easy understanding, channel-doped ions are obtained by the ion implantation method of the first embodiment (that is, ion implantation using a filter FL to which a voltage is applied) as described above. The region to be implanted is shown with hatching.

半導体装置CP2の製造工程は、上記実施の形態5で上記図42〜図48を参照して説明した工程とほぼ同様であるため、ここではその繰り返しの説明は省略する。   Since the manufacturing process of the semiconductor device CP2 is substantially the same as the process described with reference to FIGS. 42 to 48 in the fifth embodiment, the repetitive description thereof is omitted here.

本実施の形態においても、上記実施の形態5と同様に、上記実施の形態1のチャネルドープイオン注入IM1a,IM1bと同様の手法(すなわち電圧を印加したフィルタFLを用いたイオン注入)を、メモリ領域MRYのMISFETに対するチャネルドープイオン注入に適用し、一方、周辺回路領域PCRのMISFETに対するチャネルドープイオン注入には適用しないことにより、上記実施の形態5と同様の効果を得ることができる。   Also in the present embodiment, similar to the fifth embodiment, a technique similar to that of the channel dope ion implantation IM1a and IM1b of the first embodiment (that is, ion implantation using the filter FL to which a voltage is applied) is used for the memory. By applying to the channel dope ion implantation for the MISFET in the region MRY, while not applying to the channel dope ion implantation for the MISFET in the peripheral circuit region PCR, the same effect as in the fifth embodiment can be obtained.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。   The present invention can be widely used in the manufacturing industry for manufacturing semiconductor devices.

1 半導体基板
1A nMIS形成領域
1B pMIS形成領域
1C メモリnMIS形成領域
1D メモリpMIS形成領域
1H 高耐圧nMIS形成領域
1L 低耐圧nMIS形成領域
1W 半導体ウエハ
2 素子分離領域
3 絶縁膜
4a,4b,4c,4d,4e,4f チャネルドープ層
5 絶縁膜
5a,5b,5c,5d,5e ゲート絶縁膜
6 シリコン膜
11 金属シリサイド層
12 絶縁膜
13 コンタクトホール
14 プラグ
15 絶縁膜
17,17a,17b 半導体層
18a,18b 拡散防止領域
21 イオン注入装置
22,22a,22b,22c イオンビーム
22d 不純物イオン
23 イオンソース
24 加速管
25 質量分析マグネット
26 レンズ
27 処理室
28 ウエハ交換室
29 ステージ
30 チャネル不純物
CP1,CP2 半導体装置
CT 中央部
EX1,EX2 エクステンション領域
FL フィルタ
GE1,GE2,GE3,GE4,GE5,GE6 ゲート電極
HA1,HA2 ハロー領域
IM1a,IM1b,IM1c,IM1d,IM1e,IM1f チャネルドープイオン注入(しきい値調整用のイオン注入)
IM2a,IM2b,IM3a,IM3b,IM4a,IM4b,IM5,IM6a,IM6b イオン注入
M1 配線
MRY メモリ領域
NW,NW1 n型ウエル
OP 開口部
配列ピッチ
PCR 周辺回路領域
PD パッド電極
PR1a,PR1b,PR2a,PR2b,PR3a,PR3b フォトレジストパターン
PW,PW1,PW2,PW3 p型ウエル
Qn nチャネル型MISFET
Qp pチャネル型MISFET
SD1 n型半導体領域
SD2 p型半導体領域
SW サイドウォール
寸法
間隔
厚み
配列間隔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 1A nMIS formation area 1B pMIS formation area 1C Memory nMIS formation area 1D Memory pMIS formation area 1H High breakdown voltage nMIS formation area 1L Low breakdown voltage nMIS formation area 1W Semiconductor wafer 2 Element isolation area 3 Insulating films 4a, 4b, 4c, 4d , 4e, 4f Channel doped layer 5 Insulating films 5a, 5b, 5c, 5d, 5e Gate insulating film 6 Silicon film 11 Metal silicide layer 12 Insulating film 13 Contact hole 14 Plug 15 Insulating films 17, 17a, 17b Semiconductor layers 18a, 18b Diffusion prevention region 21 Ion implanter 22, 22a, 22b, 22c Ion beam 22d Impurity ion 23 Ion source 24 Accelerating tube 25 Mass analysis magnet 26 Lens 27 Processing chamber 28 Wafer exchange chamber 29 Stage 30 Channel impurities CP1, CP2 Semiconductor device C Central portion EX1, EX2 Extension region FL filter GE1, GE2, GE3, GE4, GE5, GE6 Gate electrodes HA1, HA2 Halo regions IM1a, IM1b, IM1c, IM1d, IM1e, IM1f Channel dope ion implantation (ion for threshold adjustment) Injection)
IM2a, IM2b, IM3a, IM3b, IM4a, IM4b, IM5, IM6a, IM6b Ion implantation M1 wiring MRY memory area NW, NW1 n-type well OP opening P 1 arrangement pitch PCR peripheral circuit area PD pad electrodes PR1a, PR1b, PR2a, PR2b, PR3a, PR3b Photoresist pattern PW, PW1, PW2, PW3 p-type well Qn n-channel type MISFET
Qp p-channel MISFET
SD1 n + type semiconductor region SD2 p + type semiconductor region SW Side wall W 1 dimension W 2 interval W 3 thickness W 4 array interval

Claims (12)

MISFETを有する半導体装置の製造方法であって、
(a)半導体基板を準備する工程、
(b)前記半導体基板に、前記MISFETのしきい値調整用のイオン注入を行なう工程、
(c)前記(b)工程の後に、前記半導体基板の主面に前記MISFETのゲート絶縁膜用の絶縁膜を形成する工程、
(d)前記(c)工程の後に、前記絶縁膜上に前記MISFETのゲート電極を形成する工程、
を有し、
前記(b)工程では、
規則的に配列した複数の開口部を有するフィルタを通過したイオンビームを収束して前記半導体基板に照射することにより、前記イオン注入が行われ、
前記フィルタには、前記イオン注入で前記半導体基板に注入される不純物イオンと同じ極性の電圧が印加されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a MISFET,
(A) a step of preparing a semiconductor substrate;
(B) performing ion implantation for adjusting the threshold value of the MISFET into the semiconductor substrate;
(C) a step of forming an insulating film for the gate insulating film of the MISFET on the main surface of the semiconductor substrate after the step (b);
(D) after the step (c), forming a gate electrode of the MISFET on the insulating film;
Have
In the step (b),
The ion implantation is performed by converging an ion beam that has passed through a filter having a plurality of regularly arranged openings and irradiating the semiconductor substrate,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a voltage having the same polarity as impurity ions implanted into the semiconductor substrate by the ion implantation is applied to the filter.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程では、前記MISFETのチャネル領域に不純物が導入されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the step (b), an impurity is introduced into the channel region of the MISFET.
請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
前記フィルタは導電性材料により形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the filter is made of a conductive material.
請求項3記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程では、
前記イオンビームを構成する不純物イオンのうち、前記開口部の中央に入射した不純物イオンが前記開口部を通過して前記半導体基板に注入され、
前記開口部の周辺部に入射した不純物イオンは、前記半導体基板に注入されないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
In the step (b),
Among the impurity ions constituting the ion beam, impurity ions incident on the center of the opening are injected into the semiconductor substrate through the opening,
Impurity ions incident on the periphery of the opening are not implanted into the semiconductor substrate.
請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
前記フィルタでは、前記複数の開口部が格子状に配列していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
In the filter, the plurality of openings are arranged in a lattice pattern.
請求項5記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程の後に、
(e)前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板にイオン注入を行ない、前記半導体基板に第1導電型の第1半導体領域を形成する工程、
(f)前記(e)工程の後に、前記ゲート電極の側壁上に側壁絶縁膜を形成する工程、
(g)前記(f)工程の後に、前記ゲート電極および前記側壁絶縁膜をマスクとして前記半導体基板にイオン注入を行ない、前記半導体基板に前記第1半導体領域よりも不純物濃度が高い第1導電型の第2半導体領域を形成する工程、
を更に有し、
前記第1および第2半導体領域は、前記MISFETのソースまたはドレイン用の半導体領域として機能する半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
After the step (d),
(E) performing ion implantation on the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask to form a first semiconductor region of a first conductivity type in the semiconductor substrate;
(F) after the step (e), forming a sidewall insulating film on the sidewall of the gate electrode;
(G) After the step (f), ion implantation is performed on the semiconductor substrate using the gate electrode and the sidewall insulating film as a mask, and the first conductivity type having a higher impurity concentration than the first semiconductor region is formed in the semiconductor substrate. Forming a second semiconductor region of
Further comprising
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first and second semiconductor regions function as a semiconductor region for a source or a drain of the MISFET.
請求項6記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程および前記(g)工程では、イオン注入の際に前記フィルタは使用しないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
In the step (e) and the step (g), the filter is not used at the time of ion implantation.
請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程では、炭素、窒素またはフッ素のうちの1種以上が導入された半導体層を上部に有する前記半導体基板が準備され、
前記(b)工程では、前記半導体層に、前記MISFETのしきい値調整用のイオン注入を行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
In the step (a), the semiconductor substrate having an upper semiconductor layer into which one or more of carbon, nitrogen, and fluorine are introduced is prepared.
In the step (b), an ion implantation for adjusting a threshold value of the MISFET is performed on the semiconductor layer.
請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程の後で前記(f)工程の前に、
(e1)前記半導体基板に第1元素のイオン注入を行なう工程、
を更に有し、
前記(e1)工程でイオン注入する前記第1元素は、炭素、窒素またはフッ素のうちの1種以上からなり、
前記(e1)工程で前記第1元素が導入された領域の少なくとも一部は、前記MISFETのチャネル領域と前記第1半導体領域との間に位置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
After the step (d) and before the step (f),
(E1) performing ion implantation of a first element on the semiconductor substrate;
Further comprising
The first element ion-implanted in the step (e1) is composed of one or more of carbon, nitrogen, and fluorine,
At least a part of the region into which the first element is introduced in the step (e1) is located between the channel region of the MISFET and the first semiconductor region.
請求項9記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e1)工程では、
斜めイオン注入により、前記半導体基板に前記第1元素を導入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9,
In the step (e1),
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first element is introduced into the semiconductor substrate by oblique ion implantation.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体装置の製造方法は、メモリが形成されたメモリ領域と、メモリ以外の回路が形成された周辺回路領域とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記メモリ領域で前記(b)工程を行う際には、前記電圧を印加した前記フィルタを通過したイオンビームを収束して前記半導体基板に照射することにより、前記(b)工程のイオン注入を行い、
前記周辺回路領域で前記(b)工程を行う際には、前記フィルタを使用せずに前記(b)工程のイオン注入を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device is a method for manufacturing a semiconductor device having a memory region in which a memory is formed and a peripheral circuit region in which a circuit other than the memory is formed,
When performing the step (b) in the memory region, the ion beam that has passed through the filter to which the voltage has been applied is converged and irradiated onto the semiconductor substrate, thereby performing the ion implantation in the step (b). ,
When performing the step (b) in the peripheral circuit region, the semiconductor device manufacturing method is characterized in that the ion implantation of the step (b) is performed without using the filter.
MISFETを有する半導体装置の製造方法であって、
規則的に配列した複数の開口部を有するフィルタにイオンビームと同じ極性の電圧を印加し、前記電圧が印加された前記フィルタを通過した前記イオンビームを収束して半導体基板に照射することにより、チャネルドープイオン注入を行う工程、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a MISFET,
By applying a voltage having the same polarity as the ion beam to a filter having a plurality of openings regularly arranged, and converging the ion beam that has passed through the filter to which the voltage has been applied to irradiate the semiconductor substrate, A step of channel-doped ion implantation,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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