JP4088595B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、駆動力に優れたMOSトランジスタを有する半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a MOS transistor with excellent driving power and a method for manufacturing the same.
近年、高集積化された半導体装置いわゆるVLSIの開発においては、VLSIの構成要素であるMOSトランジスタの一層の微細化が求められている。MOSトランジスタにおいては、スケーリング則に従って各世代のデバイスの寸法の縮小が図られており、これに対応するため、基板濃度を増加させることによって、いわゆる短チャネル効果を抑制しながらデバイスの特性の向上を図っている。 In recent years, in the development of highly integrated semiconductor devices, so-called VLSIs, there has been a demand for further miniaturization of MOS transistors which are constituent elements of VLSIs. In MOS transistors, the size of each generation of devices is reduced according to the scaling law. To cope with this, increasing the substrate concentration improves the device characteristics while suppressing the so-called short channel effect. I am trying.
ところが、デバイスの各種の寸法のうちソース又はドレインとなる不純物層の深さは、縮小することは難しい。そこで、短チャネル効果を抑制するためのMOSトランジスタの構造が提案されている。 However, it is difficult to reduce the depth of the impurity layer serving as the source or drain among the various dimensions of the device. Therefore, a structure of a MOS transistor for suppressing the short channel effect has been proposed.
以下、従来例として、例えば、G. G. Shahidi et al, "High-Performance Devices for a 0.15μm CMOS Technology",IEEE Electron Device Letters, vol.14, no.10, Octber 1993に示されているMOSトランジスタ(以下、単に従来のMOSトランジスタと称する。)の構造及び製造方法について、図20を参照しながら説明する。 Hereinafter, as conventional examples, for example, MOS transistors shown in GG Shahidi et al, “High-Performance Devices for a 0.15 μm CMOS Technology”, IEEE Electron Device Letters, vol. 14, no. 10, Octber 1993 ( Hereinafter, the structure and manufacturing method of the conventional MOS transistor will be described with reference to FIG.
図20に示すように、従来のMOSトランジスタは、半導体基板1の内部に形成されp- 型のウエル領域2と、半導体基板1の表面部に形成されたp型のチャネル領域3と、チャネル領域3の上にゲート絶縁膜4を介して形成されたゲート電極5と、半導体基板1の表面部におけるゲート電極5の両側方の領域にそれぞれ形成されたn+ 型の不純物層からなるソース・ドレイン領域9と、半導体基板1の表面部におけるソース・ドレイン領域9の内側に形成されたn+ 型の不純物層からなるエクステンション領域6と、半導体基板1の表面部にエクステンション領域6を覆うと共に上端部がゲート絶縁膜4にまで延びるように形成されたp+ 型のポケット領域7とを備えている。
As shown in FIG. 20, a conventional MOS transistor includes a p −
従来のMOSトランジスタによると、n+ 型のエクステンション領域6を覆うように形成されたp+ 型のポケット領域7を備えており、該ポケット領域7が、n+ 型のエクステンション領域6及びソース・ドレイン領域9から空乏層が延びる事態を抑制するので、短チャネル効果を抑制することができる。
According to the conventional MOS transistor, the p + -
また、エクステンション領域6又はソース・ドレイン領域9の深さをスケーリング則に沿って浅くできないときでも、ポケット領域7の不純物濃度を高くすることによって、短チャネル効果を抑制することができる。
Even when the depth of the
しかしながら、従来のMOSトランジスタにおいては、以下に説明するような問題がある。 However, the conventional MOS transistor has the following problems.
(第1の問題)
短チャネル効果を一層抑制するべくp+ 型のポケット領域の不純物濃度を高くすると、該ポケット領域がn+ 型のエクステンション領域を覆っているため、エクステンション領域の不純物濃度が相殺されて低下してしまう。このため、エクステンション領域の抵抗が大きくなるので、MOSトランジスタの駆動力が低下するという問題がある。また、p+ 型のポケット領域の不純物濃度を高くすると、チャネル領域におけるエクステンション領域近傍部の不純物濃度が高くなるため、キャリアの不純物散乱が増加してキャリアの移動度が低くなるので、MOSトランジスタの駆動力が一層低下する。さらに、チャネル領域におけるエクステンション領域近傍部の不純物濃度が高くなると、いわゆる逆短チャネル効果が発生して、トランジスタのしきい値電圧がトランジスタのチャネル長に大きく依存してしまうという問題も発生する。
(First problem)
When the impurity concentration of the p + type pocket region is increased to further suppress the short channel effect, the impurity concentration in the extension region is offset and lowered because the pocket region covers the n + type extension region. . For this reason, since the resistance of the extension region is increased, there is a problem that the driving capability of the MOS transistor is reduced. Further, when the impurity concentration of the p + -type pocket region is increased, the impurity concentration in the vicinity of the extension region in the channel region is increased, so that carrier impurity scattering is increased and the carrier mobility is decreased. The driving force is further reduced. Further, when the impurity concentration in the vicinity of the extension region in the channel region is increased, a so-called reverse short channel effect is generated, which causes a problem that the threshold voltage of the transistor greatly depends on the channel length of the transistor.
(第2の問題)
ところで、サイドウォールは、n型の不純物イオンをイオン注入してエクステンション領域を形成すると共にp型の不純物イオンをイオン注入してポケット領域を形成した後、半導体基板の上に全面に亘って絶縁膜を600℃〜850℃の低温で数十分〜数時間かけて堆積し、その後、絶縁膜に異方性エッチングを施すことにより形成されるが、不純物イオンのイオン注入時に発生した点欠陥(空孔及び格子間シリコン)によって、不純物の増速拡散(Transient Enhanced Diffusion)が顕著に引き起こされる。このため、ポケット領域の不純物濃度が高くなるので、エクステンション領域の抵抗が大きくなると共にキャリアの移動度が低下し、これによって、MOSトランジスタの駆動力が低下する。また、エクステンション領域及びポケット領域を形成するためのイオン注入時に発生した格子間シリコンが、低温の熱処理時(例えば、サイドウォールとなる絶縁膜の堆積時)にゲート絶縁膜に向かって拡散して分布に勾配が発生するため、チャネル領域におけるゲート電極端部の不純物が基板表面に向かって移動するので、チャネル領域におけるゲート電極端部の表面領域の不純物濃度が高くなる。このため、いわゆる逆短チャネル効果が発生するので、しきい値電圧が変化してしまうという問題がある。この現象は、ホウ素イオンをイオン注入してポケット領域を形成する場合に顕著に現われる。
(Second problem)
By the way, the sidewall is formed by implanting n-type impurity ions to form extension regions and implanting p-type impurity ions to form pocket regions, and then insulating films over the entire surface of the semiconductor substrate. Is deposited at a low temperature of 600 ° C. to 850 ° C. over several tens of minutes to several hours, and then anisotropic etching is performed on the insulating film. The pores and interstitial silicon) cause significant enhanced diffusion of impurities (Transient Enhanced Diffusion). For this reason, since the impurity concentration in the pocket region is increased, the resistance of the extension region is increased and the carrier mobility is lowered, thereby reducing the driving force of the MOS transistor. In addition, interstitial silicon generated during ion implantation for forming the extension region and the pocket region is diffused and distributed toward the gate insulating film during low-temperature heat treatment (for example, when an insulating film serving as a sidewall is deposited). Since a gradient is generated in the channel region, the impurity at the end of the gate electrode in the channel region moves toward the substrate surface, so that the impurity concentration of the surface region at the end of the gate electrode in the channel region increases. For this reason, a so-called reverse short channel effect occurs, and there is a problem that the threshold voltage changes. This phenomenon becomes prominent when boron ions are implanted to form a pocket region.
(第3の問題)
従来のMOSトランジスタの製造方法においては、n+ 型エクステンション領域における砒素イオンの分布を急峻にするため、p+ 型ポケット領域にインジウムイオンをイオン注入して該ポケット領域を非晶質化している。
(Third problem)
In a conventional method for manufacturing a MOS transistor, in order to make the distribution of arsenic ions in the n + -type extension region steep, indium ions are implanted into the p + -type pocket region to make the pocket region amorphous.
ところが、我々は、非晶質化工程の後に行なわれる熱処理によって、エクステンション領域とポケット領域との間に形成されるpn接合の近傍部であってポケット領域の内部(つまりエクステンション領域の外部)に点欠陥が発生するということを新たに見い出した。ポケット領域の内部に点欠陥が発生すると、接合リーク電流が発生する。このようなMOSトランジスタを有するVLSIが移動体通信機器携帯機に組み込まれると、接合リーク電流に起因して待機時の消費電力が大きくなってしまうという問題がある。 However, we have a point in the vicinity of the pn junction formed between the extension region and the pocket region and inside the pocket region (that is, outside the extension region) by the heat treatment performed after the amorphization process. I found a new defect. When a point defect occurs inside the pocket region, a junction leakage current is generated. When such a VLSI having a MOS transistor is incorporated into a mobile communication device portable device, there is a problem that power consumption during standby increases due to junction leakage current.
前記に鑑み、本発明は、MOSトランジスタの駆動力を向上させることを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to improve the driving capability of a MOS transistor.
前記の目的を達成するため、本発明に係る第1の半導体装置は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、半導体基板の表面部におけるゲート電極の直下の領域に形成された第1導電型の半導体層からなるチャネル領域と、半導体基板の表面部におけるゲート電極の両側方の領域にそれぞれ形成された第2導電型の不純物層からなるソース領域及びドレイン領域と、チャネル領域とソース領域及びドレイン領域の各上部領域との間に、ソース領域又はドレイン領域と接するようにそれぞれ形成された第2導電型のエクステンション領域と、チャネル領域とソース領域及びドレイン領域の各下部領域との間に、ソース領域又はドレイン領域と接し且つゲート絶縁膜との間に間隔をおくように形成された第1導電型のポケット領域とを備えている。 To achieve the above object, a first semiconductor device according to the present invention includes a gate electrode formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a region immediately below the gate electrode in the surface portion of the semiconductor substrate. A channel region formed of the first conductivity type semiconductor layer, a source region and a drain region formed of impurity layers of the second conductivity type formed in regions on both sides of the gate electrode in the surface portion of the semiconductor substrate, and a channel An extension region of a second conductivity type formed so as to be in contact with the source region or the drain region, and a lower region of the channel region, the source region and the drain region. A first conductivity type pocket formed in contact with the source region or the drain region and spaced apart from the gate insulating film. And a region.
第1の半導体装置によると、チャネル領域とソース領域及びドレイン領域の各下部領域との間に、ソース領域又はドレイン領域と接し且つゲート絶縁膜との間に間隔をおくように形成された第1導電型のポケット領域を備えているため、短チャネル効果を抑制するべくポケット領域の不純物濃度を高くしても、エクステンション領域の不純物濃度は低下しないと共にチャネル領域におけるエクステンション領域の近傍部の不純物濃度は高くならない。 According to the first semiconductor device, the first region formed between the channel region and the lower regions of the source region and the drain region is in contact with the source region or the drain region and spaced from the gate insulating film. Since the pocket region of the conductive type is provided, even if the impurity concentration in the pocket region is increased to suppress the short channel effect, the impurity concentration in the extension region does not decrease and the impurity concentration in the vicinity of the extension region in the channel region is It will not be high.
従って、エクステンション領域の不純物濃度が低下しないため、エクステンション領域の抵抗が高くならなず、これによって、MOSトランジスタの駆動力の低下を抑制することができる。また、チャネル領域におけるエクステンション領域の近傍部の不純物濃度が高くならないため、キャリアの不純物散乱に起因してキャリアの移動度が低くなる事態を防止できるので、MOSトランジスタの駆動力の低下を防止することができる。 Therefore, since the impurity concentration in the extension region does not decrease, the resistance in the extension region does not increase, and this can suppress a decrease in driving force of the MOS transistor. Further, since the impurity concentration in the channel region in the vicinity of the extension region does not increase, it is possible to prevent a decrease in carrier mobility due to carrier impurity scattering, thereby preventing a reduction in driving force of the MOS transistor. Can do.
このため、第1の半導体装置によると、短チャネル効果を抑制しながら、MOSトランジスタの駆動力の低下を防止することが可能になる。 For this reason, according to the first semiconductor device, it is possible to prevent a reduction in the driving power of the MOS transistor while suppressing the short channel effect.
第1の半導体装置において、チャネル領域の両側部の領域に、エクステンション領域と接するようにそれぞれ形成され、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い第1導電型の低濃度チャネル領域をさらに備えていることが好ましい。 In the first semiconductor device, a first-conductivity-type low-concentration channel region that is formed on both sides of the channel region so as to be in contact with the extension region and has a lower concentration of activating impurities than the central portion of the channel region Is preferably further provided.
このようにすると、チャネル領域の両側部の領域に、エクステンション領域と接すると共に、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域が設けられているため、チャネル領域の上部領域における活性化不純物の濃度は、ソース側からドレイン側に架けて又はドレイン側からソース側に架けて、低濃度−高濃度−低濃度になっている。つまり、チャネル領域におけるエクステンション領域と接する領域における活性化不純物の濃度は低くなっている。 In this case, the regions on both sides of the channel region are provided with the low concentration channel region that is in contact with the extension region and has a lower concentration of activating impurities than the central portion of the channel region. The concentration of the activated impurity in the region is low concentration-high concentration-low concentration from the source side to the drain side or from the drain side to the source side. That is, the concentration of the activation impurity in the region in the channel region that is in contact with the extension region is low.
従って、エクステンション領域の抵抗は一層低くなるので、MOSトランジスタの駆動力の低下を一層防止することができる。 Accordingly, since the resistance of the extension region is further reduced, it is possible to further prevent a reduction in the driving capability of the MOS transistor.
本発明に係る第2の半導体装置は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、半導体基板の表面部におけるゲート電極の直下の領域に形成され、インジウムイオンがドーピングされた第1導電型の半導体層からなるチャネル領域と、半導体基板の表面部におけるゲート電極の両側方の領域にそれぞれ形成された第2導電型の不純物層からなるソース領域及びドレイン領域と、チャネル領域とソース領域及びドレイン領域の各上部領域との間に、ソース領域又はドレイン領域と接するようにそれぞれ形成された第2導電型のエクステンション領域と、チャネル領域の両側部の領域に、エクステンション領域と接するようにそれぞれ形成され、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い第1導電型の低濃度チャネル領域とを備えている。 A second semiconductor device according to the present invention includes a gate electrode formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film and a region immediately below the gate electrode in the surface portion of the semiconductor substrate, doped with indium ions. A channel region made of a first conductivity type semiconductor layer, a source region and a drain region made of a second conductivity type impurity layer formed in regions on both sides of the gate electrode in the surface portion of the semiconductor substrate, a channel region, A second conductivity type extension region formed so as to be in contact with the source region or the drain region between each of the upper regions of the source region and the drain region, and a region on both sides of the channel region so as to be in contact with the extension region And a first conductivity type low-concentration chip having a lower concentration of activating impurities than the central portion of the channel region. And a channel region.
第2の半導体装置によると、チャネル領域の両側部の領域に、エクステンション領域と接すると共に、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域が設けられているため、チャネル領域の上部領域における活性化不純物の濃度は、ソース側からドレイン側に架けて又はドレイン側からソース側に架けて、低濃度−高濃度−低濃度になっている。つまり、チャネル領域におけるエクステンション領域と接する領域における活性化不純物の濃度は低くなっている。このため、エクステンション領域の抵抗が低くなるので、MOSトランジスタの駆動力の低下を防止することができる。 According to the second semiconductor device, the channel region is provided with the low-concentration channel region that is in contact with the extension region and has a lower concentration of activating impurities than the central portion of the channel region. The concentration of the activation impurity in the upper region of the region is low concentration-high concentration-low concentration from the source side to the drain side or from the drain side to the source side. That is, the concentration of the activation impurity in the region in the channel region that is in contact with the extension region is low. For this reason, since the resistance of the extension region becomes low, it is possible to prevent the driving force of the MOS transistor from being lowered.
本発明に係る第1の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面部に第1導電型の不純物イオンをイオン注入して、チャネル領域となる第1導電型の半導体層を形成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、半導体層にゲート電極をマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、半導体層の上部領域に第2導電型の第1の不純物層を形成する工程と、半導体層にゲート電極をマスクとしてインジウムイオンをイオン注入して、半導体層の下部領域に第1導電型の不純物層を形成する工程と、半導体基板に対して約950℃〜約1050℃の温度で短時間の熱処理を施す工程と、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、第2導電型の第1の不純物層及び第1導電型の不純物層に、ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、第2導電型の第1の不純物層及び第1導電型の不純物層におけるゲート電極の両側方の領域に第2導電型の第2の不純物層からなるソース領域及びドレイン領域を形成し、第2導電型の第1の不純物層におけるソース領域又はドレイン領域の各上部領域の内側に第2導電型のエクステンション領域を形成すると共に、第1導電型の不純物層におけるソース領域又はドレイン領域の各下部領域の内側に第1導電型のポケット領域を形成する工程とを備えている。 A first semiconductor device manufacturing method according to the present invention includes a step of ion-implanting first conductivity type impurity ions into a surface portion of a semiconductor substrate to form a first conductivity type semiconductor layer serving as a channel region; Forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film; and implanting second conductivity type impurity ions into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form a second conductivity type in an upper region of the semiconductor layer Forming a first impurity layer, implanting indium ions into the semiconductor layer using a gate electrode as a mask to form a first conductivity type impurity layer in a lower region of the semiconductor layer, and forming a semiconductor substrate on the semiconductor substrate On the other hand, a step of performing a short-time heat treatment at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C., a step of forming a sidewall on the side surface of the gate electrode, a first conductivity type first impurity layer, and a first conductivity type impurities In addition, second conductivity type impurity ions are ion-implanted using the gate electrode and the sidewall as a mask, and the second conductivity type first impurity layer and the first conductivity type impurity layer are formed in regions on both sides of the gate electrode. A source region and a drain region composed of a second impurity layer of the second conductivity type are formed, and an extension of the second conductivity type is formed inside each upper region of the source region or the drain region in the first impurity layer of the second conductivity type. Forming a region, and forming a pocket region of the first conductivity type inside each lower region of the source region or drain region in the impurity layer of the first conductivity type.
第1の半導体装置の製造方法によると、ホウ素イオンに比べて原子質量が大きいインジウムイオンをイオン注入して、ポケット領域となる第1導電型の不純物層を形成するため、ポケット領域における不純物の濃度分布のピーク位置を浅くすることができると共にポケット領域が拡がる範囲を抑制することができる。また、インジウムイオンの拡散係数はホウ素イオンの拡散係数に比べて小さいため、熱拡散によるポケット領域の拡がりを抑制することができる。 According to the first method for manufacturing a semiconductor device, indium ions having an atomic mass larger than that of boron ions are ion-implanted to form a first conductivity type impurity layer serving as a pocket region. The peak position of the distribution can be made shallow, and the range in which the pocket region expands can be suppressed. In addition, since the diffusion coefficient of indium ions is smaller than the diffusion coefficient of boron ions, expansion of the pocket region due to thermal diffusion can be suppressed.
ところで、インジウムイオンは、ホウ素イオンと同様、イオン注入時に発生する点欠陥に起因する増速拡散が発生する恐れがある。ところが、第1の半導体装置の製造方法においては、インジウムイオンをイオン注入してポケット領域となる第1導電型の不純物層を形成した後に、約950℃〜約1050℃の温度で短時間の熱処理を施すため、点欠陥に起因する増速拡散の発生を抑制することができる。 By the way, indium ions, like boron ions, may cause accelerated diffusion due to point defects generated during ion implantation. However, in the first method of manufacturing a semiconductor device, after indium ions are ion-implanted to form a first conductivity type impurity layer that becomes a pocket region, a short-time heat treatment is performed at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C. Therefore, the occurrence of accelerated diffusion due to point defects can be suppressed.
従って、第1の半導体装置の製造方法によると、ゲート絶縁膜との間に間隔をおくポケット領域を有する第1の半導体装置を確実に製造することができる。 Therefore, according to the first method for manufacturing a semiconductor device, the first semiconductor device having a pocket region spaced from the gate insulating film can be reliably manufactured.
第1の半導体装置の製造方法において、第1導電型の不純物層を形成する工程におけるインジウムイオンのドーズ量は5×1013cm-2以下であることが好ましい。 In the first method for fabricating a semiconductor device, the dose of indium ions in the step of forming the first conductivity type impurity layer is preferably 5 × 10 13 cm −2 or less.
このようにすると、ポケット領域となる第1導電型の不純物層において、シリコン結晶が非晶質化せず、転移ループ等のEOR点欠陥が発生しないので、接合リーク電流の発生を防止できる。 In this way, in the first conductivity type impurity layer serving as the pocket region, the silicon crystal does not become amorphous, and EOR point defects such as a transition loop do not occur, so that the occurrence of junction leakage current can be prevented.
本発明に係る第2の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面部に第1導電型の不純物イオンをイオン注入して、チャネル領域となる第1導電型の半導体層を形成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、半導体層にゲート電極をマスクとしてIV族に属する原子のイオンをイオン注入して、半導体層の上部領域に第1導電型の非晶質層を形成する工程と、非晶質層にゲート電極をマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、非晶質層に第2導電型の第1の不純物層を形成する工程と、半導体層にゲート電極をマスクとしてインジウムイオンをイオン注入して、半導体層の下部領域に第1導電型の不純物層を形成する工程と、半導体基板に対して約950℃〜約1050℃の温度で短時間の熱処理を施す工程と、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、第2導電型の第1の不純物層及び第1導電型の不純物層に、ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、第2導電型の第1の不純物層及び第1導電型の不純物層におけるゲート電極の両側方の領域に第2導電型の第2の不純物層からなるソース領域及びドレイン領域を形成し、第2導電型の第1の不純物層におけるソース領域又はドレイン領域の各上部領域の内側に第2導電型のエクステンション領域を形成すると共に、第1導電型の不純物層におけるソース領域又はドレイン領域の各下部領域の内側に第1導電型のポケット領域を形成する工程とを備えている。 The second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of ion-implanting first conductivity type impurity ions into a surface portion of a semiconductor substrate to form a first conductivity type semiconductor layer serving as a channel region; Forming a gate electrode on a semiconductor substrate through a gate insulating film; and implanting ions of atoms belonging to Group IV into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form a first conductivity type in an upper region of the semiconductor layer Forming an amorphous layer, and implanting a second conductivity type impurity ion into the amorphous layer by using the gate electrode as a mask, and implanting the second conductivity type first impurity layer into the amorphous layer. Forming a first conductivity type impurity layer in a lower region of the semiconductor layer by implanting indium ions into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask, and about 950 ° C. to about 950 ° C. Short at a temperature of 1050 ° C A step of performing a heat treatment in between, a step of forming a sidewall on the side surface of the gate electrode, a first impurity layer of the second conductivity type and an impurity layer of the first conductivity type using the gate electrode and the sidewall as a mask. Two-conductivity type impurity ions are ion-implanted, and the second conductivity-type second impurity layer is implanted into regions on both sides of the gate electrode in the second conductivity-type first impurity layer and the first conductivity-type impurity layer. A source region and a drain region are formed, a second conductivity type extension region is formed inside each upper region of the source region or the drain region in the second conductivity type first impurity layer, and the first conductivity type Forming a pocket region of the first conductivity type inside each lower region of the source region or drain region in the impurity layer.
第2の半導体装置の製造方法によると、第1の半導体装置の製造方法と同様、ホウ素イオンに比べて、原子質量が大きいと共に拡散係数が小さいインジウムイオンをイオン注入して、ポケット領域となる第1導電型の不純物層を形成するため、ポケット領域における不純物の濃度分布のピーク位置を浅くできると共にポケット領域が拡がる範囲を抑制でき、また、熱拡散によるポケット領域の拡がりを抑制することができる。従って、ゲート絶縁膜との間に間隔をおくポケット領域を有する第1の半導体装置を確実に製造することができる。 According to the second semiconductor device manufacturing method, as in the first semiconductor device manufacturing method, indium ions having a large atomic mass and a small diffusion coefficient compared to boron ions are ion-implanted to form a pocket region. Since the impurity layer of one conductivity type is formed, the peak position of the impurity concentration distribution in the pocket region can be shallow, the range in which the pocket region expands can be suppressed, and the expansion of the pocket region due to thermal diffusion can be suppressed. Therefore, the first semiconductor device having the pocket region spaced from the gate insulating film can be reliably manufactured.
特に、第2の半導体装置の製造方法においては、第1導電型の半導体層の上部領域に非晶質層を形成しておいてから、第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、エクステンション領域となる第2導電型の第1の不純物層を形成するため、第2導電型の第1の不純物層においては不純物濃度の分布が急峻になるので、エクステンション領域の低抵抗化を実現でき、これによって、MOSトランジスタの駆動力を向上させることができる。 In particular, in the second method for manufacturing a semiconductor device, an amorphous layer is formed in the upper region of the first conductivity type semiconductor layer, and then the second conductivity type impurity ions are ion-implanted to extend the extension. Since the first impurity layer of the second conductivity type serving as the region is formed, the distribution of the impurity concentration in the first impurity layer of the second conductivity type becomes steep, so that the resistance of the extension region can be reduced, As a result, the driving capability of the MOS transistor can be improved.
第2の半導体装置の製造方法において、第1導電型の不純物層を形成する工程におけるインジウムイオンのドーズ量は5×1013cm-2以下であることが好ましい。 In the second method for fabricating a semiconductor device, the dose of indium ions in the step of forming the first conductivity type impurity layer is preferably 5 × 10 13 cm −2 or less.
このようにすると、ポケット領域となる第1導電型の不純物層において、シリコン結晶が非晶質化せず、転移ループ等のEOR点欠陥が発生しないので、接合リーク電流の発生を防止できる。 In this way, in the first conductivity type impurity layer serving as the pocket region, the silicon crystal does not become amorphous, and EOR point defects such as a transition loop do not occur, so that the occurrence of junction leakage current can be prevented.
本発明に係る第3の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面部にインジウムイオンをイオン注入して、チャネル領域となる第1導電型の半導体層を形成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、半導体層にゲート電極をマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、半導体層の上部領域に第2導電型の第1の不純物層を形成する工程と、半導体基板の上に全面に亘って絶縁膜を約600℃〜約850℃の温度で堆積して、半導体層の上部領域における第2導電型の第1の不純物層の内側に、半導体層よりも不純物濃度が低い第1導電型の低濃度チャネル領域を形成する工程と、絶縁膜に対して異方性エッチングを施して、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、第2導電型の第1の不純物層及び半導体層に、ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、第2導電型の第1の不純物層及び半導体層におけるゲート電極の両側方の領域に第2導電型の第2の不純物層からなるソース領域及びドレイン領域を形成すると共に、第2導電型の第1の不純物層におけるソース領域又はドレイン領域の各上部領域の内側に第2導電型のエクステンション領域を形成する工程とを備えている。 A third method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of ion-implanting indium ions into a surface portion of a semiconductor substrate to form a first conductivity type semiconductor layer serving as a channel region; A step of forming a gate electrode through the gate insulating film; and ion implantation of second conductivity type impurity ions into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form a second conductivity type first impurity in an upper region of the semiconductor layer Forming a layer, and depositing an insulating film over the entire surface of the semiconductor substrate at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. to form a first impurity layer of the second conductivity type in the upper region of the semiconductor layer. Forming a first-conductivity-type low-concentration channel region having an impurity concentration lower than that of the semiconductor layer on the inner side, and performing anisotropic etching on the insulating film to form a sidewall on the side surface of the gate electrode And second The second conductivity type first impurity layer and the semiconductor layer are ion-implanted into the first conductivity type impurity layer and the semiconductor layer by using the gate electrode and the sidewall as a mask, and the gate electrode in the second conductivity type first impurity layer and the semiconductor layer. Forming a source region and a drain region made of a second impurity layer of the second conductivity type in regions on both sides of the first region, and inside each upper region of the source region or the drain region in the first impurity layer of the second conductivity type And a step of forming an extension region of the second conductivity type.
第3の半導体装置の製造方法によると、インジウムイオンをイオン注入してチャネル領域となる第1導電型の半導体層を形成する工程と、第2導電型の不純物イオンをイオン注入してエクステンション領域となる第2導電型の第1の不純物層を形成した後、絶縁膜を約600℃〜約850℃の温度で堆積する際に低温長時間の熱処理を施す工程とを備えている。イオン注入によりエクステンション領域となる第2導電型の第1の不純物層を形成したときに発生した格子間シリコン原子は、低温長時間の熱処理によりゲート絶縁膜の方に移動するが、移動する際に、第1導電型の半導体層におけるゲート絶縁膜の両側部の下側領域に存在するインジウムイオンと結合して、インジウムイオンを不活性化させる。このため、チャネル領域となる第1導電型の半導体層におけるゲート絶縁膜の両側部の下側領域すなわち第1導電型の半導体層における第2導電型の第1の不純物層の内側の領域に、第1導電型の半導体層に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域が形成される。 According to the third method for manufacturing a semiconductor device, indium ions are ion-implanted to form a first conductivity type semiconductor layer to be a channel region, and second conductivity type impurity ions are ion-implanted to form an extension region. Forming a second impurity layer of the second conductivity type, and performing a low-temperature long-time heat treatment when depositing the insulating film at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. Interstitial silicon atoms generated when the first impurity layer of the second conductivity type serving as the extension region is formed by ion implantation move toward the gate insulating film by the low-temperature and long-time heat treatment. The indium ions are deactivated by combining with indium ions existing in the lower regions of both sides of the gate insulating film in the first conductivity type semiconductor layer. For this reason, in the lower region on both sides of the gate insulating film in the first conductivity type semiconductor layer to be the channel region, that is, the region inside the second conductivity type first impurity layer in the first conductivity type semiconductor layer, A low-concentration channel region having a lower concentration of activating impurities than the semiconductor layer of the first conductivity type is formed.
従って、第3の半導体装置の製造方法によると、チャネル領域の両側部の領域に、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域を有する第2の半導体装置を確実に製造することができる。 Therefore, according to the third method for manufacturing a semiconductor device, the second semiconductor device having a low-concentration channel region in which the concentration of the activation impurity is lower than that in the central portion of the channel region is reliably provided in the regions on both sides of the channel region. Can be manufactured.
本発明に係る第4の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面部にインジウムイオンをイオン注入して、チャネル領域となる第1導電型の半導体層を形成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、半導体層にゲート電極をマスクとしてIV族に属する原子のイオンをイオン注入して、半導体層の上部領域に第1導電型の非晶質層を形成する工程と、非晶質層にゲート電極をマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、非晶質に第2導電型の第1の不純物層を形成する工程と、半導体基板の上に全面に亘って絶縁膜を約600℃〜約850℃の温度で堆積して、半導体層の上部領域における第2導電型の第1の不純物層の内側に、半導体層よりも不純物濃度が低い第1導電型の低濃度チャネル領域を形成する工程と、絶縁膜に対して異方性エッチングを施して、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、第2導電型の第1の不純物層及び半導体層に、ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、第2導電型の第1の不純物層及び半導体層におけるゲート電極の両側方の領域に第2導電型の第2の不純物層からなるソース領域及びドレイン領域を形成すると共に、第2導電型の第1の不純物層におけるソース領域又はドレイン領域の各上部領域の内側に第2導電型のエクステンション領域を形成する工程とを備えている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: injecting indium ions into a surface portion of a semiconductor substrate to form a first conductivity type semiconductor layer serving as a channel region; Forming a gate electrode through the gate insulating film; and implanting ions of atoms belonging to Group IV into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form an amorphous layer of the first conductivity type in the upper region of the semiconductor layer Forming a second conductive type first impurity layer in an amorphous state by ion-implanting second conductive type impurity ions into the amorphous layer using the gate electrode as a mask, and a semiconductor An insulating film is deposited on the entire surface of the substrate at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. so that the impurity is more inside the first impurity layer of the second conductivity type in the upper region of the semiconductor layer than the semiconductor layer. Low-concentration first conductivity type Forming a channel region, performing anisotropic etching on the insulating film to form sidewalls on side surfaces of the gate electrode, and forming a gate on the first impurity layer and the semiconductor layer of the second conductivity type The second conductivity type impurity ions are ion-implanted using the electrode and the sidewall as a mask, and the second conductivity type second impurity is implanted into regions on both sides of the gate electrode in the second conductivity type first impurity layer and the semiconductor layer. Forming a source region and a drain region made of an impurity layer, and forming an extension region of the second conductivity type inside each upper region of the source region or the drain region in the first impurity layer of the second conductivity type. I have.
第4の半導体装置の製造方法によると、第3の半導体装置の製造方法と同様、インジウムイオンをイオン注入してチャネル領域となる第1導電型の半導体層を形成する工程と、第2導電型の不純物イオンをイオン注入してエクステンション領域となる第2導電型の第1の不純物層を形成した後、絶縁膜を約600℃〜約850℃の温度で堆積する際に低温長時間の熱処理が施される工程とを備えているため、格子間シリコン原子は、ゲート絶縁膜の方に移動する際に、第1導電型の半導体層におけるゲート絶縁膜の両側部の下側領域に存在するインジウムイオンと結合して、インジウムイオンを不活性化させるので、第1導電型の半導体層における第2導電型の第1の不純物層の内側の領域に、第1導電型の半導体層に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域を形成することができる。 According to the fourth semiconductor device manufacturing method, as in the third semiconductor device manufacturing method, indium ions are ion-implanted to form a first conductivity type semiconductor layer serving as a channel region, and the second conductivity type. After the first impurity layer of the second conductivity type that becomes the extension region is formed by ion implantation of the impurity ions, a low-temperature long-time heat treatment is performed when the insulating film is deposited at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. The interstitial silicon atoms move in the direction of the gate insulating film, so that indium present in the lower regions of both sides of the gate insulating film in the semiconductor layer of the first conductivity type. Since the indium ions are deactivated by combining with the ions, the first conductivity type semiconductor layer is more active than the first conductivity type semiconductor layer in the region inside the second conductivity type first impurity layer. Impurities Degrees it is possible to form a low low concentration channel region.
特に、第4の半導体装置の製造方法においては、第2導電型の不純物イオンをイオン注入してエクステンション領域となる第2導電型の第1の不純物層を形成する工程よりも前に、IV族に属する原子のイオンをイオン注入して第1導電型の半導体層の上部領域に非晶質層を形成する工程を備えているため、第1導電型の半導体層の上部領域に発生する格子間シリコン原子が増加するので、格子間シリコン原子との結合によって不活性化するインジウムイオンの数も増加する。このため、第1導電型の半導体層に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域を効率良く形成することができる。 In particular, in the fourth method of manufacturing a semiconductor device, the IV group is formed before the step of forming the second conductivity type first impurity layer to be the extension region by ion implantation of the second conductivity type impurity ions. The step of forming an amorphous layer in the upper region of the first conductivity type semiconductor layer by ion implantation of ions of atoms belonging to As the number of silicon atoms increases, the number of indium ions deactivated by bonding with interstitial silicon atoms also increases. Therefore, it is possible to efficiently form a low-concentration channel region in which the concentration of the activation impurity is lower than that of the first conductivity type semiconductor layer.
本発明に係る第5の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面部にインジウムイオンをイオン注入して、チャネル領域となる第1導電型の半導体層を形成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、半導体層にゲート電極をマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、半導体層の上部領域に第2導電型の第1の不純物層を形成する工程と、半導体基板に対して約600℃〜約850℃の温度で長時間の第1の熱処理を施して、半導体層の上部領域における第2導電型の第1の不純物層の内側に、半導体層よりも不純物濃度が低い第1導電型の低濃度チャネル領域を形成する工程と、半導体層にゲート電極をマスクとしてインジウムイオンをイオン注入して、半導体層の下部領域に第1導電型の不純物層を形成する工程と、半導体基板に対して約950℃〜約1050℃の温度で短時間の第2の熱処理を施す工程と、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、第2導電型の第1の不純物層及び第1導電型の不純物層に、ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、第2導電型の第1の不純物層及び第1導電型の不純物層におけるゲート電極の両側方の領域に第2導電型の第2の不純物層からなるソース領域及びドレイン領域を形成し、第2導電型の第1の不純物層におけるソース領域又はドレイン領域の各上部領域の内側に第2導電型のエクステンション領域を形成すると共に、第1導電型の不純物層におけるソース領域又はドレイン領域の各下部領域の内側に第1導電型のポケット領域を形成する工程とを備えている。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: injecting indium ions into a surface portion of a semiconductor substrate to form a first conductivity type semiconductor layer serving as a channel region; A step of forming a gate electrode through the gate insulating film; and ion implantation of second conductivity type impurity ions into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form a second conductivity type first impurity in an upper region of the semiconductor layer Forming a layer, and subjecting the semiconductor substrate to a first heat treatment for a long time at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. to form a first impurity layer of the second conductivity type in the upper region of the semiconductor layer. A step of forming a low-concentration channel region of a first conductivity type having an impurity concentration lower than that of the semiconductor layer on the inner side, indium ions are ion-implanted into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask, and a first region is formed in the lower region of the semiconductor layer A step of forming a conductive impurity layer, a step of subjecting the semiconductor substrate to a second heat treatment for a short time at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C., and a step of forming a sidewall on the side surface of the gate electrode Then, second conductivity type impurity ions are implanted into the second conductivity type first impurity layer and the first conductivity type impurity layer using the gate electrode and the side wall as a mask, so that the second conductivity type first impurity is implanted. A source region and a drain region made of a second conductivity type second impurity layer are formed in regions on both sides of the gate electrode in the impurity layer and the first conductivity type impurity layer, and the second conductivity type first impurity layer is formed. A second conductive type extension region is formed inside each upper region of the source region or drain region in the first region, and a second conductive type extension region is formed inside each lower region of the source region or drain region of the first conductive type impurity layer. And a step of forming a pocket region of conductivity type.
第5の半導体装置の製造方法によると、インジウムイオンをイオン注入してチャネル領域となる第1導電型の半導体層を形成する工程と、第2導電型の不純物イオンをイオン注入してエクステンション領域となる第2導電型の第1の不純物層を形成した後、約600℃〜約850℃の温度下で行なう低温長時間の熱処理を施す工程とを備えているため、第3の半導体装置の製造方法と同様、格子間シリコン原子は、ゲート絶縁膜の方に移動する際に、第1導電型の半導体層におけるゲート絶縁膜の両側部の下側領域に存在するインジウムイオンと結合して、インジウムイオンを不活性化させるので、第1導電型の半導体層における第2導電型の第1の不純物層の内側の領域に、第1導電型の半導体層に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域を形成することができる。従って、チャネル領域の両側部の領域に、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域を有する半導体装置を確実に製造することができる。 According to the fifth method of manufacturing a semiconductor device, indium ions are ion-implanted to form a first conductivity type semiconductor layer serving as a channel region, and second conductivity type impurity ions are ion-implanted to form an extension region. And a step of performing a low-temperature long-time heat treatment performed at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. after forming the first impurity layer of the second conductivity type. Similar to the method, when the interstitial silicon atoms move toward the gate insulating film, the interstitial silicon atoms combine with indium ions existing in the lower regions on both sides of the gate insulating film in the semiconductor layer of the first conductivity type. Since the ions are inactivated, the concentration of the activation impurity in the region inside the first conductivity type semiconductor layer in the first conductivity type semiconductor layer is lower than that in the first conductivity type semiconductor layer. concentration It can be formed Yaneru region. Therefore, it is possible to reliably manufacture a semiconductor device having low-concentration channel regions in which the concentration of activating impurities is lower in the regions on both sides of the channel region than in the central portion of the channel region.
また、インジウムイオンをイオン注入してポケット領域となる第1導電型の不純物層を形成した後、約950℃〜約1050℃の温度下で行なう高温短時間の熱処理を施す工程を備えているため、第1の半導体装置の製造方法と同様、ポケット領域における不純物の濃度分布のピーク位置を浅くできると共にポケット領域が拡がる範囲を抑制でき、また、熱拡散によるポケット領域の拡がりを抑制することができる。従って、ゲート絶縁膜との間に間隔をおくポケット領域を有する半導体装置を確実に製造することができる。 In addition, since a first conductivity type impurity layer serving as a pocket region is formed by ion implantation of indium ions, a process for performing a high-temperature and short-time heat treatment performed at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C. is provided. As in the first method for manufacturing a semiconductor device, the peak position of the impurity concentration distribution in the pocket region can be made shallow, the range in which the pocket region expands can be suppressed, and the expansion of the pocket region due to thermal diffusion can be suppressed. . Accordingly, a semiconductor device having a pocket region spaced from the gate insulating film can be reliably manufactured.
本発明に係る第6の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面部に第1導電型の不純物イオンをイオン注入して、チャネル領域となる第1導電型の半導体層を形成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、半導体層にゲート電極をマスクとしてIV族に属する原子のイオンをイオン注入して、半導体層の上部領域に第1導電型の非晶質層を形成する工程と、非晶質層にゲート電極をマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、非晶質層に第2導電型の第1の不純物層を形成する工程と、半導体基板の上に全面に亘って絶縁膜を約600℃〜約850℃の温度で堆積して、半導体層の上側領域における第2導電型の第1の不純物層の内側に、半導体層よりも不純物濃度が低い第1導電型の低濃度チャネル領域を形成する工程と、絶縁膜に対して異方性エッチングを施して、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、第2導電型の第1の不純物層及び半導体層に、ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、第2導電型の第1の不純物層及び半導体層の下部領域におけるゲート電極の両側方の領域に第2導電型の第2の不純物層からなるソース領域及びドレイン領域を形成すると共に、第2導電型の第1の不純物層におけるソース領域又はドレイン領域の各上部領域の内側に第2導電型のエクステンション領域をそれぞれ形成する工程と、
サイドウォールを除去した後、半導体層にゲート電極をマスクとしてインジウムイオンをイオン注入して、半導体層の下部領域におけるソース領域又はドレイン領域の各下部領域の内側に第1導電型のポケット領域を形成する工程とを備えている。
A sixth method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of ion-implanting first conductivity type impurity ions into a surface portion of a semiconductor substrate to form a first conductivity type semiconductor layer serving as a channel region; Forming a gate electrode on a semiconductor substrate through a gate insulating film; and implanting ions of atoms belonging to Group IV into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form a first conductivity type in an upper region of the semiconductor layer Forming an amorphous layer, and implanting a second conductivity type impurity ion into the amorphous layer by using the gate electrode as a mask, and implanting the second conductivity type first impurity layer into the amorphous layer. And forming an insulating film over the entire surface of the semiconductor substrate at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C., and inside the first impurity layer of the second conductivity type in the upper region of the semiconductor layer. First conductivity type having a lower impurity concentration than the semiconductor layer A step of forming a low-concentration channel region, a step of anisotropically etching the insulating film to form a sidewall on a side surface of the gate electrode, a first impurity layer of the second conductivity type, and a semiconductor layer; Then, the second conductivity type impurity ions are ion-implanted using the gate electrode and the side wall as a mask, and the second conductivity type is formed in regions on both sides of the gate electrode in the lower region of the second conductivity type first impurity layer and the semiconductor layer. Forming a source region and a drain region composed of a second impurity layer of the type, and extending an extension region of the second conductivity type inside each upper region of the source region or the drain region in the first impurity layer of the second conductivity type. Each forming step;
After removing the sidewalls, indium ions are ion-implanted into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form a pocket region of the first conductivity type inside each lower region of the source region or drain region in the lower region of the semiconductor layer. And a process of performing.
第6の半導体装置の製造方法によると、インジウムイオンをイオン注入してチャネル領域となる第1導電型の半導体層を形成する工程と、IV族に属する原子のイオンをイオン注入して、第1導電型の半導体層の上部領域に非晶質層を形成する工程と、第2導電型の不純物イオンをイオン注入してエクステンション領域となる第2導電型の第1の不純物層を形成した後、約600℃〜約850℃の温度下で行なう低温長時間の熱処理を施す工程とを備えているため、第4の半導体装置の製造方法と同様、第1導電型の半導体層における第2導電型の第1の不純物層の内側の領域に、第1導電型の半導体層に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域を効率良く形成することができる。 According to the sixth method for manufacturing a semiconductor device, a step of forming a first conductivity type semiconductor layer to be a channel region by ion implantation of indium ions, and ion implantation of ions of atoms belonging to Group IV are performed. A step of forming an amorphous layer in the upper region of the conductive type semiconductor layer, and forming a second conductive type first impurity layer to be an extension region by ion implantation of second conductive type impurity ions; And a step of performing a low-temperature long-time heat treatment performed at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C., so that the second conductivity type in the semiconductor layer of the first conductivity type is the same as in the fourth method of manufacturing a semiconductor device. In the region inside the first impurity layer, a low-concentration channel region in which the concentration of the activation impurity is lower than that of the first conductivity type semiconductor layer can be efficiently formed.
また、インジウムイオンをイオン注入してポケット領域となる第1導電型の不純物層を形成した後、約950℃〜約1050℃の温度下で行なう高温短時間の熱処理を施す工程を備えているため、第1の半導体装置の製造方法と同様、ポケット領域における不純物の濃度分布のピーク位置を浅くできると共にポケット領域が拡がる範囲を抑制でき、また、熱拡散によるポケット領域の拡がりを抑制することができる。従って、ゲート絶縁膜との間に間隔をおくポケット領域を有する半導体装置を確実に製造することができる。 In addition, since a first conductivity type impurity layer serving as a pocket region is formed by ion implantation of indium ions, a process for performing a high-temperature and short-time heat treatment performed at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C. is provided. As in the first method for manufacturing a semiconductor device, the peak position of the impurity concentration distribution in the pocket region can be made shallow, the range in which the pocket region expands can be suppressed, and the expansion of the pocket region due to thermal diffusion can be suppressed. . Accordingly, a semiconductor device having a pocket region spaced from the gate insulating film can be reliably manufactured.
また、第1導電型の半導体層の上部領域に非晶質層を形成しておいてから、第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、エクステンション領域となる第2導電型の第1の不純物層を形成する工程を備えているため、第2の半導体装置の製造方法と同様、第2導電型の第1の不純物層における不純物濃度の分布を急峻にできるので、エクステンション領域の低抵抗化を実現できる。 Further, after forming an amorphous layer in the upper region of the first conductivity type semiconductor layer, the second conductivity type impurity ions are ion-implanted to form the second conductivity type first to be the extension region. Since the step of forming the impurity layer is provided, the distribution of the impurity concentration in the first impurity layer of the second conductivity type can be made steep as in the second method for manufacturing the semiconductor device, so that the resistance of the extension region can be reduced. Can be realized.
本発明に係る第7の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面部にインジウムイオンをイオン注入して、チャネル領域となる第1導電型の半導体層を形成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、半導体層にゲート電極をマスクとしてIV族に属する原子のイオンをイオン注入して、半導体層の上部領域にIV族原子イオン注入層を形成する工程と、半導体基板に対して約600℃〜約850℃の温度で長時間の第1の熱処理を施して、IV族原子イオン注入層及び半導体層の上部領域に、半導体層に比べて活性化不純物の濃度が低い第1導電型の低濃度不純物層を形成する工程と、半導体層にゲート電極をマスクとしてインジウムイオンをイオン注入して、半導体層の下部領域に第1導電型の不純物層を形成する工程と、半導体層にゲート電極をマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、半導体層の上部領域に第2導電型の第1の不純物層を形成すると共に、第2導電型の第1の不純物層の内側に第1導電型の低濃度不純物層からなる低濃度チャネル領域を形成する工程と、半導体基板に対して約950℃〜約1050℃の温度で短時間の第2の熱処理を施す工程と、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、第2導電型の第1の不純物層及び第1導電型の不純物層に、ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、第2導電型の第1の不純物層及び第1導電型の不純物層におけるゲート電極の両側方の領域に第2導電型の第2の不純物層からなるソース領域及びドレイン領域を形成し、第2導電型の第1の不純物層におけるソース領域又はドレイン領域の各上部領域の内側に第2導電型のエクステンション領域を形成すると共に、第1導電型の不純物層におけるソース領域又はドレイン領域の各下部領域の内側に第1導電型のポケット領域を形成する工程とを備えている。 A seventh method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of injecting indium ions into a surface portion of a semiconductor substrate to form a first conductivity type semiconductor layer serving as a channel region; A step of forming a gate electrode through the gate insulating film, and ions of atoms belonging to group IV are ion-implanted into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form a group IV atom ion-implanted layer in the upper region of the semiconductor layer A first heat treatment is performed on the semiconductor substrate at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. to activate the group IV atom ion implantation layer and the upper region of the semiconductor layer as compared with the semiconductor layer A step of forming a low-concentration impurity layer of a first conductivity type having a low impurity concentration, and injecting indium ions into the semiconductor layer using a gate electrode as a mask, and an impurity layer of the first conductivity type in a lower region of the semiconductor layer Forming a second conductivity type impurity ion in the upper region of the semiconductor layer by implanting ions of the second conductivity type into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask. Forming a low-concentration channel region comprising a first-conductivity-type low-concentration impurity layer inside the first impurity layer of the type, and a short time at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C. And a step of forming a sidewall on the side surface of the gate electrode, and a second conductivity type first impurity layer and a first conductivity type impurity layer using the gate electrode and the sidewall as a mask. Two-conductivity type impurity ions are ion-implanted, and the second conductivity-type second impurity layer is implanted into regions on both sides of the gate electrode in the second conductivity-type first impurity layer and the first conductivity-type impurity layer. Source region and An in region is formed, a second conductivity type extension region is formed inside each upper region of the source region or drain region in the second conductivity type first impurity layer, and the source in the first conductivity type impurity layer is formed Forming a pocket region of the first conductivity type inside each lower region of the region or drain region.
第7の半導体装置の製造方法によると、インジウムイオンをイオン注入してチャネル領域となる第1導電型の半導体層を形成する工程と、IV族に属する原子のイオンをイオン注入してIV族原子イオン注入層を形成する工程と、半導体基板に対して約600℃〜約850℃の温度で長時間の第1の熱処理を施す工程とを備えているため、第1導電型の半導体層における第2導電型の第1の不純物層の内側の領域に、第1導電型の半導体層に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域を効率良く形成することができる。 According to the seventh method for fabricating a semiconductor device, a step of forming a first conductivity type semiconductor layer to be a channel region by ion implantation of indium ions, and ion implantation of ions of atoms belonging to group IV to form group IV atoms The method includes a step of forming an ion implantation layer and a step of performing a first heat treatment for a long time at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. on the semiconductor substrate. A low-concentration channel region in which the concentration of the activation impurity is lower than that of the first conductivity type semiconductor layer can be efficiently formed in the inner region of the two conductivity type first impurity layer.
また、インジウムイオンをイオン注入してポケット領域となる第1導電型の不純物層を形成した後、約950℃〜約1050℃の温度下で行なう高温短時間の熱処理を施す工程を備えているため、ポケット領域における不純物の濃度分布のピーク位置を浅くできると共にポケット領域が拡がる範囲を抑制でき、また、熱拡散によるポケット領域の拡がりを抑制することができる。従って、ゲート絶縁膜との間に間隔をおくポケット領域を有する半導体装置を確実に製造することができる。 In addition, since a first conductivity type impurity layer serving as a pocket region is formed by ion implantation of indium ions, a process for performing a high-temperature and short-time heat treatment performed at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C. is provided. In addition, the peak position of the impurity concentration distribution in the pocket region can be made shallow, the range in which the pocket region expands can be suppressed, and the expansion of the pocket region due to thermal diffusion can be suppressed. Accordingly, a semiconductor device having a pocket region spaced from the gate insulating film can be reliably manufactured.
また、インジウムイオンをイオン注入してポケット領域となる第1導電型の不純物層を形成した後に、第2導電型の不純物イオンをイオン注入してエクステンション領域となる第2導電型の第1の不純物層を形成するため、第2導電型の第1の不純物層における第2導電型の不純物イオンのチャネリング現象が抑制される。このため、第2導電型の第1の不純物層からなるエクステンション領域における不純物の濃度分布が急峻になるので、エクステンション領域の寄生抵抗値が減少すると共に短チャネル効果を抑制することができる。 Also, after indium ions are ion-implanted to form a first conductivity type impurity layer to be a pocket region, second conductivity type impurity ions are ion-implanted to form a second conductivity type first impurity to be an extension region. Since the layer is formed, the channeling phenomenon of the second conductivity type impurity ions in the second conductivity type first impurity layer is suppressed. For this reason, since the impurity concentration distribution in the extension region composed of the first impurity layer of the second conductivity type becomes steep, the parasitic resistance value of the extension region is reduced and the short channel effect can be suppressed.
第1の半導体装置によると、ゲート絶縁膜との間に間隔をおくように形成されたポケット領域を備えているため、短チャネル効果を抑制しながら、MOSトランジスタの駆動力の低下を防止することが可能になる。 According to the first semiconductor device, since the pocket region formed so as to be spaced from the gate insulating film is provided, it is possible to prevent a reduction in the driving power of the MOS transistor while suppressing the short channel effect. Is possible.
第2の半導体装置によると、チャネル領域の両側部の領域に、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域が設けられているため、エクステンション領域の抵抗が低くなるので、MOSトランジスタの駆動力の低下を防止することができる。 According to the second semiconductor device, the low concentration channel region in which the concentration of the activation impurity is lower than that in the central portion of the channel region is provided in the regions on both sides of the channel region, so that the resistance of the extension region is reduced. Therefore, it is possible to prevent a reduction in driving power of the MOS transistor.
第1又は第2の半導体装置の製造方法によると、インジウムイオンをイオン注入してポケット領域となる第1導電型の不純物層を形成するため、ゲート絶縁膜との間に間隔をおくポケット領域を有する第1の半導体装置を確実に製造することができる。 According to the first or second method for manufacturing a semiconductor device, indium ions are ion-implanted to form a first conductivity type impurity layer that becomes a pocket region. Therefore, a pocket region spaced from the gate insulating film is formed. The first semiconductor device can be reliably manufactured.
特に、第2の半導体装置の製造方法によると、第1導電型の半導体層の上部領域に非晶質層を形成しておいてから、第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、エクステンション領域となる第2導電型の第1の不純物層を形成するため、エクステンション領域の低抵抗化を実現できるので、MOSトランジスタの駆動力を向上させることができる。 In particular, according to the method for manufacturing the second semiconductor device, after an amorphous layer is formed in the upper region of the first conductivity type semiconductor layer, the second conductivity type impurity ions are ion-implanted, and the extension is performed. Since the first impurity layer of the second conductivity type that forms the region is formed, the resistance of the extension region can be reduced, so that the driving capability of the MOS transistor can be improved.
第3又は第4の半導体装置の製造方法によると、インジウムイオンをイオン注入してチャネル領域となる第1導電型の半導体層を形成する工程と、第2導電型の不純物イオンをイオン注入してエクステンション領域となる第2導電型の第1の不純物層を形成した後、約600℃〜約850℃の温度の低温長時間の熱処理を施す工程とを備えているため、チャネル領域の両側部の領域に、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域を有する第2の半導体装置を確実に製造することができる。 According to the third or fourth method of manufacturing a semiconductor device, indium ions are ion-implanted to form a first conductivity type semiconductor layer to be a channel region, and second conductivity type impurity ions are ion-implanted. And forming a second conductivity type first impurity layer serving as an extension region, followed by a low-temperature long-time heat treatment at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. A second semiconductor device having a low-concentration channel region in which the concentration of the activation impurity is lower than that in the central portion of the channel region can be reliably manufactured.
特に、第4の半導体装置の製造方法によると、エクステンション領域となる第2導電型の第1の不純物層を形成する工程よりも前に、IV族に属する原子のイオンをイオン注入して非晶質層を形成する工程を備えているため、格子間シリコン原子との結合によって不活性化するインジウムイオンの数が増加するので、第1導電型の半導体層に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域を効率良く形成することができる。 In particular, according to the fourth method for fabricating a semiconductor device, before the step of forming the second impurity layer of the second conductivity type that becomes the extension region, ions of atoms belonging to Group IV are ion-implanted. Since the step of forming a porous layer is provided, the number of indium ions to be deactivated by bonding with interstitial silicon atoms increases, so that the concentration of activated impurities is lower than that of the first conductivity type semiconductor layer. A low concentration channel region can be formed efficiently.
第5、第6又は第7の半導体装置の製造方法によると、チャネル領域の両側部の領域に、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域を有すると共にゲート絶縁膜との間に間隔をおくポケット領域を有する半導体装置を確実に製造することができる。 According to the fifth, sixth, or seventh method of manufacturing a semiconductor device, the gate insulating layer has a low concentration channel region having a lower concentration of the activated impurity than the central portion of the channel region in the regions on both sides of the channel region. A semiconductor device having a pocket region spaced from the film can be reliably manufactured.
特に、第6の半導体装置の製造方法によると、第2導電型の第1の不純物層における不純物濃度の分布を急峻にできるので、エクステンション領域の低抵抗化を実現できる。 In particular, according to the sixth method for manufacturing a semiconductor device, the distribution of the impurity concentration in the first impurity layer of the second conductivity type can be made steep, so that the resistance of the extension region can be reduced.
特に、第7の半導体装置の製造方法によると、エクステンション領域の寄生抵抗値が減少すると共に短チャネル効果を抑制することができる。 In particular, according to the seventh semiconductor device manufacturing method, the parasitic resistance value of the extension region can be reduced and the short channel effect can be suppressed.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について、図1を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図1に示すように、p型のシリコン基板からなる半導体基板100には、p型の不純物例えばホウ素イオンがドーピングされてなるp- 型のウエル領域101が形成されている。また、半導体基板100の上には、例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜103を介して、ポリシリコン膜からなるゲート電極104が形成されており、該ゲート電極104の側面には例えばシリコン酸化膜からなるサイドウォール107が形成されている。
As shown in FIG. 1, a p −
半導体基板100の表面部におけるゲート電極104の直下の領域には、p型の不純物例えばホウ素イオンがドーピングされてなるp型のチャネル領域102が形成されていると共に、半導体基板100の表面部におけるゲート電極104の両側方の領域には、n型の不純物例えばヒ素イオンがドーピングされたn+ 型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域108が形成されている。
A p-
チャネル領域102と、ソース又はドレインの領域108の各上部領域との間には、ソース又はドレインの領域108と接するようにn+ 型のエクステンション領域105がそれぞれ形成されている。
An n + -
チャネル領域102と、ソース又はドレインの領域108の各下部領域との間には、ソース又はドレインの領域108と接するように、パンチスルー抑制用のp+ 型のポケット領域106が形成されている。
A p + -
第1の実施形態の特徴として、ポケット領域106は、インジウムイオンがドーピングされることにより形成されていると共に、ゲート絶縁膜103との間に間隔をおくように形成されている。
As a feature of the first embodiment, the
第1の実施形態によると、n+ 型のエクステンション領域105から延びる空乏層は、該エクステンション領域105の下端部から発生してくるが、エクステンション領域105の下側にp+ 型のポケット領域106が形成されているため、n+ 型のエクステンション領域105から延びる空乏層が抑えられるので、短チャネル効果を抑制することができる。
According to the first embodiment, the depletion layer extending from the n + -
また、p+ 型のポケット領域106は、ソース又はドレインとなる領域108の各下部領域と接し且つゲート絶縁膜103との間に間隔をおくように形成されているため、つまりエクステンション領域105の内側には形成されていないため、短チャネル効果を抑制するべくポケット領域106の不純物濃度を高くしても、エクステンション領域105の不純物濃度が低下しない。このため、エクステンション領域105の抵抗が高くならないので、MOSトランジスタの駆動力の低下を抑制することができる。
Further, the p +
また、p+ 型のポケット領域106は、n+ 型のエクステンション領域105の下側に形成されているため、つまりチャネル領域102の上部領域と接していないため、ポケット領域106の不純物濃度を高くしても、チャネル領域102におけるエクステンション領域105の近傍部の不純物濃度が高くならない。このため、キャリアの不純物散乱に起因してキャリアの移動度が低くなる事態を阻止できるので、MOSトランジスタの駆動力の低下を防止することができると共に逆短チャネル効果の発生を防止することができる。
Since the p +
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置について、図2を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
A semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図2に示すように、p型のシリコン基板からなる半導体基板200には、p型の不純物例えばホウ素イオンがドーピングされてなるp- 型のウエル領域201が形成されている。また、半導体基板200の上には、例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜203を介して、ポリシリコン膜からなるゲート電極204が形成されており、該ゲート電極204の側面には例えばシリコン酸化膜からなるサイドウォール207が形成されている。
As shown in FIG. 2, a p −
半導体基板200の表面部におけるゲート電極204の直下の領域には、p型の不純物であるインジウムイオンがドーピングされてなるp型のチャネル領域202が形成されていると共に、半導体基板200の表面部におけるゲート電極204の両側方の領域には、n型の不純物例えばヒ素イオンがドーピングされたn+ 型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域208が形成されている。
A p-
チャネル領域202と、ソース又はドレインの領域208の各上部領域との間には、ソース又はドレインの領域208と接するようにn+ 型のエクステンション領域205がそれぞれ形成されている。
An n + -
第2の実施形態の特徴として、p型のチャネル領域202における両側部の上部領域には、エクステンション領域205と接していると共にチャネル領域202の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャネル領域206がそれぞれ形成されている。
As a feature of the second embodiment, p-type in the upper region on both sides in the
従って、第2の実施形態によると、チャネル領域202の上部領域における活性化不純物の濃度は、ソース側からドレイン側に架けて又はドレイン側からソース側に架けて、低濃度−高濃度−低濃度になっている。このように、チャネル領域202におけるn+ 型のエクステンション領域205と接する領域における活性化不純物の濃度が低いため、エクステンション領域205の抵抗が低くなるので、MOSトランジスタの駆動力の低下を防止することができる。
Therefore, according to the second embodiment, the concentration of the activated impurity in the upper region of the
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置について、図3を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
A semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図3に示すように、p型のシリコン基板からなる半導体基板300には、p型の不純物例えばホウ素イオンがドーピングされてなるp- 型のウエル領域301が形成されている。また、半導体基板300の上には、例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜303を介して、ポリシリコン膜からなるゲート電極304が形成されており、該ゲート電極304の側面には例えばシリコン酸化膜からなるサイドウォール308が形成されている。
As shown in FIG. 3, a p −
半導体基板300の表面部におけるゲート電極304の直下の領域には、p型の不純物であるインジウムイオンがドーピングされてなるp型のチャネル領域302が形成されていると共に、半導体基板300の表面部におけるゲート電極304の両側方の領域には、n型の不純物例えばヒ素イオンがドーピングされたn+ 型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域309が形成されている。
A p-
チャネル領域302と、ソース又はドレインの領域309の各上部領域との間には、ソース又はドレインの領域309と接するようにn+ 型のエクステンション領域305がそれぞれ形成されている。
An n + -
第3の実施形態の特徴として、p型のチャネル領域302における両側部の領域には、エクステンション領域305と接していると共にチャネル領域302の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャネル領域306がそれぞれ形成されている。
Third As a feature of the embodiment of, in the region of both side portions of the p-
チャネル領域302と、ソース又はドレインの領域309の各下部領域との間には、ソース又はドレインの領域309と接するように、パンチスルー抑制用のp+ 型のポケット領域307が形成されている。
A p + -
第3の実施形態の特徴として、ポケット領域307は、インジウムイオンがドーピングされることにより形成されていると共に、ゲート絶縁膜303との間に間隔をおくように形成されている。
As a feature of the third embodiment, the
第3の実施形態によると、第1の実施形態と同様、エクステンション領域305の下側にp+ 型のポケット領域307が形成されているため、該p+ 型のポケット領域307により、n+ 型のエクステンション領域305から延びる空乏層が抑えられるので、短チャネル効果を抑制することができる。
According to the third embodiment, since the p +
また、p+ 型のポケット領域307は、ソース又はドレインとなる領域309の各下部領域と接し且つゲート絶縁膜303との間に間隔をおくように形成されているため、つまりエクステンション領域305の内側には形成されていないため、短チャネル効果を抑制するべくポケット領域307の不純物濃度を高くしても、エクステンション領域305の不純物濃度が低下しない。このため、エクステンション領域305の抵抗が高くならないので、MOSトランジスタの駆動力の低下を抑制することができる。
The p + -
また、p+ 型のポケット領域307は、n+ 型のエクステンション領域305の下側に形成されているため、つまりチャネル領域302の上部領域と接していないため、ポケット領域307の不純物濃度を高くしても、チャネル領域302におけるエクステンション領域305の近傍部の不純物濃度が高くならない。このため、キャリアの不純物散乱に起因してキャリアの移動度が低く事態を防止できるので、MOSトランジスタの駆動力の低下及び逆短チャネル効果の発生を防止できる。
Since the p +
また、第3の実施形態によると、第2の実施形態と同様、p型のチャネル領域302における両側部の上部領域には、チャネル領域302の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャネル領域306が形成されているため、チャネル領域302の上部領域における不純物濃度は、ソース側からドレイン側に架けて及びドレイン側からソース型に架けて、低濃度−高濃度−低濃度になっている。このように、チャネル領域302におけるn+ 型のエクステンション領域305と接する領域の活性化不純物の濃度が低いため、エクステンション領域305の抵抗を低くできるので、MOSトランジスタの駆動力の低下を防止することができる。
Further, according to the third embodiment, as in the second embodiment, the p-
(第4の実施形態)
以下、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図4(a)〜(c)及び図5(a)〜(c)を参照しながら説明する。尚、第4の実施形態は、第1の実施形態に係る半導体装置の第1の製造方法である。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a method for fabricating a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (c) and FIGS. 5 (a) to 5 (c). The fourth embodiment is a first method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment.
まず、図4(a)に示すように、p型のシリコン基板からなる半導体基板100にp型の不純物例えばホウ素イオンを300keV〜2000keVの注入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することによりp- 型のウエル領域101を形成した後、半導体基板100の表面部にp型の不純物例えばホウ素イオンを20keV〜60keV及び4×1012cm-2〜1×1013cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、ウエル領域101の上にp型の不純物層102Aを形成する。尚、半導体基板100の表面部にp型の不純物としてホウ素イオンに代えてインジウムイオンをイオン注入することにより、p型の不純物層102Aを形成してもよい。
First, as shown in FIG. 4A, a p-type impurity such as boron ion is implanted into a
次に、図4(b)に示すように、半導体基板100の表面を酸化して、2nm〜5nmの厚さを有する第1のシリコン酸化膜103Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, the surface of the
次に、第1のシリコン酸化膜103Aの上に全面に亘って200nm〜300nmの厚さを有するポリシリコン膜を堆積した後、該ポリシリコン膜及び第1のシリコン酸化膜103Aをパターニングすることにより、図4(c)に示すように、ゲート絶縁膜103及びゲート電極104を形成する。
Next, after depositing a polysilicon film having a thickness of 200 nm to 300 nm over the entire surface of the first
次に、図5(a)に示すように、p型の不純物層102Aにゲート電極104をマスクとして、n型の不純物例えばヒ素イオンを5keV〜10keVの注入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、p型の不純物層102Aの上部領域にn+ 型の不純物層105Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, n-type impurities such as arsenic ions, for example, with an implantation energy of 5 keV to 10 keV and 5 × 10 14 cm −2 to the p-
次に、p型の不純物層102Aにゲート電極104をマスクとして、インジウムイオンを50〜150keVの注入エネルギー及び1×1013cm-2〜5×1013cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、p型の不純物層102Aの下部領域にp+ 型の不純物層106Aを形成する。その後、半導体基板100に対して、不活性ガス雰囲気中において例えば1000℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第1の熱処理を施す。
Next, indium ions are implanted into the p-
次に、半導体基板100の上に全面に亘って第2のシリコン酸化膜を堆積した後、該第2のシリコン酸化膜に対して異方性エッチングを行なうことにより、図5(b)に示すように、ゲート電極104の側面にサイドウォール107を形成する。
Next, after depositing a second silicon oxide film over the entire surface of the
次に、n+ 型の不純物層105A及びp+ 型の不純物層106Aにn型の不純物例えばヒ素イオンをイオン注入した後、熱処理を施してヒ素イオンを活性化させ、その後、結晶点欠陥を回復させるために、1000℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第2の熱処理を施す。
Next, after implanting n-type impurities such as arsenic ions into the n + -
このようにすると、図5(c)に示すように、n+ 型の不純物層105A及びp+ 型の不純物層106Aにおけるゲート電極104の両側方の領域に、n+ 型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域108が形成され、n+ 型の不純物層105Aにおけるソース又はドレインの領域108の各上部領域の内側に、n+ 型の不純物層105Aからなるエクステンション領域105が形成されると共に、p+ 型の不純物層106Aにおけるソース又はドレインの領域108の各下部領域の内側に、p+ 型の不純物層106Aからなるポケット領域106が形成される。
As a result, as shown in FIG. 5C, the n + -type impurity active layers are formed in the regions on both sides of the
第4の実施形態によると、ホウ素イオンに比べて原子質量が大きいインジウムイオンをイオン注入して、p+ 型のポケット領域106となるp+ 型の不純物層106Aを形成するため、ポケット領域106における不純物の濃度分布のピーク位置を浅くすることができると共に、ポケット領域106が拡がる範囲を抑制することができる。また、熱平衡時においては、インジウムイオンの拡散係数はホウ素イオンの拡散係数の約半分であるため、ホウ素イオンを注入する場合に比べてから、熱拡散による不純物イオンの拡がりを抑制することができる。
According to the fourth embodiment, indium ions having an atomic mass larger than that of boron ions are ion-implanted to form the p + -
ところで、熱平衡時におけるインジウムイオンの拡散係数はホウ素イオンの拡散係数よりも小さいが、イオン注入時に発生する点欠陥に起因する増速拡散という点では、インジウムイオンはホウ素イオンと同程度に大きい。 By the way, although the diffusion coefficient of indium ions at the time of thermal equilibrium is smaller than that of boron ions, indium ions are as large as boron ions in terms of accelerated diffusion caused by point defects generated during ion implantation.
そこで、第4の実施形態においては、インジウムイオンをイオン注入してp+ 型の不純物層106Aを形成した直後に高温短時間の第1の熱処理を施して、点欠陥に起因する増速拡散の発生を抑制している。このため、p+ 型の不純物層106Aからなるポケット領域106の拡がりを抑制することができる。
Therefore, in the fourth embodiment, immediately after the indium ions are ion-implanted to form the p + -
従って、第4の実施形態によると、ポケット領域106を、ソース又はドレインの領域108の各下部領域と接し且つゲート絶縁膜103との間に間隔をおくように形成することができるので、第1の実施形態に係る半導体装置を確実に製造することができる。
Therefore, according to the fourth embodiment, the
尚、第4の実施形態においては、高温短時間の第1の熱処理を1000℃の温度下で10秒間行なったが、これに限られず、約950℃〜約1050℃の温度範囲で且つ約0.1秒間〜約30秒の時間範囲であれば、ポケット領域106の拡がりを抑制する効果が得られる。第1の高温短時間の熱処理の温度が約950℃よりも低いときには、点欠陥が発生するため、インジウムイオンの増速拡散が起きてくると共に、第1の高温短時間の熱処理の温度が約1050℃よりも高いときには、点欠陥に起因する増速拡散は起きないがインジウムイオン自体の拡散が発生してしまう。従って、高温短時間の第1の熱処理は950℃〜約1050℃の温度範囲が好ましい。
In the fourth embodiment, the first heat treatment for a short time at a high temperature is performed at a temperature of 1000 ° C. for 10 seconds. However, the present invention is not limited to this, and a temperature range of about 950 ° C. to about 1050 ° C. and about 0 In the time range of 1 second to about 30 seconds, the effect of suppressing the expansion of the
ところで、ポケット領域106となるp+ 型の不純物層106Aを形成するためのイオン注入工程において、インジウムイオンを5×1013cm-2よりも大きいドーズ量でイオン注入すると、シリコン結晶が非晶質化するので、イオン注入後に熱処理を施したときに、図6(a)に示すように、p+ 型の不純物層106Aに、転移ループ等のEOR(End of Range)点欠陥109が発生してしまう。EOR点欠陥109は、イオン注入後の熱処理の温度又は時間に殆ど依存することなく発生すると共に、一旦発生すると、その後に熱処理を施しても完全に消滅させるのは難しい。このため、図6(b)に示すように、最終的なMOSトランジスタを得た後においてもEOR点欠陥109は消滅することなく残存する。
By the way, in the ion implantation process for forming the p + -
ところで、MOSトランジスタを動作させるべくエクステンション領域105にバイアス電圧を印可したときに、空乏層はエクステンション領域105からポケット領域106に向かって拡がるが、EOR点欠陥109がポケット領域106に存在すると、空乏層がEOR点欠陥109に到達し、これにより、接合リーク電流が発生する。このようなMOSトランジスタを有するVLSIチップが移動体通信機器に組み込まれると、接合リーク電流によって待機時の消費電力が増加するので好ましくない。
By the way, when a bias voltage is applied to the
ところが、第4の実施形態においては、ポケット領域106となるp+ 型の不純物層106Aを形成するためのイオン注入工程において、インジウムイオンを5×1013cm-2以下のドーズ量でイオン注入するため、p+ 型の不純物層106Aにおいてシリコン結晶が非晶質化せず、p+ 型の不純物層106AにEOR点欠陥109が発生しないので、接合リーク電流が発生し難い。
However, in the fourth embodiment, in the ion implantation process for forming the p + -
(第5の実施形態)
以下、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図7(a)〜(c)及び図8(a)〜(c)を参照しながら説明する。尚、第5の実施形態は、第1の実施形態に係る半導体装置の第2の製造方法である。
(Fifth embodiment)
A semiconductor device manufacturing method according to the fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 7 (a) to (c) and FIGS. 8 (a) to (c). The fifth embodiment is a second manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment.
まず、図6(a)に示すように、p型のシリコン基板からなる半導体基板100にp型の不純物例えばホウ素イオンを300keV〜2000keVの注入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することによりp- 型のウエル領域101を形成した後、半導体基板100の表面部にp型の不純物例えばホウ素イオンを20keV〜60keV及び4×1012cm-2〜1×1013cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、ウエル領域101の上にp型の不純物層102Aを形成する。
First, as shown in FIG. 6A, a p-type impurity such as boron ion is implanted into a
次に、図7(b)に示すように、半導体基板100の表面を酸化して、2nm〜5nmの厚さを有する第1のシリコン酸化膜103Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, the surface of the
次に、第1のシリコン酸化膜103Aの上に全面に亘って200nm〜300nmの厚さを有するポリシリコン膜を堆積した後、該ポリシリコン膜及び第1のシリコン酸化膜103Aをパターニングすることにより、図7(c)に示すように、ゲート絶縁膜103及びゲート電極104を形成する。
Next, after depositing a polysilicon film having a thickness of 200 nm to 300 nm over the entire surface of the first
次に、p型の不純物層102Aにゲート電極104をマスクとして、IV族に属する原子のイオン例えばゲルマニウムイオンを、5keV〜10keVの注入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2でイオン注入して、p型の不純物層102Aの上部領域にp型の非晶質層110を形成する。
Next, using the
次に、図8(a)に示すように、p型の非晶質層110にゲート電極104をマスクとしてn型の不純物例えばヒ素イオンを5keV〜10keVの注入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、非晶質層110にn+ 型の不純物層105Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 8A, an n-type impurity, for example, arsenic ions are implanted into the p-type
次に、p型の不純物層102Aにゲート電極104をマスクとして、インジウムイオンを50〜150keVの注入エネルギー及び1×1013cm-2〜5×1013cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、p型の不純物層102Aの下部領域にp+ 型の不純物層106Aを形成する。その後、半導体基板100に対して、不活性ガス雰囲気中において例えば1000℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第1の熱処理を施す。
Next, indium ions are implanted into the p-
次に、半導体基板100の上に全面に亘って第2のシリコン酸化膜を堆積した後、該第2のシリコン酸化膜に対して異方性エッチングを行なうことにより、図8(b)に示すように、ゲート電極104の側面にサイドウォール107を形成する。
Next, after a second silicon oxide film is deposited over the entire surface of the
次に、n+ 型の不純物層105A及びp+ 型の不純物層106Aにn型の不純物例えばヒ素イオンをイオン注入した後、熱処理を施してヒ素イオンを活性化させ、その後、結晶点欠陥を回復させるために、1000℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第2の熱処理を施す。
Next, after implanting n-type impurities such as arsenic ions into the n + -
このようにすると、図8(c)に示すように、n+ 型の不純物層105A及びp+ 型の不純物層106Aにおけるゲート電極104の両側方の領域に、n+ 型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域108が形成され、n+ 型の不純物層105Aにおけるソース又はドレインの領域108の各上部領域の内側に、n+ 型の不純物層105Aからなるエクステンション領域105が形成されると共に、p+ 型の不純物層106Aにおけるソース又はドレインの領域108の各下部領域の内側に、p+ 型の不純物層106Aからなるポケット領域106が形成される。
In this manner, as shown in FIG. 8C, the n + -type impurity active layer is formed in the regions on both sides of the
第5の実施形態によると、第4の実施形態と同様、ホウ素イオンに比べて原子質量が大きいインジウムイオンをイオン注入して、p+ 型のポケット領域106となるp+ 型の不純物層106Aを形成すると共に、インジウムイオンをイオン注入した後に高温短時間の第1の熱処理を施しているため、ポケット領域106の拡がりを抑制することができる。従って、ポケット領域106となるp+ 型の不純物層106Aをゲート絶縁膜103との間に間隔をおくように形成することができる。
According to the fifth embodiment, similarly to the fourth embodiment, indium ions atomic mass greater than the boron ions are implanted, the
また、第5の実施形態においては、第4の実施形態と同様、ポケット領域106となるp+ 型の不純物層106Aを形成するためのイオン注入工程で、インジウムイオンを5×1013cm-2以下のドーズ量でイオン注入するため、p+ 型の不純物層106Aにおいてシリコン結晶が非晶質化せず、p+ 型の不純物層106AにEOR点欠陥109が発生しないので、接合リーク電流が発生し難い。
In the fifth embodiment, as in the fourth embodiment, indium ions are implanted at 5 × 10 13 cm −2 in the ion implantation step for forming the p + -
ところで、ヒ素イオンのイオン注入によって形成されn+ 型のエクステンション領域105となるn+ 型の不純物層105Aにおける不純物濃度の分布は急峻になり難い。
However, distribution of the impurity concentration in the n + -
そこで、第5の実施形態においては、ゲルマニウムイオンをイオン注入して非晶質層110を形成しておいてからヒ素イオンをイオン注入してn+ 型の不純物層105Aを形成するため、n+ 型の不純物層105Aからなるエクステンション領域105においては不純物濃度の分布は急峻になるので、エクステンション領域105の低抵抗化を実現できる。
Therefore, in the fifth embodiment, to form the n + -type impurity layers 105A germanium ions are implanted from left to form an
ゲルマニウムイオンのイオン注入位置を、エクステンション領域105となるn+ 型の不純物層105Aを形成するためのヒ素イオンのイオン注入位置よりも浅くして、非晶質層110がn+ 型の不純物層105Aよりも下側に拡がらないようにすることが好ましい。このようにすると、図9(a)に示すように、その後の熱処理により発生するEOR点欠陥109はn+ 型の不純物層105Aよりも下側に拡がらないので、つまり、図9(b)に示すように、ポケット領域106にはEOR点欠陥109が発生しない。
The germanium ion implantation position is shallower than the arsenic ion implantation position for forming the n + -
このため、エクステンション領域105にバイアス電圧を印可したときに、空乏層がエクステンション領域105からポケット領域106に向かって拡がっても、空乏層がEOR点欠陥に到達して接合リーク電流が発生する事態を防止できる。
For this reason, when a bias voltage is applied to the
尚、第5の実施形態においては、非晶質層110を形成のためのイオンとしては、ゲルマニウムイオンを用いたが、これに代えて、シリコンイオン又は炭素イオン等のようにIV族に属する他の原子のイオンを用いても、同様の効果が得られる。
In the fifth embodiment, germanium ions are used as the ions for forming the
(第6の実施形態)
以下、本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図10(a)〜(c)及び図11(a)、(b)を参照しながら説明する。尚、第6の実施形態は、第2の実施形態に係る半導体装置の第1の製造方法である。
(Sixth embodiment)
A semiconductor device manufacturing method according to the sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 10 (a) to 10 (c) and FIGS. 11 (a) and 11 (b). The sixth embodiment is a first method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment.
まず、図10(a)に示すように、p型のシリコン基板からなる半導体基板200にp型の不純物例えばホウ素イオンを300keV〜2000keVの注入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することによりp- 型のウエル領域201を形成した後、半導体基板200の表面部にインジウムイオンを50keV〜150keV及び5×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、ウエル領域201の上にp型の不純物層202Aを形成する。
First, as shown in FIG. 10A, a p-type impurity such as boron ion is implanted into a
次に、半導体基板200の表面を酸化して2nm〜5nmの厚さを有する第1のシリコン酸化膜を形成した後、該第1のシリコン酸化膜の上に全面に亘って200nm〜300nmの厚さを有するポリシリコン膜を堆積し、その後、ポリシリコン膜及び第1のシリコン酸化膜をパターニングすることにより、図10(b)に示すように、ゲート絶縁膜203及びゲート電極204を形成する。
Next, after oxidizing the surface of the
次に、図10(c)に示すように、p型の不純物層202Aにゲート電極204をマスクとして、n型の不純物例えばヒ素イオンを5keV〜10keVの注入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、p型の不純物層202Aの上部領域にn+ 型の不純物層205Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 10C, n-type impurities such as arsenic ions are implanted into the p-
次に、半導体基板200の上に全面に亘って第2のシリコン酸化膜を、約600℃〜約850℃の温度下で約10分間〜約200分間かけて堆積した後、該第2のシリコン酸化膜に対して異方性エッチングを施して、図11(a)に示すように、ゲート電極204の側面に第2のシリコン酸化膜からなるサイドウォール207を形成する。このようにすると、第2のシリコン酸化膜を堆積する工程において、半導体基板200に対して低温長時間の第1の熱処理が施されたことになるので、p型の不純物層202Aの上部領域におけるn+ 型の不純物層205Aの内側に、p型の不純物層202Aに比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャネル領域206が形成される。
Next, a second silicon oxide film is deposited over the entire surface of the
次に、n+ 型の不純物層205A及びp型の不純物層202Aにn型の不純物例えばヒ素イオンをイオン注入した後、熱処理を施してヒ素イオンを活性化させ、その後、結晶点欠陥を回復させるために、1000℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第2の熱処理を施す。
Next, after implanting n-type impurities such as arsenic ions into the n + -
このようにすると、図11(c)に示すように、n+ 型の不純物層205A及びp型の不純物層202Aにおけるゲート電極204の両側方の領域に、n+ 型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域208が形成されると共に、n+ 型の不純物層205Aにおけるソース又はドレインの領域208の各上部領域の内側に、n+ 型の不純物層205Aからなるエクステンション領域205が形成される。
As a result, as shown in FIG. 11C, a source made of an n + -type impurity active layer is formed on both sides of the
第6の実施形態によると、インジウムイオンをイオン注入してウエル領域201の上にp型の不純物層202Aを形成すると共に、n+ 型の不純物層205Aを形成した後に半導体基板200に対して低温長時間の熱処理を施しているため、p型の不純物層202Aの上部領域におけるn+ 型の不純物層205Aの内側に、p型の不純物層202Aに比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャネル領域206を形成することができる。以下、p- 型の低濃度チャネル領域206が形成されるメカニズムについて説明する。
According to the sixth embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-
インジウムイオンが格子間シリコンと結合して不活性化することは知られている(例えば、P. Bouillonet al.,"Anomalus short channel effects in Indium implanted nMOSFETs", Digest of Tech. Report of IEDM, pp.-, 1997 )。 Indium ions are known to bind to and deactivate interstitial silicon (see, for example, P. Bouillonet al., “Anomalus short channel effects in Indium implanted nMOSFETs”, Digest of Tech. Report of IEDM, pp. -, 1997).
ヒ素イオンをイオン注入してn+ 型の不純物層205Aを形成したときにp型の不純物層202Aの内部で発生した格子間シリコン原子は、その後に行なわれる低温長時間の熱処理によって、ゲート絶縁膜203に向かって移動する。
The interstitial silicon atoms generated inside the p-
第6の実施形態によると、インジウムイオンをイオン注入してp型の不純物層202Aを形成するため、p型の不純物層202Aにおけるゲート絶縁膜203の両側部の下側領域(エクステンション領域205と接する領域)に存在するインジウムイオンは、n+ 型の不純物層205Aからゲート絶縁膜203に向かって移動してきた格子間シリコン原子と結合して不活性化するので、p型の不純物層202Aにおけるゲート絶縁膜203の両側部の下側領域、すなわちp型の不純物層202Aの上部領域におけるn+ 型の不純物層205Aの内側の領域に、p型の不純物層202Aに比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャネル領域206が形成されるのである。
According to the sixth embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-
また、第6の実施形態においては、インジウムイオンをイオン注入して、チャネル領域202となるp型の不純物層202Aを形成しているため、以下に説明する理由により、チャネル領域202におけるキャリアの移動度の低下を防止することができる。すなわち、インジウムイオンは、ホウ素イオンに比べて原子質量が大きいため、p型の不純物層202Aにおける下部領域に濃度分布のピークを持つので、表面に向かうにつれて濃度が減少する、いわゆるレトログレードチャネルを形成することができる。このため、チャネル領域におけるキャリアの移動度の低下が起き難いので、MOSトランジスタの駆動力を向上させることができる。
In the sixth embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-
(第7の実施形態)
以下、本発明の第7の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図12(a)〜(c)及び図13(a)〜(c)を参照しながら説明する。尚、第7の実施形態は、第2の実施形態に係る半導体装置の第2の製造方法である。
(Seventh embodiment)
A semiconductor device manufacturing method according to the seventh embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 12 (a) to 12 (c) and FIGS. 13 (a) to 13 (c). The seventh embodiment is a second method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment.
まず、図12(a)に示すように、p型のシリコン基板からなる半導体基板200にp型の不純物例えばホウ素イオンを300keV〜2000keVの注入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することによりp- 型のウエル領域201を形成した後、半導体基板200の表面部にインジウムイオンを50keV〜150keV及び5×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、ウエル領域201の上にp型の不純物層202Aを形成する。
First, as shown in FIG. 12A, a p-type impurity such as boron ion is implanted into a
次に、半導体基板200の表面を酸化して2nm〜5nmの厚さを有する第1のシリコン酸化膜を形成した後、該第1のシリコン酸化膜の上に全面に亘って200nm〜300nmの厚さを有するポリシリコン膜を堆積し、その後、ポリシリコン膜及び第1のシリコン酸化膜をパターニングすることにより、図12(b)に示すように、ゲート絶縁膜203及びゲート電極204を形成する。
Next, after oxidizing the surface of the
次に、図12(c)に示すように、p型の不純物層202Aにゲート電極204をマスクとして、IV族に属する原子のイオン例えばゲルマニウムイオンを、5keV〜10keVの注入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2でイオン注入して、p型の不純物層102Aの上部領域にp型の非晶質層210を形成する。
Next, as shown in FIG. 12C, with the
次に、図13(a)に示すように、p型の非晶質層210にゲート電極204をマスクとしてn型の不純物例えばヒ素イオンを5〜10keVの注入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、非晶質層210にn+ 型の不純物層205Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 13A, an n-type impurity such as arsenic ions is implanted into the p-type
次に、半導体基板200の上に全面に亘って第2のシリコン酸化膜を、約600℃〜約850℃の温度下で約10分間〜約200分間かけて堆積した後、該第2のシリコン酸化膜に対して異方性エッチングを施して、図13(b)に示すように、ゲート電極204の側面に第2のシリコン酸化膜からなるサイドウォール207を形成する。このようにすると、第2のシリコン酸化膜を堆積する工程において、半導体基板200に対して低温長時間の第1の熱処理が施されたことになるので、p型の不純物層202Aの上部領域におけるn+ 型の不純物層205Aの内側に、p型の不純物層202Aに比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャネル領域206が形成される。
Next, a second silicon oxide film is deposited over the entire surface of the
次に、n+ 型の不純物層205A及びp型の不純物層202Aにn型の不純物例えばヒ素イオンをイオン注入した後、熱処理を施してヒ素イオンを活性化させ、その後、結晶点欠陥を回復させるために、1000℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第2の熱処理を施す。
Next, after implanting n-type impurities such as arsenic ions into the n + -
このようにすると、図13(c)に示すように、n+ 型の不純物層205A及びp型の不純物層202Aにおけるゲート電極204の両側方の領域に、n+ 型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域208が形成されると共に、n+ 型の不純物層205Aにおけるソース又はドレインの領域208の各上部領域の内側に、n+ 型の不純物層205Aからなるエクステンション領域205が形成される。
As a result, as shown in FIG. 13C, a source made of an n + -type impurity active layer is formed in regions on both sides of the
第7の実施形態によると、インジウムイオンをイオン注入してp型の不純物層202Aを形成すると共に、n+ 型の不純物層205Aを形成した後に半導体基板200に対して低温長時間の熱処理を施しているため、p型の不純物層202Aの上部領域におけるn+ 型の不純物層205Aの内側に、p型の不純物層202Aに比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャネル領域206が形成される。p- 型の低濃度チャネル領域206が形成されるメカニズムについては、第6の実施形態と同様である。
According to the seventh embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-
また、第7の実施形態においては、ヒ素イオンをイオン注入してn+ 型の不純物層205Aを形成していると共に、ゲルマニウムイオンをイオン注入して非晶質層210を形成しているため、p型の不純物層202Aの内部で発生する格子間シリコン原子は、第6の実施形態の場合(ゲルマニウムイオンのイオン注入を行なわない場合)に比べて増加しているので、p型の不純物層202Aにおけるゲート絶縁膜203の両側部の下側領域に存在するインジウムイオンと、格子間シリコン原子との結合は第6の実施形態の場合に比べて増加する。このため、p型の不純物層202Aにおけるゲート絶縁膜203の両側部の下側領域、すなわちp型の不純物層202Aの上部領域におけるn+ 型の不純物層205Aの内側の領域において、インジウムイオンが一層不活性化するので、p- 型の低濃度チャネル領域206をより一層効率的に形成することができる。
In the seventh embodiment, arsenic ions are ion-implanted to form the n + -
また、第7の実施形態においては、ゲルマニウムイオンをイオン注入して非晶質層210を形成しておいてから、ヒ素イオンをイオン注入してn+ 型の不純物層205Aを形成するため、n+ 型の不純物層205Aからなるエクステンション領域205は急峻になるので、エクステンション領域205の低抵抗化を実現できる。
In the seventh embodiment, germanium ions are ion-implanted to form the
さらに、第7の実施形態においては、インジウムイオンをイオン注入して、チャネル領域202となるp型の不純物層202Aを形成しているため、第6の実施形態と同様、いわゆるレトログレードチャネルを形成できるので、チャネル領域202におけるキャリアの移動度の低下を防止することができる。
Furthermore, in the seventh embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-
(第8の実施形態)
以下、本発明の第8の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図14(a)〜(c)及び図15(a)〜(c)を参照しながら説明する。尚、第8の実施形態は、第3の実施形態に係る半導体装置の第1の製造方法である。
(Eighth embodiment)
A semiconductor device manufacturing method according to the eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 14 (a) to 14 (c) and FIGS. 15 (a) to 15 (c). The eighth embodiment is a first method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment.
まず、図14(a)に示すように、p型のシリコン基板からなる半導体基板300にp型の不純物例えばホウ素イオンを300keV〜2000keVの注入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することによりp- 型のウエル領域301を形成した後、半導体基板300の表面部にインジウムイオンを50keV〜150keV及び5×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、ウエル領域301の上にp型の不純物層302Aを形成する。
First, as shown in FIG. 14A, a p-type impurity such as boron ion is implanted into a
次に、半導体基板300の表面を酸化して2nm〜5nmの厚さを有する第1のシリコン酸化膜を形成した後、該第1のシリコン酸化膜の上に全面に亘って200nm〜300nmの厚さを有するポリシリコン膜を堆積し、その後、ポリシリコン膜及び第1のシリコン酸化膜をパターニングすることにより、図14(b)に示すように、ゲート絶縁膜303及びゲート電極304を形成する。
Next, after oxidizing the surface of the
次に、図14(c)に示すように、p型の不純物層302Aにゲート電極304をマスクとして、n型の不純物例えばヒ素イオンを5keV〜10keVの注入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、p型の不純物層302Aの上部領域にn+ 型の不純物層305Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 14C, n-type impurities such as arsenic ions, for example, with an implantation energy of 5 keV to 10 keV and 5 × 10 14 cm −2 to the p-
次に、半導体基板300に対して、約600℃〜約850℃の温度下で約10分間〜約200分間の熱処理つまり低温長時間の第1の熱処理を施すことにより、図15(a)に示すように、p型の不純物層302Aの上部領域におけるn+ 型の不純物層305Aの内側に、p型の不純物層302Aよりも不純物濃度が低いp- 型の低濃度チャネル領域306を形成する。
Next, the
次に、p型の不純物層302Aにゲート電極304をマスクとして、インジウムイオンを50〜150keVの注入エネルギー及び5×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、p型の不純物層302Aの下部領域にp+ 型の不純物層307Aを形成する。その後、半導体基板300に対して、不活性ガス雰囲気中において例えば1000℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第2の熱処理を施す。
Next, indium ions are implanted into the p-
次に、半導体基板300の上に全面に亘って第2のシリコン酸化膜を堆積した後、該第2のシリコン酸化膜に対して異方性エッチングを行なうことにより、図15(a)に示すように、ゲート電極304の側面にサイドウォール308を形成する。
Next, after depositing a second silicon oxide film over the entire surface of the
次に、n+ 型の不純物層305A及びp+ 型の不純物層307Aにn型の不純物例えばヒ素イオンをイオン注入した後、熱処理を施してヒ素イオンを活性化させ、その後、結晶点欠陥を回復させるために、1000℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第3の熱処理を施す。
Next, after implanting n-type impurities such as arsenic ions into the n + -
このようにすると、図15(c)に示すように、n+ 型の不純物層305A及びp+ 型の不純物層306Aにおけるゲート電極304の両側方の領域に、n+ 型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域309が形成され、n+ 型の不純物層305Aにおけるソース又はドレインの領域308の各上部領域の内側に、n+ 型の不純物層305Aからなるエクステンション領域305が形成されると共に、p+ 型の不純物層307Aにおけるソース又はドレインの領域308の各下部領域の内側に、p+ 型の不純物層307Aからなるポケット領域307が形成される。
As a result, as shown in FIG. 15C, the n + -type impurity active layers are formed in regions on both sides of the
第8の実施形態によると、インジウムイオンをイオン注入してp型の不純物層302Aを形成する工程と、n+ 型の不純物層305Aを形成した後に半導体基板300に対して低温長時間の熱処理を施す工程とを備えているため、p型の不純物層302Aの上部領域におけるn+ 型の不純物層305Aの内側に、p型の不純物層302Aに比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャネル領域306を形成することができる。p- 型の低濃度チャネル領域306が形成されるメカニズムについては、第6の実施形態と同様である。
According to the eighth embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-
また、第8の実施形態によると、第4の実施形態と同様、ホウ素イオンに比べて原子質量が大きいインジウムイオンをイオン注入して、ポケット領域307となるp+ 型の不純物層307Aを形成した後に高温短時間の第2の熱処理を施しているため、点欠陥に起因する増速拡散の発生が抑制されるので、p+ 型の不純物層307Aからなるポケット領域307の拡がりを抑制することができる。従って、ポケット領域307となるp+ 型の不純物層307Aをゲート絶縁膜303との間に間隔をおくように形成することができる。
Further, according to the eighth embodiment, in the same manner as in the fourth embodiment, indium ions having an atomic mass larger than that of boron ions are ion-implanted to form a p + -
尚、第8の実施形態においては、第1の高温短時間の熱処理を1000℃の温度下で10秒間行なったが、これに限られず、約950℃〜約1050℃の温度範囲で且つ約0.1秒間〜約30秒の時間範囲であれば、ポケット領域307の拡がりを抑制する効果が得られる。
In the eighth embodiment, the first high-temperature and short-time heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C. for 10 seconds. However, the present invention is not limited to this, and the temperature range is about 950 ° C. to about 1050 ° C. and about 0 In the time range of 1 second to about 30 seconds, the effect of suppressing the expansion of the
さらに、第8の実施形態においては、インジウムイオンをイオン注入して、チャネル領域302となるp型の不純物層302Aを形成しているため、第6の実施形態と同様、いわゆるレトログレードチャネルを形成できるので、チャネル領域302におけるキャリアの移動度の低下を防止することができる。
Furthermore, in the eighth embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-
(第9の実施形態)
以下、本発明の第9の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図16(a)〜(c)及び図17(a)〜(c)を参照しながら説明する。尚、第9の実施形態は、第3の実施形態に係る半導体装置の第2の製造方法である。
(Ninth embodiment)
A semiconductor device manufacturing method according to the ninth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 16 (a) to 16 (c) and FIGS. 17 (a) to 17 (c). The ninth embodiment is a second method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment.
まず、図16(a)に示すように、p型のシリコン基板からなる半導体基板300にp型の不純物例えばホウ素イオンを300keV〜2000keVの注入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することによりp- 型のウエル領域301を形成した後、半導体基板300の表面部にインジウムイオンを20keV〜200keV及び4×1012cm-2〜1×1013cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、ウエル領域301の上にp型の不純物層302Aを形成する。
First, as shown in FIG. 16A, a p-type impurity such as boron ion is implanted into a
次に、半導体基板300の表面を酸化して2nm〜5nmの厚さを有する第1のシリコン酸化膜を形成した後、該第1のシリコン酸化膜の上に全面に亘って200nm〜300nmの厚さを有するポリシリコン膜を堆積し、その後、ポリシリコン膜及び第1のシリコン酸化膜をパターニングすることにより、図16(b)に示すように、ゲート絶縁膜303及びゲート電極304を形成する。
Next, after oxidizing the surface of the
次に、p型の不純物層302Aにゲート電極304をマスクとして、IV族に属する原子のイオン例えばゲルマニウムイオンを、5keV〜10keVの注入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2でイオン注入して、p型の不純物層302Aの上部領域にp型の非晶質層310を形成する。
Next, using the
次に、図16(c)に示すように、非晶質層310にゲート電極304をマスクとして、n型の不純物例えばヒ素イオンを5keV〜10keVの注入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、非晶質層310にn+ 型の不純物層305Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 16C, an n-type impurity such as arsenic ions is implanted with an energy of 5 keV to 10 keV and 5 × 10 14 cm −2 to 1 with the
次に、半導体基板300の上に全面に亘って第2のシリコン酸化膜を、約600℃〜約850℃の温度下で約10分間〜約200分間かけて堆積した後、該第2のシリコン酸化膜に対して異方性エッチングを施して、図17(a)に示すように、ゲート電極304の側面に第2のシリコン酸化膜からなるサイドウォール308を形成する。このようにすると、第2のシリコン酸化膜を堆積する工程において、半導体基板300に対して低温長時間の第1の熱処理が施されたことになるので、p型の不純物層302Aの上部領域におけるn+ 型の不純物層305Aの内側に、p型の不純物層302Aに比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャネル領域306が形成される。
Next, a second silicon oxide film is deposited over the entire surface of the
次に、図17(b)に示すように、n+ 型の不純物層305A及びp型の不純物層302Aにn型の不純物例えばヒ素イオンをイオン注入して、n+ 型の不純物層305A及びp型の不純物層302Aにおけるゲート電極304の両側方の領域に、n+ 型の不純物層からなるソース又はドレインの領域309を形成すると共に、n+ 型の不純物層305Aにおけるソース又はドレインの領域309の各上部領域の内側に、n+ 型の不純物層305Aからなるエクステンション領域305を形成する。
Next, as shown in FIG. 17B, n-type impurities such as arsenic ions are ion-implanted into the n + -
次に、図17(c)に示すように、サイドウォール308を除去した後、p型の不純物層302Aにゲート電極304をマスクとして、インジウムイオンを100〜200keVの注入エネルギー及び1×1013cm-2〜4×1013cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、p型の不純物層302Aの下部領域における、エクステンション領域305の下側且つソース又はドレインの領域309の内側にp+ 型のポケット領域307を形成する。
Next, as shown in FIG. 17C, after the
次に、半導体基板300に対して、例えば1000℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第2の熱処理を施して、ソース又はドレインの領域309のヒ素イオンを活性化させると共に結晶点欠陥を回復させる。
Next, the
第9の実施形態においては、インジウムイオンをイオン注入してp型の不純物層302Aを形成する工程、ゲルマニウムイオンをイオン注入して非晶質層310を形成する工程、及び、n+ 型の不純物層305Aを形成した後に半導体基板300に対して低温長時間の熱処理を施す工程とを備えているため、第7の実施形態と同様、p型の不純物層302Aの上部領域におけるn+ 型の不純物層305Aの内側に、p型の不純物層302Aに比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャネル領域306を効率良く形成することができる。
In the ninth embodiment, a step of implanting indium ions to form a p-
また、第9の実施形態によると、ゲルマニウムイオンをイオン注入して非晶質層310を形成しておいてから、ヒ素イオンをイオン注入してn+ 型の不純物層305Aを形成するため、n+ 型の不純物層305Aからなるエクステンション領域305における不純物濃度の分布は急峻になるので、エクステンション領域305の低抵抗化を実現できる。
According to the ninth embodiment, germanium ions are implanted to form the
また、第9の実施形態によると、第4の実施形態と同様、ホウ素イオンに比べて原子質量が大きいインジウムイオンをイオン注入して、p+ 型のポケット領域307を形成した直後に高温短時間の第2の熱処理を施しているため、ポケット領域307の拡がりを抑制することができる。従って、ポケット領域307となるp+ 型の不純物層307Aをゲート絶縁膜303との間に間隔をおくように形成することができる。
In addition, according to the ninth embodiment, as in the fourth embodiment, indium ions having an atomic mass larger than that of boron ions are ion-implanted to form the p +
さらに、第9の実施形態においては、インジウムイオンをイオン注入して、チャネル領域302となるp型の不純物層302Aを形成しているため、第6の実施形態と同様、いわゆるレトログレードチャネルを形成できるので、チャネル領域302におけるキャリアの移動度の低下を防止することができる。
Furthermore, in the ninth embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-
(第10の実施形態)
以下、本発明の第10の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図18(a)〜(c)及び図19(a)〜(c)を参照しながら説明する。尚、第10の実施形態は、第3の実施形態に係る半導体装置の第3の製造方法である。
(Tenth embodiment)
A semiconductor device manufacturing method according to the tenth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 18 (a) to 18 (c) and FIGS. 19 (a) to 19 (c). The tenth embodiment is a third method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment.
まず、図18(a)に示すように、p型のシリコン基板からなる半導体基板300にp型の不純物例えばホウ素イオンを300keV〜2000keVの注入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することによりp- 型のウエル領域301を形成した後、半導体基板300の表面部にインジウムイオンを20keV〜200keV及び4×1012cm-2〜1×1013cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、ウエル領域301の上にp型の不純物層302Aを形成する。
First, as shown in FIG. 18A, a p-type impurity such as boron ion is implanted into a
次に、半導体基板300の表面を酸化して2nm〜5nmの厚さを有する第1のシリコン酸化膜を形成した後、該第1のシリコン酸化膜の上に全面に亘って200nm〜300nmの厚さを有するポリシリコン膜を堆積し、その後、ポリシリコン膜及び第1のシリコン酸化膜をパターニングすることにより、図18(b)に示すように、ゲート絶縁膜303及びゲート電極304を形成する。
Next, after oxidizing the surface of the
次に、p型の不純物層302Aにゲート電極304をマスクとして、IV族に属する原子のイオン例えばシリコンイオンを、5keV〜10keVの注入エネルギー及び1×1014cm-2〜5×1014cm-2でイオン注入して、p型の不純物層302Aの上部領域にシリコン注入層311を形成する。
Next, using the
次に、半導体基板300に対して、約600℃〜約850℃の温度下で約10分間〜約200分間の熱処理つまり低温長時間の第1の熱処理を施すことにより、図19(a)に示すように、シリコン注入層311の上部領域及びp型の不純物層302Aの上部領域に架けて、p型の不純物層302Aに比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度不純物層306Aを形成する。
Next, by subjecting the
次に、図19(b)に示すように、p型の不純物層302Aにゲート電極304をマスクとして、インジウムイオンを50〜200keVの注入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、p型の不純物層302Aの下部領域にp+ 型の不純物層307Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 19B, with the
次に、p- 型の低濃度不純物層306A及びp型の不純物層302Aにゲート電極304をマスクとして、n型の不純物例えばヒ素イオンを5keV〜10keVの注入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、p- 型の低濃度不純物層306A及びp型の不純物層302Aの上部領域にn+ 型の不純物層305Aを形成し、その後、半導体基板300に対して、例えば1000℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第2の熱処理を施す。
Next, using the
次に、半導体基板300の上に全面に亘って第2のシリコン酸化膜を堆積した後、該第2のシリコン酸化膜に対して異方性エッチングを行なうことにより、図19(c)に示すように、ゲート電極304の側面にサイドウォール308を形成する。
Next, after depositing a second silicon oxide film over the entire surface of the
次に、n+ 型の不純物層305A及びp+ 型の不純物層307Aにn型の不純物例えばヒ素イオンをイオン注入した後、熱処理を施してヒ素イオンを活性化させ、その後、結晶点欠陥を回復させるために、1000℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第3の熱処理を施す。
Next, after implanting n-type impurities such as arsenic ions into the n + -
このようにすると、図8(c)に示すように、n+ 型の不純物層105A及びp+ 型の不純物層307Aにおけるゲート電極304の両側方の領域に、n+ 型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域309が形成され、n+ 型の不純物層305Aにおけるソース又はドレインの領域309の各上部領域の内側に、n+ 型の不純物層305Aからなるエクステンション領域305が形成されると共に、p+ 型の不純物層307Aにおけるソース又はドレインの領域309の各下部領域の内側に、p+ 型の不純物層307Aからなるポケット領域307が形成される。
As a result, as shown in FIG. 8C, the n + -type impurity active layer is formed in the regions on both sides of the
第10の実施形態によると、インジウムイオンをイオン注入してp型の不純物層302Aを形成する工程と、シリコンイオンをイオン注入してシリコン注入層311を形成する工程と、半導体基板300に対して低温長時間の第1の熱処理を施す工程とを備えているため、p型の不純物層302Aの上部領域に、p型の不純物層302Aに比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度不純物層306Aを効率良く形成することができる。p- 型の低濃度不純物層306Aが形成されるメカニズムについては、第6の実施形態と同様である。
According to the tenth embodiment, indium ions are ion-implanted to form a p-
また、第10の実施形態によると、ホウ素イオンに比べて原子質量が大きいインジウムイオンをイオン注入して、ポケット領域307となるp+ 型の不純物層307Aを形成した直後に高温短時間の第2の熱処理を施しているため、ポケット領域307となるp+ 型の不純物層307Aの拡がりを抑制することができる。従って、ポケット領域307となるp+ 型の不純物層307Aをゲート絶縁膜303との間に間隔をおくように形成することができる。
Further, according to the tenth embodiment, indium ions having an atomic mass larger than that of boron ions are ion-implanted to form the p + -
また、第10の実施形態においては、インジウムイオンをイオン注入してポケット領域307となるp+ 型の不純物層307Aを形成した後に、ヒ素イオンをイオン注入してエクステンション領域305となるn+ 型の不純物層305Aを形成するため、n+ 型の不純物層305Aにおけるヒ素イオンのチャネリング現象が抑制される。このため、n+ 型の不純物層305Aからなるエクステンション領域305における不純物の濃度分布が急峻になるので、エクステンション領域305の寄生抵抗値が減少すると共に短チャネル効果を抑制することができる。
In the tenth embodiment, indium ions are ion-implanted to form a p + -
さらに、第10の実施形態においては、インジウムイオンをイオン注入して、チャネル領域302となるp型の不純物層302Aを形成しているため、第6の実施形態と同様、いわゆるレトログレードチャネルを形成できるので、チャネル領域302におけるキャリアの移動度の低下を防止することができる。
Further, in the tenth embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-
第1又は第2の半導体装置によると、MOSトランジスタの駆動力を向上させることができる。 According to the first or second semiconductor device, the driving power of the MOS transistor can be improved.
第1又は第2の半導体装置の製造方法によると、MOSトランジスタの駆動力が向上した半導体装置を確実に製造することができる。 According to the first or second method for manufacturing a semiconductor device, a semiconductor device having an improved MOS transistor driving capability can be reliably manufactured.
第3又は第4の半導体装置の製造方法によると、チャネル領域の両側部の領域に、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域を有する半導体装置を確実に製造することができる。 According to the third or fourth method for manufacturing a semiconductor device, a semiconductor device having a low-concentration channel region in which the concentration of the activation impurity is lower than that in the central portion of the channel region is reliably manufactured in both sides of the channel region. can do.
第5、第6又は第7の半導体装置の製造方法によると、チャネル領域の両側部の領域に、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域を有すると共にゲート絶縁膜との間に間隔をおくポケット領域を有する半導体装置を確実に製造することができる。 According to the fifth, sixth, or seventh method of manufacturing a semiconductor device, the gate insulating layer has a low concentration channel region having a lower concentration of the activated impurity than the central portion of the channel region in the regions on both sides of the channel region. A semiconductor device having a pocket region spaced from the film can be reliably manufactured.
100 半導体基板
101 ウエル領域
102A p型の不純物層
102 チャネル領域
103 ゲート絶縁膜
103A 第1のシリコン酸化膜
104 ゲート電極
105A n+ 型の不純物層
105 エクステンション領域
106A p+ 型の不純物層
106 ポケット領域
107 サイドウォール
108 ソース又はドレインの領域
109 EOR欠陥
110 非晶質層
200 半導体基板
201 ウエル領域
202 チャネル領域
202A p型の不純物層
203 ゲート絶縁膜
204 ゲート電極
205A n+ 型の不純物層
205 エクステンション領域
206 低濃度チャネル領域
207 サイドウォール
208 ソース又はドレインの領域
210 非晶質層
300 半導体基板
301 ウエル領域
302 チャネル領域
302A p型の不純物層
303 ゲート絶縁膜
304 ゲート電極
305A n+ 型の不純物層
305 エクステンション領域
306 低濃度チャネル領域
307A p+ 型の不純物層
307 ポケット領域
308 サイドウォール
309 ソース又はドレインの領域
310 非晶質層
311 シリコン注入層
100
Claims (13)
前記半導体基板の表面部における前記ゲート電極の直下の領域に形成された第1導電型の第1の不純物層からなるチャネル領域と、
前記半導体基板の表面部における前記ゲート電極の両側方の領域にそれぞれ形成された第2導電型の第2の不純物層からなるソース領域及びドレイン領域と、
前記チャネル領域と前記ソース領域及び前記ドレイン領域の各上部領域との間に、前記ソース領域又は前記ドレイン領域と接するようにそれぞれ形成された第2導電型の第3の不純物層からなるエクステンション領域と、
前記半導体基板に注入されたインジウムイオンにより前記エクステンション領域の下側に形成され、前記チャネル領域と前記ソース領域及び前記ドレイン領域の各下部領域との間に、前記ソース領域又は前記ドレイン領域と接し且つ前記ゲート絶縁膜との間に間隔をおくように形成された第1導電型の第4の不純物層からなるポケット領域とを備え、
前記第3の不純物層は、前記第1の不純物層の上部領域に接しており、
前記第4の不純物層は、前記第1の不純物層の下部領域に接していることを特徴とする半導体装置。 A gate electrode formed on a semiconductor substrate made of silicon crystal via a gate insulating film;
A channel region made of a first impurity layer of a first conductivity type formed in a region immediately below the gate electrode in the surface portion of the semiconductor substrate;
A source region and a drain region made of a second impurity layer of a second conductivity type formed in regions on both sides of the gate electrode in the surface portion of the semiconductor substrate;
An extension region composed of a third impurity layer of the second conductivity type formed between the channel region and each upper region of the source region and the drain region so as to be in contact with the source region or the drain region; ,
The formed by implanted indium ions in the semiconductor substrate on the lower side of the extension region, between the channel region and the source region and the lower region of the drain region, and in contact with the source region or the drain region and a pocket region a fourth impurity layer of the first conductivity type formed so as spaced between the gate insulating film,
The third impurity layer is in contact with an upper region of the first impurity layer;
The semiconductor device, wherein the fourth impurity layer is in contact with a lower region of the first impurity layer.
前記チャネル領域は、前記ウェル領域上の前記半導体基板の表面部に形成されていると共に、前記ウェル領域よりも不純物イオン濃度が高いことを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれか1項に記載の半導体装置。 A first conductivity type well region formed on the semiconductor substrate;
6. The channel region according to claim 1, wherein the channel region is formed in a surface portion of the semiconductor substrate on the well region and has a higher impurity ion concentration than the well region. A semiconductor device according to 1.
前記工程(a)の後に、前記半導体基板の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程(b)と、
前記第1の不純物層に前記ゲート電極をマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、前記第1の不純物層の上部領域に第2導電型の第3の不純物層を形成する工程(c)と、
前記工程(c)の後に、前記第1の不純物層に前記ゲート電極をマスクとしてインジウムイオンをイオン注入して、前記第1の不純物層の下部領域に第1導電型の第4の不純物層を形成する工程(d)と、
前記工程(d)の後に、前記半導体基板に対して約950℃〜約1050℃の温度で短時間の熱処理を施す工程(e)と、
前記工程(e)の後に、前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程(f)と、
前記第3の不純物層及び前記第4の不純物層に、前記ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、前記第3の不純物層及び前記第4の不純物層における前記ゲート電極の両側方の領域に第2導電型の第2の不純物層からなるソース領域及びドレイン領域を形成し、前記ソース領域又は前記ドレイン領域の各上部領域の内側に接して前記第3の不純物層からなる第2導電型のエクステンション領域を形成すると共に、前記エクステンション領域の下側に前記ソース領域又は前記ドレイン領域の各下部領域の内側に接して前記第4の不純物層からなる第1導電型のポケット領域を形成する工程(g)とを備え、
前記第3の不純物層は、前記第1の不純物層の上部領域に接して形成され、
前記第4の不純物層は、前記第1の不純物層の下部領域に接して形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step (a) of forming a first conductivity type first impurity layer serving as a channel region by implanting first conductivity type impurity ions into a surface portion of a semiconductor substrate made of silicon crystal;
After the step (a), a step (b) of forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film;
A step of forming a second conductivity type third impurity layer in an upper region of the first impurity layer by ion-implanting second conductivity type impurity ions into the first impurity layer using the gate electrode as a mask. (C),
After the step (c), indium ions are ion-implanted into the first impurity layer using the gate electrode as a mask, and a first conductivity type fourth impurity layer is formed in a lower region of the first impurity layer. Forming (d);
After the step (d), a step (e) of performing a short heat treatment on the semiconductor substrate at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C .;
After the step (e), a step (f) of forming a sidewall on the side surface of the gate electrode;
The third impurity layer and the fourth impurity layer are ion-implanted into the third impurity layer and the fourth impurity layer using the gate electrode and the sidewalls as a mask, so that the third impurity layer and the fourth impurity layer are implanted. Forming a source region and a drain region made of a second impurity layer of a second conductivity type in regions on both sides of the gate electrode in the layer, contacting the inner side of each upper region of the source region or the drain region; A second conductivity type extension region comprising three impurity layers, and a fourth impurity layer comprising the fourth impurity layer in contact with the inside of each lower region of the source region or the drain region below the extension region . Forming a pocket region of one conductivity type (g),
The third impurity layer is formed in contact with an upper region of the first impurity layer;
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the fourth impurity layer is formed in contact with a lower region of the first impurity layer.
前記工程(a)の後に、前記半導体基板の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程(b)と、
前記第1の不純物層に前記ゲート電極をマスクとしてIV族に属する原子のイオンをイオン注入して、前記第1の不純物層の上部領域に第1導電型の非晶質層を形成する工程(c)と、
前記非晶質層に前記ゲート電極をマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、前記非晶質層に第2導電型の第3の不純物層を形成する工程(d)と、
前記第1の不純物層に前記ゲート電極をマスクとしてドーズ量が5×1013cm-2以下のインジウムイオンをイオン注入して、前記第1の不純物層の下部領域に第1導電型の第4の不純物層を形成する工程(e)と、
前記工程(e)の後に、前記半導体基板に対して約950℃〜約1050℃の温度で短時間の熱処理を施す工程(f)と、
前記工程(f)の後に、前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程(g)と、
前記第3の不純物層及び前記第4の不純物層に、前記ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、前記第3の不純物層及び前記第4の不純物層における前記ゲート電極の両側方の領域に第2導電型の第2の不純物層からなるソース領域及びドレイン領域を形成し、前記ソース領域又は前記ドレイン領域の各上部領域の内側に前記第3の不純物層からなる第2導電型のエクステンション領域を形成すると共に、前記ソース領域又は前記ドレイン領域の各下部領域の内側に前記第4の不純物層からなる第1導電型のポケット領域を形成する工程(h)とを備え、
前記第3の不純物層は、前記第1の不純物層の上部領域に接して形成され、
前記第4の不純物層は、前記第1の不純物層の下部領域に接して形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step (a) of implanting a first conductivity type impurity ion into a surface portion of a semiconductor substrate to form a first conductivity type first impurity layer serving as the channel region;
After the step (a), a step (b) of forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film;
A step of implanting ions of atoms belonging to Group IV into the first impurity layer using the gate electrode as a mask to form an amorphous layer of a first conductivity type in an upper region of the first impurity layer ( c) and
(D) forming a second conductivity type third impurity layer in the amorphous layer by ion-implanting second conductivity type impurity ions into the amorphous layer using the gate electrode as a mask;
Indium ions having a dose amount of 5 × 10 13 cm −2 or less are ion-implanted into the first impurity layer using the gate electrode as a mask, and a first conductivity type fourth region is formed in a lower region of the first impurity layer. A step (e) of forming an impurity layer of
After the step (e), a step (f) of performing a short heat treatment on the semiconductor substrate at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C .;
After the step (f), a step (g) of forming a sidewall on the side surface of the gate electrode;
The third impurity layer and the fourth impurity layer are ion-implanted into the third impurity layer and the fourth impurity layer using the gate electrode and the sidewalls as a mask, so that the third impurity layer and the fourth impurity layer are implanted. Forming a source region and a drain region made of a second impurity layer of the second conductivity type in regions on both sides of the gate electrode in the layer, and forming the third region inside each upper region of the source region or the drain region. Forming a second conductivity type extension region made of an impurity layer and forming a first conductivity type pocket region made of the fourth impurity layer inside each lower region of the source region or the drain region ( h), and
The third impurity layer is formed in contact with an upper region of the first impurity layer;
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the fourth impurity layer is formed in contact with a lower region of the first impurity layer.
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