JP2007251194A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パンチスルー・ストッパ層を主に半導体基板中に形成し、チャネル領域の不純物濃度を低濃度化するためのトランジスタ構造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 transistor structure for forming a punch-through stopper layer mainly in a semiconductor substrate and reducing the impurity concentration of a channel region, and a manufacturing method thereof.
MOS構造を有する半導体デバイスでは、MOSトランジスタの高性能化が大きな課題である。MOSトランジスタの高性能化とは主に(1)駆動電流の増加、(2)しきい値ばらつきの低減、(3)寄生抵抗/寄生容量の低減等を示している。駆動能力を増加させるには、ゲート寸法(チャネル寸法、ゲート長とも言う)を短くして達成してきた。しかし、短チャネル化するとともにショートチャネル効果が増大して来ると言う問題もある。 In a semiconductor device having a MOS structure, high performance of a MOS transistor is a big problem. The enhancement of the performance of MOS transistors mainly indicates (1) increase in drive current, (2) reduction in threshold variation, and (3) reduction in parasitic resistance / parasitic capacitance. In order to increase the driving capability, the gate size (also referred to as channel size or gate length) has been shortened. However, there is a problem that the short channel effect increases as the channel becomes shorter.
そこで、ショートチャネル効果を抑えるために、ゲート酸化膜の膜厚をできるだけ薄くしたり、また、チャネル領域の不純物濃度を108cm-3程度まで高濃度化する努力が行われてきた。しかし、信頼性を保証できる最大許容電界(Emax)による制限から、ゲート酸化膜の膜厚を最大電界以上にあまり薄くできない。また、過度のチャネル不純物濃度の高濃度化はチャネル領域の高濃度不純物の散乱によるドレイン電流の飽和をもたらし、短チャネル化してもドレイン電流が増加しないという問題が顕者になってきている。さらに、微細化に伴い、ゲート電極の高抵抗化やソース・ドレインの寄生抵抗が問題となってきている。さらに、微細化に伴い、ゲート電極の高抵抗化やソース・ドレインの寄生抵抗が問題となってきている。 Therefore, in order to suppress the short channel effect, efforts have been made to reduce the thickness of the gate oxide film as much as possible or to increase the impurity concentration of the channel region to about 10 8 cm −3 . However, because of the limitation by the maximum allowable electric field (E max ) that can guarantee reliability, the thickness of the gate oxide film cannot be made much thinner than the maximum electric field. Further, excessively high channel impurity concentration causes saturation of drain current due to scattering of high concentration impurities in the channel region, and the problem that drain current does not increase even when the channel is shortened has become obvious. Further, with the miniaturization, high resistance of the gate electrode and parasitic resistance of the source / drain are becoming problems. Further, with the miniaturization, high resistance of the gate electrode and parasitic resistance of the source / drain are becoming problems.
この様な問題を解決するために、高濃度チャネルストッパ層の上に形成されるチャネル領域の低濃度化、ソース・ドレインのサリサイド化、ゲート電極のメタル化がそれぞれ提案されて個別にそれぞれ実用化されている。 In order to solve such problems, low concentration of the channel region formed on the high concentration channel stopper layer, salicide of the source / drain, and metalization of the gate electrode have been proposed and put into practical use individually. Has been.
例えば、IEDM Technical Digest pp. 433-436(1993)(T-Ohguro 他)やIEEE Transactions on E1ectron Devices, Vo1.45, No.3(March 1998), pp. 710-716(T.Ohguro 他)に開示されているように、LOCOS等の素子分離を行った後にチャネル領域にパンチスルー・ストッパ用に高濃度イオン注入層を形成し、その上に不純物をドープしていないエピタキシャルSi層を薄く(10mm程度)形成し、低不純物濃度のチャネル領域としてMOSトランジスタを構成している例がある。 For example, IEDM Technical Digest pp. 433-436 (1993) (T-Ohguro et al.) And IEEE Transactions on E1ectron Devices, Vo1.45, No.3 (March 1998), pp. 710-716 (T. Ohguro et al.) As disclosed, after element isolation such as LOCOS is performed, a high-concentration ion implantation layer is formed as a punch-through stopper in the channel region, and an epitaxial Si layer not doped with impurities is thinly formed (10 mm). There is an example in which a MOS transistor is formed as a channel region having a low impurity concentration.
この従来の半導体装置の上面図、チャネル長方向の横断面図、チャネル幅方向の横断面図をそれぞれ図18(a)〜(c)に示す。図18(b)に示すように、シリコン基板101上に素子分離絶縁膜201が形成され、またシリコン基板101中には高濃度不純物が注入されたパンチスルー・ストッパ層102が形成される。このシリコン基板101表面にはエピタキシャルSi層103が形成され、さらにこのエピタキシャルSi層103上にゲート絶縁膜106を介してゲート電極107が形成される。ゲート電極107の下部以外の領域には、ソース・ドレイン拡散層108がエピタキシャルSi層103及びシリコン基板101中に互いに離間して形成される。
18A to 18C are a top view, a cross-sectional view in the channel length direction, and a cross-sectional view in the channel width direction of this conventional semiconductor device, respectively. As shown in FIG. 18B, an element isolation
このトランジスタ構造を有する半導体装置の製法としては、まず、シリコン基板101に素子分離として素子分離絶縁膜201を形成し、その後に、シリコン基板101上にエピタキシャルSi層103の形成を600℃程度で行う。このように、素子分離絶縁膜201を形成した後にエピタキシャルSi層103を成長させるため、素子分離領域の端部において結晶性の悪いエピタキシャルSi層103が形成されることがある。このSi層103は、チャネル幅方向に沿って図18のAに示す領域に形成されるもので、このAに示す領域でリーク電流が発生するという問題があった。
As a method of manufacturing a semiconductor device having this transistor structure, first, an element isolation
このリーク電流の発生を避けるために、まずシリコン基板101に高濃度不純物からなるパンチスルー・ストッパ層102を形成し、次いでエピタキシャルSi層103を形成してさらにその後に素子分離絶縁膜201の形成を行う方法がある。しかしながら、素子分離工程では高温の工程が用いられているため、シリコン基板101の高濃度不純物層であるパンチスルー・ストッパ層102から不純物が再拡散して低濃度不純物層の濃度が高くなってしまうという問題を引き起こしていた。
In order to avoid the occurrence of this leakage current, first, a punch-through
すなわち、素子分離の際の界面酸化膜形成や埋め込み酸化膜のデンシファイ工程等の高温工程、ゲート酸化膜形成や後酸化の高温工程、ソース・ドレインの活性化の高温工程、ソース・ドレインのシリサイド化時の高温工程が障害となり、チャネル表面領域の低濃度不純物層の形成が困難であった。
上述したように従来の半導体装置では、素子分離を行った後にチャネル層として機能するエピタキシャルSi層を形成するため、素子分離端部まで結晶性の悪いSi層が延在し、リーク電流が発生するという問題がある。この問題を解決するために先にエピタキシャルSi層を形成し、その後素子分離を行う方法も考えられるが、エピタキシャルSi層形成の後に行われる素子分離の際の界面酸化膜形成、素子分離絶縁膜のデンシファイ工程、ゲート酸化膜形成工程、ソース・ドレイン活性化工程等の高温工程が障害となり、チャネル表面領域の低濃度不純物層の形成が困難であった。 As described above, in the conventional semiconductor device, since the epitaxial Si layer that functions as the channel layer is formed after element isolation, the Si layer having poor crystallinity extends to the element isolation end portion, and leakage current is generated. There is a problem. In order to solve this problem, a method of forming an epitaxial Si layer first and then performing element isolation is also conceivable. However, interfacial oxide film formation at the time of element isolation performed after epitaxial Si layer formation, element isolation insulating film High-temperature processes such as a densification process, a gate oxide film formation process, and a source / drain activation process become obstacles, and it is difficult to form a low concentration impurity layer in the channel surface region.
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、トランジスタの微細化に伴うショートチャネル効果やリーク電流の低減を可能とするトランジスタ構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a transistor structure capable of reducing a short channel effect and a leakage current accompanying miniaturization of the transistor, and a method for manufacturing the same. Is to provide.
本発明に係る半導体装置は、第1導電型の半導体基板の主平面上に形成された第1導電型の単結晶半導体層と、少なくとも前記単結晶半導体層に互いに離間して形成された第2導電型のソース領域及びドレイン領域と、このソース領域とドレイン領域との間に形成された第1導電型のチャネル領域と、このチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを含むトランジスタ構造を有し、このトランジスタ構造同士は互いに素子分離領域を挟んで形成されている半導体装置であって、前記ソース領域と前記ドレイン領域の下に、第1導電型のパンチスルー・ストッパ層を形成し、前記ゲート絶縁膜との界面近傍における前記チャネル領域は前記パンチスルー・ストッパ層よりも不純物濃度が低く、かつ前記ソース領域及びドレイン領域は素子分離領域上には延在せず、パンチスルー・ストッパ層は、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不純物層から構成され、第1の高濃度不純物層はソース領域及びドレイン領域と隔離されて形成され、第2の高濃度不純物層はソース領域及びドレイン領域と一部重なりかつ少なくともチャネル領域の下部に選択的に形成され、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不純物層とは接していることを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention includes a first conductivity type single crystal semiconductor layer formed on a main plane of a first conductivity type semiconductor substrate, and a second conductivity type formed at least apart from the single crystal semiconductor layer. A conductive type source region and drain region, a first conductive type channel region formed between the source region and the drain region, and a gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film. A transistor structure including a plurality of transistor structures, wherein the transistor structures are formed with an element isolation region sandwiched between each other, wherein the first conductivity type punch-through stopper layer is provided below the source region and the drain region. The channel region in the vicinity of the interface with the gate insulating film has a lower impurity concentration than the punch-through stopper layer, and the source region and the drain region. The punch-through stopper layer is composed of a first high-concentration impurity layer and a second high-concentration impurity layer, and the first high-concentration impurity layer is a source region. The second high-concentration impurity layer partially overlaps the source region and the drain region and is selectively formed at least below the channel region, and the first high-concentration impurity layer and the second high-concentration impurity layer are formed separately from the drain region and the drain region. It is characterized in that it is in contact with the high concentration impurity layer.
また、別の本発明に係る半導体装置は、第1導電型の半導体基板の主平面上に形成された第1導電型のエピタキシャル半導体層と、少なくとも前記エピタキシャル半導体層に互いに離間して形成された第2導電型のソース領域及びドレイン領域と、このソース領域とドレイン領域との間に形成された第1導電型のチャネル領域と、このチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを含むトランジスタ構造を有し、このトランジスタ構造同士は互いに素子分離領域を挟んで形成されている半導体装置であって、前記ソース領域と前記ドレイン領域の下に、第1導電型のパンチスルー・ストッパ層を形成し、前記ゲート絶縁膜との界面における前記チャネル領域は前記パンチスルー・ストッパ層よりも不純物濃度が低く、かつ前記ソース領域及びドレイン領域は素子分離領域上には延在せず、パンチスルー・ストッパ層は、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不純物層から構成され、第1の高濃度不純物層はソース領域及びドレイン領域と隔離されて形成され、第2の高濃度不純物層はソース領域及びドレイン領域と一部重なりかつ少なくともチャネル領域の下部に選択的に形成され、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不純物層とは接していることを特徴とする。 Further, another semiconductor device according to the present invention is formed on the first conductive type epitaxial semiconductor layer formed on the main plane of the first conductive type semiconductor substrate and at least spaced from the epitaxial semiconductor layer. A source region and a drain region of the second conductivity type, a channel region of the first conductivity type formed between the source region and the drain region, and a gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film The transistor structure is formed by sandwiching an element isolation region between each other, and the first conductivity type punch-through layer is formed under the source region and the drain region. Forming a stopper layer, wherein the channel region at the interface with the gate insulating film has a lower impurity concentration than the punch-through stopper layer; and The source region and the drain region do not extend on the element isolation region, and the punch-through stopper layer includes a first high-concentration impurity layer and a second high-concentration impurity layer, and the first high-concentration impurity layer The layer is formed separately from the source region and the drain region, and the second high-concentration impurity layer partially overlaps with the source region and the drain region and is selectively formed at least under the channel region. The layer and the second high concentration impurity layer are in contact with each other.
本発明の望ましい形態を以下に示す。 Desirable embodiments of the present invention are shown below.
(1)ソース領域及びドレイン領域上にはシリサイド膜が形成されてなる。 (1) A silicide film is formed on the source region and the drain region.
(2)ゲート電極は、不純物がドープされた多結晶Si膜と、該多結晶Si膜上に形成されたメタル膜又はシリサイド膜の積層構造である。 (2) The gate electrode has a laminated structure of a polycrystalline Si film doped with impurities and a metal film or a silicide film formed on the polycrystalline Si film.
(3)(2)において、ソース領域及びドレイン領域上にはシリサイド膜が形成されてなる。 (3) In (2), a silicide film is formed on the source region and the drain region.
(4)高濃度不純物層は第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不純物層から構成され、該第1の高濃度不純物層はソース領域及びドレイン領域と隔離されて形成され、該第2の高濃度不純物層はソース領域及びドレイン領域と一部重なり、かつ少なくともチャネル領域の下部に選択的に形成されてなる。
(4) The high-concentration impurity layer includes a first high-concentration impurity layer and a second high-concentration impurity layer, and the first high-concentration impurity layer is formed separately from the source region and the drain region. The high
(5)高濃度不純物層はソース領域及びドレイン領域と隔離されて形成される。 (5) The high concentration impurity layer is formed separately from the source region and the drain region.
(6)ソース領域及びドレイン領域はエピタキシャル半導体層中に形成された第1の部分と、該エピタキシャル半導体層上の第1の部分のソース領域及びドレイン領域上にさらに選択的に形成された第2の部分からなる。 (6) The source region and the drain region are a first portion formed in the epitaxial semiconductor layer and a second portion further selectively formed on the source region and the drain region of the first portion on the epitaxial semiconductor layer. It consists of parts.
(7)高濃度不純物層はチャネルの少なくとも一部に存在し、該高濃度不純物層の下には該高濃度不純物層と接する様に該高濃度不純物層と同じ導電型のウェル層が形成される。 (7) The high concentration impurity layer exists in at least a part of the channel, and a well layer having the same conductivity type as the high concentration impurity layer is formed under the high concentration impurity layer so as to be in contact with the high concentration impurity layer. The
(8)シリサイド膜がコバルトシリサイド、チタンシリサイド、パラジウムシリサイド(PdSi2)、プラチナシリサイド(PtSi)、イリジウムシリサイド(IrSi3)などである。 (8) The silicide film is cobalt silicide, titanium silicide, palladium silicide (PdSi 2 ), platinum silicide (PtSi), iridium silicide (IrSi 3 ), or the like.
また、さらに別の本発明に係る半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体基板の少なくとも一部に第1導電型の高濃度不純物層を形成する工程と、前記半導体基板の主平面上にエピタキシャル成長により第1導電型の半導体層を形成する工程と、前記半導体層及び前記半導体基板を選択的に除去して溝を形成し、該溝に素子分離絶縁膜を埋め込み形成する工程と、前記半導体層上に選択的にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクに第2導電型のソース領域及びドレイン領域を形成する工程とを含み、前記高濃度不純物層の形成後の工程は、700℃以下の条件で行い、前記ソース領域と前記ドレイン領域の下に、前記高濃度不純物層を形成し、前記ゲート絶縁膜との界面近傍における前記チャネル領域は前記高濃度不純物層よりも不純物濃度が低く、高濃度不純物層は、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不純物層から構成され、第1の高濃度不純物層はソース領域及びドレイン領域と隔離されて形成され、第2の高濃度不純物層はソース領域及びドレイン領域と一部重なりかつ少なくともチャネル領域の下部に選択的に形成され、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不純物層とは接していることを特徴とする。 Further, another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first conductivity type high concentration impurity layer on at least a part of a first conductivity type semiconductor substrate, and a main plane of the semiconductor substrate. Forming a first conductive type semiconductor layer by epitaxial growth, forming a groove by selectively removing the semiconductor layer and the semiconductor substrate, and embedding an element isolation insulating film in the groove; Forming a gate insulating film and a gate electrode selectively on the semiconductor layer; and forming a source region and a drain region of the second conductivity type using the gate electrode as a mask, and forming the high-concentration impurity layer The subsequent process is performed under conditions of 700 ° C. or less, the high-concentration impurity layer is formed under the source region and the drain region, and the channel region in the vicinity of the interface with the gate insulating film. The impurity concentration is lower than that of the high-concentration impurity layer, and the high-concentration impurity layer includes a first high-concentration impurity layer and a second high-concentration impurity layer, and the first high-concentration impurity layer includes a source region and a drain region. The second high-concentration impurity layer partially overlaps with the source region and the drain region and is selectively formed at least under the channel region, and the first high-concentration impurity layer and the second high-concentration layer are formed. It is characterized by being in contact with the impurity layer.
本発明の望ましい形態を以下に示す。 Desirable embodiments of the present invention are shown below.
(1)溝を形成した後素子分離絶縁膜の埋め込み形成の前に、該溝表面を覆うようにラジカル酸化を用いた酸化膜を形成する。 (1) After forming the trench and before embedding the element isolation insulating film, an oxide film using radical oxidation is formed so as to cover the trench surface.
(2)半導体基板の形成後半導体層を形成する前に、半導体基板表面に形成された自然酸化膜を、700℃以下の条件で水素ラジカルを用いて除去する。 (2) After forming the semiconductor substrate and before forming the semiconductor layer, the natural oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate is removed using hydrogen radicals under conditions of 700 ° C. or lower.
(3)ソース領域及びドレイン領域は、室温以下の低温に半導体基板を冷却してイオン注入を行うことにより形成する。 (3) The source region and the drain region are formed by cooling the semiconductor substrate to a low temperature below room temperature and performing ion implantation.
(4)ソース領域及びドレイン領域の活性化に、700℃以上の温度によるミリ秒以下の短時間高速熱処理工程を用いる。 (4) For activation of the source region and the drain region, a short-time rapid heat treatment step of milliseconds or less at a temperature of 700 ° C. or higher is used.
(5)ソース・ドレイン不純物層の活性化に、エキシマレーザを用いて熱処理を行う工程を用いる。 (5) A step of performing heat treatment using an excimer laser is used to activate the source / drain impurity layer.
(6)ゲート絶縁膜の形成に、ラジカル酸化法を用いて半導体層表面に酸化膜を形成する工程を用いる。 (6) A step of forming an oxide film on the surface of the semiconductor layer using a radical oxidation method is used for forming the gate insulating film.
(7)溝を形成した後素子分離絶縁膜を埋め込み形成する前に、該溝表面を覆うように700℃以下の条件でラジカル酸化を用いて酸化膜を形成する。 (7) After forming the groove and before embedding the element isolation insulating film, an oxide film is formed using radical oxidation under conditions of 700 ° C. or less so as to cover the surface of the groove.
(8)半導体基板中に形成したソース領域及びドレイン領域に自己整合的にシリサイド膜を形成する。 (8) A silicide film is formed in a self-aligned manner in the source region and the drain region formed in the semiconductor substrate.
(9)シリサイド膜がコバルトシリサイド、チタンシリサイド、パラジウムシリサイド(PdSi2)、プラチナシリサイド(PtSi)、イリジウムシリサイド(IrSi3)などである。 (9) The silicide film is cobalt silicide, titanium silicide, palladium silicide (PdSi 2 ), platinum silicide (PtSi), iridium silicide (IrSi 3 ), or the like.
(10)ゲート電極表面にシリサイド膜を形成するとともに、ソース領域及びドレイン領域上にもシリサイド膜を形成する。 (10) A silicide film is formed on the surface of the gate electrode, and a silicide film is also formed on the source region and the drain region.
(作用)
本発明では、エピタキシャル半導体層が素子分離領域上に延在しないMOSトランジスタの構造により、素子分離端部における結晶性の悪い半導体層がないためリーク電流の発生が低減できる。また、ゲート電極の構造を、不純物がドープされた多結晶Si膜に、シリサイド膜又はメタル膜が形成された積層構造とすることにより、ゲート電極の抵抗値を低減することができる。また、ゲート絶縁膜との界面近傍におけるチャネル領域が半導体基板よりも不純物濃度が低く形成されるため、ショートチャネル効果を抑制しつつドレイン電流の低下を防止できる。
(Function)
In the present invention, due to the structure of the MOS transistor in which the epitaxial semiconductor layer does not extend over the element isolation region, there is no semiconductor layer with poor crystallinity at the element isolation end portion, so that the generation of leakage current can be reduced. Further, the resistance value of the gate electrode can be reduced by adopting a stacked structure in which a silicide film or a metal film is formed on a polycrystalline Si film doped with impurities. In addition, since the channel region in the vicinity of the interface with the gate insulating film is formed with a lower impurity concentration than the semiconductor substrate, it is possible to prevent the drain current from decreasing while suppressing the short channel effect.
また、MOSトランジスタ形成工程のトータル・プロセスのうち、高濃度不純物層形成以後の工程の低温化(<700℃)を実現することにより、高濃度不純物層からなるチャネル下部領域の形成が可能となる。すなわち、チャネル領域形成の際の高濃度不純物層からチャネル領域への不純物拡散を低減することで、ゲート絶縁膜との界面近傍におけるチャネル領域を半導体基板よりも低い不純物濃度に保つことができ、ショートチャネル効果を抑制することができる。700℃以下の低温プロセスにより半導体装置を製造することにより、高濃度不純物層からチャネル領域への不純物の拡散を抑制できることは、IEDM Technical Digestpp. 433-436(1993)(T-Ohguro 他)やIEEE Transactions on E1ectron Devices, Vo1.45, No.3(March 1998), pp. 710-716(T.Ohguro 他)にも開示されているように明らかである。 In addition, by realizing the low temperature (<700 ° C.) of the steps after the formation of the high concentration impurity layer in the total process of the MOS transistor formation step, it is possible to form a channel lower region composed of the high concentration impurity layer. . That is, by reducing impurity diffusion from the high-concentration impurity layer to the channel region when forming the channel region, the channel region in the vicinity of the interface with the gate insulating film can be kept at a lower impurity concentration than the semiconductor substrate. The channel effect can be suppressed. By manufacturing a semiconductor device by a low-temperature process of 700 ° C. or lower, it is possible to suppress diffusion of impurities from the high-concentration impurity layer to the channel region, according to IEDM Technical Digestpp. 433-436 (1993) (T-Ohguro et al) It is clear as disclosed in Transactions on E1ectron Devices, Vo1.45, No.3 (March 1998), pp. 710-716 (T. Ohguro et al.).
さらに、エピタキシャル成長によるチャネル領域の形成の後に素子分離絶縁膜の形成工程を行うことで、素子分離絶縁膜を先に形成することにより生じる素子分離絶縁膜上への延在した結晶性の悪い半導体層の形成を防止することができる。 Furthermore, a semiconductor layer having poor crystallinity extending on the element isolation insulating film formed by forming the element isolation insulating film first by performing a process of forming the element isolation insulating film after the formation of the channel region by epitaxial growth. Can be prevented.
また、このように低温化プロセスを用いることにより、ソース領域及びドレイン領域の拡散層深さの拡張を防ぐことができるため、ショートチャネル効果を抑制したトランジスタ構造を実現することができる。 Further, by using the low temperature process in this manner, extension of the diffusion layer depth of the source region and the drain region can be prevented, so that a transistor structure in which the short channel effect is suppressed can be realized.
本発明に係る半導体装置によれば、ゲート絶縁膜との界面近傍におけるチャネル領域は、半導体基板よりも低い不純物濃度であるため、ショートチャネル効果を抑制しつつドレイン電流の低下を防止できる。また、素子分離領域上にソース・ドレイン領域が延在しない構造であるため、素子分離部における結晶性の悪い半導体層が無くリーク電流が低減できる。 According to the semiconductor device of the present invention, since the channel region in the vicinity of the interface with the gate insulating film has an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate, it is possible to prevent the drain current from decreasing while suppressing the short channel effect. Further, since the source / drain region does not extend over the element isolation region, there is no semiconductor layer with poor crystallinity in the element isolation portion, and the leakage current can be reduced.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、700℃以下の低温プロセスを用いることにより、ソース領域及びドレイン領域の深さを浅く形成しつつ、チャネル領域を低不純物濃度に保ち、チャネル領域下部に形成された高濃度不純物領域からの不純物の拡散を抑制することができる。また、高濃度不純物層を形成した後に素子分離絶縁膜の形成を行うため、素子分離領域上にソース領域及びドレイン領域が延在することが無い半導体装置を製造することができる。 Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, by using a low temperature process of 700 ° C. or lower, the channel region is kept at a low impurity concentration while the source region and the drain region are formed with a shallow depth. Diffusion of impurities from the high concentration impurity region formed in the lower portion of the region can be suppressed. In addition, since the element isolation insulating film is formed after the high concentration impurity layer is formed, a semiconductor device in which the source region and the drain region do not extend over the element isolation region can be manufactured.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係る半導体装置(単体トランジスタ)の全体構成を示す図であり、(a)は上面図、(b)はチャネル長方向で切断したA−A’断面図、(c)はチャネル幅方向で切断したB−B’断面図である。以下、nチャネルトランジスタの場合について説明する。
(First embodiment)
1A and 1B are diagrams showing an overall configuration of a semiconductor device (single transistor) according to a first embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a top view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in the channel length direction. (C) is a BB 'cross-sectional view cut in the channel width direction. Hereinafter, the case of an n-channel transistor will be described.
不純物濃度5×1015cm-3程度のp型シリコン基板101のトランジスタ領域にpウェル(図示せず)が形成され、このpウェルの中のトランジスタ・チャネル形成領域に2×1018cm-3程度の濃度の高濃度不純物が導入されたパンチスルー・ストッパ層102が形成される。パンチスルー・ストッパ層102の上層には、不純物のドープされていないエピタキシャルSi層103が例えば20nm程度の膜厚で形成される。また、これらシリコン基板101及びエピタキシャルSi層103が掘り込まれた領域であってトランジスタの形成されない領域はSTI(Shallow Trench Iso1ation)素子分離領域であり、この素子分離領域には、酸化膜104を介して絶縁膜105が埋め込み形成される。
A p-well (not shown) is formed in the transistor region of the p-
エピタキシャルSi層103の一部はチャネル領域として動作する。トランジスタのしきい値(Vth)をコントロールする為、必要に応じて不純物濃度5×1016cm-3程度のp型チャネル不純物層(図示せず)が主にエピタキシャルSi層103のチャネル領域にのみ選択形成される。なお、不純物濃度が大きくなると、不純物散乱によるチャネル電流の低下が問題となるため、チャネル領域の不純物濃度は1×1017cm-3程度を超えないものとする。また、チャネル領域全体としての不純物濃度はシリコン基板101よりも高くなっているが、ゲート絶縁膜106との界面近傍における不純物濃度はシリコン基板101よりも低い程度に形成される。
A part of the
また、ゲート絶縁膜106を介してメタル(例えばTiN膜やRu膜やW膜やそれらの積層膜)からなるゲート電極107が形成され、ゲート電極107をマスクにして形成された不純物拡散層として、不純物濃度5×1019cm-3程度、拡散層深さ0.04μm程度のn型拡散層108aと不純物濃度5×1020cm-3程度、拡散層深さ0.08μm程度のn+型拡散層108bがゲート電極107の両側にそれぞれ形成される(以下、これら拡散層108aと108bを併せてソース・ドレイン拡散層108と呼ぶ)。また、ソース・ドレイン拡散層108の表面にはゲート電極107の側壁に形成された側壁膜109を用いてシリサイド膜110(例えばTiSi2,CoSi2,PtSi,Pd2Si,IrSi3,RhSi等)が自己整合的に形成される。
In addition, a
さらに、これらゲート電極107,シリサイド膜110等を覆うように層間絶縁膜111が形成され、この層間絶縁膜111を介してシリサイド膜110まで接続されるコンタクトプラグ112,このコンタクトプラグ112に接続される配線113が形成され、トランジスタ構造が実現される。
Further, an
以上説明した構造のトランジスタの製造工程を図2〜図8の工程断面図を用いて説明する。図2〜図8における(a)は図1(a)の平面図、(b)は図1(b)のA−A’断面図に対応する製造工程図である。 A manufacturing process of the transistor having the above-described structure will be described with reference to process cross-sectional views in FIGS. 2A to 8A are plan views of FIG. 1A, and FIG. 8B is a manufacturing process diagram corresponding to the A-A ′ sectional view of FIG.
まず、図2に示すように、不純物濃度5×10-5cm-3程度の(100)p型シリコン基板101のトランジスタ・チャネル領域に例えばピーク不純物濃度で4×1017cm-3程度のpウェル(図示せず)を、例えばボロンを260KeV,2×1013cm-2程度イン注入することにより形成する。
First, as shown in FIG. 2, in the transistor channel region of the (100) p-
次に、pウェル中のトランジスタ・チャネル形成領域に高濃度不純物が導入されたパンチスルー・ストッパ層102をレジスト膜(図示せず)をマスクに例えばボロン等をイオン注入法を用いてピーク濃度で2×1018cm-3程度の不純物分布になるように形成する。この時、Si基板101表面に8mm程度の膜厚のSiO2等の酸化膜121を形成しておき、レジストからのSi基板101への汚染を防止する。この時のイオン注入層の活性化には、例えば900℃、5分、N2中でRTA(Rapid Thermal Anneal)を用いて急峻なプロファイルを持つp型の不純物層を形成するようにする。
Next, the punch-through
次に、図3に示すように、まず酸化膜121を除去し、さらに自然酸化膜を除去し、Si基板101表面を露出させた後、全面にエピタキシャルSi層103を成長させる。成膜温度は例えば700℃程度とし、エピタキシャルSi層103の膜厚は例えば20nm程度とする。自然酸化膜の除去には、エピタキシャル膜成長装置の炉の中で水素ラジカル(H*)等を用いて700℃程度で処理する方法を用いても良い。
Next, as shown in FIG. 3, first, the oxide film 121 is removed, the natural oxide film is further removed, the surface of the
このエピタキシャルSi成長過程及び後の熱工程により、先にSi基板101表面に形成したパンチスルー・ストッパ層102からのエピタキシャルSi層103への不純物の再拡散が起こる。このため、低不純物のチャネル領域を形成するためには、エピタキシャルSi層103の形成やその後の熱工程をできるだけ低温化する。
By this epitaxial Si growth process and subsequent thermal process, re-diffusion of impurities from the punch-through
次に、例えば反応性イオンエッチング(RIE法)を用いてエピタキシャルSi層103及びSi基板101に例えば約0.2μm程度の溝124を形成する。この時、エッチング・マスク材としてバッファ酸化膜122(例えば膜厚8nm)とシリコン窒化膜(Si3N4)123(例えば膜厚100mm)を積層形成し、レジスト(図示せず)をマスクにシリコン窒化膜123及びバッファ酸化膜122、さらにエピタキシャルSi層103,Si基板101を加工する。
Next, a
次に、溝124の内壁のエッチング・ダメージ等をアッシングとウェット処理等を用いてクリーニング及び除去して溝124のSi基板101表面を露出させる。また、この時のバッファ酸化膜122の形成には、例えば700℃程度の低温で良質の酸化膜を形成できる酸素ラジカル酸化法を用いる。ラジカル酸化とは、励起状態が酸素原子ラジカルを主成分とする酸化源ガスをシリコン基板1に供給し、Si表面を酸化して高性能のシリコン酸化膜を低温(700℃程度)で形成する方法である。次に、溝124の側面及び底面に低温で良質な酸化膜を形成できるラジカル酸化法を用いて7nm程度の膜厚の酸化膜104を形成する。
Next, etching / damage or the like of the inner wall of the
次に、図4に示すように、酸化膜104を介して溝124に例えばTEOS酸化膜等の絶縁膜105を埋め込み、いわゆるトレンチ型の素子分離層(STI:Shal1ow Trench Iso1ation)を形成する。具体的には、全面に300nm程度のTEOS酸化膜を650℃の成膜温度を用いたCVD法で堆積した後、例えば700℃程度のラジカル酸化雰囲気でCVD酸化膜のデンシファイを行い、次に全面をCMP(Chemical Mechanical Po1ishing)法により平坦化する。この時、シリコン窒化膜123とのCMPレートの差を用いて絶縁膜105を溝124に平坦に埋め込む。さらに、シリコン窒化膜123を例えばホット燐酸等でウェット除去し、次いでバッファ酸化膜122をフッ酸系の溶液で剥離し、エピタキシャルSi層103の表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 4, an insulating
次に、図5に示すように、露出したエピタキシャルSi層103の表面に例えば700℃程度のラジカル酸化法を用いて例えば5mm程度の膜厚のゲート絶縁膜106(酸化膜)を形成する。このラジカル酸化によるゲート絶縁膜106の形成により、Si表面の凸凹が少ない酸化膜が実現できるので、後述するチャネル不純物の低濃度化(i層チャネル化)との組み合わせで、チャネル界面散乱及び不純物散乱によるチャネル・モビリティの低下の少ないMOSトランジスタチャネルを実現できる。また、ラジカル酸化では酸化膜の膜厚がある温度では一定の膜厚のみ形成されるため、酸化膜のウェーハ面内及びチップ間での酸化膜の膜厚ばらつきを少なくできるという特長がある。
Next, as shown in FIG. 5, a gate insulating film 106 (oxide film) having a thickness of, for example, about 5 mm is formed on the exposed surface of the
また、SiO2からなるゲート絶縁膜106の代わりにTa2O5(タンタルオキサイド)膜を用いてもよい。Ta2O5膜は比誘電率(εr)がSiO2 からなる膜(εr=3.9)に比較して大きく、約20〜27程度である。このため、酸化膜に膜厚を換算したときの酸化膜換算膜厚(equivalent film thickness)が2mm以下にもできる可能性がある膜である。具体的には、エピタキシャルSi層103界面との界面準位密度を減らすために、例えば1nm程度のSiO2膜系の膜をエピタキシャルSi層103界面に形成してからその上にTa2O5膜を形成する、積層ゲート絶縁膜構造にして使用することができる。
A Ta 2 O 5 (tantalum oxide) film may be used instead of the
必要であれば、レジスト膜(図示せず)をマスクとして所望のエピタキシャルSi層103を含むチャネル領域にのみチャネル・イオン注入を行なう。nチャネルトランジスタの場合、0.7V程度のしきい値(Vth)を設定するためには、例えばボロン(B+)を10KeV,5×1012cm-2程度イオン注入し、チャネル領域にのみ選択的にp型チャネル不純物層(図示せず)を形成する。この工程は、SiO2膜等のバッファ酸化膜(図示せず)を介してイオン注入を行なうので、このバッファ酸化膜を剥離した後、犠牲酸化膜としてSiO2膜(図示せず)を形成し、このSiO2膜を介してイオン注入を行なっても良い。
If necessary, channel ion implantation is performed only in a channel region including a desired
また、この追加のイオン注入によるチャネル不純物層の活性化は、このチャネル・イオン注入の後、例えば、RTAを用いて例えば750℃、10秒程度の熱処理で行なっても良い。この追加のチャネル不純物層を形成した後の熱工程は低温化(700℃以下が望ましい)が必要なので、チャネル層、すなわちエピタキシャルSi層103のイオン注入にはイオン注入中の半導体装置の温度を低温にコントロールして行う、いわゆる「クライオ・イオン注入法」を用いてイオン注入時の結晶ダメージを低減させ、低温で活性化ができるようにする。なお、チャネル不純物層の活性化は、エキシマレーザでの700℃程度の低温活性化でもよい。
The channel impurity layer may be activated by this additional ion implantation after the channel ion implantation, for example, by heat treatment at 750 ° C. for about 10 seconds using, for example, RTA. Since the thermal process after the formation of the additional channel impurity layer requires a low temperature (desirably 700 ° C. or less), the temperature of the semiconductor device during the ion implantation is lowered for ion implantation of the channel layer, that is, the
次に、例えばn型不純物をドープした多結晶Si膜(膜厚200mm程度)を全面に堆積し、レジスト膜(図示せず)をマスクにパターニングを行いゲート電極107を形成する。
Next, for example, a polycrystalline Si film doped with an n-type impurity (film thickness of about 200 mm) is deposited on the entire surface, and patterning is performed using a resist film (not shown) as a mask to form the
次に、図6に示すように、ゲート電極107をマスクにしてn-型のソース・ドレイン拡散層108aを例えばエピタキシャルSi層103にイオン注入ダメージの入り難い「低温イオン注入法(クライオ・イオン注入法)」を用いて形成する。この時、ゲート電極107の側壁や底面角部の電界集中を緩和するために、ゲート電極107を例えばラジカル酸化法や低温のRTO(Rapid Thermal Oxidation)法等を用いて5nm程度の膜厚の酸化膜(図示せず)をゲート電極107の側壁や底面角部に形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 6, using the
また、浅いソース・ドレイン拡散層108aの形成には、イオン注入法ではなく固相拡散法を用いても良い。イオン注入条件は、例えば、リン(P+)イオンの注入を40KeV,4×1013cm-2程度行ない、ソース・ドレイン拡散層108aを形成する。もちろん、砒素(As)等のイオン注入を行っても良い。
The shallow source /
次に、図7に示すように、SiO2膜を全面にCVD法で堆積した後、全面のRIEを行ない、ゲート電極107パターンの側壁部にSiO2膜を残す、いわゆる「SiO2の側壁残し」を行ない、ゲート電極107の側壁に膜厚20nm程度の側壁膜109膜を形成する。その後、例えば砒素(As+)イオンの注入を15KeV,5×1015cm-2程度行ないn+型のソース・ドレイン拡散層108bを形成し、拡散層108aと併せて、いわゆるゲート・エクステンション構造を持ったソース・ドレイン拡散層108を形成する。
Next, as shown in FIG. 7, after depositing by CVD a SiO 2 film on the entire surface, subjected to the entire surface of the RIE, leaving the SiO 2 film on the side wall of the
ここでは、ゲート・エクステンション構造を用いているが、n-型拡散層のみ、あるいは、n+型拡散層のみの、いわゆるシングル・ソース・ドレイン方式でも良い。それぞれの拡散層深さは、700℃以下の温度での最終的なイオン注入層の熱的な活性化により、n-型の拡散層108aは接合深さXj:0.05μm程度、n+型の拡散層108bのXj=0.06μm程度になるようにイオン注入条件及び活性化条件を制御する。なお、この低温活性化には、エキシマレーザを用いた熱処理を行うのが望ましいが、850℃程度でミリ秒以下の短時間高速熱処理によることもできる。また、エキシマレーザを用いた熱処理と高速熱処理とを併用することもできる。このように、低温イオン注入及び活性化を行うことにより、ソース・ドレイン拡散層108の高濃度化及びシャロウ化が可能となる。
Here, a gate extension structure is used, but a so-called single source / drain system having only an n − type diffusion layer or only an n + type diffusion layer may be used. The depth of each diffusion layer is determined by the thermal activation of the final ion implantation layer at a temperature of 700 ° C. or lower, so that the n − -
次に、露出したソース・ドレイン拡散層108の表面にTiSi2やCoSi2,PtSi,Pd2Si,IrSi3,RhSi等のシリサイド膜110を低温(<700℃)で形成する。このシリサイド膜110は、ソース・ドレイン拡散層108に自己整合的に形成される。これにより、ソース・ドレイン拡散層108の比抵抗を例えば<50μΩcm程度に低下させることができる。特に、p+型の拡散層とのコンタクト抵抗を低下させるにはPd2Siが有効である。このように、Pd2Si等の低温化でシリサイドを形成できる新しいシリサイド材料を導入することにより、p+型の拡散層のコンタクト抵抗を低下できるので、ソース・ドレイン拡散層108の寄生抵抗の小さなMOSトランジスタが実現できる。
Next, a
次に、図8に示すように、全面にCVDを用いてSiO2からなる層間絶縁膜111を例えば300nm程度堆積し、例えば700℃程度のラジカル酸化雰囲気で例えば3分程度デンシファイを行なう。この熱工程でソース・ドレイン拡散層108のイオン注入層の活性化を兼ねて行っても良い。ソース・ドレイン拡散層108の深さ(Xj)を抑えたい時は、デンシファイの温度を700℃程度に低温化したり、RTA法を用いて850℃程度でms(ミリ秒)程度の短時間アニールを行っても良いし、それらを併用してイオン注入層の活性化を行なっても良い。この後、層間絶縁膜111全面をCMPにより平坦化を行ない、層間絶縁膜111表面の平坦化を行う。
Next, as shown in FIG. 8, the entire surface by CVD and interlayer insulating
次に、レジスト膜(図示せず)とRIE法を用いてシリサイド膜110が露出するようにコンタクト・ホール125を形成する。この後は、図1(a),(b)に示すように、コンタクト・ホール125にコンタクトプラグ112を形成し、さらにAlからなる配線113を形成する。そして、全面にパッシベーション膜(図示せず)を堆積し、トランジスタの基本構造が完成する。この時、コンタクトプラグ112にはW(タングステン)膜やAl(アルミ)膜、TiN(窒化チタン)膜/Ti(チタン)膜やそれらの積層膜を用いることができる。
Next, a
このように700℃以下の低温プロセスにより半導体装置を製造する理由を図9を用いて説明する。図9はソース・ドレイン拡散層深さの拡散層形成後のRTA温度依存性を示す図であり、横軸は加熱温度、縦軸は拡散層深さを表す。ボロン(B+)イオンを1keV、3.0×1014cm-2程度行った場合を示す。図9に示すように、700℃以下の温度では、アニール時間が1分の場合も10分の場合もソース・ドレイン拡散層深さが0.05μmと浅く形成することができるが、それ以上の温度で加熱した場合には、加熱工程におけるソース・ドレイン拡散層の拡張により、拡散層深さも深くなってしまい、ショートチャネル効果を抑制できない。これに対して、上述の700℃以下の低温プロセスを用いた場合には、拡散層の拡張も浅くでき、ショートチャネル効果も抑制することができる。 The reason for manufacturing a semiconductor device by a low-temperature process at 700 ° C. or lower will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a graph showing the dependence of the source / drain diffusion layer depth on the RTA temperature after formation of the diffusion layer. The horizontal axis represents the heating temperature, and the vertical axis represents the diffusion layer depth. The case where boron (B + ) ions are performed at about 1 keV and about 3.0 × 10 14 cm −2 is shown. As shown in FIG. 9, at a temperature of 700 ° C. or lower, the source / drain diffusion layer depth can be as shallow as 0.05 μm regardless of whether the annealing time is 1 minute or 10 minutes. When heated at a temperature, expansion of the source / drain diffusion layer in the heating process increases the depth of the diffusion layer, and the short channel effect cannot be suppressed. On the other hand, when the low temperature process of 700 ° C. or lower is used, the diffusion layer can be expanded shallowly and the short channel effect can be suppressed.
また、700℃以下の低温プロセスにより半導体装置を製造することにより、パンチスルー・ストッパ層102からチャネル領域への不純物の拡散を抑制できることは、IEDM Technical Digest pp. 433-436(1993)(T-Ohguro 他)やIEEE Transactions on E1ectron Devices, Vo1.45, No.3(March 1998), pp. 710-716(T.Ohguro 他)にも開示されているように明らかである。
In addition, it is possible to suppress the diffusion of impurities from the punch-through
以上の工程に示したように、パンチスルー・ストッパ層102形成後の工程にいて、STIのSi側壁の酸化やCVD酸化膜104のデンシファイ等にラジカル酸化を用いて工程を低温化したり、犠牲酸化・ゲート酸化等低温酸化膜形成法を導入することで実現される完全な低温工程で実現したトランジスタ構成により、シリコン基板101中に形成した高濃度不純物のパンチスルー・ストッパ層102からエピタキシャルSi層103中のチャネル領域への不純物拡散を抑制することができ、ゲート絶縁膜との界面近傍におけるチャネル領域の低不純物濃度化が実現できる。これにより、ショートチャネル効果を抑えながらドレイン電流の低下を防止できる。これには、ラジカル酸化法を用いて高品質酸化膜の形成を低温化できたこととイオン注入法にクライオ・イオン注入法を用いて低温活性化を達成できた事が大きく貢献している。また、トランジスタ形成プロセスの低温化が実現できているので、例えば高誘電体膜などをゲート絶縁膜106に適用することが容易になる。これによりゲート絶縁膜106の薄膜化がさらに実現し易くなる。
As shown in the above steps, in the step after the formation of the punch-through
また、このように低温化プロセスを用いることにより、ソース・ドレイン拡散層108の深さの拡張を防ぐことができるため、ショートチャネル効果を抑制したトランジスタ構造を実現することができる。
Further, by using such a low temperature process, the extension of the depth of the source /
また、低温化プロセスにより形成可能なシリサイド膜110をソース・ドレイン拡散層108上に形成することにより、コンタクト抵抗が低減でき、ソース・ドレイン拡散層108の寄生抵抗の小さなMOSトランジスタが実現できる。
Further, by forming the
また、ゲート絶縁膜106の形成にラジカル酸化法を用いているので、ゲート絶縁膜106の10年信頼性を保証できる最大電界(Emax)が通常の熱酸化膜に比べて大きくなるのでゲート絶縁膜106の膜厚を通常の熱酸化膜に比べて更に薄くできる。また、表面の凸凹が少ない酸化膜が実現できるので、チャネル不純物の低濃度化との組み合わせでチャネル界面散乱及び不純物散乱によるチャネル・モビリティの低下の少ないMOSトランジスタチャネルを実現できる。また、ラジカル酸化は酸化膜の膜厚がある温度では一定の膜厚のみ形成されるので、酸化膜のウェーハ面内及びチップ間での酸化膜の膜厚ばらつきが少なくできる。
In addition, since the radical oxidation method is used to form the
また、エピタキシャルSi層103を形成してからSTIを行う製造方法なので、エピタキシャルSi層103が素子分離(STI)の上に張り出して形成されないので、チャネル幅方向のリーク電流の増加を抑制できる。また、以上に示した工程は、従来の平面型のトランジスタ製造工程を踏襲できるので、工程/構造を複雑にすることなくトランジスタ性能を向上させる事ができる。
In addition, since the STI is performed after the
(第2実施形態)
図10は本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造工程途中における全体構成を示す横断面図である。本実施形態の半導体装置の製造工程は図2〜図8とほぼ同じでありその詳細な説明は省略し、図7のA−A’断面図に対応する図のみを図10に示す。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the overall configuration during the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment is almost the same as that in FIGS. 2 to 8, and detailed description thereof is omitted. FIG. 10 shows only a diagram corresponding to the AA ′ sectional view of FIG.
第1実施形態では、ゲート電極としてn型又はp型に不純物がドープされた多結晶Si膜をゲート電極107に用いた例を説明したが、本実施形態では、ゲート電極構造としてゲート電極107の配線抵抗を低減するため、ゲート電極107の表面にシリサイド膜131を選択形成する構造に関する。なお、他の構成は第1実施形態と重複するため同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
In the first embodiment, an example in which a polycrystalline Si film doped with n-type or p-type impurities as the gate electrode is used for the
このシリサイド膜131は、ソース・ドレイン拡散層108上に形成されたシリサイド膜110と同時に形成することができる。すなわち、ソース・ドレイン拡散層108表面を露出させる際に、同時にゲート電極107の多結晶Si層表面も露出させておけば良い。シリサイド膜131の材料としては、第1実施形態で記述したように、TiSi2,CoSi2,PtSi,Pd2Si,IrSi3,RhSi等からなる膜を用いる。また、シリサイド膜131の形成には低温工程(<700℃)で形成する。なお、他の工程は第1実施形態と同じである。
The silicide film 131 can be formed simultaneously with the
このように、ゲート電極構造としてゲート電極107の表面にシリサイド膜131を選択形成することにより、ゲート電極構造の配線抵抗を低減することができる。
Thus, by selectively forming the silicide film 131 on the surface of the
(第3実施形態)
図11は本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造工程途中における全体構成を示す図である。本実施形態の半導体装置の製造工程は図2〜図8とほぼ同じでありその詳細な説明は省略し、図7のA−A’断面図に対応する図を(a)に、チャネル幅方向で切断した断面図(図1におけるB−B’断面図に対応する図)を(b)に示す。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a diagram showing an overall configuration in the course of the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. The manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment is almost the same as that in FIGS. 2 to 8, and detailed description thereof is omitted. FIG. 7A corresponding to the AA ′ cross-sectional view of FIG. (B) is a cross-sectional view taken along the line (corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1).
本実施形態では、ソース・ドレイン拡散層108の底部の大部分とパンチスルー・ストッパ層102の間に距離dを設ける構造に関する。例えば距離dは0.01μm程度である。この構造を実現するには例えばシリコン基板101に第1のパンチスルー・ストッパ層141(第1実施形態のパンチスルー・ストッパ層102に対応)のピーク不純物濃度位置(Rp)を第1実施形態の場合に比べて0.01μm程度下方に形成する事で対応できる。
The present embodiment relates to a structure in which a distance d is provided between most of the bottom of the source /
また、第1のパンチスルー・ストッパ層141のピーク不純物濃度位置(Rp)を第1実施形態のパンチスルー・ストッパ層102よりも下方に形成したことによりショートチャネル効果を抑制する能力が低下した場合には、図11に示すように第2のパンチスルー・ストッパ層142をゲート電極107の直下のチャネル領域に選択的に形成する事で対応しても良い。
Further, the peak impurity concentration position (R p ) of the first punch-through
本実施形態に係る半導体装置の製造工程は第1実施形態と共通するが、本実施形態では、第1のパンチスルー・ストッパ層141の形成の直前又は直後に、第2のパンチスルー・ストッパ層142の形成を行う点が異なる。この第2のパンチスルー・ストッパ層142は、シリコン基板101表面にレジスト膜(図示せず)をマスクにして選択的に所望の領域にイオン注入することにより形成される。あるいは、エピタキシャルSi層を形成した後にレジスト膜マスクのイオン注入法で形成しても良い。
The manufacturing process of the semiconductor device according to this embodiment is the same as that of the first embodiment. In this embodiment, the second punch-through stopper layer is formed immediately before or after the formation of the first punch-through
いずれにしても、チャネル領域のエピタキシャルSi層103表面が5×1016cm-3以下程度の低濃度領域となり、ショートチャネル効果を低減できるようにチャネル領域の直下に高濃度のパンチスルー・ストッパ層142が形成される構造となっていればよい。
In any case, the surface of the
このようにソース・ドレイン拡散層108の底部の大部分とパンチスルー・ストッパ層141の間に距離dを設ける構造とする理由について以下説明する。
The reason why the distance d is provided between most of the bottom of the source /
第1実施形態では、トランジスタのチャネル領域はエピタキシャルSi層103で形成され、シリコン基板101に形成したパンチスルー・ストッパ層102からエピタキシャルSi層103に後の熱工程により高濃度不純物がわずかに再拡散するように設計されている。
In the first embodiment, the channel region of the transistor is formed by the
しかし、シリコン基板101中の高濃度パンチスルー・ストッパ層102と高濃度ソース・ドレイン拡散層108がソース・ドレイン拡散層108の底部で接触している構造となっていた。このような構造では高濃度pn接合が形成され、接合リーク電流が増加することもそれぞれの濃度関係から考えられ、デバイスによっては使用できない事も予想される。
However, the high concentration punch-through
そこで本実施形態のようにソース・ドレイン拡散層108と第1のパンチスルー・ストッパ層141の間に距離dを設ける構造とすることにより、高濃度不純物の再拡散も起こりにくく、またpn接合の形成が防止でき、接合リーク電流の低減を図ることができる。また、第2のパンチスルー・ストッパ層142がゲート電極107の下部の低濃度チャネル領域の下部に形成されるため、ショートチャネル効果も抑制できる。
Thus, by adopting a structure in which the distance d is provided between the source /
また、第2のパンチスルー・ストッパ層142を設けることなくショートチャネル効果を抑制できる場合であれば、第2のパンチスルー・ストッパ層142を省略することもできる。この場合のA−A’断面図は図12に示すようになる。ソース・ドレイン拡散層108と第1のパンチスルー・ストッパ層141の間の距離d2は0.01μmから0.005μm程度に設定することができる。
In addition, if the short channel effect can be suppressed without providing the second punch-through
このような構造でも、ソース・ドレイン拡散層108と第1のパンチスルー・ストッパ層141の高濃度pn接合面積を低減できるため、ソース・ドレイン接合リーク電流を低減できる。
Even with such a structure, the source / drain junction leakage current can be reduced because the high-concentration pn junction area of the source /
(第4実施形態)
図13は本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造工程途中における全体構成を示す図である。本実施形態の半導体装置の製造工程は図2〜図8とほぼ同じでありその詳細な説明は省略し、図7のA−A’断面図に対応する図を図13に示す。
(Fourth embodiment)
FIG. 13 is a diagram showing an overall configuration in the course of the manufacturing process of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. The manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment is almost the same as that in FIGS. 2 to 8, and detailed description thereof is omitted. FIG. 13 shows a diagram corresponding to the AA ′ cross-sectional view of FIG.
第1実施形態では通常の多結晶Siをゲート電極107に用いる例を説明し、第2実施形態ではゲート電極107の配線抵抗を下げるため、多結晶Siのゲート電極107にシリサイド膜131を形成する例を説明した。本実施形態では、ゲート電極107の配線抵抗を低下させるためにゲート電極構造を変更する構造に関する。
In the first embodiment, an example in which normal polycrystalline Si is used for the
図13に示すように、n型又はp型の不純物をドープした多結晶Si層(例えば膜厚は75nm程度)151の上にシリサイド膜152を例えば75nmの膜厚形成し、その上にさらに例えばSiN膜153を例えば20nm形成する。
As shown in FIG. 13, a
次に、レジスト膜(図示せず)とRIE法を用いてSiN膜153をパターニングし、次いでこのSiN膜153を用いて下層のシリサイド膜152、多結晶Si膜151をパターニングして積層ゲート電極構造を実現する。
Next, the
シリサイド膜152の種類はソース・ドレイン拡散層108上のシリサイド膜110と同じでも異なってもよい。シリサイドとしては例えばTiSi2,WSi2等が望ましい。また、シリサイド膜152の代わりにメタル膜を用いることもできる。この場合、152は例えばW(タングステン)膜やWN(タングステンナイトライド)膜を多結晶Si層151との界面に薄く(3nm程度)形成したW/WN積層膜でもよい。
The type of the
さらにゲート絶縁膜106の界面にある多結晶Si層151を省略してAl膜/TiN膜,W膜/TiN膜,Ru膜/TiN膜等のようにメタル膜を直接ゲート絶縁膜106上に形成してもよい。ラジカル酸化で形成した酸化膜は緻密で良質の膜のため、ゲート絶縁膜106にメタル膜を直接接触させて形成しても、メタル材料のゲート絶縁膜106中への拡散等は低減することができる。このような構造により、ゲート電極の配線抵抗を低減することができる。
Further, the polycrystalline Si layer 151 at the interface of the
(第5実施形態)
図14及び図15は本発明の第5実施形態に係る半導体装置の製造工程途中における全体構成を示す図である。本実施形態の半導体装置の製造工程は図2〜図8とほぼ同じでありその詳細な説明は省略し、図7のA−A’断面図に対応する図を図14及び図15に示す。
(Fifth embodiment)
14 and 15 are diagrams showing an overall configuration in the course of the manufacturing process of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. The manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment is almost the same as that in FIGS. 2 to 8, and detailed description thereof is omitted. FIGS. 14 and 15 are diagrams corresponding to the AA ′ cross-sectional view of FIG.
図14に示すように、本実施形態では選択エピタキシャルSi成長法により、ソース・ドレイン拡散層108の上に例えば20nm程度の膜厚の薄いエピタキシャルSi層161が形成される。ソース・ドレイン拡散層108は、第1実施形態における拡散層108aのみからなり、拡散層108bは形成されない。
As shown in FIG. 14, in this embodiment, a thin epitaxial Si layer 161 having a thickness of, for example, about 20 nm is formed on the source /
上記実施形態に係る半導体装置の製造方法を以下説明する。 A method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment will be described below.
まず、第1実施形態の図2〜図6と同様に、ゲート電極107をマスクにエピタキシャルSi層103内にソース・ドレイン拡散層108aを形成する。次に、図14に示すように、n-型のソース・ドレイン拡散層108を形成してからエピタキシャルSi層161をソース・ドレイン拡散層108の上部に形成し、このエピタキシャルSi層161にn+型の不純物ドーピングを行う。
First, as in FIGS. 2 to 6 of the first embodiment, the source /
なお、ソース・ドレイン拡散層108上にエピタキシャルSi層161を形成してからソース・ドレイン拡散層108のイオン注入を行ってもよいし、またエピタキシャルSi層161に高濃度不純物をドープしてそのSi層161からソース・ドレイン拡散層108を再拡散法により形成してもよい。また、本実施形態の場合、第1実施形態と同様にソース・ドレイン拡散層108とパンチスルー・ストッパ層102が重なってもよいし、また図14のように離れていてもよい。また、図15のように第2のパンチスルー・ストッパ層142を用いた2重パンチスルー・ストッパ構造でもよい。
The epitaxial Si layer 161 may be formed on the source /
本実施形態の構造では、選択エピタキシャルSi層161の形成時には、例えばエピタキシャルSi層161表面の自然酸化膜を除去するための前処理等の熱工程を水素ラジカル雰囲気を用いることにより700℃程度まで低温化でき、またSiエピタキシャル成長そのものも700℃程度まで低温化できるので、パンチスルー・ストッパ層102やソース・ドレイン拡散層108の不純物の再拡散等に与える熱的な影響を抑制することができる。また、ゲート絶縁膜106に高誘電体膜やゲート電極107にメタルを用いた場合にも熱的な影響を抑制することができる。
In the structure of the present embodiment, when the selective epitaxial Si layer 161 is formed, a thermal process such as pretreatment for removing a natural oxide film on the surface of the epitaxial Si layer 161 is performed at a temperature as low as about 700 ° C. by using a hydrogen radical atmosphere. In addition, since the Si epitaxial growth itself can be lowered to about 700 ° C., the thermal influence on the re-diffusion of impurities in the punch-through
本実施形態のようにエピタキシャルSi層161を形成する理由を以下説明する。 The reason why the epitaxial Si layer 161 is formed as in this embodiment will be described below.
ソース・ドレイン拡散層108の深さは、できるだけ浅くすることがトランジスタのショートチャネル効果を抑制するのに有効であるが、極端に浅い、例えばXj=0.001μm程度の接合深さではソース・ドレインの拡散抵抗が大きくなってしまうという問題がある。また、極端に浅いソース・ドレイン拡散層108では、ソース・ドレイン拡散層108の上に自己整合的に形成するシリサイド膜110の形成が困難になったりする。
Although it is effective to suppress the short channel effect of the transistor to make the depth of the source /
そこで、本実施形態のようにソース・ドレイン拡散層108に低温で選択エピタキシャルSi層161を自己整合的に形成することにより、ソース・ドレイン拡散層108の寄生抵抗の低減が実現できる。
Therefore, the parasitic resistance of the source /
なお、第1〜第4実施形態と同様に、ソース・ドレイン拡散層108aに加えてn+型のソース・ドレイン層108bを形成してもよい。
As in the first to fourth embodiments, an n + -type source /
(第6実施形態)
図16は本発明の第6実施形態に係る半導体装置の製造工程途中における全体構成を示す図である。本実施形態の半導体装置の製造工程は図2〜図8とほぼ同じでありその詳細な説明は省略し、図7のA−A’断面図に対応する図を図16に示す。
(Sixth embodiment)
FIG. 16 is a diagram showing an overall configuration in the course of the manufacturing process of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. The manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment is almost the same as that in FIGS. 2 to 8, and detailed description thereof is omitted. FIG. 16 shows a diagram corresponding to the AA ′ sectional view of FIG.
第3実施形態では、ソース・ドレイン拡散層108とパンチスルー・ストッパ層を離す例として、第1及び第2のパンチスルー・ストッパ層141,142を用いる方法であり、第2のパンチスルー・ストッパ層142を用いてショートチャネル効果を抑制することで、第2のパンチスルー・ストッパ層142がソース・ドレイン拡散層と大面積で接するのを防ぐ方法に関する。
In the third embodiment, as an example in which the source /
本実施形態では、第3実施形態で用いた第1のパンチスルー・ストッパ層141を省略し、第2のパンチスルー・ストッパ層142のみでパンチスルー・ストッパ層が構成される。また、第1のパンチスルー・ストッパ層の代わりにpウェル層171がソース・ドレイン拡散層108と距離d3をおいて形成される。
In this embodiment, the first punch-through
このような構造にすると、ソース・ドレイン拡散層108とシリコン基板101間のリーク電流を低減できること、エピタキシャルSi層103の形成前に形成される第2のパンチスルー・ストッパ層142の面積を低減できるのでアンドープのエピタキシャルSi層103を安定して形成できる。
With such a structure, the leakage current between the source /
(第7実施形態)
図17は本発明の第7実施形態に係る半導体装置の製造工程途中における全体構成を示す図である。本実施形態の半導体装置の製造工程は図2〜図8とほぼ同じでありその詳細な説明は省略し、図7のA−A’断面図に対応する図を図17に示す。
(Seventh embodiment)
FIG. 17 is a diagram showing an overall configuration in the course of the manufacturing process of the semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention. The manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment is almost the same as that in FIGS. 2 to 8, and detailed description thereof is omitted. FIG. 17 shows a diagram corresponding to the AA ′ sectional view of FIG.
本実施形態に係る半導体装置は、第1及び第2のパンチスルー・ストッパ層141,142によりパンチスルーを抑制する構造とする点では第3実施形態と同様であるが、両ストッパ層141,142ともにトランジスタ形成領域に任意の形状に選択的に形成する点が異なる。すなわち、第1と第2のパンチスルー・ストッパ層141,142をシリコン基板101の表面近傍とその表面に形成する。具体的には、第1のパンチスルー・ストッパ層141は第2のパンチスルー・ストッパ層142より深い領域にやや大きな面積を持ち、ソース・ドレイン拡散層108と距離d4をもって形成される。
The semiconductor device according to the present embodiment is the same as the third embodiment in that punch-through is suppressed by the first and second punch-through
このように、パンチスルー・ストッパとして2つのパンチスルー・ストッパ層141と142で構成することにより、ソース・ドレイン拡散層108とシリコン基板101の高濃度不純物層間の距離をパンチスルーを抑制しながら任意に設定できるので、リーク電流を低減できることと、エピタキシャルSi層103の形成前にシリコン基板101中に形成する高濃度不純物層の面積を低減できるので、アンドープのエピタキシャルSi層103を安定して形成できる。
As described above, the punch-through stopper is composed of the two punch-through
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本実施形態では全てnチャネルトランジスタの場合について説明したが、n型・p型の導電型を入れ替えることにより、pチャネルトランジスタにも同じように適用できる事は明らかである。また、nチャネルとpチャネルを同一のチップ内に形成する、いわゆるCMOSとして構成し、同じような特長を持った素子として動作させることもできる。 The present invention is not limited to the above embodiment. In the present embodiment, the case of all n-channel transistors has been described. However, it is obvious that the present invention can be similarly applied to a p-channel transistor by switching n-type and p-type conductivity types. It is also possible to configure as a so-called CMOS in which the n channel and the p channel are formed in the same chip and operate as an element having the same features.
101…p型シリコン基板、102…パンチスルー・ストッパ層、103,161…エピタキシャルSi層、104,121…酸化膜、105…絶縁膜、106…ゲート絶縁膜、107…ゲート電極、108…ソース・ドレイン拡散層、109…側壁膜、110,131…シリサイド膜、111…層間絶縁膜、112…コンタクトプラグ、113…配線、122…バッファ酸化膜、123…シリコン窒化膜、124…溝、125…コンタクトホール、141…第1のパンチスルー・ストッパ層、142…第2のパンチスルー・ストッパ層
DESCRIPTION OF
Claims (26)
前記ソース領域と前記ドレイン領域の下に、第1導電型のパンチスルー・ストッパ層を形成し、前記ゲート絶縁膜との界面近傍における前記チャネル領域は前記パンチスルー・ストッパ層よりも不純物濃度が低く、かつ前記ソース領域及びドレイン領域は素子分離領域上には延在せず、
前記パンチスルー・ストッパ層は、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不純物層から構成され、前記第1の高濃度不純物層は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と隔離されて形成され、前記第2の高濃度不純物層は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と一部重なりかつ少なくとも前記チャネル領域の下部に選択的に形成され、前記第1の高濃度不純物層と前記第2の高濃度不純物層とは接している
ことを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type single crystal semiconductor layer formed on a main plane of a first conductivity type semiconductor substrate, and a second conductivity type source region and drain region formed at least apart from each other in the single crystal semiconductor layer A first conductivity type channel region formed between the source region and the drain region, and a gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film, The transistor structures are semiconductor devices formed with an element isolation region interposed therebetween,
A first conductivity type punch-through stopper layer is formed under the source region and the drain region, and the channel region in the vicinity of the interface with the gate insulating film has a lower impurity concentration than the punch-through stopper layer. And the source region and the drain region do not extend over the element isolation region,
The punch-through stopper layer includes a first high-concentration impurity layer and a second high-concentration impurity layer, and the first high-concentration impurity layer is formed separately from the source region and the drain region, The second high concentration impurity layer partially overlaps with the source region and the drain region and is selectively formed at least under the channel region, and the first high concentration impurity layer and the second high concentration impurity layer are formed. A semiconductor device which is in contact with a layer.
前記ソース領域と前記ドレイン領域の下に、第1導電型のパンチスルー・ストッパ層を形成し、前記ゲート絶縁膜との界面における前記チャネル領域は前記パンチスルー・ストッパ層よりも不純物濃度が低く、かつ前記ソース領域及びドレイン領域は素子分離領域上には延在せず、
前記パンチスルー・ストッパ層は、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不純物層から構成され、前記第1の高濃度不純物層は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と隔離されて形成され、前記第2の高濃度不純物層は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と一部重なりかつ少なくとも前記チャネル領域の下部に選択的に形成され、前記第1の高濃度不純物層と前記第2の高濃度不純物層とは接している
ことを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type epitaxial semiconductor layer formed on a main plane of a first conductivity type semiconductor substrate; a second conductivity type source region and a drain region formed at least apart from each other in the epitaxial semiconductor layer; A transistor structure including a channel region of a first conductivity type formed between the source region and the drain region, and a gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film; The semiconductor devices are formed with an element isolation region between each other,
A first conductivity type punch-through stopper layer is formed under the source region and the drain region, and the channel region at the interface with the gate insulating film has a lower impurity concentration than the punch-through stopper layer, The source region and the drain region do not extend on the element isolation region,
The punch-through stopper layer includes a first high-concentration impurity layer and a second high-concentration impurity layer, and the first high-concentration impurity layer is formed separately from the source region and the drain region, The second high concentration impurity layer partially overlaps with the source region and the drain region and is selectively formed at least under the channel region, and the first high concentration impurity layer and the second high concentration impurity layer are formed. A semiconductor device which is in contact with a layer.
前記ソース領域と前記ドレイン領域の下に、前記高濃度不純物層を形成し、前記ゲート絶縁膜との界面近傍における前記チャネル領域は前記高濃度不純物層よりも不純物濃度が低く、前記高濃度不純物層は、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不純物層から構成され、前記第1の高濃度不純物層は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と隔離されて形成され、前記第2の高濃度不純物層は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と一部重なりかつ少なくとも前記チャネル領域の下部に選択的に形成され、前記第1の高濃度不純物層と前記第2の高濃度不純物層とは接している
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first conductivity type high concentration impurity layer on at least a part of the first conductivity type semiconductor substrate; forming a first conductivity type semiconductor layer by epitaxial growth on a main plane of the semiconductor substrate; Forming a groove by selectively removing the semiconductor layer and the semiconductor substrate and embedding an element isolation insulating film in the groove; and forming a gate insulating film and a gate electrode selectively on the semiconductor layer. And a step of forming a source region and a drain region of the second conductivity type using the gate electrode as a mask, and the step after the formation of the high concentration impurity layer is performed under a condition of 700 ° C. or lower,
The high-concentration impurity layer is formed under the source region and the drain region, and the channel region in the vicinity of the interface with the gate insulating film has a lower impurity concentration than the high-concentration impurity layer, and the high-concentration impurity layer Is composed of a first high-concentration impurity layer and a second high-concentration impurity layer, and the first high-concentration impurity layer is formed separately from the source region and the drain region, and the second high-concentration impurity layer is formed. The impurity layer partially overlaps the source region and the drain region and is selectively formed at least under the channel region, and the first high concentration impurity layer and the second high concentration impurity layer are in contact with each other. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記半導体基板の主平面上にエピタキシャル成長により前記高濃度不純物層に接して第1導電型のエピタキシャルSi層を形成し、
前記エピタキシャルSi層及び前記半導体基板を選択的に除去して溝を形成し、該溝に素子分離絶縁膜を埋め込み形成し、
前記素子分離絶縁膜の形成されていない領域に、第2導電型のソース領域及びこのソース領域と前記エピタキシャルSi層を挟んだ領域に第2導電型のドレイン領域を形成し、
前記半導体基板の主表面に対する前記ソース領域及び前記ドレイン領域の下面の少なくとも一部の高さは、前記半導体基板の主表面に対する前記エピタキシャルSi層の下面と前記高濃度不純物層の上面との境界面の高さよりも深く形成されており、
前記ソース領域と前記ドレイン領域の下に、前記高濃度不純物層を形成し、前記チャネル領域上のゲート絶縁膜との界面近傍における前記チャネル領域は前記高濃度不純物層よりも不純物濃度が低く、前記高濃度不純物層は、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不純物層から構成され、前記第1の高濃度不純物層は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と隔離されて形成され、前記第2の高濃度不純物層は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と一部重なりかつ少なくとも前記チャネル領域の下部に選択的に形成され、前記第1の高濃度不純物層と前記第2の高濃度不純物層とは接している
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first conductivity type high concentration impurity layer on at least a part of the first conductivity type semiconductor substrate;
Forming a first conductivity type epitaxial Si layer in contact with the high-concentration impurity layer by epitaxial growth on a main plane of the semiconductor substrate;
Forming a trench by selectively removing the epitaxial Si layer and the semiconductor substrate, and embedding an element isolation insulating film in the trench;
Forming a second conductivity type source region in a region where the element isolation insulating film is not formed and a second conductivity type drain region in a region sandwiching the source region and the epitaxial Si layer;
The height of at least a part of the lower surface of the source region and the drain region with respect to the main surface of the semiconductor substrate is a boundary surface between the lower surface of the epitaxial Si layer and the upper surface of the high-concentration impurity layer with respect to the main surface of the semiconductor substrate. It is formed deeper than the height of
Forming the high-concentration impurity layer under the source region and the drain region, the channel region in the vicinity of the interface with the gate insulating film on the channel region has a lower impurity concentration than the high-concentration impurity layer, The high concentration impurity layer includes a first high concentration impurity layer and a second high concentration impurity layer. The first high concentration impurity layer is formed separately from the source region and the drain region, and The second high concentration impurity layer partially overlaps with the source region and the drain region and is selectively formed at least under the channel region, and the first high concentration impurity layer, the second high concentration impurity layer, Is in contact with the semiconductor device.
前記半導体基板の主平面上にエピタキシャル成長により前記高濃度不純物層に接して第1導電型のエピタキシャル層Si層を形成し、
前記エピタキシャルSi層及び前記半導体基板を選択的に除去して溝を形成し、該溝に素子分離絶縁膜を埋め込み形成し、
前記素子分離絶縁膜の形成されていない領域に、第2導電型のソース領域及びこのソース領域と前記エピタキシャルSi層を挟んだ領域に第2導電型のドレイン領域を形成し、
前記ソース領域は第1のソース領域と、前記半導体基板の主表面に対する第1のドレイン領域の下面の高さよりも下面が浅い第2のソース領域を有し、
前記ドレイン領域は第1のドレイン領域と、前記半導体基板の主表面に対する第1のドレイン領域の下面の高さよりも下面が浅い第2のドレイン領域を有し、
前記半導体基板の主平面に対する第1のソース領域及び第1のドレイン領域の下面の高さが前記半導体基板の主表面に対する前記エピタキシャルSi層の下面と前記高濃度不純物層の上面との境界面の高さよりも深く、
前記ソース領域と前記ドレイン領域の下に、前記高濃度不純物層を形成し、前記チャネル領域上のゲート絶縁膜との界面近傍における前記チャネル領域は前記高濃度不純物層よりも不純物濃度が低く、前記高濃度不純物層は、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不純物層から構成され、前記第1の高濃度不純物層は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と隔離されて形成され、前記第2の高濃度不純物層は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と一部重なりかつ少なくとも前記チャネル領域の下部に選択的に形成され、前記第1の高濃度不純物層と前記第2の高濃度不純物層とは接している
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first conductivity type high concentration impurity layer on at least a part of the first conductivity type semiconductor substrate;
Forming a first conductivity type epitaxial layer Si layer in contact with the high-concentration impurity layer by epitaxial growth on a main plane of the semiconductor substrate;
Forming a trench by selectively removing the epitaxial Si layer and the semiconductor substrate, and embedding an element isolation insulating film in the trench;
Forming a second conductivity type source region in a region where the element isolation insulating film is not formed and a second conductivity type drain region in a region sandwiching the source region and the epitaxial Si layer;
The source region has a first source region and a second source region whose lower surface is shallower than the height of the lower surface of the first drain region with respect to the main surface of the semiconductor substrate;
The drain region has a first drain region and a second drain region whose bottom surface is shallower than the height of the bottom surface of the first drain region with respect to the main surface of the semiconductor substrate;
The height of the lower surface of the first source region and the first drain region with respect to the main plane of the semiconductor substrate is the boundary surface between the lower surface of the epitaxial Si layer and the upper surface of the high-concentration impurity layer with respect to the main surface of the semiconductor substrate. Deeper than the height,
Forming the high-concentration impurity layer under the source region and the drain region, the channel region in the vicinity of the interface with the gate insulating film on the channel region has a lower impurity concentration than the high-concentration impurity layer, The high concentration impurity layer includes a first high concentration impurity layer and a second high concentration impurity layer. The first high concentration impurity layer is formed separately from the source region and the drain region, and The second high concentration impurity layer partially overlaps with the source region and the drain region and is selectively formed at least under the channel region, and the first high concentration impurity layer, the second high concentration impurity layer, Is in contact with the semiconductor device.
さらに前記高濃度不純物層を形成した後であって前記コンタクトを形成するまでの工程は、700℃以下の条件で行うことを特徴とする請求項7又は8に記載の半導体装置の製造方法。 After forming the source and drain regions, forming contacts penetrating the source and drain regions,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the steps after forming the high-concentration impurity layer and before forming the contact are performed under conditions of 700 ° C. or less.
ゲート電極を形成し、
このゲート電極表面にシリサイド膜を形成することを特徴とする請求項7又は8に記載の半導体装置の製造方法。 further,
Forming a gate electrode,
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein a silicide film is formed on the surface of the gate electrode.
ゲート電極を形成し、このゲート電極表面にシリサイド膜を形成し、このシリサイド膜は、Pd2Siであることを特徴とする請求項7又は8に記載の半導体装置の製造方法。 further,
Forming a gate electrode, a silicide film is formed on the gate electrode surface, the silicide film, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7 or 8, characterized in that a Pd 2 Si.
前記半導体基板の少なくとも一部に形成された第1導電型の高濃度不純物層と、
前記半導体基板の主平面上に、前記高濃度不純物層に接して形成された第1導電型のエピタキシャルSi層と、
前記エピタキシャルSi層から前記半導体基板の所定の高さまで選択的に形成された溝部と、
前記溝部に形成された素子分離絶縁膜と、
前記素子分離絶縁膜の形成されていない領域に形成された第2導電型のソース領域と、
前記素子分離絶縁膜の形成されていない領域に形成され、前記ソース領域と前記エピタキシャルSi層を挟んだ領域に形成された第2導電型のドレイン領域とを具備し、
前記半導体基板の主表面に対する前記ソース領域及び前記ドレイン領域の下面の高さの少なくとも一部は、前記半導体基板の主表面に対する前記エピタキシャルSi層の下面と前記高濃度不純物層の上面との境界面の高さよりも深く、
前記ソース領域と前記ドレイン領域の下に、前記高濃度不純物層を形成し、前記チャネル領域上のゲート絶縁膜との界面近傍における前記チャネル領域は前記高濃度不純物層よりも不純物濃度が低く、前記高濃度不純物層は、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不純物層から構成され、前記第1の高濃度不純物層は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と隔離されて形成され、前記第2の高濃度不純物層は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と一部重なりかつ少なくとも前記チャネル領域の下部に選択的に形成され、前記第1の高濃度不純物層と前記第2の高濃度不純物層とは接している
ことを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type semiconductor substrate;
A high-concentration impurity layer of a first conductivity type formed on at least a part of the semiconductor substrate;
An epitaxial Si layer of a first conductivity type formed on the main plane of the semiconductor substrate in contact with the high-concentration impurity layer;
A groove portion selectively formed from the epitaxial Si layer to a predetermined height of the semiconductor substrate;
An element isolation insulating film formed in the groove;
A source region of a second conductivity type formed in a region where the element isolation insulating film is not formed;
A drain region of a second conductivity type formed in a region where the element isolation insulating film is not formed, and formed in a region sandwiching the epitaxial Si layer;
At least part of the height of the lower surface of the source region and the drain region with respect to the main surface of the semiconductor substrate is a boundary surface between the lower surface of the epitaxial Si layer and the upper surface of the high-concentration impurity layer with respect to the main surface of the semiconductor substrate. Deeper than the height of
Forming the high-concentration impurity layer under the source region and the drain region, the channel region in the vicinity of the interface with the gate insulating film on the channel region has a lower impurity concentration than the high-concentration impurity layer, The high concentration impurity layer includes a first high concentration impurity layer and a second high concentration impurity layer. The first high concentration impurity layer is formed separately from the source region and the drain region, and The second high concentration impurity layer partially overlaps with the source region and the drain region and is selectively formed at least under the channel region, and the first high concentration impurity layer, the second high concentration impurity layer, Is in contact with a semiconductor device.
前記半導体の少なくとも一部に形成された第1導電型の高濃度不純物層と、
前記半導体基板の主平面上に、前記高濃度不純物層に接して形成された第1導電型のエピタキシャルSi層と、
前記エピタキシャルSi層から前記半導体基板の所定の高さまで選択的に形成された溝部と、
前記溝部に形成された素子分離絶縁膜と、
前記素子分離絶縁膜の形成されていない領域に形成され、第1及び第2のソース領域を有する第2導電型のソース領域と、
前記素子分離絶縁膜の形成されていない領域に形成され、前記ソース領域と前記エピタキシャルSi層を挟んだ領域に形成され、第1及び第2のドレイン領域を有する第2導電型のドレイン領域とを具備し、
前記半導体基板の主表面に対する第1のソース領域の下面の高さは、前記半導体基板の主表面に対する第2のソース領域の下面の高さよりも深く、
前記半導体基板の主表面に対する第1のドレイン領域の下面の高さは、前記半導体基板の主表面に対する第2のドレイン領域の下面の高さよりも深く、
前記半導体基板の主表面に対する第1のソース領域及び第1のドレイン領域の下面の高さが前記半導体基板の主表面に対する前記エピタキシャルSi層の下面と前記高濃度不純物層の上面との境界面の高さよりも深く、
前記ソース領域と前記ドレイン領域の下に、前記高濃度不純物層を形成し、前記チャネル領域上のゲート絶縁膜との界面近傍における前記チャネル領域は前記高濃度不純物層よりも不純物濃度が低く、前記高濃度不純物層は、第1の高濃度不純物層と第2の高濃度不純物層から構成され、前記第1の高濃度不純物層は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と隔離されて形成され、前記第2の高濃度不純物層は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と一部重なりかつ少なくとも前記チャネル領域の下部に選択的に形成され、前記第1の高濃度不純物層と前記第2の高濃度不純物層とは接している
ことを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type semiconductor substrate;
A high-concentration impurity layer of a first conductivity type formed in at least a part of the semiconductor;
An epitaxial Si layer of a first conductivity type formed on the main plane of the semiconductor substrate in contact with the high-concentration impurity layer;
A groove portion selectively formed from the epitaxial Si layer to a predetermined height of the semiconductor substrate;
An element isolation insulating film formed in the groove;
A source region of a second conductivity type formed in a region where the element isolation insulating film is not formed and having a first and a second source region;
A second conductivity type drain region formed in a region where the element isolation insulating film is not formed, formed in a region sandwiching the source region and the epitaxial Si layer, and having a first and a second drain region; Equipped,
The height of the lower surface of the first source region relative to the main surface of the semiconductor substrate is deeper than the height of the lower surface of the second source region relative to the main surface of the semiconductor substrate,
The height of the lower surface of the first drain region relative to the main surface of the semiconductor substrate is deeper than the height of the lower surface of the second drain region relative to the main surface of the semiconductor substrate,
The height of the lower surface of the first source region and the first drain region with respect to the main surface of the semiconductor substrate is a boundary surface between the lower surface of the epitaxial Si layer and the upper surface of the high-concentration impurity layer with respect to the main surface of the semiconductor substrate. Deeper than the height,
Forming the high-concentration impurity layer under the source region and the drain region, the channel region in the vicinity of the interface with the gate insulating film on the channel region has a lower impurity concentration than the high-concentration impurity layer, The high concentration impurity layer includes a first high concentration impurity layer and a second high concentration impurity layer. The first high concentration impurity layer is formed separately from the source region and the drain region, and The second high concentration impurity layer partially overlaps with the source region and the drain region and is selectively formed at least under the channel region, and the first high concentration impurity layer, the second high concentration impurity layer, Is in contact with a semiconductor device.
前記層間絶縁膜に形成され、前記ソース及びドレイン領域に貫通するコンタクトとをさらに備えることを特徴とする請求項20又は21に記載の半導体装置。 An interlayer insulating film formed on the epitaxial Si layer, source and drain regions;
The semiconductor device according to claim 20, further comprising a contact formed in the interlayer insulating film and penetrating through the source and drain regions.
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
このゲート電極表面に形成されたシリサイド膜と
をさらに備えることを特徴とする請求項20又は21に記載の半導体装置。 A gate insulating film selectively formed on the epitaxial Si layer;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
The semiconductor device according to claim 20, further comprising a silicide film formed on the surface of the gate electrode.
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
このゲート電極表面に形成され、Pd2Siからなるシリサイド膜と
をさらに備えることを特徴とする請求項20又は21に記載の半導体装置。 A gate insulating film selectively formed on the epitaxial Si layer;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
The semiconductor device according to claim 20 or 21, further comprising a silicide film formed on the surface of the gate electrode and made of Pd 2 Si.
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