JP2004128121A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板11は素子形成領域である半導体層12と素子分離領域であるSTI13とからなっている。半導体層12の上にはゲート絶縁膜15が設けられており、ゲート絶縁膜15の上からSTI13の上に亘ってゲート電極14が設けられている。そして、サイドウォール30が、半導体層12の上からSTI13のうち半導体層12の外縁に近接する領域の上において、ゲート電極14の側面を覆うように設けられている。このサイドウォール30は、ソース・ドレイン領域として機能する高濃度不純物拡散層16を形成するためのイオン注入マスクとして用いられる。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、サイドウォールを有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
以下に、従来の半導体装置の構造について、図6(a),(b)を参照しながら説明する。図6は従来の半導体装置の構造を示す構造図であり、(a)は平面図、(b)は図6(a)のA−A箇所の断面図である。
【0003】
図6(a)に示すように、従来の半導体装置では、基板1は、素子形成領域としての半導体層2と、半導体層2の側方を囲むシャロートレンチ素子分離(以下ではSTIと示す)3とを備えている。そして、ゲート電極4が、半導体層2の上を縦断してSTI3の上にのびるように設けられている。ゲート電極4の側方には、全側面を取り囲むように絶縁性のサイドウォール9が形成されている。
【0004】
従来の半導体装置の構成は、図6(b)に示すように、半導体層2とSTI3とからなる基板1と、半導体層2内に互いに離間して設けられ、高濃度不純物拡散層6と低濃度不純物拡散層7とからなるソース・ドレイン領域8と、半導体層2のうちソース・ドレイン領域8に挟まれる領域の上に設けられ、シリコン酸化膜(SiO2 )からなるゲート絶縁膜5と、ゲート絶縁膜5の上に設けられたポリシリコンからなるゲート電極4と、ゲート電極4の側面上から半導体層2の上面上に亘って設けられたシリコン窒化膜(SiN)からなるサイドウォール9とから構成されている。
【0005】
ソース・ドレイン領域8のうちの高濃度不純物拡散層6は、半導体層2のうち絶縁性サイドウォール9の外側方に位置する部分に設けられている。低濃度不純物拡散層7は、半導体層2のうちで高濃度不純物拡散層6の内側に接し、高濃度不純物拡散層6よりも浅い深さで設けられている。
【0006】
次に、従来の半導体装置の製造方法について、図7(a)〜(d)を参照しながら説明する。図7(a)〜(d)は、図6に示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【0007】
まず、図7(a)に示す工程で、基板に半導体層2を取り囲むSTI(図示せず)を形成した後、半導体層2の上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜5とポリシリコンからなるゲート電極4とを形成する。次いで、ゲート電極4をマスクとして半導体層2にイオン注入を行なうことにより、半導体層2の上層部のうちゲート電極4の両側方に位置する部分に低濃度不純物拡散層7を形成する。
【0008】
次に、図7(b)に示す工程で、半導体層2の上に、ゲート電極4およびゲート絶縁膜5を覆うシリコン窒化膜9aを堆積する。
【0009】
そして、図7(c)に示す工程で、シリコン窒化膜9aをエッチバックすることにより、ゲート電極4の側方にサイドウォール9を形成する。
【0010】
次に、図7(d)に示す工程で、ゲート電極4およびサイドウォール9をマスクとして半導体層2にイオン注入を行なうことにより、半導体層2の上層部のうちサイドウォール9の外側方に位置する部分に高濃度不純物拡散層6を形成する。高濃度不純物拡散層6は低濃度不純物拡散層7よりも深い注入深さで形成する。高濃度不純物拡散層6と低濃度不純物拡散層7とは、ソース・ドレイン領域8となる。以上の工程により従来の半導体装置が形成される。
【0011】
一般的に、サイドウォール9の材料としてはシリコン窒化物が用いられる。シリコン窒化物は大きな応力を有しているため、ゲート電極4、ゲート絶縁膜5および半導体層2には、サイドウォール9に起因する応力がかかる。上述のような応力を緩和させる手段として、ゲート電極とサイドウォールとの間にL字状の応力緩和層を介在させる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0012】
【特許文献1】
特開平5−102074号公報 (第4頁、図4)
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、MISFETの微細化が進むにつれてゲート長に対するサイドウォールの相対的な厚みが増してきており、サイドウォールの応力がゲート電極に与える影響も増大している。
【0014】
サイドウォールの応力がゲート電極やゲート絶縁膜におよぶと閾値電圧が変位しやすくなる。また、この応力が半導体層におよぶと、リーク電流発生の原因となる結晶欠陥が発生するおそれが生じる。したがって、ゲート電極とサイドウォールとの間に応力緩和層を介在させるだけでは効果的な応力緩和は難しく、さらなる応力の低減あるいは緩和が必要となる。
【0015】
本発明は、サイドウォールに起因する応力を緩和することにより、信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の半導体装置は、素子形成領域を有する半導体層と、上記素子形成領域の側方を囲む素子分離と、上記半導体層の上記素子形成領域内に設けられたソース・ドレイン領域と、上記素子形成領域の上に設けられたゲート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜の上から上記素子分離の上までのびるゲート電極と、上記ゲート電極の側方に設けられ、上記素子形成領域を除く部分の上の一部で断絶しているサイドウォールとを備える。
【0017】
これにより、ゲート電極の側方が閉環状のサイドウォールにより覆われている従来と比較して、サイドウォールに起因する応力を低減させることができる。
【0018】
上記ソース・ドレイン領域は、高濃度不純物拡散層と低濃度不純物拡散層とを有しており、上記サイドウォールは、上記高濃度不純物拡散層を形成するためのイオン注入マスクであってもよい。
【0019】
上記サイドウォールのうち上記素子分離の上に位置する部分の少なくとも一部が除去されていることにより、上記サイドウォールは断絶していることにより、サイドウォールからゲート電極およびゲート絶縁膜にかかる応力を低減することができるので、しきい値電圧の変動を抑制することができる。
【0020】
上記ゲート電極は、上記ゲート電極は、ゲートコンタクトと接する部分となるコンタクト形成領域と、上記コンタクト形成領域とは上記素子形成領域を挟んで対向する領域とにおいて上記素子分離の上に設けられていてもよい。
【0021】
上記サイドウォールは、上記素子形成領域と、上記素子分離のうち上記素子形成領域との境界領域とを除く領域の上には設けられていないことにより、サイドウォールが設けられている領域がさらに少なくなっているので、サイドウォールに起因する応力がさらに緩和される。そのため、サイドウォールから基板へかかる応力も低減することができるので、素子形成領域において結晶欠陥の発生を阻止することができ、リーク電流の発生を回避することができる。
【0022】
上記サイドウォールと上記ゲート電極との間には、L字状サイドウォールおよびオフセットスペーサ層のうちの少なくとも1つが介在していてもよい。
【0023】
上記サイドウォールは、シリコン窒化膜からなっていることが好ましい。
【0024】
本発明の第2の半導体装置は、素子形成領域を有する半導体層と、上記素子形成領域の側方を囲む素子分離と、上記素子形成領域内に設けられたソース・ドレイン領域と、上記素子形成領域の上に設けられたゲート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜の上から上記素子分離の上までのびるゲート電極と、上記ゲート電極の側方に設けられ、上記素子形成領域を除く部分の上の一部の厚みが、上記素子形成形成領域の上の部分の厚みよりも薄くなっているサイドウォールとを備える。
【0025】
これにより、ゲート電極の側方が一様な厚さのサイドウォールにより囲まれている従来と比較して、サイドウォールに起因する応力を低減することができる。
【0026】
上記ソース・ドレイン領域は、高濃度不純物拡散層と低濃度不純物拡散層とを有しており、上記サイドウォールは、上記高濃度不純物拡散層を形成するためのイオン注入マスクであってもよい。
【0027】
上記サイドウォールは、シリコン窒化膜からなっていることが好ましい。
【0028】
本発明の半導体装置の第1の製造方法は、半導体層からなる素子形成領域と、上記素子形成領域の側方を囲む素子分離とを有する基板に設けられた半導体装置の製造方法において、上記素子形成領域の上にゲート絶縁膜を形成する工程(a)と、上記素子形成領域上の上記ゲート絶縁膜の上から、上記素子分離の上までのびるゲート電極を形成する工程(b)と、上記ゲート電極の側方を囲むサイドウォールを形成する工程(c)と、上記サイドウォールのうち上記素子形成領域を除く部分の上の一部を除去して、上記サイドウォールを断絶させる工程(d)と、上記工程(c)または(d)の後に、上記サイドウォールおよび上記ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行なうことにより、上記半導体層の上記素子形成領域内に、第1不純物拡散層を形成する工程(e)とを備える。
【0029】
これにより、ゲート電極の側方が閉環状のサイドウォールにより覆われている従来と比較して、サイドウォールに起因する応力の少ない半導体装置を製造することができる。
【0030】
上記工程(b)の後で上記工程(c)の前に、上記ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行なうことにより、上記素子形成領域内に第2不純物拡散層を形成する工程を備え、上記工程(e)では、上記第2不純物拡散層よりも高濃度の不純物を有する上記第1不純物拡散層を形成し、上記第1不純物拡散層および上記第2不純物拡散層を、ソース・ドレイン領域としてもよい。
【0031】
上記工程(b)では、コンタクト形成領域と、上記コンタクト形成領域とは上記素子形成領域を挟んで対向する領域と上記素子分離の上に有する上記ゲート電極を形成し、上記工程(d)では、上記ゲート電極のうち上記素子分離の上に位置する領域のうちの少なくとも一部の領域において、上記サイドウォールの少なくとも一部を除去することにより、上記サイドウォールからゲート電極およびゲート絶縁膜にかかる応力の少ない半導体装置を製造することができる。
【0032】
上記工程(d)では、上記素子形成領域と、上記素子分離のうち上記素子形成領域との境界領域とを除く領域の上に設けられた上記サイドウォールを除去することにより、サイドウォールが設けられている領域がさらに少ない半導体装置を製造することができる。したがって、サイドウォールに起因する応力がさらに緩和され、サイドウォールから基板へかかる応力も低減することができる。そのため、素子形成領域において結晶欠陥の発生を阻止することができ、リーク電流の発生を回避することができる。
【0033】
上記工程(b)の後で上記工程(c)の前に、上記ゲート電極の側面上に、L字状サイドウォールおよびオフセットスペーサ層のうちの少なくとも1つを形成する工程をさらに含んでいてもよい。
【0034】
上記サイドウォールは、シリコン窒化膜からなっていることが好ましい。
【0035】
本発明の第2の半導体装置の製造方法は、半導体層の素子形成領域と、上記素子形成領域の側方を囲む素子分離とを有する基板に設けられた半導体装置の製造方法において、上記素子形成領域の上にゲート絶縁膜を形成する工程(a)と、上記素子形成領域上の上記ゲート絶縁膜の上から、上記素子分離の上までのびるゲート電極を形成する工程(b)と、上記ゲート電極の側方を囲むサイドウォールを形成する工程(c)と、上記サイドウォールのうち上記素子形成領域を除く部分の上の一部を除去することにより、上記サイドウォールの一部の厚さを薄くする工程(d)と、上記工程(c)または(d)の後に、上記サイドウォールおよび上記ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行なうことにより、上記素子形成領域内に不純物拡散層を形成する工程(e)とを備える。
【0036】
これにより、ゲート電極の側方が一様な厚さのサイドウォールにより囲まれている従来と比較して、サイドウォールに起因する応力の少ない半導体装置を製造することができる。
【0037】
上記サイドウォールは、シリコン窒化膜からなることが好ましい。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0039】
なお、以下に示す実施形態ではLDD構造を持つMISFETが対象として説明されているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、サイドウォールまたはそれに相当する構造を持ち、そこから発生する応力が問題となる種々の半導体装置に適用することができる。
【0040】
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態にかかる半導体装置について図1(a)〜(c)を参照しながら説明する。図1は、第1の実施形態における半導体装置の構造図であり、(a)は平面図、(b)は図1(a)におけるA−A箇所のゲート長方向の断面図、(c)は図1(a)におけるB−B箇所のゲート幅方向の断面図である。
【0041】
図1(a)に示すように、本実施形態の半導体装置では、基板11は、素子形成領域としての半導体層12と、半導体層12の側方を囲むシャロートレンチ素子分離(以下ではSTIと示す)13とを備えている。そして、ゲート電極14が、半導体層12の上を縦断してSTI13の上にのびるように設けられている。ゲート電極14の側方は、STI13の上に位置するゲートコンタクト22の側方である領域20を除いて絶縁性のサイドウォール19によって囲まれている。領域20では、図1(c)に示すように、サイドウォール19が設けられていないので、STI13の上にゲート電極14の側面が露出している。
【0042】
本実施形態の半導体装置の構成は、図1(b)に示すように、素子形成領域となる半導体層12および素子分離領域となるSTI13を有する基板11と、半導体層12内に設けられ、高濃度不純物拡散層16と低濃度不純物拡散層17とからなるソース・ドレイン領域18と、半導体層12のうちソース・ドレイン領域18に挟まれる領域の上に設けられ、シリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜15と、ゲート絶縁膜15の上に設けられ、ポリシリコンからなるゲート長130nmのゲート電極14と、ゲート電極14の側方に設けられた絶縁性のサイドウォール19とからなっている。
【0043】
ソース・ドレイン領域18は半導体層12内に互いに離間して設けられ、高濃度不純物拡散層16は、濃度1×1021/cm3 の不純物を含んでおり、低濃度不純物拡散層17は、高濃度不純物拡散層16よりも浅い深さで設けられ、濃度1×1018/cm3〜6×1020/cm3の不純物を含んでいる。
【0044】
次に、第1の実施形態の半導体装置の製造方法について、図2(a)〜(e)を参照しながら説明する。図2(a)〜(e)は、第1の実施形態の半導体装置の製造工程を示す図であり、上図は平面図、下図は上図のA−A箇所における断面図である。
【0045】
まず、図2(a)に示す工程で、基板11の素子形成領域の側方を囲む領域にトレンチ(図示せず)を形成する。そして、トレンチをシリコン酸化膜で埋めることにより、STI13(図1に示す)を形成する。これにより、素子形成領域としての半導体層12と、半導体層12の側方を取り囲むSTI13とが上面に露出する。
【0046】
次に、半導体層12の上にシリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜15を形成した後、ゲート絶縁膜15の上にポリシリコンからなるゲート電極を形成する。このとき、ゲート電極14は、半導体層12の上を縦断してSTI13の上にのびるように形成する。
【0047】
そして、ゲート電極14をマスクとして、半導体層12に不純物のイオン注入を行なうことにより、不純物濃度1×1018/cm3 〜6×1020/cm3 の低濃度不純物拡散層17を形成する。
【0048】
次に、図2(b)に示す工程で、半導体層12の上に、ゲート電極14およびゲート絶縁膜15を覆うサイドウォール用絶縁膜19aを堆積させる。ここで、サイドウォール用絶縁膜19aの例としてはシリコン窒化膜が挙げられるが、シリコン酸化膜(下層)とシリコン窒化膜(上層)とからなる積層膜を用いてもよい。または、シリコン酸窒化膜あるいはシリコン酸化膜(下層)とシリコン酸窒化膜(上層)とからなる積層膜を用いてもよい。
【0049】
次に、図2(c)に示す工程で、サイドウォール用絶縁膜19aをドライエッチングによって異方的にエッチバックすることにより、ゲート電極14の側面を取り囲むサイドウォール19を形成する。
【0050】
次に、図2(d)に示す工程で、リソグラフィ技術によって、基板11上に、ゲート電極14のうちゲートコンタクト22(図2(e)に示す)を設ける部分の側方に位置するサイドウォール19の領域20上に開口部を有するフォトレジスト層21を形成する。
【0051】
次に、図2(e)に示す工程で、フォトレジスト層21をマスクとしてエッチングを行なうことにより、サイドウォール19のうちSTI13の上に位置する領域20の部分を除去する。なお、ここでのエッチングは、異方性・等方性のどちらであってもよい。異方性エッチングの場合にはCHF3 ガスを用いたドライエッチングを行ない、等方性エッチングの場合にはCF4 ガスを用いたドライエッチングを行なう。そして、基板上に残存するフォトレジスト層21を除去する。
【0052】
その後、ゲート電極14およびサイドウォール19をマスクとして不純物のイオン注入を行なうことにより、半導体層12内に、不純物濃度1×1021/cm3 の高濃度不純物拡散層16を形成する。その後、基板11上に層間絶縁膜(図示せず)を形成し、ゲート電極14に接続されるゲートコンタクト22および高濃度不純物拡散層16に接続されるソース・ドレインコンタクト(図示せず)を形成する。これにより、LDD構造を有する半導体装置が形成される。
【0053】
本実施形態の半導体装置では、図1(a)に示すように、ゲート電極14の側方のうちで一部の領域20にはサイドウォール19が形成されていない。そのため、ゲート電極の側方の全領域がサイドウォールにより覆われている従来と比較して、ゲート電極14,ゲート絶縁膜15にかかる応力を低減することができる。これにより、閾値電圧の変動が抑制される。そのため、素子のさらなる微細化も可能となる。
【0054】
なお、領域20は半導体層12から離れているため、サイドウォール19を除去するためのマスク合わせが容易となる利点もある。
【0055】
また、本実施形態では、ゲート電極14のうちゲートコンタクト22を設ける部分の側方に位置する領域20のサイドウォール19を除去したが、これに限るものではなく、STI13上に位置するサイドウォールの一部を除去すればよい。例えば、領域20とは半導体層12を挟んで反対側の領域のサイドウォール19を除去してもよい。
【0056】
また、本実施形態では、ゲート電極14の側面上および基板11の上面上にサイドウォール19が設けられている場合について述べたが、本発明においては、ゲート電極14および基板11とサイドウォール19との間に、L字状サイドウォールやオフセットスペーサ層などが介在していてもよい。ここで、L字状サイドウォールは、サイドウォールの応力がゲート電極や半導体層におよぼす応力を緩和する目的で、ゲート電極の側面上から半導体層の上面上に接するように形成されるものである。オフセットスペーサ層は、ゲート電極と低濃度不純物拡散層とのオーバーラップを調整する目的で、ゲート電極の側面上に設けられたものである。
【0057】
なお、本実施形態では基板としてバルクシリコン基板を用いたが、本発明ではSOI基板を用いることもできる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態にかかる半導体装置について、図3(a)〜(c)を参照しながら説明する。図3は、第2の実施形態における半導体装置の構造図であり、(a)は平面図、(b)は図3(a)におけるA−A箇所のゲート長方向の断面図、(c)は図3(a)におけるB−B箇所のゲート幅方向の断面図である。なお、本実施形態では、第1の実施形態と同様の構成要素に同じ符号を用いて説明する。
【0058】
図3(a)に示すように、本実施形態の半導体装置では、絶縁性のサイドウォール30が、高濃度不純物拡散層16のイオン注入のために必要な領域のみに形成されている。つまり、サイドウォール30は、半導体層12の上からSTI13のうち半導体層12の外縁に近接する部分の上に亘って形成されている。それ以外の構造は第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【0059】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について、図4(a)〜(e)を参照しながら説明する。図4(a)〜(e)は、第2の実施形態の半導体装置の製造工程を示す図であり、上図は平面図、下図は上図のA−A箇所における断面図である。
【0060】
まず、図4(a)に示す工程で、基板11の素子形成領域の側方を囲む領域にトレンチ(図示せず)を形成する。そして、トレンチをシリコン酸化膜で埋めることにより、STI13(図3に示す)を形成する。これにより、素子形成領域としての半導体層12と、半導体層12の側方を取り囲むSTI13とが上面に露出する。
【0061】
次に、半導体層12の上にシリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜からなるゲート絶縁膜15を形成した後、ゲート絶縁膜15の上にポリシリコンからなるゲート電極を形成する。このとき、ゲート電極14は、半導体層12の上を縦断してSTI13の上にのびるように形成する。
【0062】
そして、ゲート電極14をマスクとして、半導体層12に不純物のイオン注入を行なうことにより、不純物濃度1×1018/cm3 〜6×1020/cm3 の低濃度不純物拡散層17を形成する。
【0063】
次に、図4(b)に示す工程で、半導体層12の上に、ゲート電極14およびゲート絶縁膜15を覆うサイドウォール用絶縁膜30aを堆積させる。ここで、サイドウォール用絶縁膜30aの例としてはシリコン窒化膜が挙げられる。
【0064】
次に、図4(c)に示す工程で、サイドウォール用絶縁膜30aをドライエッチングによって異方的にエッチバックすることにより、ゲート電極14の側面を取り囲むサイドウォール30を形成する。
【0065】
次に、図4(d)に示す工程で、リソグラフィ技術によって、基板上をフォトレジスト層33で覆い、フォトレジスト層33のうち領域31と領域32とに位置する部分のみを除去して、開口部を形成する。領域31および領域32は、共にSTI13の上に位置している。そして、領域31は、ゲート電極14のうちゲートコンタクト22(図4(e)に示す)を設ける部分の側方に位置する領域であり、領域32は、領域31と半導体層12を挟んでゲート幅方向の反対側に位置する領域である。
【0066】
なお、上述のように、フォトレジスト層33を基板全面に堆積した後に、領域31および領域32に位置する部分を除去してもよいし、半導体層12を覆う部分以外を除去してもよい。その場合には、サイドウォール30の側方にSTI13が露出した状態でサイドウォール30のエッチングを行なうことになる。通常、STI13とサイドウォール30とでは材質が異なるため、STI13に大きな影響を与えることなくサイドウォール30の選択的なエッチングができる。
【0067】
次に、図4(e)に示す工程で、フォトレジスト層33をマスクとしてエッチングを行なうことにより、サイドウォール30のうちSTI13上に位置する領域31および領域32の部分を除去する。なお、ここでのエッチングは、異方性・等方性のどちらであってもよい。異方性エッチングの場合にはCHF3 ガスを用いたドライエッチングを行ない、等方性エッチングの場合にはCF4 ガスを用いたドライエッチングを行なう。その後、フォトレジスト層33を除去する。
【0068】
その後、ゲート電極14およびサイドウォール30をマスクとして不純物のイオン注入を行なうことにより、半導体層12内に、不純物濃度1×1021/cm3 の高濃度不純物拡散層16を形成する。その後、基板上に層間絶縁膜(図示せず)を形成した後、ゲート電極14に接続されるゲートコンタクト22および高濃度不純物拡散層16に接続されるソース・ドレインコンタクト(図示せず)を形成する。これにより、LDD構造を有する半導体装置が形成される。
【0069】
本実施形態の半導体装置では、ゲート電極14の側方のうちでSTI13上に位置する領域31および領域32にはサイドウォール30が形成されていない。従って、サイドウォール30は、半導体層12の上およびSTI13のうち半導体層12の外縁に近接する一部分のみに跨って形成される。このとき、半導体層12の外縁に近接する一部分は、マスク合わせにおけるズレやサイドウォール30のエッチングにおいて、半導体層12が露出しない程度にあればよい。そのため、ゲート電極の側方の全領域がサイドウォールにより覆われている従来と比較して、ゲート電極14あるいはゲート絶縁膜15にかかる応力を低減することができる。これにより、閾値電圧の変動が抑制される。そのため、素子のさらなる微細化も可能となる。
【0070】
また、第1の実施形態と比較して、サイドウォールが設けられている領域がさらに狭くなっている。そのため、サイドウォールに起因する応力がさらに緩和され、サイドウォールから基板11へかかる応力も抑制される。これにより、半導体層2において結晶欠陥が発生しにくくなるので、リーク電流の発生を回避することができ、信頼性を高めることができる。
【0071】
また、上記実施形態では、ゲート電極14の側面上および基板11の上面上にサイドウォール30が設けられている場合について述べたが、本発明においては、ゲート電極14および基板11とサイドウォール30との間に、L字状サイドウォールやオフセットスペーサ層などが介在していてもよい。
【0072】
なお、本実施形態では基板としてバルクシリコン基板を用いたが、本発明ではSOI基板を用いることもできる。
【0073】
(第3の実施形態)
上記2つの実施形態においては、ゲート電極の側方においてサイドウォールが断絶している場合について述べた。しかし、サイドウォールが断絶していない場合であっても、サイドウォールが他の領域よりも薄くなっておれば、サイドウォール起因の応力を低減することができる。本実施形態では、そのような場合について具体的な例を示す。
【0074】
図5は、第3の実施形態における半導体装置の構造図であり、(a)は平面図、(b)は図5(a)におけるA−A箇所のゲート長方向の断面図、(c)は図5(a)におけるB−B箇所のゲート幅方向の断面図である。図5(a)および(c)に示すように、本実施形態の半導体装置では、領域20において、サイドウォール50が完全には除去されておらず、サイドウォール50の他の部分に比べて薄い膜厚で残存している点が第1の実施形態と異なる。
【0075】
ここで、サイドウォール50のうち領域20に位置する部分を除去するときに、異方性エッチングを行ったときは主に上下方向の厚さが薄くなり、等方性エッチングを行ったときは、上下方向および水平方向の厚さが薄くなる。それ以外の構造は、第1の実施形態と同様である。
【0076】
なお、図5(a)〜(c)は、領域20においてサイドウォール50が薄くなっている場合を示しているが、第2の実施形態の図4(d)に示す領域31および領域32においてサイドウォールが薄くなっていてもよい。
【0077】
なお、本実施形態では基板としてバルクシリコン基板を用いたが、本発明ではSOI基板を用いることもできる。
【0078】
【発明の効果】
本発明では、サイドウォールからゲート電極およびゲート絶縁膜へかかる応力を、従来よりも緩和することができる。そのため、閾値電圧の変動を抑制することができ、結晶欠陥の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態における半導体装置の構造図であり、(a)は平面図、(b)は図1(a)におけるA−A箇所のゲート長方向の断面図、(c)は図1(a)におけるB−B箇所のゲート幅方向の断面図である。
【図2】(a)〜(e)は、第1の実施形態の半導体装置の製造工程を示す図であり、上図は平面図、下図は上図のA−A箇所における断面図である。
【図3】第2の実施形態における半導体装置の構造図であり、(a)は平面図、(b)は図3(a)におけるA−A箇所のゲート長方向の断面図、(c)は図3(a)におけるB−B箇所のゲート幅方向の断面図である。
【図4】(a)〜(e)は、第2の実施形態の半導体装置の製造工程を示す図であり、上図は平面図、下図は上図のA−A箇所における断面図である。
【図5】第3の実施形態における半導体装置の構造図であり、(a)は平面図、(b)は図5(a)におけるA−A箇所のゲート長方向の断面図、(c)は図5(a)におけるB−B箇所のゲート幅方向の断面図である。
【図6】従来の半導体装置の構造を示す構造図であり、(a)は平面図、(b)は図6(a)のA−A箇所の断面図である。
【図7】(a)〜(d)は、図6に示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
11 基板
12 半導体層
13 STI
14 ゲート電極
15 ゲート絶縁膜
16 高濃度不純物拡散層
17 低濃度不純物拡散層
18 ソース・ドレイン領域
19 サイドウォール
19a サイドウォール用絶縁膜
20 領域
21 フォトレジスト層
22 ゲートコンタクト
30 サイドウォール
30a サイドウォール用絶縁膜
31 領域
32 領域
33 フォトレジスト層
50 サイドウォール
Claims (18)
- 素子形成領域を有する半導体層と、
上記素子形成領域の側方を囲む素子分離と、
上記半導体層の上記素子形成領域内に設けられたソース・ドレイン領域と、
上記素子形成領域の上に設けられたゲート絶縁膜と、
上記ゲート絶縁膜の上から上記素子分離の上までのびるゲート電極と、
上記ゲート電極の側方に設けられ、上記素子形成領域を除く部分の上の一部で断絶しているサイドウォールと
を備える半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
上記ソース・ドレイン領域は、高濃度不純物拡散層と低濃度不純物拡散層とを有しており、
上記サイドウォールは、上記高濃度不純物拡散層を形成するためのイオン注入マスクであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1または2に記載の半導体装置において、
上記サイドウォールのうち上記素子分離の上に位置する部分の少なくとも一部が除去されていることにより、上記サイドウォールは断絶していることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜3のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
上記ゲート電極は、ゲートコンタクトと接する部分となるコンタクト形成領域と、上記コンタクト形成領域とは上記素子形成領域を挟んで対向する領域とにおいて上記素子分離の上に設けられていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜4のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
上記サイドウォールは、上記素子形成領域と、上記素子分離のうち上記素子形成領域との境界領域とを除く領域の上には設けられていないことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜5のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
上記サイドウォールと上記ゲート電極との間には、L字状サイドウォールおよびオフセットスペーサ層のうちの少なくとも1つが介在していることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜6のうちいずれか1つに記載の半導体装置において、
上記サイドウォールは、シリコン窒化膜からなることを特徴とする半導体装置。 - 素子形成領域を有する半導体層と、
上記素子形成領域の側方を囲む素子分離と、
上記半導体層の上記素子形成領域内に設けられたソース・ドレイン領域と、
上記素子形成領域の上に設けられたゲート絶縁膜と、
上記ゲート絶縁膜の上から上記素子分離の上までのびるゲート電極と、
上記ゲート電極の側方に設けられ、上記素子形成領域を除く部分の上の一部の厚みが、上記素子形成領域の上の部分の厚みよりも薄くなっているサイドウォールと
を備える半導体装置。 - 請求項8に記載の半導体装置において、
上記ソース・ドレイン領域は、高濃度不純物拡散層と低濃度不純物拡散層とを有しており、
上記サイドウォールは、上記高濃度不純物拡散層を形成するためのイオン注入マスクであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項8または9に記載の半導体装置において、
上記サイドウォールは、シリコン窒化膜からなることを特徴とする半導体装置。 - 半導体層からなる素子形成領域と、上記素子形成領域の側方を囲む素子分離とを有する基板に設けられた半導体装置の製造方法において、上記素子形成領域の上にゲート絶縁膜を形成する工程(a)と、
上記素子形成領域上の上記ゲート絶縁膜の上から、上記素子分離の上までのびるゲート電極を形成する工程(b)と、
上記ゲート電極の側方を囲むサイドウォールを形成する工程(c)と、
上記サイドウォールのうち上記素子形成領域を除く部分の上の一部を除去して、上記サイドウォールを断絶させる工程(d)と、
上記工程(c)または(d)の後に、上記サイドウォールおよび上記ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行なうことにより、上記半導体層の上記素子形成領域内に、第1不純物拡散層を形成する工程(e)と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(b)の後で上記工程(c)の前に、上記ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行なうことにより、上記素子形成領域内に第2不純物拡散層を形成する工程を備え、
上記工程(e)では、上記第2不純物拡散層よりも高濃度の不純物を有する上記第1不純物拡散層を形成し、上記第1不純物拡散層および上記第2不純物拡散層を、ソース・ドレイン領域とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項11または12に記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(b)では、コンタクト形成領域と、上記コンタクト形成領域とは上記素子形成領域を挟んで対向する領域とを、上記素子分離の上に有する上記ゲート電極を形成し、
上記工程(d)では、上記ゲート電極のうち上記素子分離の上に位置する領域のうちの少なくとも一部の領域において、上記サイドウォールの少なくとも一部を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項11〜13のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(d)では、上記素子形成領域と、上記素子分離のうち上記素子形成領域との境界領域とを除く領域の上に設けられた上記サイドウォールを除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項11〜14のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(b)の後で上記工程(c)の前に、上記ゲート電極の側面上に、L字状サイドウォールおよびオフセットスペーサ層のうちの少なくとも1つを形成する工程をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項11〜15のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記サイドウォールは、シリコン窒化膜からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体層の素子形成領域と、上記素子形成領域の側方を囲む素子分離とを有する基板に設けられた半導体装置の製造方法において、
上記素子形成領域の上にゲート絶縁膜を形成する工程(a)と、
上記素子形成領域上の上記ゲート絶縁膜の上から、上記素子分離の上までのびるゲート電極を形成する工程(b)と、
上記ゲート電極の側方を囲むサイドウォールを形成する工程(c)と、
上記サイドウォールのうち上記素子形成領域を除く部分の上の一部を除去することにより、上記サイドウォールの一部の厚さを薄くする工程(d)と、
上記工程(c)または(d)の後に、上記サイドウォールおよび上記ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行なうことにより、上記素子形成領域内に不純物拡散層を形成する工程(e)と
を備える半導体装置の製造方法。 - 請求項17に記載の半導体装置の製造方法において、
上記サイドウォールは、シリコン窒化膜からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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