JPH09246534A - Manufacture of pmos, and manufacture of cmos - Google Patents
Manufacture of pmos, and manufacture of cmosInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、pMOSの製造方
法、及びCMOSの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pMOS manufacturing method and a CMOS manufacturing method.
【0002】[0002]
【従来の技術】埋込みチャネル型のpMOSでは、チャ
ネルが半導体の表面ではなく、半導体の内部に形成され
ている。このため、チャネル内のキャリアは表面散乱の
影響を受けることはない。従って、埋込みチャネル型の
pMOSでは、表面チャネル型のpMOSより、キャリ
アの移動度が向上し、高速動作が期待できる。2. Description of the Related Art In a buried channel type pMOS, a channel is formed inside the semiconductor, not on the surface of the semiconductor. Therefore, the carriers in the channel are not affected by surface scattering. Therefore, in the buried channel type pMOS, carrier mobility is improved and a high speed operation can be expected as compared with the surface channel type pMOS.
【0003】このような埋込みチャネル型のpMOSで
は、シリコン(Si)基板の表面からp型のドーパント
として、例えばボロン(B)をイオン注入することで、
シリコン基板の内部にチャネルを形成することができ
る。ボロンは、チャネルを形成する予定の領域上のシリ
コン基板の表面からイオン注入される。この場合、シリ
コン基板の表面から離れた場所にチャネルが形成され
る。このため、ゲート電圧により空乏層電荷(space ch
arge)を制御することが難しく、ゲート長が0.1μm
程度まで短くなると、ショートチャネル効果(短チャネ
ル効果と称する場合がある。)が起こるという問題があ
った。In such a buried channel type pMOS, boron (B), for example, is ion-implanted as a p-type dopant from the surface of a silicon (Si) substrate.
Channels can be formed inside the silicon substrate. Boron is ion-implanted from the surface of the silicon substrate over the area where the channel is to be formed. In this case, a channel is formed at a position apart from the surface of the silicon substrate. Therefore, the depletion layer charge (space ch
arge) is difficult to control and the gate length is 0.1 μm
When the length is shortened to a certain extent, there is a problem that a short channel effect (sometimes called a short channel effect) occurs.
【0004】これを解決する方法として、文献1:「T.
Ohguro et al.,IEDM, Tech. Dig.,p.433, 1993 」に開
示の技術がある。文献1に開示の技術では、UHV−C
VD法により、シリコン基板の表面に、ボロンを1019
cm-3程度導入したシリコン膜を、7.5〜12.5n
mの膜厚でエピタキシャル成長させる。これにより、シ
リコン基板及びシリコン膜から構成される半導体の内部
にチャネルを形成する。As a method for solving this, Document 1: "T.
Ohguro et al., IEDM, Tech. Dig., P.433, 1993 ”. In the technique disclosed in Document 1, UHV-C
The VD method, the surface of the silicon substrate, boron 10 19
The silicon film introduced at about cm −3 has a thickness of 7.5 to 12.5n.
Epitaxially grow to a film thickness of m. As a result, a channel is formed inside the semiconductor composed of the silicon substrate and the silicon film.
【0005】このように、シリコン基板の表面に、ボロ
ンを高濃度に導入したシリコン膜を、薄くエピタキシャ
ル成長させることにより、半導体の内部にチャネルを形
成した場合には、シリコン基板の表面からボロンをイオ
ン注入することことにより、シリコン基板の内部にチャ
ネルを形成した場合より、半導体の表面から近い場所に
チャネルが形成される。このため、ショートチャネル効
果が起きにくくなる。In this way, when a channel is formed inside the semiconductor by thinly epitaxially growing a silicon film into which a high concentration of boron is introduced on the surface of the silicon substrate, boron ions are ionized from the surface of the silicon substrate. By implanting, a channel is formed closer to the surface of the semiconductor than when a channel is formed inside the silicon substrate. Therefore, the short channel effect is less likely to occur.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ン基板の表面に、ボロンを高濃度に導入したシリコン膜
を、薄くエピタキシャル成長させることにより、半導体
の内部にチャネルを形成した場合には、キャリアは表面
近くのボロン濃度の高いところを流れるようになる。こ
のため、キャリアの表面散乱や、不純物散乱が大きくな
って移動度が低下し、埋込みチャネル型のメリットであ
る高速動作ができなくなるという問題があった。However, when a channel is formed inside the semiconductor by thinly epitaxially growing a silicon film having a high concentration of boron introduced on the surface of the silicon substrate, the carriers are close to the surface. It comes to flow in the place where the boron concentration is high. For this reason, there is a problem that carrier scattering on the surface and impurity scattering increase and mobility decreases, and high-speed operation, which is an advantage of the buried channel type, cannot be performed.
【0007】また、このような方法を用いて、CMOS
(相補型MOS)を形成する場合、CMOSを構成する
nMOS及びpMOSのどちらの領域の基板の表面上に
も、ボロンを高濃度に導入したシリコン膜が形成され
る。このため、CMOSを構成するnMOSでも、キャ
リアの不純物散乱が大きくなり、移動度が低下する。こ
れは、CMOSを構成するnMOSが表面チャネル型で
あり、キャリアは表面を流れるためである。In addition, by using such a method, CMOS
When the (complementary MOS) is formed, a silicon film having a high concentration of boron is formed on the surface of the substrate in both the nMOS and pMOS regions that form the CMOS. Therefore, even in the nMOS forming the CMOS, the impurity scattering of the carriers becomes large and the mobility is lowered. This is because the nMOS forming the CMOS is a surface channel type and carriers flow on the surface.
【0008】従って、高速動作が可能であり、かつショ
ートチャネル効果が起きにくいpMOSの出現が望まれ
ていた。さらに望ましくは、nMOS及びpMOSのど
ちらも高速動作が可能であり、さらにpMOSにおいて
ショートチャネル効果が起きにくいCMOSの出現が望
まれていた。Therefore, there has been a demand for the appearance of a pMOS which can operate at high speed and is unlikely to cause the short channel effect. More desirably, a CMOS capable of high-speed operation in both nMOS and pMOS and in which a short channel effect is unlikely to occur in pMOS has been desired.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】このため、この発明の第
1のpMOSの製造方法によれば、(a)シリコン基板
に、素子間分離用絶縁膜を形成して、pMOS形成予定
領域を決定する工程と、(b)pMOS形成予定領域の
シリコン基板の表面上に、p型不純物を含むシリコン膜
を、該シリコン膜中でのp型不純物濃度がシリコン基板
の表面に向かうに従って高くなるように、エピタキシャ
ル成長させて形成する工程と、(c)シリコン膜上に、
ゲート酸化膜を形成する工程と、(d)ゲート酸化膜上
に、ゲート電極を形成する工程と、(e)その後、ソー
ス及びドレインを形成する工程とを含むことを特徴とす
る。Therefore, according to the first pMOS manufacturing method of the present invention, (a) an element isolation insulating film is formed on a silicon substrate to determine a pMOS formation planned region. And (b) forming a silicon film containing a p-type impurity on the surface of the silicon substrate in the pMOS formation planned region so that the p-type impurity concentration in the silicon film becomes higher toward the surface of the silicon substrate. , A step of forming by epitaxial growth, and (c) on the silicon film,
The method is characterized by including a step of forming a gate oxide film, (d) a step of forming a gate electrode on the gate oxide film, and (e) a step of subsequently forming a source and a drain.
【0010】ここで、(b)工程で示すシリコン膜のエ
ピタキシャル成長は、該シリコン膜の上層部分にp型不
純物を含まないように行なう場合であっても良い。ま
た、(b)工程で示すシリコン膜のエピタキシャル成長
は、n(nは2以上の整数)段階で行なう場合であって
も良い。Here, the epitaxial growth of the silicon film shown in step (b) may be performed so that the upper layer portion of the silicon film does not contain p-type impurities. Further, the epitaxial growth of the silicon film shown in step (b) may be performed in n (n is an integer of 2 or more) stages.
【0011】このようにしてpMOSを製造した場合、
シリコン膜の膜厚や該シリコン膜中でのp型不純物の濃
度分布などにより、シリコン基板及びシリコン膜から構
成される半導体の内部のpMOSのゲート電極直下の領
域において、p型不純物の濃度が最大値を示す位置、及
びPN接合が形成される位置が決まる。pMOSの場
合、p型不純物の濃度が最大値を示す位置を中心とする
領域にチャネルが形成され、キャリアであるホールが流
れる。このため、キャリアの表面散乱の影響が小さくな
り、高速動作が可能になる。さらに、チャネルが、表面
に近い位置を中心とする領域に形成された場合には、ゲ
ート電圧により空乏層電荷を制御し易くなり、ショート
チャネル効果が起きにくくなる。When the pMOS is manufactured in this way,
Depending on the thickness of the silicon film and the concentration distribution of the p-type impurity in the silicon film, the concentration of the p-type impurity is maximum in the region immediately below the gate electrode of the pMOS inside the semiconductor formed of the silicon substrate and the silicon film. The position showing the value and the position where the PN junction is formed are determined. In the case of pMOS, a channel is formed in a region centered on a position where the concentration of p-type impurities shows the maximum value, and holes which are carriers flow. Therefore, the influence of carrier surface scattering is reduced, and high-speed operation becomes possible. Furthermore, when the channel is formed in a region centered on a position close to the surface, the depletion layer charge is easily controlled by the gate voltage, and the short channel effect is less likely to occur.
【0012】なお、(b)工程で示すシリコン膜のエピ
タキシャル成長をn(nは2以上の整数)段階で行なう
場合、好ましくは第1段階でのシリコン膜のエピタキシ
ャル成長を、p型不純物濃度が1×1018cm-3以上と
なるように行ない、最終段階でのシリコン膜のエピタキ
シャル成長を、p型不純物濃度が1×1017cm-3以下
となるように行なうのが良い。When the epitaxial growth of the silicon film shown in step (b) is performed in n (n is an integer of 2 or more) stages, preferably the epitaxial growth of the silicon film in the first stage is performed with a p-type impurity concentration of 1 ×. It is preferable that the silicon film is grown to 10 18 cm −3 or more, and the epitaxial growth of the silicon film at the final stage is performed so that the p-type impurity concentration is 1 × 10 17 cm −3 or less.
【0013】また、この発明の第2のpMOSの製造方
法によれば、(a)シリコン基板に、素子間分離用絶縁
膜を形成して、pMOS形成予定領域を決定する工程
と、(b)pMOS形成予定領域のシリコン基板の表面
上に、p型不純物を含むシリケートガラス膜を形成する
工程と、(c)その後、熱処理を行ない、シリケートガ
ラス膜に含まれているp型不純物をシリコン基板に拡散
させて、シリコン基板の表層に、p型不純物の拡散領域
を形成する工程と、(d)その後、シリケートガラス膜
を除去した後、pMOS形成予定領域のシリコン基板の
表面上に、p型不純物を含むシリコン膜を、該シリコン
膜中でのp型不純物濃度が拡散領域のp型不純物濃度よ
り低くなるように、エピタキシャル成長させて形成する
工程と、(e)シリコン膜上に、ゲート酸化膜を形成す
る工程と、(f)ゲート酸化膜上に、ゲート電極を形成
する工程と、(g)その後、ソース及びドレインを形成
する工程とを含むことを特徴とする。According to the second pMOS manufacturing method of the present invention, (a) a step of forming an inter-element isolation insulating film on a silicon substrate to determine a pMOS formation planned region, and (b) A step of forming a silicate glass film containing a p-type impurity on the surface of the silicon substrate in the pMOS formation planned region, and (c) a heat treatment is performed to make the p-type impurity contained in the silicate glass film on the silicon substrate. A step of diffusing to form a p-type impurity diffusion region in the surface layer of the silicon substrate, and (d) after removing the silicate glass film, the p-type impurity is formed on the surface of the silicon substrate in the pMOS formation planned region. Forming a silicon film containing silicon so that the p-type impurity concentration in the silicon film is lower than the p-type impurity concentration in the diffusion region; A step of forming a gate oxide film on the gate oxide film, (f) forming a gate electrode on the gate oxide film, and (g) thereafter forming a source and a drain. To do.
【0014】ここで、(d)工程で示すシリコン膜のエ
ピタキシャル成長は、p型不純物を含まないように行な
う場合であっても良い。また、(d)工程で示すシリコ
ン膜のエピタキシャル成長は、m(mは1以上の整数)
段階で行ない、その際、シリコン膜中でのp型不純物濃
度がシリコン基板の表面に向かうに従って高くなるよう
に行なう場合であっても良い。Here, the epitaxial growth of the silicon film shown in step (d) may be carried out so as not to contain p-type impurities. Further, the epitaxial growth of the silicon film shown in the step (d) is m (m is an integer of 1 or more).
It may be performed in stages, and at that time, the p-type impurity concentration in the silicon film may be increased toward the surface of the silicon substrate.
【0015】このようにしてpMOSを製造した場合、
シリコン膜の膜厚や該シリコン膜中でのp型不純物の濃
度分布、さらにはシリケートガラス膜に含まれているp
型不純物の濃度などにより、シリコン基板及びシリコン
膜から構成される半導体の内部のpMOSのゲート電極
直下の領域において、p型不純物の濃度が最大値を示す
位置、及びPN接合が形成される位置が決まる。pMO
Sの場合、p型不純物の濃度が最大値を示す位置を中心
とする領域にチャネルが形成され、キャリアであるホー
ルが流れる。このため、キャリアの表面散乱の影響が小
さくなり、高速動作が可能になる。さらに、チャネル
が、表面に近い位置を中心とする領域に形成された場合
には、ゲート電圧により空乏層電荷を制御し易くなり、
ショートチャネル効果が起きにくくなる。When the pMOS is manufactured in this way,
The film thickness of the silicon film, the concentration distribution of p-type impurities in the silicon film, and the p contained in the silicate glass film.
Depending on the concentration of the type impurity, the position where the concentration of the p-type impurity shows the maximum value and the position where the PN junction is formed in the region immediately below the gate electrode of the pMOS inside the semiconductor composed of the silicon substrate and the silicon film. Decided. pMO
In the case of S, a channel is formed in a region centered on the position where the concentration of the p-type impurity shows the maximum value, and holes as carriers flow. Therefore, the influence of carrier surface scattering is reduced, and high-speed operation becomes possible. Furthermore, when the channel is formed in a region centered on a position close to the surface, it becomes easier to control the depletion layer charge by the gate voltage,
Short channel effect is less likely to occur.
【0016】なお、(d)工程で示すシリコン膜のエピ
タキシャル成長をm(mは1以上の整数)段階で行なう
場合、好ましくは(c)工程で示すp型不純物のシリコ
ン基板への拡散を拡散領域のp型不純物濃度が、1×1
018cm-3以上となるように行ない、最終段階でのシリ
コン膜のエピタキシャル成長を、p型不純物濃度が1×
1017cm-3以下となるように行なうのが良い。When the epitaxial growth of the silicon film shown in step (d) is performed in m (m is an integer of 1 or more) steps, it is preferable to diffuse the p-type impurity into the silicon substrate shown in step (c) into a diffusion region. Has a p-type impurity concentration of 1 × 1
0 18 cm -3 or more and so as to perform the epitaxial growth of the silicon film at the final stage, p-type impurity concentration of 1 ×
It is preferable to perform it so that the pressure is 10 17 cm -3 or less.
【0017】また、この発明の第1のCMOSの製造方
法によれば、(a)シリコン基板に、素子間分離用絶縁
膜を形成して、pMOS形成予定領域及びnMOS形成
予定領域を決定する工程と、(b)pMOS形成予定領
域のシリコン基板の表面上及びnMOS形成予定領域の
シリコン基板の表面上に、p型不純物を含むシリコン膜
を、該シリコン膜中でのp型不純物濃度がシリコン基板
の表面に向かうに従って高くなるように、エピタキシャ
ル成長させて形成する工程と、(c)シリコン膜上に、
ゲート酸化膜を形成する工程と、(d)ゲート酸化膜上
に、ゲート電極を形成する工程と、(e)その後、ソー
ス及びドレインを形成する工程とを含むことを特徴とす
る。Further, according to the first CMOS manufacturing method of the present invention, (a) a step of forming an insulating film for element isolation on a silicon substrate to determine a pMOS formation planned region and an nMOS formation planned region. (B) a silicon film containing a p-type impurity is formed on the surface of the silicon substrate in the pMOS formation planned region and on the surface of the silicon substrate in the nMOS formation planned region, and the p-type impurity concentration in the silicon film is the silicon substrate. And (c) on the silicon film, the step of forming by epitaxial growth so that the height increases toward the surface of
The method is characterized by including a step of forming a gate oxide film, (d) a step of forming a gate electrode on the gate oxide film, and (e) a step of subsequently forming a source and a drain.
【0018】このようにしてCMOSを製造した場合、
CMOSを構成するpMOSについては、上述と同様な
ことがいえる。一方、CMOSを構成するnMOSのゲ
ート電極直下の領域におけるp型不純物の濃度は、シリ
コン基板及びシリコン膜から構成される半導体の表面で
低くなる。nMOSの場合、シリコン基板及びシリコン
膜から構成される半導体の表面の領域にチャネルが形成
され、この領域をキャリアである電子が流れる。このた
め、電子の不純物散乱の影響が小さく、高速動作が可能
になる。従って、nMOS及びpMOSのどちらも高速
動作が可能になり、さらにpMOSにおいてショートチ
ャネル効果が起きにくくなる。When the CMOS is manufactured in this way,
The same thing can be said for the pMOS forming the CMOS. On the other hand, the concentration of p-type impurities in the region just below the gate electrode of the nMOS forming the CMOS is low on the surface of the semiconductor formed of the silicon substrate and the silicon film. In the case of nMOS, a channel is formed in a region on the surface of a semiconductor composed of a silicon substrate and a silicon film, and electrons as carriers flow in this region. Therefore, the influence of electron impurity scattering is small, and high-speed operation is possible. Therefore, both the nMOS and the pMOS can operate at high speed, and the short channel effect hardly occurs in the pMOS.
【0019】また、この発明の第2のCMOSの製造方
法によれば、(a)シリコン基板に、素子間分離用絶縁
膜を形成して、pMOS形成予定領域及びnMOS形成
予定領域を決定する工程と、(b)pMOS形成予定領
域のシリコン基板の表面上及びnMOS形成予定領域の
シリコン基板の表面上に、p型不純物を含むシリケート
ガラス膜を形成する工程と、(c)その後、熱処理を行
ない、シリケートガラス膜に含まれているp型不純物を
シリコン基板に拡散させて、シリコン基板の表層に、p
型不純物の拡散領域を形成する工程と、(d)その後、
シリケートガラス膜を除去した後、pMOS形成予定領
域のシリコン基板の表面上及びnMOS形成予定領域の
シリコン基板の表面上に、p型不純物を含むシリコン膜
を、該シリコン膜中でのp型不純物濃度が、拡散領域の
p型不純物濃度より低くなるように、エピタキシャル成
長させて形成する工程と、(e)シリコン膜上に、ゲー
ト酸化膜を形成する工程と、(f)ゲート酸化膜上に、
ゲート電極を形成する工程と、(g)その後、ソース及
びドレインを形成する工程とを含むことを特徴とする。Further, according to the second CMOS manufacturing method of the present invention, (a) a step of forming an inter-element isolation insulating film on a silicon substrate and determining a pMOS formation planned region and an nMOS formation planned region. And (b) a step of forming a silicate glass film containing a p-type impurity on the surface of the silicon substrate in the pMOS formation planned region and on the surface of the silicon substrate in the nMOS formation planned region, and (c) thereafter performing heat treatment. , P-type impurities contained in the silicate glass film are diffused into the silicon substrate to form p-type impurities on the surface layer of the silicon substrate.
Forming a diffusion region of the type impurities, and (d) after that,
After removing the silicate glass film, a silicon film containing p-type impurities is formed on the surface of the silicon substrate in the pMOS formation planned region and on the surface of the silicon substrate in the nMOS formation planned region, and the p-type impurity concentration in the silicon film is increased. Is epitaxially grown so as to have a concentration lower than the p-type impurity concentration of the diffusion region, (e) a gate oxide film is formed on the silicon film, and (f) a gate oxide film is formed on the gate oxide film.
The method is characterized by including a step of forming a gate electrode and (g) subsequently forming a source and a drain.
【0020】このようにしてCMOSを製造した場合、
CMOSを構成するpMOSについては、上述と同様な
ことがいえる。一方、CMOSを構成するnMOSのゲ
ート電極直下の領域におけるp型不純物の濃度は、シリ
コン基板及びシリコン膜から構成される半導体の表面で
低くなる。nMOSの場合、シリコン基板及びシリコン
膜から構成される半導体の表面の領域にチャネルが形成
され、この領域をキャリアである電子が流れる。このた
め、電子の不純物散乱の影響が小さく、高速動作が可能
になる。従って、nMOS及びpMOSのどちらも高速
動作が可能になり、さらにpMOSにおいてショートチ
ャネル効果が起きにくくなる。When the CMOS is manufactured in this way,
The same thing can be said for the pMOS forming the CMOS. On the other hand, the concentration of p-type impurities in the region just below the gate electrode of the nMOS forming the CMOS is low on the surface of the semiconductor formed of the silicon substrate and the silicon film. In the case of nMOS, a channel is formed in a region on the surface of a semiconductor composed of a silicon substrate and a silicon film, and electrons as carriers flow in this region. Therefore, the influence of electron impurity scattering is small, and high-speed operation is possible. Therefore, both the nMOS and the pMOS can operate at high speed, and the short channel effect hardly occurs in the pMOS.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この出願の
発明の実施の形態について説明する。以下の説明に用い
る各図において、各構成成分は、この発明を理解出来る
程度に、その形状、大きさ、及び配置関係を概略的に示
してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において
同様な構成成分については同一の番号を付し、その重複
する説明を省略することもある。なお、以下の説明中で
挙げる使用材料及びその量、処理時間、処理温度、膜厚
などの数値的条件は、これら発明の範囲内の好適例にす
ぎない。従って、この出願に係る発明が、これら条件に
のみ限定されるものではないことは理解されたい。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the invention of the present application will be described below with reference to the drawings. In each of the drawings used in the following description, each component is only schematically shown in its shape, size, and positional relationship to the extent that the present invention can be understood. In each of the drawings used for description, the same components are denoted by the same reference numerals, and overlapping description may be omitted. Numerical conditions such as materials used and their amounts, processing time, processing temperature, and film thickness mentioned in the following description are only suitable examples within the scope of these inventions. Therefore, it should be understood that the invention according to this application is not limited only to these conditions.
【0022】また、以下の各実施の形態では、CMOS
を製造する場合について説明しているが、CMOSを構
成するpMOSに着目した場合、pMOSを製造する場
合についても説明していることを理解されたい。In each of the following embodiments, CMOS
However, it should be understood that, when attention is paid to the pMOS forming the CMOS, the case of manufacturing the pMOS is also described.
【0023】1.第1の実施の形態 図1〜図4はCMOSを製造する場合の説明図である。
具体的には、pMOS及びnMOSが隣接する状態のC
MOSを製造する場合の工程図であり、その製造工程中
の主な工程での試料をそれぞれゲート長に沿った方向に
切った断面図(ただし、切り口に着目した図)によって
示した工程図である。ただし、図面が複雑化するのを回
避するため、断面を示すハッチングを一部省略してあ
る。1. First Embodiment FIGS. 1 to 4 are explanatory views in the case of manufacturing a CMOS.
Specifically, C with pMOS and nMOS adjacent to each other
It is a process drawing in the case of manufacturing a MOS, and is a process drawing shown by a cross-sectional view (however, a drawing is focused on a cut end) obtained by cutting a sample in a main process in the manufacturing process in a direction along a gate length. is there. However, in order to avoid complication of the drawing, some hatching showing the cross section is omitted.
【0024】先ず、高エネルギーイオン注入装置を用い
てシリコン(Si)基板11に、Pウエル13a及びN
ウエル13bを形成する。次に、Pウエル13aをnM
OS形成予定領域Nとし、Nウエル13bをpMOS形
成予定領域Pとして用いるため、シリコン基板11に、
既知の方法例えばLOCOS法により素子間分離用絶縁
膜15を形成する。このようにして、nMOS形成予定
領域N及びpMOS形成予定領域Pを決定する(図1
(A))。なお、Pウエル13aは、例えばボロン
(B)を用いしかも注入エネルギーが400KeVでか
つドーズ量が1×1013cm-2の条件でイオン注入する
ことにより形成でき、Nウエル13bは、例えばリン
(P)を用いしかも注入エネルギーが900KeVでか
つドーズ量が1×1013cm-2の条件でイオン注入する
ことにより形成できる。First, a P-well 13a and an N-well are formed on a silicon (Si) substrate 11 by using a high energy ion implanter.
Well 13b is formed. Next, the P well 13a is set to nM.
Since the OS formation planned region N is used and the N well 13b is used as the pMOS formation planned region P, the silicon substrate 11 is
The insulating film 15 for element isolation is formed by a known method such as the LOCOS method. In this way, the nMOS formation planned region N and the pMOS formation planned region P are determined (FIG. 1).
(A)). The P well 13a can be formed by ion implantation using, for example, boron (B) with an implantation energy of 400 KeV and a dose amount of 1 × 10 13 cm −2 , and the N well 13b can be formed by, for example, phosphorus (B). It can be formed by ion implantation using P) under the conditions that the implantation energy is 900 KeV and the dose is 1 × 10 13 cm -2 .
【0025】次に、nMOS形成予定領域Nの一部領域
であって後にゲート電極下にほぼなる領域17aに、シ
ョートチャネル効果を抑えるためのいわゆるパンチスル
ーサプレッションインプラ及びしきい値電圧を制御する
ためのいわゆるチャネルインプラを、イオン注入法によ
りそれぞれ行なう。このようにイオン注入された領域
を、チャネルインプラ等を行なった領域17aと称す
る。また、pMOS形成予定領域Pの一部領域であって
後にゲート電極下にほぼなる領域17bに、ショートチ
ャネル効果を抑えるためのいわゆるパンチスルーサプレ
ッションインプラを、イオン注入法により行なう。この
ようにイオン注入された領域を、パンチスルーサプレッ
ションインプラを行なった領域17bと称する(図1
(B))。なお、Pウエル13aへのパンチスルーサプ
レッションインプラ及びチャネルインプラは、それぞれ
領域17aに、ボロンを例えば注入エネルギーが45K
eVでかつドーズ量が4×1012/cm2 の条件で、さ
らにフッ化ボロン(BF2 )を例えば注入エネルギーが
90KeVでかつドーズ量が4×1012/cm2 の条件
で、それぞれイオン注入することにより行なえる。一
方、Nウエル13bへのパンチスルーサプレッションイ
ンプラは、領域17bに、リンを例えば注入エネルギー
が80KeVでかつドーズ量が2×1013/cm2 の条
件で、イオン注入することにより行なえる。Next, in order to control a so-called punch-through suppression implanter for suppressing the short channel effect and a threshold voltage in a region 17a which is a partial region of the nMOS formation planned region N and is substantially below the gate electrode. The so-called channel implantation is performed by the ion implantation method. The region thus ion-implanted is referred to as a region 17a subjected to channel implantation or the like. Further, a so-called punch-through suppression implantation for suppressing the short channel effect is performed by an ion implantation method in a region 17b which is a partial region of the pMOS formation planned region P and is substantially below the gate electrode. The region thus ion-implanted is referred to as a region 17b subjected to punch-through suppression implantation (FIG. 1).
(B)). The punch-through suppression implanter and the channel implanter for the P-well 13a are implanted into the region 17a with boron, for example, with an implantation energy of 45K.
Ion implantation under the conditions of eV and a dose of 4 × 10 12 / cm 2 , and further boron fluoride (BF 2 ) under the conditions of, for example, implantation energy of 90 KeV and a dose of 4 × 10 12 / cm 2. You can do it by doing. On the other hand, punch-through suppression implantation into the N well 13b can be performed by ion-implanting phosphorus into the region 17b under the conditions of an implantation energy of 80 KeV and a dose amount of 2 × 10 13 / cm 2 .
【0026】次に、この試料を、例えば900℃の温度
で1分間熱処理して、イオン注入によりアモルファス化
したシリコン基板11の表面を再結晶化する。その後、
nMOS形成予定領域のシリコン基板11の表面上及び
pMOS形成予定領域のシリコン基板11の表面上に、
UHV−CVD法によりp型不純物を含むシリコン膜1
9a,19bを、該シリコン膜19a,19b中でのp
型不純物濃度がシリコン基板11の表面に向かうに従っ
て高くなるように、20〜60nmの膜厚にエピタキシ
ャル成長させて形成する(図1(C))。シリコン膜1
9a,19bのエピタキシャル成長を2段階で行ない、
p型不純物としてボロンを用いる例について示せば、第
1段階のシリコン膜19a1 ,19b1 は、例えばシリ
コン源となるシラン(SiH4 )又はジシラン(Si2
H6 )、及びp型不純物源となるジボラン(B2 H6 )
を、第1段階のシリコン膜19a1 ,19b1 中でのボ
ロンの濃度が例えば2.4×1018cm-3程度になる条
件で混合して反応ガスとして用い、例えば1×10-4T
orrの反応ガス圧力下、500〜700℃の基板温度
で、10nmの膜厚にエピタキシャル成長させることに
より形成できる。同様に、第2段階のシリコン膜19a
2 ,19b2 は、例えばシリコン源となるシラン又はジ
シラン、及びp型不純物源となるジボランを第2段階の
シリコン膜19a2 ,19b2 中でのボロンの濃度が例
えば5×1016cm-3となる条件で混合して反応ガスと
して用い、例えば1×10-4Torrの反応ガス圧力
下、500〜700℃の基板温度で、10〜50nmの
膜厚にエピタキシャル成長させることにより形成でき
る。第2段階のシリコン膜19a2 ,19b2 として、
p型不純物を含まないものを形成する場合には、例えば
シリコン源となるシラン又はジシランを反応ガスとして
用いれば良い。Next, this sample is heat-treated at a temperature of, for example, 900 ° C. for 1 minute to recrystallize the surface of the silicon substrate 11 which has been made amorphous by ion implantation. afterwards,
On the surface of the silicon substrate 11 in the nMOS formation planned region and on the surface of the silicon substrate 11 in the pMOS formation planned region,
Silicon film 1 containing p-type impurities by UHV-CVD method
9a and 19b are replaced by p in the silicon films 19a and 19b.
It is formed by epitaxial growth to have a film thickness of 20 to 60 nm so that the type impurity concentration becomes higher toward the surface of the silicon substrate 11 (FIG. 1C). Silicon film 1
9a, 19b epitaxial growth in two stages,
As an example of using boron as the p-type impurity, the silicon films 19a 1 and 19b 1 in the first stage are formed of, for example, silane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 ) serving as a silicon source.
H 6 ), and diborane (B 2 H 6 ) as a p-type impurity source
Are mixed as a reaction gas under the condition that the boron concentration in the first-stage silicon films 19a 1 and 19b 1 is, for example, about 2.4 × 10 18 cm −3, and is used as a reaction gas, for example, 1 × 10 −4 T
It can be formed by epitaxially growing to a film thickness of 10 nm at a substrate temperature of 500 to 700 ° C. under a reaction gas pressure of orr. Similarly, the second stage silicon film 19a
2 and 19b 2 are, for example, silane or disilane serving as a silicon source and diborane serving as a p-type impurity source, and the boron concentration in the second-stage silicon films 19a 2 and 19b 2 is, for example, 5 × 10 16 cm −3. It can be formed by epitaxially growing to a film thickness of 10 to 50 nm at a substrate temperature of 500 to 700 ° C. under a reaction gas pressure of 1 × 10 −4 Torr and used as a reaction gas. As the second stage silicon films 19a 2 and 19b 2 ,
In the case of forming a material that does not contain p-type impurities, for example, silane or disilane serving as a silicon source may be used as a reaction gas.
【0027】後述するシミュレーション結果で詳細に説
明するが、このようにして、p型不純物を含むシリコン
膜19a,19bを形成する場合、最終的に製造される
CMOSを構成するpMOSのゲート電極直下の領域に
おけるp型不純物の濃度は、シリコン基板11及びシリ
コン膜19bから構成される半導体の表面から数十nm
離れた位置で、1×1018cm-3程度の最大値を示す。
またp型不純物の濃度が最大値を示す位置より10nm
ほど深い位置にPN接合が形成される。pMOSの場
合、p型不純物の濃度が最大値を示す位置を中心とする
領域にチャネルが形成され、キャリアであるホールが流
れる。このため、キャリアの表面散乱の影響が小さくな
り、高速動作が可能になる。さらに、チャネルが、表面
から数十nm離れた位置を中心とする領域に形成される
ため、ゲート電圧により空乏層電荷を制御し易くなり、
ショートチャネル効果が起きにくくなる。一方、nMO
Sのゲート電極直下の領域におけるp型不純物の濃度
は、シリコン基板11及びシリコン膜19aから構成さ
れる半導体の表面で、1×1017cm-3程度以下とな
る。nMOSの場合、シリコン基板11及びシリコン膜
19aから構成される半導体の表面の領域にチャネルが
形成され、この領域をキャリアである電子が流れる。そ
して、p型不純物であるボロンの濃度が1×1017cm
-3程度以下の場合、電子の不純物散乱の影響が小さく、
従って高速動作が可能になる。このように、nMOS及
びpMOSのどちらも高速動作が可能になり、さらにp
MOSにおいてショートチャネル効果が起きにくくな
る。As will be described in detail later with reference to simulation results, when the silicon films 19a and 19b containing the p-type impurities are formed in this manner, the gate electrode of the pMOS immediately below the pMOS constituting the finally manufactured CMOS is formed. The concentration of the p-type impurity in the region is several tens nm from the surface of the semiconductor composed of the silicon substrate 11 and the silicon film 19b.
It shows a maximum value of about 1 × 10 18 cm −3 at distant positions.
10 nm from the position where the concentration of p-type impurities shows the maximum value
A PN junction is formed at a deeper position. In the case of pMOS, a channel is formed in a region centered on a position where the concentration of p-type impurities shows the maximum value, and holes which are carriers flow. Therefore, the influence of carrier surface scattering is reduced, and high-speed operation becomes possible. Further, since the channel is formed in a region centered on a position tens of nm away from the surface, it becomes easy to control the depletion layer charge by the gate voltage,
Short channel effect is less likely to occur. On the other hand, nMO
The concentration of the p-type impurity in the region immediately below the gate electrode of S is about 1 × 10 17 cm −3 or less on the surface of the semiconductor composed of the silicon substrate 11 and the silicon film 19a. In the case of the nMOS, a channel is formed in a region on the surface of the semiconductor composed of the silicon substrate 11 and the silicon film 19a, and electrons as carriers flow in this region. The concentration of boron, which is a p-type impurity, is 1 × 10 17 cm
-3 or less, the effect of electron impurity scattering is small,
Therefore, high speed operation becomes possible. In this way, both nMOS and pMOS can operate at high speed.
The short channel effect is less likely to occur in MOS.
【0028】次に、この試料を酸化炉に入れ、そしてこ
の炉を800℃の温度にして、シリコン膜19a,19
b上に、ゲート酸化膜21a,21bを例えば5nmの
膜厚に形成する(図2(A))。Next, this sample was placed in an oxidation furnace, and this furnace was heated to a temperature of 800 ° C. to obtain silicon films 19a and 19a.
Gate oxide films 21a and 21b are formed on b in a film thickness of, for example, 5 nm (FIG. 2A).
【0029】次に、この試料上に、LPCVD法により
ポリシリコン膜(図示せず)を150nmの膜厚に形成
し、このポリシリコン膜に拡散法あるいはイオン注入法
によりリンを導入する。その後、このポリシリコン膜上
にタングシテンシリサイド(SiW)膜(図示せず)を
100nmの膜厚に形成する。さらに、このタングシテ
ンシリサイド膜上にゲート電極をパターニングするため
のマスクとしてのレジストパターン(図示せず)を形成
する。そして、このレジストパターンをマスクとして、
上記タングシテンシリサイド膜及びポリシリコン膜の不
要部分をそれぞれ好適なエッチング手段により除去す
る。このようにして、nMOS形成予定領域のゲート酸
化膜21a上に、0.1μm程度のゲート長を有しかつ
ポリシリコン膜23a及びタングシテンシリサイド膜2
5aを有したゲート電極27aを形成し、同様にpMO
S形成予定領域のゲート酸化膜21b上に、0.1μm
程度のゲート長を有しかつポリシリコン膜23b及びタ
ングシテンシリサイド膜25bを有したゲート電極27
bを形成する(図2(B))。なお、ゲート電極27
a,27bにおけるタングステンシリサイド膜25a,
25bは、ゲート電極の低抵抗化のためのもので、発明
の本質ではないことを付記する。Next, a polysilicon film (not shown) having a film thickness of 150 nm is formed on this sample by the LPCVD method, and phosphorus is introduced into this polysilicon film by the diffusion method or the ion implantation method. After that, a tungsten silicide (SiW) film (not shown) is formed to a thickness of 100 nm on this polysilicon film. Further, a resist pattern (not shown) as a mask for patterning the gate electrode is formed on this tungsten silicide film. Then, using this resist pattern as a mask,
The unnecessary portions of the tungsten silicide film and the polysilicon film are removed by suitable etching means. In this manner, the polysilicon film 23a and the tungsten silicide film 2 having a gate length of about 0.1 μm are formed on the gate oxide film 21a in the nMOS formation planned region.
The gate electrode 27a having 5a is formed, and pMO is similarly formed.
0.1 μm on the gate oxide film 21b in the S formation planned region
A gate electrode 27 having a gate length of the order of magnitude and having a polysilicon film 23b and a tungsten silicide film 25b.
b is formed (FIG. 2B). The gate electrode 27
a and 27b, the tungsten silicide film 25a,
Note that 25b is for lowering the resistance of the gate electrode and is not the essence of the invention.
【0030】次に、この試料上に、nMOS形成予定領
域の所定部分に浅い接合のn型のソース/ドレイン領域
29aを形成するためのマスクとしてのレジストパター
ン(図示せず)を形成する。そして、このレジストパタ
ーン及びゲート電極27aをマスクとして、イオン注入
法により浅い接合のn型のソース/ドレイン領域29a
を形成する(図2(C))。なお、浅い接合のn型のソ
ース/ドレイン領域29aは、砒素(As)を例えば注
入エネルギーが10KeVでかつドーズ量が1×1015
/cm2 の条件で形成できる。Next, on this sample, a resist pattern (not shown) is formed as a mask for forming the n-type source / drain region 29a having a shallow junction in a predetermined portion of the nMOS formation planned region. Then, using the resist pattern and the gate electrode 27a as a mask, a shallow junction n-type source / drain region 29a is formed by ion implantation.
Is formed (FIG. 2C). The shallow junction n-type source / drain regions 29a are implanted with arsenic (As), for example, with an implantation energy of 10 KeV and a dose of 1 × 10 15.
/ Cm 2 It can be formed under the condition.
【0031】次に、この試料上に、テトラエトキシシラ
ン(Tetra-Ethoxy-Silane )を原料として用いて、CV
D法によりSiO2 膜(図示せず)を50nmの膜厚に
形成する。そして、このSiO2 膜に対し反応性イオン
エッチング法による異方性エッチングを実施しエッチバ
ックを行なう。このようにして、nMOS形成予定領域
のゲート電極27aの側壁、及びpMOS形成予定領域
のゲート電極27bの側壁に、第1の側壁膜31a,3
1bを形成する(図3(A))。Next, tetraethoxysilane (Tetra-Ethoxy-Silane) was used as a raw material on this sample to obtain CV.
A SiO 2 film (not shown) is formed to a thickness of 50 nm by the D method. Then, this SiO 2 film is subjected to anisotropic etching by the reactive ion etching method to perform etch back. Thus, the first sidewall films 31a and 3a are formed on the sidewalls of the gate electrode 27a in the nMOS formation planned region and the sidewalls of the gate electrode 27b in the pMOS formation planned region.
1b is formed (FIG. 3A).
【0032】次に、この試料上に、pMOS形成予定領
域の所定部分に浅い接合のp型のソース/ドレイン領域
29bを形成するためのマスクとしてのレジストパター
ン(図示せず)を形成する。そして、このレジストパタ
ーン、ゲート電極27b及び第1の側壁膜31bをマス
クとして、イオン注入法により浅い接合のp型のソース
/ドレイン領域29bを形成する(図3(B))。な
お、浅い接合のp型のソース/ドレイン領域29bは、
フッ化ボロンを例えば注入エネルギーが10KeVでか
つドーズ量が1×1015/cm2 の条件で形成できる。Next, on this sample, a resist pattern (not shown) is formed as a mask for forming the p-type source / drain region 29b having a shallow junction in a predetermined portion of the pMOS formation planned region. Then, using the resist pattern, the gate electrode 27b and the first side wall film 31b as a mask, a p-type source / drain region 29b having a shallow junction is formed by an ion implantation method (FIG. 3B). The shallow junction p-type source / drain region 29b is
Boron fluoride can be formed, for example, under the conditions that the implantation energy is 10 KeV and the dose amount is 1 × 10 15 / cm 2 .
【0033】次に、この試料上に、テトラエトキシシラ
ンを原料として用いて、CVD法によりSiO2 膜(図
示せず)を200nmの膜厚に形成する。そして、この
SiO2 膜に対し反応性イオンエッチング法による異方
性エッチングを実施しエッチバックを行なう。このよう
にして、第1の側壁膜31a,31bの側壁に、第2の
側壁膜33a,33bを形成する(図3(C))。Next, a SiO 2 film (not shown) having a film thickness of 200 nm is formed on this sample by a CVD method using tetraethoxysilane as a raw material. Then, this SiO 2 film is subjected to anisotropic etching by the reactive ion etching method to perform etch back. In this way, the second sidewall films 33a and 33b are formed on the sidewalls of the first sidewall films 31a and 31b (FIG. 3C).
【0034】その後、浅い接合のn型のソース/ドレイ
ン領域29aを形成した場合と同様な工程で、深い接合
のn型のソース/ドレイン領域35aを形成し、また、
浅い接合のp型のソース/ドレイン領域29bを形成し
た場合と同様な工程で、深い接合のp型のソース/ドレ
イン領域35bを形成する(図4)。ただし、深い接合
のn型のソース/ドレイン領域35aを形成する場合、
レジストパターン、ゲート電極27a、第1の側壁膜3
1a、及び第2の側壁膜33aをマスクとして用い、深
い接合のp型のソース/ドレイン領域35bを形成する
場合、レジストパターン、ゲート電極27b、第1の側
壁膜31b、及び第2の側壁膜33bをマスクとして用
いる。なお、深い接合のn型のソース/ドレイン領域3
5aは、砒素を例えば注入エネルギーが100KeVで
かつドーズ量が5×1015/cm2 の条件で形成でき、
深い接合のp型のソース/ドレイン領域35bは、フッ
化ボロンを例えば注入エネルギーが70KeVでかつド
ーズ量が2×1015/cm2 の条件で形成できる。After that, the n-type source / drain region 35a having a deep junction is formed by the same process as the case where the n-type source / drain region 29a having a shallow junction is formed.
A p-type source / drain region 35b having a deep junction is formed by the same process as that for forming the p-type source / drain region 29b having a shallow junction (FIG. 4). However, when the n-type source / drain region 35a having a deep junction is formed,
Resist pattern, gate electrode 27a, first sidewall film 3
When the deep junction p-type source / drain region 35b is formed by using 1a and the second sidewall film 33a as a mask, the resist pattern, the gate electrode 27b, the first sidewall film 31b, and the second sidewall film are formed. 33b is used as a mask. The deep junction n-type source / drain region 3
5a can be formed by implanting arsenic under the conditions of an implantation energy of 100 KeV and a dose of 5 × 10 15 / cm 2 .
The deep junction p-type source / drain regions 35b can be formed of boron fluoride, for example, under the conditions that the implantation energy is 70 KeV and the dose is 2 × 10 15 / cm 2 .
【0035】最後に、急速加熱装置(RTA装置)を用
い、例えば1050℃の温度で10秒間熱処理を行な
い、すべての不純物の活性化を行なう。以上のようにし
て、微細なゲート長のCMOS、具体的にはpMOS及
びnMOSが隣接する状態のCMOSを製造することが
できる。Finally, a rapid heating device (RTA device) is used to perform heat treatment at a temperature of, for example, 1050 ° C. for 10 seconds to activate all impurities. As described above, it is possible to manufacture a CMOS having a fine gate length, specifically, a CMOS in which a pMOS and an nMOS are adjacent to each other.
【0036】以上のようにして製造したCMOSを構成
するnMOS及びpMOSのゲート電極27a,27b
直下の領域における不純物プロファイルをそれぞれ、沖
電気工業株式会社製の2次元プロセスシミュレータ(O
PUS)を用いて求めた。具体的には、シリコン膜19
a,19bのエピタキシャル成長を2段階で行ない、p
型不純物としてボロンを用いて製造したCMOS、より
具体的には、第1段階のシリコン膜19a1 ,19b1
を、該膜19a1 ,19b1 中でのボロンの濃度が2.
4×1018cm-3となる条件で10nmの膜厚に形成
し、第2段階のシリコン膜19a2 ,19b2 を、該膜
19a2 ,19b2 中でのボロンの濃度が5×1016c
m-3となる条件で30nmの膜厚に形成することにより
製造したCMOSを構成するnMOS及びpMOSのゲ
ート電極27a,27b直下の領域における不純物プロ
ファイルを求めた。The gate electrodes 27a and 27b of the nMOS and pMOS which constitute the CMOS manufactured as described above.
Two-dimensional process simulator (O
PUS). Specifically, the silicon film 19
The epitaxial growth of a and 19b is performed in two steps, and p
CMOS manufactured by using boron as a type impurity, more specifically, first-stage silicon films 19a 1 and 19b 1
The concentration of boron in the films 19a 1 and 19b 1 is 2.
4 × 10 18 cm was formed at -3 and condition: a film thickness of 10 nm, a silicon film 19a 2, 19b 2 of the second stage, the film 19a 2, 19b is the concentration of boron in 2 5 × 10 16 c
The impurity profile in the region directly under the gate electrodes 27a and 27b of the nMOS and pMOS forming the CMOS manufactured by forming the film with a film thickness of 30 nm under the condition of m −3 was obtained.
【0037】図5はnMOSに対する不純物プロファイ
ルであり、図5(A)には、シリコン膜19aの形成直
後のボロンのプロファイルを示し、図5(B)には、C
MOS製造終了後のボロンのプロファイルを示してい
る。同様に、図6はpMOSに対する不純物プロファイ
ルであり、図6(A)には、シリコン膜19bの形成直
後のボロンのプロファイルを曲線aで、リンのプロファ
イルを曲線bでそれぞれ示し、図6(B)には、CMO
S製造終了後のボロンのプロファイルを曲線aで、リン
のプロファイルを曲線bでそれぞれ示している。なお、
図5(A)及び(B)、並びに図6(A)及び(B)の
横軸には、シリコン基板11及びシリコン膜19a,1
9bから構成される半導体の表面に垂直に、半導体の内
部に向かう方向に測った距離X(nm)を取って示し、
縦軸には、不純物濃度(cm-3)を取って示している。
ただし、ボロンのプロファイルを示す曲線がX軸と交差
する位置、すなわち図5(A)及び(B)、並びに図6
(A)及び(B)の横軸にsで示す位置が、シリコン基
板11及びシリコン膜19a,19bから構成される半
導体の表面の位置に相当する。FIG. 5 shows an impurity profile for the nMOS. FIG. 5 (A) shows the boron profile immediately after the formation of the silicon film 19a, and FIG. 5 (B) shows C.
The boron profile after completion of MOS fabrication is shown. Similarly, FIG. 6 shows an impurity profile for the pMOS. In FIG. 6A, a boron profile immediately after the formation of the silicon film 19b is shown by a curve a, and a phosphorus profile is shown by a curve b. ) Is the CMO
The profile of boron after completion of S production is shown by curve a, and the profile of phosphorus is shown by curve b. In addition,
The horizontal axis of FIGS. 5A and 5B and FIGS. 6A and 6B indicates the silicon substrate 11 and the silicon films 19 a and 1 a.
The distance X (nm) measured in the direction toward the inside of the semiconductor is shown perpendicular to the surface of the semiconductor composed of 9b,
The vertical axis represents the impurity concentration (cm −3 ).
However, the position where the curve indicating the boron profile intersects the X axis, that is, FIGS. 5A and 5B, and FIG.
The positions indicated by s on the horizontal axes of (A) and (B) correspond to the positions of the surface of the semiconductor composed of the silicon substrate 11 and the silicon films 19a and 19b.
【0038】以下、シリコン基板11及びシリコン膜1
9a,19bから構成される半導体の表面から数十nm
の領域に注目して説明する。図5(A)及び(B)から
理解できるように、シリコン膜19aを形成した後、上
述した種々の処理を行なって製造したCMOSを構成す
るnMOSのゲート電極27a直下の領域におけるボロ
ンの濃度は、シリコン基板11及びシリコン膜19aか
ら構成される半導体の表面から約40nm離れた位置
で、1×1018cm-3程度の最大値を示す。また、ボロ
ンの濃度は、シリコン基板11及びシリコン膜19aか
ら構成される半導体の表面で、1×1017cm-3程度に
なる。nMOSの場合、シリコン基板11及びシリコン
膜19aから構成される半導体の表面の領域にチャネル
が形成され、この領域をキャリアである電子が流れる。
そして、ボロンの濃度が1×1017cm-3程度の場合、電
子の不純物散乱の影響が小さい。従って、高速動作が可
能になると考えられる。Hereinafter, the silicon substrate 11 and the silicon film 1
Tens of nm from the surface of the semiconductor composed of 9a and 19b
The description will be made focusing on the area. As can be understood from FIGS. 5A and 5B, after the silicon film 19a is formed, the concentration of boron in the region immediately below the gate electrode 27a of the nMOS forming the CMOS manufactured by performing the various processes described above is , A maximum value of about 1 × 10 18 cm −3 at a position about 40 nm away from the surface of the semiconductor composed of the silicon substrate 11 and the silicon film 19a. Further, the concentration of boron is about 1 × 10 17 cm −3 on the surface of the semiconductor composed of the silicon substrate 11 and the silicon film 19a. In the case of the nMOS, a channel is formed in a region on the surface of the semiconductor composed of the silicon substrate 11 and the silicon film 19a, and electrons as carriers flow in this region.
When the boron concentration is about 1 × 10 17 cm −3 , the effect of electron impurity scattering is small. Therefore, high-speed operation is considered possible.
【0039】一方、図6(A)及び(B)から理解でき
るように、シリコン膜19bを形成した後、上述した種
々の処理を行なって製造したCMOSを構成するpMO
Sのゲート電極27b直下の領域におけるボロンの濃度
は、シリコン基板11及びシリコン膜19bから構成さ
れる半導体の表面から約40nm離れた位置で、1×1
018cm-3程度の最大値を示す。また、ボロンの濃度
は、シリコン基板11及びシリコン膜19bから構成さ
れる半導体の表面で、1×1017cm-3程度になる。ま
た、ボロンの濃度とリンの濃度とは、シリコン基板11
及びシリコン膜19bから構成される半導体の表面から
約50nm離れた位置で等しくなる。ボロンの濃度とリ
ンの濃度とが等しい位置にPN接合が形成される。pM
OSの場合、p型不純物の濃度が最大値を示す位置を中
心とする領域にチャネルが形成され、キャリアであるホ
ールが流れる。このため、キャリアの表面散乱の影響が
小さくなり、高速動作が可能になると考えられる。ま
た、チャネルが、表面から50nm離れた位置を中心と
する領域に形成されるため、ゲート電圧により空乏層電
荷を制御し易くなり、ショートチャネル効果が起きにく
くなると考えられる。On the other hand, as can be understood from FIGS. 6 (A) and 6 (B), after forming the silicon film 19b, the pMO forming the CMOS manufactured by performing the above-mentioned various processes.
The concentration of boron in the region immediately below the gate electrode 27b of S is 1 × 1 at a position about 40 nm away from the surface of the semiconductor composed of the silicon substrate 11 and the silicon film 19b.
The maximum value is about 0 18 cm -3 . Further, the boron concentration is about 1 × 10 17 cm −3 on the surface of the semiconductor composed of the silicon substrate 11 and the silicon film 19b. The boron concentration and the phosphorus concentration are the same as those of the silicon substrate 11
And at a position about 50 nm away from the surface of the semiconductor composed of the silicon film 19b. A PN junction is formed at a position where the boron concentration is equal to the phosphorus concentration. pM
In the case of OS, a channel is formed in a region centered on a position where the concentration of p-type impurities shows the maximum value, and holes as carriers flow. Therefore, it is considered that the influence of the carrier surface scattering is reduced and high-speed operation becomes possible. Further, since the channel is formed in a region centered on a position 50 nm away from the surface, it is considered that the depletion layer charge is easily controlled by the gate voltage and the short channel effect is less likely to occur.
【0040】このように、nMOS及びpMOSのどち
らも高速動作が可能になり、さらにpMOSにおいてシ
ョートチャネル効果が起きにくくなると考えられる。As described above, it is considered that both the nMOS and the pMOS can operate at high speed, and the short channel effect hardly occurs in the pMOS.
【0041】そこで、上述のようにして製造したCMO
Sを構成するnMOS及びpMOSの動作速度につい
て、より詳細に検討するため、沖電気工業株式会社製の
2次元デバイスシミュレータ(ODESA)を用いて、
nMOS及びpMOSのそれぞれに対して、ドレイン電
流のゲート電圧依存性(以下、ID −VG 特性と称する
場合がある。)を求めた。nMOSに対するID −VG
特性は、ドレイン電圧が0.1Vの条件で求め、pMO
Sに対するID −VG 特性は、ドレイン電圧が−0.1
Vの条件で求めた。ただし、ここでは、ショートチャネ
ル効果による影響をさけるため、ゲート長が1μmであ
るnMOS及びpMOSについて検討した。さらに、n
MOS及びpMOSのそれぞれに対して求められたID
−VG 特性から、nMOS及びpMOSのそれぞれに対
して、相互コンダクタンスのゲート電圧依存性(以下、
Gm −VG 特性と称する場合がある。)を求めた。な
お、これら電気特性は、シリコン膜19a,19bのエ
ピタキシャル成長を2段階で行ない、p型不純物として
ボロンを用いて製造したCMOS、より具体的には、第
1段階のシリコン膜19a1 ,19b1 を、該膜19a
1 ,19b1 中でのボロンの濃度が2.4×1018cm
-3となる条件で10nmの膜厚に形成し、第2段階のシ
リコン膜19a2 ,19b2 を、該膜19a2 ,19b
2 中でのボロンの濃度が5×1016cm-3となる条件で
20nm、30nm、40nmの膜厚に形成することに
より製造したCMOSを構成するnMOS及びpMOS
に対して求めた。また、第2段階のシリコン膜19a
2 ,19b2 を形成することなしに製造したCMOSを
構成するnMOS及びpMOSに対する電気特性につい
ても併せて求めた。Therefore, the CMO manufactured as described above is used.
In order to examine the operating speeds of the nMOS and pMOS forming S in more detail, a two-dimensional device simulator (ODESA) manufactured by Oki Electric Industry Co., Ltd. was used.
For each of the nMOS and pMOS, a gate voltage dependence of the drain current was obtained (hereinafter, sometimes referred to as I D -V G characteristics.). I D -V G for nMOS
The characteristics are obtained under the condition that the drain voltage is 0.1 V, and pMO
I D -V G characteristics for S, the drain voltage is -0.1
It was determined under the condition of V. However, here, in order to avoid the influence of the short channel effect, an nMOS and a pMOS having a gate length of 1 μm were examined. Furthermore, n
I D obtained for each of the MOS and pMOS
From -V G characteristics for each of the nMOS and pMOS, a gate voltage dependence of the transconductance (hereinafter,
Sometimes referred to as G m -V G characteristics. ). Note that these electrical characteristics are obtained by performing the epitaxial growth of the silicon films 19a and 19b in two steps and manufacturing the CMOS using boron as a p-type impurity, more specifically, the first-stage silicon films 19a 1 and 19b 1 . , The film 19a
The concentration of boron in 1 , 19b 1 is 2.4 × 10 18 cm
The film thickness of 10 nm is formed under the condition of -3, and the second-stage silicon films 19a 2 and 19b 2 are formed into the films 19a 2 and 19b.
20nm under the condition that the concentration of boron in 2 becomes 5 × 10 16 cm -3, 30nm , nMOS and pMOS forming a CMOS manufactured by forming a film thickness of 40nm
Asked against. In addition, the second stage silicon film 19a
The electrical characteristics for the nMOS and pMOS forming the CMOS manufactured without forming 2 , 19b 2 were also obtained.
【0042】図7はnMOSに対して求めた電気特性で
あり、図7(A)には、ID −VG特性を示し、図7
(B)には、Gm −VG 特性を示している。同様に、図
8はpMOSに対して求めた電気特性であり、図8
(A)には、ID −VG 特性を示し、図8(B)には、
Gm −VG 特性を示している。図7(A)及び図8
(A)中の曲線aは、第2段階のシリコン膜19a2 ,
19b2 を形成しなかった場合のID −VG 特性であ
り、曲線b〜dは、第2段階のシリコン膜19a2 ,1
9b2 を20μm、30μm、40nmの膜厚にそれぞ
れ形成した場合のID −VG特性である。また、図7
(B)及び図8(B)中の曲線eは、第2段階のシリコ
ン膜19a2 ,19b2 を形成しなかった場合のGm −
VG 特性であり、曲線f〜hは、第2段階のシリコン膜
19a2 ,19b2 を20μm、30μm、40nmの
膜厚にそれぞれ形成した場合のGm −VG 特性である。
なお、図7(A)及び図8(A)の横軸には、ゲート電
圧VG (V)を取って示し、縦軸には、ドレイン電流I
D (μA/μm)を取って示している。また、図7
(B)及び図8(B)の横軸には、ゲート電圧VG
(V)を取って示し、縦軸には、相互コンダクタンスG
m (μS/μm)を取って示している。[0042] Figure 7 is an electric characteristic obtained for nMOS, in FIG. 7 (A) shows an I D -V G characteristics, FIG. 7
In (B) shows a G m -V G characteristics. Similarly, FIG. 8 shows the electrical characteristics obtained for the pMOS.
8A shows the I D -V G characteristic, and FIG.
Shows a G m -V G characteristics. 7 (A) and 8
The curve a in (A) is the second-stage silicon film 19a 2 ,
An I D -V G characteristics when not formed 19b 2, curve b~d the silicon of the second stage membrane 19a 2, 1
The 9b 2 20μm, 30μm, an I D -V G characteristics when formed each in a thickness of 40 nm. FIG.
The curve e in FIG. 8B and FIG. 8B is G m − when the second-stage silicon films 19a 2 and 19b 2 are not formed.
A V G characteristic curve f~h is G m -V G characteristics in the case of forming each of the silicon film 19a 2, 19b 2 of the second stage 20 [mu] m, 30 [mu] m, the thickness of 40 nm.
7A and 8A, the horizontal axis represents the gate voltage V G (V), and the vertical axis represents the drain current I.
D (μA / μm) is shown. FIG.
The horizontal axis of FIGS. 8B and 8B indicates the gate voltage V G.
(V) is shown and the vertical axis shows the mutual conductance G.
m (μS / μm) is shown.
【0043】ここで、ID −VG 特性からGm −VG 特
性を求める方法について、図7(A)中のp1 点及びp
2 点、並びに図7(B)中のq点を用いて説明する。p
1 点及びp2 点は、第2段階のシリコン膜19a2 を4
0nmの膜厚に形成した場合のID −VG 特性を示す曲
線d中の隣接する2つのプロットである。q点はGm−
VG 特性を示す曲線h中のプロットであり、p1 点及び
p2 点から求められる。p1 点及びp2 点からq点を求
める場合、先ず、p2 点でのゲート電圧VG の値からp
1 点でのゲート電圧VG の値を引いて、ゲート電圧差Δ
VG を求める。次に、p2 点でのドレイン電流ID の値
からp1 点でのドレイン電流ID の値を引いて、ドレイ
ン電流差ΔID を求める。そして、p1 点でのゲート電
圧VG の値とp2 点でのゲート電圧VG の値の平均をq
点でのゲート電圧VG の値とし、ΔID /ΔVG をq点
での相互コンダクタンスGm の値とする。曲線e〜hの
その他のプロットについても、同様な方法で求めること
が出来る。[0043] Here, I D -V from G characteristic method for obtaining a G m -V G characteristics, p 1 point and p in FIG. 7 (A)
An explanation will be given using two points and the q point in FIG. p
1 point and p 2 point are the same as those of the second-stage silicon film 19a 2
Is two adjacent plots in curve d indicating the I D -V G characteristics when formed into a film having a thickness of 0 nm. q point is G m −
It is a plot in the curve h showing the V G characteristic, and is obtained from the points p 1 and p 2 . When the q point is calculated from the p 1 point and the p 2 point, first, p is calculated from the value of the gate voltage V G at the p 2 point.
The value of the gate voltage V G at one point is subtracted to obtain the gate voltage difference Δ
Find V G. Next, the drain current difference ΔI D is obtained by subtracting the value of the drain current I D at the point p 1 from the value of the drain current I D at the point p 2 . Then, the average of the value of the gate voltage V G at the point p 1 and the value of the gate voltage V G at the point p 2 is q
Let the value of the gate voltage V G at the point be ΔI D / ΔV G be the value of the mutual conductance G m at the point q. Other plots of the curves e to h can be obtained by the same method.
【0044】図7(A)から理解できるように、CMO
Sを構成するnMOSのドレイン電流ID が0.1(μ
A/μm)となるときのゲート電圧VG の値(以下、し
きい値電圧Vthと称する場合がある。)の絶対値は、第
2段階のシリコン膜19a2を厚く形成する程、小さく
なる。また、図7(B)から理解できるように、第2段
階のシリコン膜19a2 を厚く形成する程、相互コンダ
クタンスGm の最大値は大きくなる。特に、第2段階の
シリコン膜を形成しなかった場合の相互コンダクタンス
Gm の最大値に比べて、第2段階のシリコン膜19a2
を40nmの膜厚に形成した場合の相互コンダクタンス
Gm の最大値がほぼ2倍になる。As can be understood from FIG. 7A, the CMO
The drain current I D of the nMOS forming S is 0.1 (μ
The absolute value of the value of the gate voltage V G (hereinafter, may be referred to as the threshold voltage V th ) when it becomes A / μm) becomes smaller as the second-stage silicon film 19a 2 is formed thicker. Become. Further, as can be understood from FIG. 7B, the maximum value of the mutual conductance G m becomes larger as the second-stage silicon film 19a 2 is formed thicker. In particular, compared with the maximum value of the mutual conductance G m when the second stage silicon film is not formed, the second stage silicon film 19a 2
The maximum value of the mutual conductance G m when the film is formed with a thickness of 40 nm is almost doubled.
【0045】一方、図8(A)から理解できるように、
CMOSを構成するpMOSのしきい値電圧Vthの絶対
値は、第2段階のシリコン膜19b2 を厚く形成する
程、小さくなる。また、図8(B)から理解できるよう
に、第2段階のシリコン膜19b2 を厚く形成する程、
相互コンダクタンスGm の最大値は大きくなる。特に、
第2段階のシリコン膜を形成しなかった場合の相互コン
ダクタンスGm の最大値に比べて、第2段階のシリコン
膜19b2 を40nの膜厚に形成した場合の相互コンダ
クタンスGm の最大値がほぼ2倍になる。On the other hand, as can be understood from FIG. 8 (A),
The absolute value of the threshold voltage V th of the pMOS forming the CMOS becomes smaller as the second-stage silicon film 19b 2 is formed thicker. Further, as can be understood from FIG. 8B, the thicker the second-stage silicon film 19b 2 is,
The maximum value of the mutual conductance G m becomes large. Especially,
Compared with the maximum value of the mutual conductance G m when the second-stage silicon film is not formed, the maximum value of the mutual conductance G m when the second-stage silicon film 19b 2 is formed with a thickness of 40 n is It almost doubles.
【0046】このように、nMOS及びpMOSのどち
らも、第2段階のシリコン膜19a2 ,19b2 を厚く
形成するほど、相互コンダクタンスGm の最大値が大き
くなる。従って、nMOS及びpMOSのどちらも、第
2段階のシリコン膜19a2,19b2 を厚く形成する
ほど、高速動作が可能になることが理解できる。ただ
し、pMOSでは、第2段階のシリコン膜19b2 を厚
く形成するほど、サブスレッショルド係数が大きくなる
ため、このことを考慮して、第2段階のシリコン膜19
a2 ,19b2 を形成する膜厚を定める必要がある。こ
のことは、ゲート電圧VG の絶対値が、しきい値電圧V
thの絶対値以下となる領域に注目すると理解できる。As described above, in both the nMOS and the pMOS, the thicker the second-stage silicon films 19a 2 and 19b 2 are formed, the larger the maximum value of the mutual conductance G m becomes. Therefore, it can be understood that the nMOS and pMOS both can operate at higher speed as the second-stage silicon films 19a 2 and 19b 2 are formed thicker. However, in the pMOS, the thicker the second-stage silicon film 19b 2 is, the larger the subthreshold coefficient is. Therefore, in consideration of this, the second-stage silicon film 19b 2 is formed.
It is necessary to determine the film thickness for forming a 2 and 19b 2 . This means that the absolute value of the gate voltage V G is equal to the threshold voltage V
It can be understood by paying attention to the area where the absolute value of th is less than or equal to the absolute value.
【0047】また、上述のようにして製造したCMOS
を構成するnMOS及びpMOSのショートチャネル効
果について、より詳細に検討するため、ゲート長が1μ
mの場合のしきい値電圧からゲート長が0.15μmの
場合のしきい値電圧を引くことにより、しきい値電圧差
ΔVthを求めた。nMOSに対しては、ドレイン電圧が
2Vの条件でしきい値電圧差ΔVthを求め、pMOSに
対しては、ドレイン電圧が−2Vの条件でしきい値電圧
差ΔVthを求めた。なお、しきい値電圧差ΔVthは、シ
リコン膜19a,19bのエピタキシャル成長を2段階
で行ない、p型不純物としてボロンを用いて製造したC
MOS、より具体的には、第1段階のシリコン膜19a
1 ,19b1 を、該膜19a1 ,19b1 中でのボロン
の濃度が2.4×1018cm-3となる条件で10nmの
膜厚に形成し、第2段階のシリコン膜19a2 ,19b
2 を、該膜19a2 ,19b2 中でのボロンの濃度が5
×1016cm-3となる条件で20μm、30μm、40
nmの膜厚に形成することにより製造したCMOSを構
成するnMOS及びpMOSに対して求めた。また、第
2段階のシリコン膜19a2 ,19b2 を形成すること
なしに製造したCMOSを構成するnMOS及びpMO
Sに対するしきい値電圧差ΔVthについても併せて求め
た。また、シリコン膜19a,19bを形成する代わり
に、nMOS形成予定領域のシリコン基板11の表面
に、ボロンを注入エネルギーが45KeVでかつドーズ
量が4×1012/cm2 の条件で、さらにフッ化ボロン
を注入エネルギーが90KeVでかつドーズ量が4×1
012/cm2 の条件で、それぞれイオン注入し、またp
MOS形成予定領域のシリコン基板11の表面に、フッ
化ボロンを注入エネルギーが10KeVでかつドーズ量
が3×1012/cm2 の条件で、さらにリンを注入エネ
ルギーが120KeVでかつドーズ量が2×1013/c
m2 の条件で、それぞれイオン注入することにより製造
したCMOSを構成するnMOS及びpMOSに対する
しきい値電圧差ΔVthについても併せて求めた。Further, the CMOS manufactured as described above
In order to study in more detail the short channel effect of the nMOS and pMOS that configure
The threshold voltage difference ΔV th was obtained by subtracting the threshold voltage when the gate length was 0.15 μm from the threshold voltage when m. For the nMOS, the threshold voltage difference ΔV th was obtained under the condition that the drain voltage was 2 V, and for the pMOS, the threshold voltage difference ΔV th was obtained under the condition that the drain voltage was −2 V. The threshold voltage difference ΔV th is C, which is obtained by performing epitaxial growth of the silicon films 19a and 19b in two steps and using boron as a p-type impurity.
MOS, more specifically, the first-stage silicon film 19a
1 , 19b 1 are formed to a film thickness of 10 nm under the condition that the boron concentration in the films 19a 1 and 19b 1 is 2.4 × 10 18 cm −3, and the second-stage silicon film 19a 2 is formed . 19b
2 has a boron concentration of 5 in the films 19a 2 and 19b 2.
20 μm, 30 μm, 40 under the condition of × 10 16 cm −3
It was determined for the nMOS and pMOS that constitute the CMOS manufactured by forming the film to have a film thickness of nm. Further, the nMOS and pMO constituting the CMOS manufactured without forming the second-stage silicon films 19a 2 and 19b 2 are formed.
The threshold voltage difference ΔV th with respect to S was also obtained. Instead of forming the silicon films 19a and 19b, boron is further fluorinated on the surface of the silicon substrate 11 in the region where the nMOS is to be formed under the condition that the implantation energy is 45 KeV and the dose amount is 4 × 10 12 / cm 2 . Boron implantation energy is 90 KeV and dose is 4 × 1
Under the condition of 0 12 / cm 2 , ion implantation, and p
Boron fluoride is implanted into the surface of the silicon substrate 11 in the region where the MOS is to be formed under the conditions that the implantation energy is 10 KeV and the dose amount is 3 × 10 12 / cm 2 , and further phosphorus is the implantation energy is 120 KeV and the dose amount is 2 ×. 10 13 / c
The threshold voltage difference ΔV th with respect to the nMOS and pMOS forming the CMOS manufactured by ion implantation under the condition of m 2 was also obtained.
【0048】図9はnMOSに対して求めた、しきい値
電圧差ΔVthと相互コンダクタンスの最大値Gm max と
の関係を示す特性図であり、図10はpMOSに対して
求めた、しきい値電圧差ΔVthと相互コンダクタンスの
最大値Gm max との関係を示す特性図である。図9及び
図10の横軸には、相互コンダクタンスの最大値Gm max
(μS/μm)を取って示し、縦軸には、しきい値電
圧差ΔVth(V)を取って示している。図9及び図10
中、a点は、第2段階のシリコン膜19a2 ,19b2
を形成しなかった場合の結果を示し、b〜d点は、第2
段階のシリコン膜19a2 ,19b2 を20nm、30
nm、40nmの膜厚にそれぞれ形成した場合の結果を
示している。また、e点は、上述したようにイオン注入
を行なった場合の結果を示している。なお、a点〜d点
における相互コンダクタンスの最大値Gm max は、上述
したGm −VG 特性において求められた相互コンダクタ
ンスGm の最大値を示している。すなわち、nMOSで
は、ゲート長が1μmであり、ドレイン電圧が0.1V
である条件で得られた相互コンダクタンスGm の最大値
を示し、pMOSでは、ゲート長が1μmであり、ドレ
イン電圧が−0.1Vである条件で得られた相互コンダ
クタンスGm の最大値を示している。同様に、e点にお
ける相互コンダクタンスの最大値Gm max も、nMOS
では、ゲート長が1μmであり、ドレイン電圧が0.1
Vである条件で得られる相互コンダクタンスGm の最大
値を示し、pMOSでは、ゲート長が1μmであり、ド
レイン電圧が−0.1Vである条件で得られる相互コン
ダクタンスGm の最大値を示している。FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the threshold voltage difference ΔV th and the maximum transconductance G m max obtained for the nMOS, and FIG. 10 is obtained for the pMOS. FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a threshold voltage difference ΔV th and a maximum value G m max of mutual conductance. The horizontal axis of FIGS. 9 and 10 indicates the maximum value of mutual conductance G m max.
(ΜS / μm), and the vertical axis shows the threshold voltage difference ΔV th (V). 9 and 10
In the figure, point a is the second-stage silicon film 19a 2 , 19b 2
Shows the result in the case of not forming, the points b to d are the second
The silicon films 19a 2 and 19b 2 at the step of 20 nm and 30
The results are shown in the case of forming films with a thickness of 40 nm and 40 nm, respectively. Point e shows the result when the ion implantation is performed as described above. The maximum value G m max of the mutual conductance at a point ~d point indicates the maximum value of the transconductance G m determined in G m -V G characteristics described above. That is, in the nMOS, the gate length is 1 μm and the drain voltage is 0.1V.
The maximum value of the transconductance G m obtained in conditions is, in pMOS, a gate length is 1 [mu] m, the maximum value of the transconductance G m of the drain voltage is obtained in the condition is -0.1V ing. Similarly, the maximum value G m max of the mutual conductance at point e is
Then, the gate length is 1 μm, and the drain voltage is 0.1
The maximum value of the transconductance G m obtained in in a condition V, the pMOS, a gate length of 1 [mu] m, and the maximum value of the transconductance G m of the drain voltage is obtained in the condition is -0.1V There is.
【0049】図9から理解できるように、nMOSで
は、第2段階のシリコン膜19a2 を形成しなかった場
合のしきい値電圧差ΔVthの絶対値が最も大きい。そし
て、第2段階のシリコン膜19a2 の膜厚が大きくなる
程、しきい値電圧差ΔVthの絶対値が小さくなる。第2
段階のシリコン膜19b2 を20nm〜40nmの膜厚
に形成した場合のしきい値電圧差ΔVthは、イオン注入
を行った場合のしきい値電圧差ΔVthと同程度である。
このことは、第2段階のシリコン膜19b2 を20nm
〜40nmの膜厚に形成したとしても、従来と比べてシ
ョートチャネル効果が起こり易くならないことを示して
いる。また、nMOSでは、第2段階のシリコン膜19
a2 を形成しなかった場合の相互コンダクタンスGm が
最も小さい。そして、第2段階のシリコン膜19a2 の
膜厚が大きくなる程、相互コンダクタンスGm が大きく
なる。第2段階のシリコン膜19a2 を20nm〜40
nmの膜厚に形成した場合の相互コンダクタンスGm
は、イオン注入を行った場合の相互コンダクタンスGm
より大きい。従って、第2段階のシリコン膜19a2 を
20nm〜40nmの膜厚に形成した場合、ショートチ
ャネル効果が起こり易くなることなしに、高速動作が可
能になる。As can be seen from FIG. 9, in the nMOS, the absolute value of the threshold voltage difference ΔV th is the largest when the second-stage silicon film 19a 2 is not formed. The absolute value of the threshold voltage difference ΔV th decreases as the film thickness of the silicon film 19a 2 in the second stage increases. Second
The threshold voltage difference ΔV th when the stepped silicon film 19b 2 is formed to a film thickness of 20 nm to 40 nm is approximately the same as the threshold voltage difference ΔV th when ion implantation is performed.
This means that the silicon film 19b 2 of the second stage has a thickness of 20 nm.
It is shown that the short channel effect does not easily occur as compared with the conventional case even if the film is formed with a film thickness of up to 40 nm. In the case of nMOS, the second stage silicon film 19 is used.
The mutual conductance G m when the a 2 is not formed is the smallest. Then, the transconductance G m increases as the film thickness of the silicon film 19a 2 in the second stage increases. The second stage silicon film 19a 2 is formed with a thickness of 20 nm to 40 nm.
transconductance G m when formed to a film thickness of nm
Is the transconductance G m when ion implantation is performed
Greater than. Therefore, when the second-stage silicon film 19a 2 is formed to have a film thickness of 20 nm to 40 nm, high speed operation becomes possible without the short channel effect being likely to occur.
【0050】一方、図10から理解できるように、pM
OSでは、第2段階のシリコン膜19b2 を形成しなか
った場合のしきい値電圧差ΔVthが最も小さい。そし
て、第2段階のシリコン膜19b2 の膜厚が大きくなる
程、しきい値電圧差ΔVthが大きくなる。第2段階のシ
リコン膜19b2 を20nm〜30nmの膜厚に形成し
た場合のしきい値電圧差ΔVthは、第2段階のシリコン
膜19b2 を形成しなかった場合のしきい値電圧差ΔV
thよりわずかに大きく、第2段階のシリコン膜19b2
を40nmの膜厚に形成した場合のしきい値電圧差ΔV
thは、イオン注入を行った場合のしきい値電圧差ΔVth
と同程度である。また、pMOSでは、第2段階のシリ
コン膜19b2 を形成しなかった場合の相互コンダクタ
ンスGm が最も小さい。そして、第2段階のシリコン膜
19b2 の膜厚が大きくなる程、相互コンダクタンスG
m が大きくなる。第2段階のシリコン膜19b2 を20
nm〜40nmの膜厚に形成した場合の相互コンダクタ
ンスGm は、イオン注入を行った場合の相互コンダクタ
ンスGm より大きい。従って、第2段階のシリコン膜1
9b2 を20nm〜30nmの膜厚に形成した場合に
は、ショートチャネル効果が起きにくく、かつ高速動作
が可能になる。On the other hand, as can be understood from FIG. 10, pM
In OS, the threshold voltage difference ΔV th is smallest when the second-stage silicon film 19b 2 is not formed. The threshold voltage difference ΔV th increases as the film thickness of the silicon film 19b 2 in the second stage increases. Threshold voltage difference [Delta] V th in the case of forming a silicon film 19b 2 of the second stage to a thickness of 20nm~30nm, the threshold voltage difference [Delta] V of the case of not forming the silicon film 19b 2 of the second stage
slightly larger than th , the second stage silicon film 19b 2
Voltage difference ΔV when the film is formed to a film thickness of 40 nm
th is a threshold voltage difference ΔV th when ion implantation is performed
Is about the same. Further, in the pMOS, the mutual conductance G m is smallest when the second-stage silicon film 19b 2 is not formed. Then, as the film thickness of the second-stage silicon film 19b 2 becomes larger, the mutual conductance G
m becomes large. The second-stage silicon film 19b 2 is formed as 20
The mutual conductance G m when the film is formed to have a film thickness of nm to 40 nm is larger than the mutual conductance G m when the ion implantation is performed. Therefore, the second stage silicon film 1
When 9b 2 is formed to a film thickness of 20 nm to 30 nm, the short channel effect is unlikely to occur and high speed operation becomes possible.
【0051】2.第2の実施の形態 図11及び図12はCMOSを製造する場合の説明図で
ある。具体的には、pMOS及びnMOSが隣接する状
態のCMOSを製造する場合の工程図であり、その製造
工程中の主な工程での試料をそれぞれゲート長に沿った
方向に切った断面図(ただし、切り口に着目した図)に
よって示した工程図である。ただし、図面が複雑化する
のを回避するため、断面を示すハッチングを一部省略し
てある。2. Second Embodiment FIGS. 11 and 12 are explanatory views in the case of manufacturing a CMOS. Specifically, it is a process diagram in the case of manufacturing a CMOS in which a pMOS and an nMOS are adjacent to each other, and is a cross-sectional view of a sample in a main process in the manufacturing process, taken along the gate length (however, FIG. 4 is a process diagram shown by (a drawing focusing on a cut end). However, in order to avoid complication of the drawing, some hatching showing the cross section is omitted.
【0052】先ず、第1の実施の形態の場合と同様にし
て、シリコン基板11へのPウエル13a及びNウエル
13bの形成、シリコン基板11への素子間分離用絶縁
膜15の形成、領域17aへのパンチスルーサプレッシ
ョンインプラ、及びチャネルインプラ、領域17bへの
パンチスルーサプレッションインプラを行なう(図11
(A))。First, similarly to the case of the first embodiment, the P well 13a and the N well 13b are formed on the silicon substrate 11, the element isolation insulating film 15 is formed on the silicon substrate 11, and the region 17a is formed. Punch-through suppression implanter, channel implanter, and punch-through suppression implanter for the region 17b (see FIG. 11).
(A)).
【0053】次に、この試料を、例えば900℃の温度
で1分間熱処理して、イオン注入によりアモルファス化
したシリコン基板11の表面を再結晶化する。その後、
この試料上に、CVD法によりp型不純物を含むシリケ
ートガラス膜37を、100nmの膜厚に形成する(図
11(B))。p型不純物を含むシリケートガラス膜3
7として、BSG(Boron Silicate Glass)膜を用いる
例について示せば、BSG膜は、例えばシリコン源とな
るシラン、及びボロン源となるジボランを、BSG膜3
7中でのB2 O3 換算のモル濃度が例えば18mol%
程度になる条件で混合し反応ガスとして用いて、例えば
400℃の温度で形成できる。Next, this sample is heat-treated at a temperature of, for example, 900 ° C. for 1 minute to recrystallize the surface of the silicon substrate 11 which has been made amorphous by ion implantation. afterwards,
On this sample, a silicate glass film 37 containing p-type impurities is formed to a thickness of 100 nm by the CVD method (FIG. 11B). Silicate glass film 3 containing p-type impurities
As an example, a BSG (Boron Silicate Glass) film is used as the BSG film 7. As the BSG film, for example, silane as a silicon source and diborane as a boron source are used.
The molar concentration of B 2 O 3 in Example 7 is, for example, 18 mol%
It can be formed at a temperature of, for example, 400 ° C. by mixing as a reaction gas under various conditions.
【0054】次に、この試料を、急速加熱装置を用い、
例えば950℃の温度で5秒間熱処理を行なう。この熱
処理において、シリケートガラス膜37に含まれている
ボロンが、該膜37からシリコン基板11に固相拡散
し、シリコン基板11の表層に、ボロンの濃度が例えば
2.4×1018cm-3程度の拡散領域39a,39bが
形成される。その後、シリケートガラス膜37をエッチ
ングにより除去する(図12(A))。Next, this sample was subjected to a rapid heating device,
For example, heat treatment is performed at a temperature of 950 ° C. for 5 seconds. In this heat treatment, boron contained in the silicate glass film 37 is solid-phase diffused from the film 37 to the silicon substrate 11, so that the surface layer of the silicon substrate 11 has a boron concentration of, for example, 2.4 × 10 18 cm −3. Diffusion regions 39a and 39b are formed to some extent. After that, the silicate glass film 37 is removed by etching (FIG. 12A).
【0055】次に、nMOS形成予定領域のシリコン基
板表面上及びpMOS形成予定領域のシリコン基板表面
上に、UHV−CVD法によりp型不純物を含むシリコ
ン膜19a,19bを、該シリコン膜19a,19b中
でのp型不純物濃度が、拡散領域39a,39bのp型
不純物濃度より低くなるように、10〜50nmの膜厚
にエピタキシャル成長させて形成する(図12
(B))。シリコン膜19a,19bを1段階で形成
し、p型不純物としてボロンを用いる例について示せ
ば、シリコン膜19a,19bは、例えばシリコン源と
なるシラン又はジシラン、及びp型不純物源となるジボ
ランをシリコン膜19a,19b中でのボロンの濃度が
例えば5×1016cm-3となる条件で混合して反応ガス
として用い、例えば10-4Torrの反応ガス圧力下、
500〜700℃の基板温度で、10〜50nmの膜厚
にエピタキシャル成長させることにより形成できる。シ
リコン膜19a,19bとして、p型不純物を含まない
ものを形成する場合には、例えばシリコン源となるシラ
ン又はジシランを反応ガスとして用いれば良い。Then, silicon films 19a and 19b containing p-type impurities are formed by UHV-CVD on the surface of the silicon substrate in the region where the nMOS is to be formed and the surface of the silicon substrate in the region where the pMOS is to be formed. It is formed by epitaxial growth to a film thickness of 10 to 50 nm so that the p-type impurity concentration therein becomes lower than the p-type impurity concentration of the diffusion regions 39a and 39b (FIG. 12).
(B)). As an example of forming the silicon films 19a and 19b in one step and using boron as the p-type impurity, the silicon films 19a and 19b include, for example, silane or disilane serving as a silicon source and diborane serving as a p-type impurity source. The films 19a and 19b are mixed under the condition that the boron concentration is, for example, 5 × 10 16 cm −3 and used as a reaction gas. For example, the reaction gas pressure is 10 −4 Torr
It can be formed by epitaxial growth at a substrate temperature of 500 to 700 ° C. and a film thickness of 10 to 50 nm. When forming the silicon films 19a and 19b that do not contain p-type impurities, for example, silane or disilane serving as a silicon source may be used as a reaction gas.
【0056】その後、第1の実施の形態の場合と同様に
して、ゲート酸化膜の形成、ゲート電極の形成、浅い接
合のソース/ドレイン領域の形成、第1の側壁膜の形
成、深い接合のソース/ドレイン領域の形成、及び不純
物のドライブインを行なう。以上のようにして、微細な
ゲート長のCMOSを製造することができる。After that, as in the case of the first embodiment, formation of a gate oxide film, formation of a gate electrode, formation of a shallow junction source / drain region, formation of a first side wall film, and formation of a deep junction are performed. Source / drain regions are formed and impurities are driven in. As described above, a CMOS having a fine gate length can be manufactured.
【0057】以上のようにして、CMOSを製造した場
合、第1の実施の形態の場合と同様に、nMOS及pM
OSにおいて、高速動作が可能になり、さらにpMOS
においてショートチャネル効果が起きにくくなる。When the CMOS is manufactured as described above, as in the case of the first embodiment, the nMOS and pM are formed.
High-speed operation is possible in the OS, and pMOS
In, the short channel effect is less likely to occur.
【0058】[0058]
【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の第1のpMOSの製造方法によれば、pMOS
形成予定領域のシリコン基板の表面上に、p型不純物を
含むシリコン膜を、該シリコン膜中でのp型不純物濃度
がシリコン基板の表面に向かうに従って高くなるよう
に、エピタキシャル成長させて形成する。As is apparent from the above description, according to the first pMOS manufacturing method of the present invention, the pMOS is manufactured.
A silicon film containing a p-type impurity is epitaxially grown on the surface of the silicon substrate in the formation-destined region so that the p-type impurity concentration in the silicon film becomes higher toward the surface of the silicon substrate.
【0059】また、この発明の第2のpMOSの製造方
法によれば、pMOS形成予定領域のシリコン基板の表
面上に、p型不純物を含むシリケートガラス膜を形成し
た後、熱処理を行ない、シリケートガラス膜に含まれて
いるp型不純物をシリコン基板に拡散させて、シリコン
基板の表層に、p型不純物の拡散領域を形成する。その
後、シリケートガラス膜を除去した後、pMOS形成予
定領域のシリコン基板の表面上に、p型不純物を含むシ
リコン膜を、該シリコン膜中でのp型不純物濃度が拡散
領域のp型不純物濃度より低くなるように、エピタキシ
ャル成長させて形成する。According to the second pMOS manufacturing method of the present invention, after the silicate glass film containing the p-type impurity is formed on the surface of the silicon substrate in the pMOS formation planned region, heat treatment is performed to form the silicate glass. The p-type impurity contained in the film is diffused into the silicon substrate to form a p-type impurity diffusion region in the surface layer of the silicon substrate. Then, after removing the silicate glass film, a silicon film containing a p-type impurity is formed on the surface of the silicon substrate in the pMOS formation planned region so that the p-type impurity concentration in the silicon film is higher than the p-type impurity concentration in the diffusion region. It is formed by epitaxial growth so that it becomes lower.
【0060】これらの方法でpMOSを製造した場合、
キャリアの表面散乱の影響が小さくなり、高速動作が可
能になる。さらに、チャネルが、表面に近い位置を中心
とする領域に形成された場合には、ゲート電圧により空
乏層電荷を制御し易くなり、ショートチャネル効果が起
きにくくなる。When a pMOS is manufactured by these methods,
The influence of carrier surface scattering is reduced, and high-speed operation becomes possible. Furthermore, when the channel is formed in a region centered on a position close to the surface, the depletion layer charge is easily controlled by the gate voltage, and the short channel effect is less likely to occur.
【0061】また、この発明の第1のCMOSの製造方
法によれば、pMOS形成予定領域のシリコン基板の表
面上及びnMOS形成予定領域のシリコン基板の表面上
に、p型不純物を含むシリコン膜を、該シリコン膜中で
のp型不純物濃度がシリコン基板の表面に向かうに従っ
て高くなるように、エピタキシャル成長させて形成す
る。Further, according to the first CMOS manufacturing method of the present invention, a silicon film containing a p-type impurity is formed on the surface of the silicon substrate in the pMOS formation planned region and on the surface of the silicon substrate in the nMOS formation planned region. The silicon film is epitaxially grown so that the p-type impurity concentration in the silicon film increases toward the surface of the silicon substrate.
【0062】また、この発明の第2のCMOSの製造方
法によれば、pMOS形成予定領域のシリコン基板の表
面上及びnMOS形成予定領域のシリコン基板の表面上
に、p型不純物を含むシリケートガラス膜を形成した
後、熱処理を行ない、シリケートガラス膜に含まれてい
るp型不純物をシリコン基板に拡散させて、シリコン基
板の表層に、p型不純物の拡散領域を形成する。その
後、シリケートガラス膜を除去した後、pMOS形成予
定領域のシリコン基板の表面上及びnMOS形成予定領
域のシリコン基板の表面上に、p型不純物を含むシリコ
ン膜を、該シリコン膜中でのp型不純物濃度が、拡散領
域のp型不純物濃度より低くなるように、エピタキシャ
ル成長させて形成する。Further, according to the second CMOS manufacturing method of the present invention, a silicate glass film containing p-type impurities is formed on the surface of the silicon substrate in the pMOS formation planned region and on the surface of the silicon substrate in the nMOS formation planned region. After forming, the p-type impurity contained in the silicate glass film is diffused into the silicon substrate to form a p-type impurity diffusion region in the surface layer of the silicon substrate. Then, after removing the silicate glass film, a silicon film containing p-type impurities is formed on the surface of the silicon substrate in the pMOS formation planned region and on the surface of the silicon substrate in the nMOS formation planned region in the p-type silicon film. It is formed by epitaxial growth so that the impurity concentration becomes lower than the p-type impurity concentration in the diffusion region.
【0063】これらの方法でCMOSを製造した場合、
CMOSを構成するpMOSについては、キャリアの表
面散乱の影響が小さくなり、高速動作が可能になる。さ
らに、チャネルが、表面に近い位置を中心とする領域に
形成された場合には、ゲート電圧により空乏層電荷を制
御し易くなり、ショートチャネル効果が起きにくくな
る。また、CMOSを構成するnMOSについては、電
子の不純物散乱の影響が小さく、高速動作が可能にな
る。このように、nMOS及びpMOSのどちらも高速
動作が可能になり、さらにpMOSにおいてショートチ
ャネル効果が起きにくくなる。When a CMOS is manufactured by these methods,
With respect to the pMOS forming the CMOS, the influence of carrier surface scattering is reduced, and high-speed operation becomes possible. Furthermore, when the channel is formed in a region centered on a position close to the surface, the depletion layer charge is easily controlled by the gate voltage, and the short channel effect is less likely to occur. In addition, the nMOS forming the CMOS is less affected by the impurity scattering of electrons and can operate at high speed. As described above, both the nMOS and the pMOS can operate at high speed, and the short channel effect hardly occurs in the pMOS.
【図1】(A)〜(C)は、第1の実施の形態のCMO
Sの製造工程図である。1A to 1C are CMOs of the first embodiment.
It is a manufacturing process drawing of S.
【図2】(A)〜(C)は、図1につづく、第1の実施
の形態のCMOSの製造工程図である。2A to 2C are manufacturing process diagrams of the CMOS according to the first embodiment, following FIG. 1;
【図3】(A)〜(C)は、図2につづく、第1の実施
の形態のCMOSの製造工程図である。3A to 3C are manufacturing process diagrams of the CMOS according to the first embodiment, which is subsequent to FIG. 2;
【図4】図3につづく、第1の実施の形態のCMOSの
製造工程図である。FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the CMOS according to the first embodiment, following FIG. 3;
【図5】CMOSを構成するnMOSに対する不純物プ
ロファイルである。FIG. 5 is an impurity profile for an nMOS forming a CMOS.
【図6】CMOSを構成するpMOSに対する不純物プ
ロファイルである。FIG. 6 is an impurity profile for a pMOS forming a CMOS.
【図7】(A)は、CMOSを構成するnMOSに対す
るID-VG 特性であり、(B)は、CMOSを構成する
nMOSに対するGm - VG 特性である。7 (A) is an I D -V G characteristics for nMOS constituting the CMOS, (B), the G m for nMOS constituting the CMOS - a V G characteristics.
【図8】(A)は、CMOSを構成するpMOSに対す
るID-VG 特性であり、(B)は、CMOSを構成する
pMOSに対するGm - VG 特性である。8 (A) is an I D -V G characteristics for pMOS constituting the CMOS, (B), the G m for pMOS constituting the CMOS - a V G characteristics.
【図9】CMOSを構成するnMOSに対するしきい値
電圧差ΔVthと相互コンダクタンスの最大値Gm max と
の関係を示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the threshold voltage difference ΔV th and the maximum transconductance value G m max for an nMOS forming a CMOS.
【図10】CMOSを構成するpMOSに対するしきい
値電圧差ΔVthと相互コンダクタンスの最大値Gm max
との関係を示す特性図である。FIG. 10 is a threshold voltage difference ΔV th and a maximum transconductance value G m max for a pMOS forming a CMOS.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between
【図11】(A)及び(B)は、第2の実施の形態のC
MOSの製造工程図である。11A and 11B are C of the second embodiment.
It is a manufacturing process figure of MOS.
【図12】(A)及び(B)は、図11につづく、第2
の実施の形態のCMOSの製造工程図である。FIG. 12 (A) and FIG. 12 (B) are the second part following FIG. 11.
FIG. 6 is a manufacturing process diagram of the CMOS according to the embodiment.
11:シリコン基板 N:nMOS形成予定領域 P:pMOS形成予定領域 15:素子間分離用絶縁膜 19a,19b:シリコン膜 19a1 ,19b1 :第1段階のシリコン膜 19a2 ,19b2 :第2段階のシリコン膜 21a,21b:ゲート酸化膜 23a,23b:ポリシリコン膜 25a,25b:タングステンシリサイド膜 27a,27b:ゲート電極 29a:浅い接合のn型のソース/ドレイン領域 29b:浅い接合のp型のソース/ドレイン領域 35a:深い接合のn型のソース/ドレイン領域 35b:深い接合のp型のソース/ドレイン領域 37:シリケートガラス膜 39a,39b:拡散領域11: Silicon substrate N: nMOS forming region P: pMOS forming region 15: element separating insulating films 19a, 19b: silicon film 19a 1, 19b 1: silicon of the first stage membrane 19a 2, 19b 2: second Stage silicon film 21a, 21b: Gate oxide film 23a, 23b: Polysilicon film 25a, 25b: Tungsten silicide film 27a, 27b: Gate electrode 29a: Shallow junction n-type source / drain region 29b: Shallow junction p-type Source / drain region 35a: n-type source / drain region with deep junction 35b: p-type source / drain region with deep junction 37: silicate glass film 39a, 39b: diffusion region
Claims (12)
るに当たり、 前記シリコン基板に、素子間分離用絶縁膜を形成して、
pMOS形成予定領域を決定する工程と、 前記pMOS形成予定領域のシリコン基板の表面上に、
p型不純物を含むシリコン膜を、該シリコン膜中でのp
型不純物濃度が前記シリコン基板の表面に向かうに従っ
て高くなるように、エピタキシャル成長させて形成する
工程と、 前記シリコン膜上に、ゲート酸化膜を形成する工程と、 前記ゲート酸化膜上に、ゲート電極を形成する工程と、 その後、ソース及びドレインを形成する工程とを含むこ
とを特徴とするpMOSの製造方法。1. In manufacturing a pMOS using a silicon substrate, an insulating film for element isolation is formed on the silicon substrate,
a step of determining a pMOS formation planned region, and a step of defining a pMOS formation planned region on the surface of the silicon substrate
A silicon film containing p-type impurities is replaced with p
Forming epitaxially so that the type impurity concentration becomes higher toward the surface of the silicon substrate, forming a gate oxide film on the silicon film, and forming a gate electrode on the gate oxide film. A method of manufacturing a pMOS, which includes a step of forming and a step of forming a source and a drain after that.
おいて、 前記シリコン膜のエピタキシャル成長をn段階で行なう
ことを特徴とするpMOSの製造方法(ただし、nは2
以上の整数である。)。2. The pMOS manufacturing method according to claim 1, wherein the epitaxial growth of the silicon film is performed in n stages (where n is 2).
Is an integer greater than or equal to. ).
おいて、 前記シリコン膜のエピタキシャル成長をn段階で行な
い、その際、第1段階でのシリコン膜のエピタキシャル
成長を、p型不純物濃度が1×1018cm-3以上となる
ように行ない、最終段階でのシリコン膜のエピタキシャ
ル成長を、p型不純物濃度が1×1017cm-3以下とな
るように行なうことを特徴とするpMOSの製造方法
(ただし、nは2以上の整数である。)。3. The method of manufacturing a pMOS according to claim 1, wherein the epitaxial growth of the silicon film is performed in n steps, wherein the epitaxial growth of the silicon film in the first step is performed with a p-type impurity concentration of 1 × 10. A pMOS manufacturing method characterized in that the p-type impurity concentration is 1 × 10 17 cm -3 or less by performing epitaxial growth of a silicon film in the final stage so that the p-type impurity concentration is 18 cm -3 or more. , N is an integer of 2 or more.).
るに当たり、 前記シリコン基板に、素子間分離用絶縁膜を形成して、
pMOS形成予定領域を決定する工程と、 前記pMOS形成予定領域のシリコン基板の表面上に、
p型不純物を含むシリケートガラス膜を形成する工程
と、 その後、熱処理を行ない、前記シリケートガラス膜に含
まれているp型不純物を前記シリコン基板に拡散させ
て、前記シリコン基板の表層に、p型不純物の拡散領域
を形成する工程と、 その後、前記シリケートガラス膜を除去した後、前記p
MOS形成予定領域のシリコン基板の表面上に、p型不
純物を含むシリコン膜を、該シリコン膜中でのp型不純
物濃度が前記拡散領域のp型不純物濃度より低くなるよ
うに、エピタキシャル成長させて形成する工程と、 前記シリコン膜上に、ゲート酸化膜を形成する工程と、 前記ゲート酸化膜上に、ゲート電極を形成する工程と、 その後、ソース及びドレインを形成する工程とを含むこ
とを特徴とするpMOSの製造方法。4. When manufacturing a pMOS using a silicon substrate, an insulating film for element isolation is formed on the silicon substrate,
a step of determining a pMOS formation planned region, and a step of defining a pMOS formation planned region on the surface of the silicon substrate
a step of forming a silicate glass film containing p-type impurities, and then performing a heat treatment to diffuse the p-type impurities contained in the silicate glass film into the silicon substrate to form p-type impurities on the surface layer of the silicon substrate. A step of forming an impurity diffusion region, and thereafter, after removing the silicate glass film,
A silicon film containing p-type impurities is epitaxially grown on the surface of the silicon substrate in the MOS formation region such that the p-type impurity concentration in the silicon film is lower than the p-type impurity concentration in the diffusion region. And a step of forming a gate oxide film on the silicon film, a step of forming a gate electrode on the gate oxide film, and a step of forming a source and a drain after that. Method for manufacturing pMOS.
おいて、 前記シリコン膜のエピタキシャル成長をm段階で行な
い、その際、前記シリコン膜中でのp型不純物濃度が前
記シリコン基板の表面に向かうに従って高くなるように
行なうことを特徴とするpMOSの製造方法(ただし、
mは1以上の整数である。)。5. The method of manufacturing a pMOS according to claim 4, wherein the epitaxial growth of the silicon film is performed in m stages, in which the p-type impurity concentration in the silicon film increases toward the surface of the silicon substrate. PMOS manufacturing method characterized in that it is performed so that
m is an integer of 1 or more. ).
おいて、 前記シリケートガラス膜に含まれているp型不純物の前
記シリコン基板への拡散を、前記拡散領域のp型不純物
濃度が1×1018cm-3以上となるように行ない、 前記シリコン膜のエピタキシャル成長をm段階で行な
い、その際、最終段階でのシリコン膜のエピタキシャル
成長を、p型不純物濃度が1×1017cm-3以下となる
ように行なうことを特徴とするpMOSの製造方法(た
だし、mは1以上の整数である。)。6. The method for manufacturing a pMOS according to claim 4, wherein the p-type impurity contained in the silicate glass film is diffused into the silicon substrate, and the p-type impurity concentration of the diffusion region is 1 × 10. The silicon film is grown to 18 cm -3 or more, and the silicon film is epitaxially grown in m steps. At that time, the silicon film is epitaxially grown in the final step so that the p-type impurity concentration is 1 × 10 17 cm -3 or less. PMOS manufacturing method (where m is an integer of 1 or more).
るに当たり、 前記シリコン基板に、素子間分離用絶縁膜を形成して、
pMOS形成予定領域及びnMOS形成予定領域を決定
する工程と、 前記pMOS形成予定領域のシリコン基板の表面上及び
前記nMOS形成予定領域のシリコン基板の表面上に、
p型不純物を含むシリコン膜を、該シリコン膜中でのp
型不純物濃度が前記シリコン基板の表面に向かうに従っ
て高くなるように、エピタキシャル成長させて形成する
工程と、 前記シリコン膜上に、ゲート酸化膜を形成する工程と、 前記ゲート酸化膜上に、ゲート電極を形成する工程と、 その後、ソース及びドレインを形成する工程とを含むこ
とを特徴とするCMOSの製造方法。7. When manufacturing a CMOS using a silicon substrate, an insulating film for element isolation is formed on the silicon substrate,
determining a pMOS formation planned region and an nMOS formation planned region, on the surface of the silicon substrate in the pMOS formation planned region and on the surface of the silicon substrate in the nMOS formation planned region,
A silicon film containing p-type impurities is replaced with p
Forming epitaxially so that the type impurity concentration becomes higher toward the surface of the silicon substrate, forming a gate oxide film on the silicon film, and forming a gate electrode on the gate oxide film. A method of manufacturing a CMOS, comprising: a forming step; and then a step of forming a source and a drain.
おいて、 前記シリコン膜のエピタキシャル成長をn段階で行なう
ことを特徴とするCMOSの製造方法(ただし、nは2
以上の整数である。)。8. The method of manufacturing a CMOS according to claim 7, wherein the epitaxial growth of the silicon film is performed in n steps (where n is 2).
Is an integer greater than or equal to. ).
おいて、 前記シリコン膜のエピタキシャル成長をn段階で行な
い、その際、第1段階でのシリコン膜のエピタキシャル
成長を、p型不純物濃度が1×1018cm-3以上となる
ように行ない、最終段階でのシリコン膜のエピタキシャ
ル成長を、p型不純物濃度が1×1017cm-3以下とな
るように行なうことを特徴とするCMOSの製造方法
(ただし、nは2以上の整数である。)。9. The method of manufacturing a CMOS according to claim 7, wherein the epitaxial growth of the silicon film is performed in n steps, and the epitaxial growth of the silicon film in the first step is performed with a p-type impurity concentration of 1 × 10. A method for manufacturing a CMOS, characterized in that the epitaxial growth of a silicon film is performed at a final step of 18 cm −3 or more so that the p-type impurity concentration is 1 × 10 17 cm −3 or less (however, , N is an integer of 2 or more.).
するに当たり、 前記シリコン基板に、素子間分離用絶縁膜を形成して、
pMOS形成予定領域及びnMOS形成予定領域を決定
する工程と、 前記pMOS形成予定領域のシリコン基板の表面上及び
前記nMOS形成予定領域のシリコン基板の表面上に、
p型不純物を含むシリケートガラス膜を形成する工程
と、 その後、熱処理を行ない、前記シリケートガラス膜に含
まれているp型不純物を前記シリコン基板に拡散させ
て、前記シリコン基板の表層に、p型不純物の拡散領域
を形成する工程と、 その後、前記シリケートガラス膜を除去した後、前記p
MOS形成予定領域のシリコン基板の表面上及び前記n
MOS形成予定領域のシリコン基板の表面上に、p型不
純物を含むシリコン膜を、該シリコン膜中でのp型不純
物濃度が、前記拡散領域のp型不純物濃度より低くなる
ように、エピタキシャル成長させて形成する工程と、 前記シリコン膜上に、ゲート酸化膜を形成する工程と、 前記ゲート酸化膜上に、ゲート電極を形成する工程と、 その後、ソース及びドレインを形成する工程とを含むこ
とを特徴とするCMOSの製造方法。10. When manufacturing a CMOS using a silicon substrate, an insulating film for element isolation is formed on the silicon substrate,
determining a pMOS formation planned region and an nMOS formation planned region, on the surface of the silicon substrate in the pMOS formation planned region and on the surface of the silicon substrate in the nMOS formation planned region,
a step of forming a silicate glass film containing p-type impurities, and then performing a heat treatment to diffuse the p-type impurities contained in the silicate glass film into the silicon substrate to form p-type impurities on the surface layer of the silicon substrate. A step of forming an impurity diffusion region, and thereafter, after removing the silicate glass film,
On the surface of the silicon substrate in the MOS formation region and the n
A silicon film containing p-type impurities is epitaxially grown on the surface of the silicon substrate in the MOS formation region so that the p-type impurity concentration in the silicon film is lower than the p-type impurity concentration in the diffusion region. And a step of forming a gate oxide film on the silicon film, a step of forming a gate electrode on the gate oxide film, and a step of forming a source and a drain after that. And a method of manufacturing a CMOS.
法において、 前記シリコン膜のエピタキシャル成長をm段階で行な
い、その際、前記シリコン膜中でのp型不純物濃度が前
記シリコン基板の表面に向かうに従って高くなるように
行なうことを特徴とするCMOSの製造方法(ただし、
mは1以上の整数である。)。11. The method of manufacturing a CMOS according to claim 10, wherein the epitaxial growth of the silicon film is performed in m steps, and as the p-type impurity concentration in the silicon film increases toward the surface of the silicon substrate. A method of manufacturing a CMOS, which is characterized by performing it so as to be high (however,
m is an integer of 1 or more. ).
法において、 前記シリケートガラス膜に含まれているp型不純物の前
記シリコン基板への拡散を、前記拡散領域のp型不純物
濃度が1×1018cm-3以上となるように行ない、 前記シリコン膜のエピタキシャル成長をm段階で行な
い、その際、最終段階でのシリコン膜のエピタキシャル
成長を、p型不純物濃度が1×1017cm-3以下となる
ように行なうことを特徴とするCMOSの製造方法(た
だし、mは1以上の整数である。)。12. The method of manufacturing a CMOS according to claim 10, wherein the p-type impurity contained in the silicate glass film is diffused into the silicon substrate, and the p-type impurity concentration of the diffusion region is 1 × 10. The silicon film is grown to 18 cm -3 or more, and the silicon film is epitaxially grown in m steps. At that time, the silicon film is epitaxially grown in the final step so that the p-type impurity concentration is 1 × 10 17 cm -3 or less. A method of manufacturing a CMOS, wherein m is an integer of 1 or more.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1996
- 1996-03-06 JP JP04920696A patent/JP3420879B2/en not_active Expired - Fee Related
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