JP3060948B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法、特にしきい電圧の低下やパンチスルーの発生等の短
チャネル効果を抑制することを目的としたMOS半導体
装置の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a MOS semiconductor device for suppressing a short-channel effect such as reduction in threshold voltage and occurrence of punch-through.
【0002】[0002]
【従来の技術】素子の微細化が進むにつれ、しきい電圧
の低下やパンチスルーの発生といった短チャネル効果を
抑制する必要に迫られている。この短チャネル効果を抑
制するMOS半導体装置の構造として、図5に示すよう
に、ソースドレイン領域51とチャネル領域52の間に
選択的に酸化膜領域53を形成する構造が報告されてい
る(特開昭64−73770)。尚、図5において、符
号54はp型Si基板、55はゲート酸化膜、56は多
結晶シリコンからなるゲート電極を示している。この構
造の特徴は、チャネル領域52のソースドレイン端に選
択的に酸化膜領域53を形成することにより、ソースド
レイン領域51からチャネル領域52への空乏層の伸び
を抑制し、しきい電圧の低下やパンチスルーの発生、等
の短チャネル効果を抑制することである。2. Description of the Related Art As elements become finer, it is necessary to suppress short channel effects such as lowering of threshold voltage and occurrence of punch-through. As a structure of a MOS semiconductor device for suppressing the short channel effect, a structure in which an oxide film region 53 is selectively formed between a source / drain region 51 and a channel region 52 as shown in FIG. Kaikai 64-73770). In FIG. 5, reference numeral 54 denotes a p-type Si substrate, 55 denotes a gate oxide film, and 56 denotes a gate electrode made of polycrystalline silicon. The feature of this structure is that by selectively forming an oxide film region 53 at the source / drain end of the channel region 52, the extension of the depletion layer from the source / drain region 51 to the channel region 52 is suppressed, and the threshold voltage is reduced. And short-channel effects such as generation of punch-through and the like.
【0003】このように、チャネル領域のソースドレイ
ン端に選択的に酸化膜領域を形成する製造方法につい
て、n型MOSFETを例に従来例(特開昭64−73
770)を図6(a)乃至図6(d)に示す。図6
(a)に示すように、p型Si基板61上に素子分離領
域およびゲート絶縁膜領域となるSiO2 膜62を形成
した後、レジスト膜63をマスクとして多結晶シリコン
からなるゲート電極64を形成する。その後、図6
(b)に示すように、ゲート電極64上のレジスト膜6
3をマスクにして、ソースドレイン形成予定領域上の酸
化膜62およびp型Si基板61をRIE法によりエッ
チングし、p型Si基板に開口部65を形成する。その
後、ゲート電極64上のレジスト膜63を除去した後、
図6(c)に示すように、開口部65の側壁にSiO2
からなるサイドウォール66を形成する。尚、サイドウ
ォール66の高さは開口部65のp型Si基板61のエ
ッチング深さよりも少し低くする。次いで、図6(d)
に示すように、開口部に選択エピタキシャル法によりS
iを成長し、開口部を埋め込み平坦化する。その後、A
s+ 等のn型不純物をイオン注入し、n+ 型ソースドレ
イン領域67を形成する。As described above, a conventional method of forming an oxide film region selectively at the source / drain ends of the channel region, taking an n-type MOSFET as an example (JP-A-64-73).
770) are shown in FIGS. 6A to 6D. FIG.
As shown in (a), after forming an SiO 2 film 62 to be an element isolation region and a gate insulating film region on a p-type Si substrate 61, a gate electrode 64 made of polycrystalline silicon is formed using a resist film 63 as a mask. I do. Then, FIG.
As shown in (b), the resist film 6 on the gate electrode 64
Using mask 3 as a mask, oxide film 62 and p-type Si substrate 61 on the source / drain formation planned region are etched by RIE to form openings 65 in the p-type Si substrate. Then, after removing the resist film 63 on the gate electrode 64,
As shown in FIG. 6C, SiO 2 is formed on the side wall of the opening 65.
Is formed. Note that the height of the sidewall 66 is set slightly lower than the etching depth of the p-type Si substrate 61 in the opening 65. Next, FIG.
As shown in FIG.
i is grown and the opening is buried and flattened. Then A
An n + -type impurity such as s + is ion-implanted to form an n + -type source / drain region 67.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】図6(a)乃至図6
(d)に示した従来例では、ゲート電極側の側壁にのみ
サイドウォール66を形成することが困難であるという
問題点がある。仮に、ゲート電極を含む全面にCVD法
によりSiO2膜を成長し、RIE法によりエッチバッ
クして形成したとしても、p型Si基板61のエッチン
グ深さよりも少し低くなるようにサイドウォール66の
高さを制御することが困難である。これは、サイドウォ
ール66の上部の部分のソースドレイン領域67の厚さ
がばらついてしまうことを意味し、MOS半導体装置の
特性がばらついてしまうという問題点が発生する。さら
に、この従来例では図6(b)に示したソースドレイン
形成予定領域部分のp型Si基板の開口部65を、図6
(d)に示すようにSi選択エピタキシャル法により埋
め戻す工程を含む。しかしながら、この工程でゲート電
極64である多結晶シリコンが露出しているため、Si
選択エピタキシャル成長を行う際、p型Si基板の開口
部65のみならず、ゲート電極64上およびゲート電極
64側面にまでSiが成長してしまい、ゲート電極64
とソースドレイン領域67が短絡してしまうという問題
点が生じてしまう。本発明では、以上のような問題点を
解決する半導体装置の製造方法を提供するものである。Problems to be Solved by the Invention FIGS. 6A to 6
In the conventional example shown in (d), there is a problem that it is difficult to form the side wall 66 only on the side wall on the gate electrode side. Even if an SiO 2 film is grown on the entire surface including the gate electrode by CVD and etched back by RIE, the height of the side wall 66 is slightly lower than the etching depth of the p-type Si substrate 61. Is difficult to control. This means that the thickness of the source / drain region 67 in the upper portion of the sidewall 66 varies, which causes a problem that the characteristics of the MOS semiconductor device vary. Further, in this conventional example, the opening 65 of the p-type Si substrate in the region where the source / drain is to be formed shown in FIG.
As shown in (d), a step of backfilling by the Si selective epitaxial method is included. However, since the polysilicon which is the gate electrode 64 is exposed in this step,
When the selective epitaxial growth is performed, Si grows not only on the opening 65 of the p-type Si substrate but also on the gate electrode 64 and the side surface of the gate electrode 64, so that the gate electrode 64
And the source / drain region 67 is short-circuited. The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device that solves the above problems.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】このような問題点を解決
するため、本発明に係わる半導体装置の製造方法は、半
導体基板上にゲート酸化膜を形成する工程と、ゲート電
極を形成する工程と、ゲート電極側面に第1のサイドウ
ォールを形成する工程と、第1のサイドウォール側面に
第2のサイドウォールを形成する工程と、ゲート電極お
よび第2のサイドウォールをマスクとして半導体基板を
斜めにエッチングする工程と、半導体基板を酸化して第
1の酸化膜を形成する工程と、第2のサイドウォールを
除去する工程と、第1のサイドウォールおよびゲート電
極をマスクとして、半導体基板および第1の酸化膜をエ
ッチングする工程と、半導体基板の開口部に半導体膜の
選択成長を行う工程と、第1のサイドウォールおよびゲ
ート電極をマスクとしてソースドレインイオン注入を行
う工程を具備するものである。In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a gate oxide film on a semiconductor substrate and a step of forming a gate electrode. Forming a first sidewall on the side of the gate electrode, forming a second sidewall on the side of the first sidewall, and tilting the semiconductor substrate obliquely using the gate electrode and the second sidewall as a mask. Etching, oxidizing the semiconductor substrate to form a first oxide film, removing the second sidewall, and using the first sidewall and the gate electrode as a mask, the semiconductor substrate and the first Etching the oxide film, selectively growing the semiconductor film in the opening of the semiconductor substrate, and masking the first sidewall and the gate electrode. Those having a step of performing the source drain ion implantation and.
【0006】以上のように本発明によれば、ゲート電極
側面にサイドウォールを形成しているため、半導体膜の
選択成長の際、ゲート電極側面への半導体膜の成長を抑
制し、ゲート電極とソースドレイン領域の短絡を阻止す
ることが可能となる。As described above, according to the present invention, since the sidewall is formed on the side surface of the gate electrode, the growth of the semiconductor film on the side surface of the gate electrode is suppressed at the time of selective growth of the semiconductor film. The short circuit of the source / drain region can be prevented.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
により説明する。図1,2は本発明をnMOSFETに
適用した例を示すものである。まず、図1(a)に示す
ように、p(100)Si基板1表面に例えば熱酸化法
により6nm程度のゲート酸化膜2を形成する。その
後、CVD法等により150nm程度の多結晶シリコン
3を堆積する。次いで、CVD法等により、10nm程
度のSiO2 膜4を形成する。そして、CVD法等によ
り10nm程度のシリコン窒化膜5を形成する。その
後、CVD法等により10nm程度のSiO2 膜6を堆
積する。続いて、フォトリソグラフィー工程およびエッ
チング工程により、多結晶シリコン、SiO2 、シリコ
ン窒化膜、SiO2 の積層構造からなるゲート電極7を
形成する。その後、ゲート電極側面にSiO2 からなる
50nm程度の第1のサイドウォール8を形成し、次い
で、第1のサイドウォール側面にシリコン窒化膜からな
る50nm程度の第2のサイドウォール9を形成する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show an example in which the present invention is applied to an nMOSFET. First, as shown in FIG. 1A, a gate oxide film 2 of about 6 nm is formed on the surface of a p (100) Si substrate 1 by, for example, a thermal oxidation method. Thereafter, polycrystalline silicon 3 of about 150 nm is deposited by a CVD method or the like. Next, a SiO 2 film 4 of about 10 nm is formed by a CVD method or the like. Then, a silicon nitride film 5 of about 10 nm is formed by a CVD method or the like. Thereafter, a SiO 2 film 6 of about 10 nm is deposited by a CVD method or the like. Subsequently, a gate electrode 7 having a laminated structure of polycrystalline silicon, SiO 2 , a silicon nitride film, and SiO 2 is formed by a photolithography process and an etching process. Thereafter, a first sidewall 8 of about 50 nm made of SiO 2 is formed on the side face of the gate electrode, and a second sidewall 9 of about 50 nm made of a silicon nitride film is formed on the side face of the first sidewall.
【0008】次に、図1(b)に示すように、ゲート電
極7およびシリコン窒化膜からなる第2のサイドウォー
ル9をマスクとして、RIE(Reactive Io
nEtching)法等により、ソースドレイン形成予
定領域のp(100)Si基板を150nm程度エッチ
ングし、p(100)Si基板に開口部10を形成す
る。このエッチングの際、基板奥側で開口部が広がる方
向に、p(100)Si基板法線11に対し約30°の
角度で斜めにエッチングを行う。Next, as shown in FIG. 1B, RIE (Reactive Io) is performed using the gate electrode 7 and the second side wall 9 made of a silicon nitride film as a mask.
The p (100) Si substrate in the region where the source / drain is to be formed is etched to a thickness of about 150 nm by, for example, nEtching) to form an opening 10 in the p (100) Si substrate. At the time of this etching, the etching is performed obliquely at an angle of about 30 ° with respect to the normal line 11 of the p (100) Si substrate in a direction in which the opening is widened on the back side of the substrate.
【0009】その次に、図1(c)に示すように、熱酸
化法等によりp(100)Si基板の開口部10に40
nm程度の酸化膜12を形成する。一般に熱酸化法で
は、酸化膜はSi基板中に45%程度形成されるため、
40nm程度の酸化膜12はSi基板中に18nm程度
形成される。従って、図1(c)中に示すように、p
(100)Si基板表面では、シリコン窒化膜からなる
第2のサイドウォール9直下にp(100)Si基板1
部分が残るが、やや深い部分では、シリコン窒化膜から
なる第2のサイドウォール9直下には酸化膜12しか存
在しない。また、やや深い部分においては、SiO2 か
らなる第1のサイドウォール8直下に酸化膜12が存在
している。Next, as shown in FIG. 1 (c), 40 p is formed in the opening 10 of the p (100) Si substrate by a thermal oxidation method or the like.
An oxide film 12 of about nm is formed. In general, in the thermal oxidation method, an oxide film is formed at about 45% in a Si substrate.
The oxide film 12 having a thickness of about 40 nm is formed on a Si substrate to a thickness of about 18 nm. Therefore, as shown in FIG.
On the surface of the (100) Si substrate, the p (100) Si substrate 1 is located immediately below the second sidewall 9 made of a silicon nitride film.
A portion remains, but in a slightly deep portion, only the oxide film 12 exists immediately below the second sidewall 9 made of the silicon nitride film. In a slightly deeper portion, the oxide film 12 exists immediately below the first sidewall 8 made of SiO 2 .
【0010】その後に、図1(d)に示すように、シリ
コン窒化膜からなる第2のサイドウォール9を燐酸等で
ウエットエッチした後、ゲート電極7およびSiO2 か
らなる第1のサイドウォール8をマスクとしてRIE法
等により、シリコン窒化膜からなる第2のサイドウォー
ル9で覆われていた部分のp(100)Si基板1をエ
ッチングする。この際、SiO2 に対し選択比の高い条
件でp(100)Si基板1をエッチングする。ゲート
電極7表面部分はSiO2 膜6で覆われているためゲー
ト電極7の多結晶シリコン3はエッチングされない。After that, as shown in FIG. 1D, after the second side wall 9 made of a silicon nitride film is wet-etched with phosphoric acid or the like, the gate electrode 7 and the first side wall 8 made of SiO 2 are formed. Is used as a mask to etch the portion of the p (100) Si substrate 1 covered with the second sidewall 9 made of the silicon nitride film by the RIE method or the like. At this time, the p (100) Si substrate 1 is etched under a condition having a high selectivity to SiO 2 . Since the surface of the gate electrode 7 is covered with the SiO 2 film 6, the polysilicon 3 of the gate electrode 7 is not etched.
【0011】続いて、図2(e)に示すように、ゲート
電極7およびSiO2 からなる第1のサイドウォール8
をマスクとして、p(100)Si基板の開口部10に
形成された酸化膜12をRIE法等により垂直にエッチ
ングする。この際、Siおよびシリコン窒化膜に対し選
択比の高い条件で酸化膜12をエッチングする。従っ
て、このエッチングにより、p(100)Si基板の開
口部10では、開口部底面部分では、酸化膜12がエッ
チングされ、p(100)Si基板1が露出する。また
開口部側面部分では、表面近傍ではp(100)Si基
板1が露出し、その下に酸化膜12が残る構造となる。
また、ゲート電極7は、表面部分のSiO 2 膜6がエッ
チングされ、その下のシリコン窒化膜5が露出した状態
となる。Subsequently, as shown in FIG.
Electrode 7 and SiOTwo First sidewall 8 made of
Is used as a mask in the opening 10 of the p (100) Si substrate.
The formed oxide film 12 is vertically etched by RIE or the like.
To run. At this time, selection was made for Si and silicon nitride films.
The oxide film 12 is etched under the condition of a high selectivity. Follow
Then, the p (100) Si substrate is opened by this etching.
At the opening 10, the oxide film 12 is etched at the bottom of the opening.
And the p (100) Si substrate 1 is exposed. Also
On the side surface of the opening, p (100) Si group near the surface
The structure is such that the plate 1 is exposed and the oxide film 12 remains under the plate 1.
Further, the gate electrode 7 has a surface portion of SiO 2. Two Membrane 6
And the silicon nitride film 5 thereunder is exposed.
Becomes
【0012】そして、ゲート電極表面部分に露出してい
るシリコン窒化膜層を燐酸等でエッチングしSiO2 膜
4を露出させた後、図2(f)に示すように、CVD法
等によりSi膜の選択エピタキシャル成長を行い、p
(100)Si基板の開口部をSiエピタキシャル成長
膜13で埋め戻す。尚、ゲート電極7部分は、表面部分
はSiO2 膜4で覆われ、また側面部分はSiO2 から
なる第1のサイドウォール8で覆われているため、ゲー
ト電極部分にはSi膜は成長しない。従って、Siエピ
タキシャル成長により、従来問題となっていた、ゲート
電極とソースドレイン部分が短絡するという問題は生じ
ない。Then, the silicon nitride film layer exposed on the surface of the gate electrode is etched with phosphoric acid or the like to expose the SiO 2 film 4, and then, as shown in FIG. By selective epitaxial growth of p
(100) The opening of the Si substrate is backfilled with the Si epitaxial growth film 13. Since the surface of the gate electrode 7 is covered with the SiO 2 film 4 and the side surface is covered with the first sidewall 8 made of SiO 2 , no Si film grows on the gate electrode. . Therefore, the problem of a short circuit between the gate electrode and the source / drain portion, which has been a problem in the past, does not occur due to Si epitaxial growth.
【0013】その後で、図2(g)に示すように、As
+ 14等を例えばイオン注入エネルギー50keV、ド
ーズ量3×1015cm-2でイオン注入し、続いて、窒素
雰囲気中で1000℃10秒程度の活性化熱処理を行
い、ソースドレイン領域15を形成する。その後は、従
来技術を用いて、層間の絶縁膜、配線等を形成し、nM
OS半導体装置が形成される。Thereafter, as shown in FIG.
+14 or the like is implanted at an ion implantation energy of 50 keV and a dose of 3 × 10 15 cm −2 , for example, and then an activation heat treatment at 1000 ° C. for about 10 seconds is performed in a nitrogen atmosphere to form the source / drain region 15. . Thereafter, an interlayer insulating film, a wiring, and the like are formed by using a conventional technique, and nM
An OS semiconductor device is formed.
【0014】図3,4は、本発明をCMOSFETに適
用した他の実施の形態を示すものである。まず図3
(a)に示すように、p(100)Si基板21に周知
の技術によりフィールド酸化膜22を形成し、素子分離
を行う。その後、周知の技術により、p(100)Si
基板21に、イオン注入法によりp型ウェル領域23お
よびn型ウェル領域24を形成する。そして、p(10
0)Si基板21表面に例えば熱酸化法により6nm程
度のゲート酸化膜25を形成する。その上に、CVD法
等により150nm程度の多結晶シリコン26を堆積す
る。次に、CVD法等により、10nm程度のSiO2
膜27を形成し、次いで、CVD法等により、10nm
程度のシリコン窒化膜28を形成する。次に、CVD法
等により、10nm程度のSiO2 膜29を形成する。
このようにして、フォトリソグラフィー工程およびエッ
チング工程により、多結晶シリコン、SiO2 膜、シリ
コン窒化膜、SiO2 膜の積層構造からなるゲート電極
30を形成する。その後、ゲート電極30側面にSiO
2 からなる50nm程度の第1のサイドウォール31を
形成した後、第1のサイドウォール側面にシリコン窒化
膜からなる50nm程度の第2のサイドウォール32を
形成する。FIGS. 3 and 4 show another embodiment in which the present invention is applied to a CMOSFET. First, FIG.
As shown in (a), a field oxide film 22 is formed on a p (100) Si substrate 21 by a known technique, and element isolation is performed. Thereafter, p (100) Si is formed by a well-known technique.
A p-type well region 23 and an n-type well region 24 are formed in a substrate 21 by an ion implantation method. And p (10
0) A gate oxide film 25 of about 6 nm is formed on the surface of the Si substrate 21 by, for example, a thermal oxidation method. Polycrystalline silicon 26 of about 150 nm is deposited thereon by CVD or the like. Next, about 10 nm of SiO 2 is formed by CVD or the like.
A film 27 is formed, and then a 10 nm
A silicon nitride film 28 of a degree is formed. Next, an SiO 2 film 29 of about 10 nm is formed by a CVD method or the like.
In this manner, the gate electrode 30 having a laminated structure of the polycrystalline silicon, the SiO 2 film, the silicon nitride film, and the SiO 2 film is formed by the photolithography process and the etching process. After that, SiO 2 is formed on the side of the gate electrode 30.
After forming the first sidewall 31 of about 50nm comprised of 2, forming a second sidewall 32 50nm approximately composed of a silicon nitride film to the first sidewall side.
【0015】次に、図3(b)に示すように、フィール
ド酸化膜22、ゲート電極30およびシリコン窒化膜か
らなる第2のサイドウォール32をマスクとして、RI
E法等により、ソースドレイン形成予定領域のp(10
0)Si基板21を150nm程度エッチングし、p
(100)Si基板に開口部33を形成する。このエッ
チングの際、基板奥側で開口部が広がる方向に、p(1
00)Si基板法線34に対し約30°の角度で斜めに
エッチングを行う。その後、図3(c)に示すように、
熱酸化法等によりp(100)Si基板の開口部33に
40nm程度の酸化膜35を形成する。Next, as shown in FIG. 3B, the RI is formed using the field oxide film 22, the gate electrode 30, and the second sidewall 32 made of the silicon nitride film as a mask.
By the E method or the like, p (10
0) Etch Si substrate 21 by about 150 nm
An opening 33 is formed in a (100) Si substrate. At the time of this etching, p (1
00) Etching is performed obliquely at an angle of about 30 ° with respect to the normal 34 of the Si substrate. Then, as shown in FIG.
An oxide film 35 of about 40 nm is formed in the opening 33 of the p (100) Si substrate by a thermal oxidation method or the like.
【0016】次に、図3(d)に示すように、シリコン
窒化膜からなる第2のサイドウォール32を燐酸等でウ
ェットエッチした後、ゲート電極30およびSiO2 か
らなる第1のサイドウォール31をマスクとしてRIE
法等により、シリコン窒化膜からなる第2のサイドウォ
ール32で覆われていた部分のp(100)Si基板2
1をエッチングする。この際、SiO2 に対し選択比の
高い条件でp(100)Si基板をエッチングする。ゲ
ート電極30表面部分はSiO2 膜29で覆われている
ためゲート電極の多結晶シリコン26はエッチングされ
ない。Next, as shown in FIG. 3D, after the second sidewall 32 made of a silicon nitride film is wet-etched with phosphoric acid or the like, the gate electrode 30 and the first sidewall 31 made of SiO 2 are formed. Using RIE as a mask
The p (100) Si substrate 2 in a portion covered with the second sidewall 32 made of a silicon nitride film by a method or the like.
1 is etched. At this time, the p (100) Si substrate is etched under conditions having a high selectivity to SiO 2 . Since the surface of the gate electrode 30 is covered with the SiO 2 film 29, the polysilicon 26 of the gate electrode is not etched.
【0017】その後に、図4(e)に示すように、ゲー
ト電極30およびSiO2 からなる第1のサイドウォー
ル31をマスクとして、p(100)Si基板の開口部
33に形成された酸化膜35をRIE法等により垂直に
エッチングする。この際、Siおよびシリコン窒化膜に
対し選択比の高い条件で酸化膜をエッチングする。従っ
て、このエッチングにより、p(100)Si基板の開
口部33では、開口部底面部分では、酸化膜35がエッ
チングされ、p(100)Si基板21が露出する。ま
た開口部側面部分では、表面近傍ではp(100)Si
基板21が露出し、その下に酸化膜35が残る構造とな
る。また、フィールド酸化膜22の影になった部分に酸
化膜35が残る場合もある。また、ゲート電極30は、
表面部分のSiO2 膜29がエッチングされ、その下の
シリコン窒化膜28が露出した状態となる。Thereafter, as shown in FIG. 4E, an oxide film formed in the opening 33 of the p (100) Si substrate using the gate electrode 30 and the first side wall 31 made of SiO 2 as a mask. 35 is vertically etched by RIE or the like. At this time, the oxide film is etched under conditions having a high selectivity to the Si and silicon nitride films. Therefore, by this etching, in the opening 33 of the p (100) Si substrate, the oxide film 35 is etched at the bottom of the opening, and the p (100) Si substrate 21 is exposed. On the side of the opening, p (100) Si near the surface
The structure is such that the substrate 21 is exposed and the oxide film 35 remains thereunder. Further, the oxide film 35 may remain in the shadowed portion of the field oxide film 22 in some cases. Also, the gate electrode 30
The surface portion of the SiO 2 film 29 is etched, and the underlying silicon nitride film 28 is exposed.
【0018】その後、ゲート電極30表面部分に露出し
ているシリコン窒化膜28を燐酸等でエッチングしSi
O2 膜27を露出させた後、図4(f)に示すように、
CVD法等によりSi基板の選択エピタキシャル成長を
行い、p(100)Si基板の開口部33をSiエピタ
キシャル成長膜36で埋め戻す。尚、ゲート電極30部
分は、表面部分はSiO2 膜27で覆われ、また側面部
分はSiO2 からなる第1のサイドウォール31で覆わ
れているため、ゲート電極30部分にはSi膜は成長し
ない。従って、Si選択エピタキシャル成長により、従
来問題となっていた、ゲート電極とソースドレイン部分
が短絡するという問題は生じない。Thereafter, the silicon nitride film 28 exposed on the surface of the gate electrode 30 is etched with
After exposing the O 2 film 27, as shown in FIG.
The Si substrate is selectively epitaxially grown by the CVD method or the like, and the opening 33 of the p (100) Si substrate is back-filled with the Si epitaxial growth film. Since the surface of the gate electrode 30 is covered with the SiO 2 film 27 and the side surface is covered with the first sidewall 31 made of SiO 2 , the Si film is grown on the gate electrode 30. do not do. Therefore, the problem that the gate electrode and the source / drain portion are short-circuited, which has conventionally been a problem, is not caused by the Si selective epitaxial growth.
【0019】その次に、図4(g)に示すように、nM
OSFET側にはAs+ 37等を例えばイオン注入エネ
ルギー50keV、ドーズ量3×1015cm-2でイオン
注入し、またpMOSFET側にはBF2 +38等を例え
ばイオン注入エネルギー30keV、ドーズ量3×10
15cm-2でイオン注入し、次に、窒素雰囲気中で100
0℃10秒程度の活性化熱処理を行い、n型ソースドレ
イン領域39およびp型ソースドレイン領域40を形成
する。その後は、従来技術を用いて、層間の絶縁膜、配
線等を形成し、CMOS半導体装置が形成される。Next, as shown in FIG.
On the OSFET side, As + 37 or the like is ion-implanted with, for example, an ion implantation energy of 50 keV and a dose of 3 × 10 15 cm −2 , and on the pMOSFET side, BF 2 + 38 or the like is ion-implanted with an ion implantation energy of 30 keV and a dose of 3 × 3 × 10 15 cm −2. 10
Ion implantation at 15 cm -2 and then 100
An activation heat treatment at 0 ° C. for about 10 seconds is performed to form an n-type source / drain region 39 and a p-type source / drain region 40. After that, an interlayer insulating film, wiring, and the like are formed by using a conventional technique, and a CMOS semiconductor device is formed.
【0020】[0020]
【発明の効果】以上説明したように、ソースドレイン領
域とチャネル領域の間に選択的に酸化膜領域を形成する
半導体装置の製造工程において、本発明ではゲート電極
をSiO2 膜で覆っているため、Si基板の開口部を埋
め込む際従来問題となっていたゲート電極とソースドレ
イン領域の短絡を防ぎつつ、この選択的に形成した酸化
膜領域によりしきい電圧の低下やパンチスルーの発生と
いった短チャネル効果を抑制することが可能となる。As described above, in the manufacturing process of a semiconductor device in which an oxide film region is selectively formed between a source drain region and a channel region, the present invention covers the gate electrode with the SiO 2 film. In addition, while preventing the short circuit between the gate electrode and the source / drain region, which has conventionally been a problem when burying the opening of the Si substrate, the selectively formed oxide film region causes a short channel such as a reduction in threshold voltage and occurrence of punch-through. The effect can be suppressed.
【図1】(a)〜(d)は本発明の一実施の形態を製造
工程順に示す断面図である。FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating an embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図2】(e)〜(g)は図1に続く製造工程を示す断
面図である。FIGS. 2 (e) to 2 (g) are cross-sectional views showing a manufacturing process following FIG.
【図3】(a)〜(d)は本発明の他の実施の形態を製
造工程順に示す断面図である。3 (a) to 3 (d) are cross-sectional views showing another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図4】(e)〜(g)は図3に続く製造工程を示す断
面図である。4 (e) to 4 (g) are cross-sectional views showing a manufacturing process following FIG.
【図5】従来例の半導体装置の構造を示す断面図であ
る。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a structure of a conventional semiconductor device.
【図6】(a)〜(d)は従来例を製造工程順に示す断
面図である。6 (a) to 6 (d) are cross-sectional views showing a conventional example in the order of manufacturing steps.
1 p(100)Si基板 2 ゲート酸化膜 3 多結晶シリコン 4 SiO2 膜 5 シリコン窒化膜 6 SiO2 膜 7 ゲート電極 8 SiO2 からなる第1のサイドウォール 9 シリコン窒化膜からなる第2のサイドウォール 10 開口部 11 p(100)Si基板法線 12 酸化膜 13 Siエピタキシャル成長膜 14 As+ 15 ソースドレイン領域 21 p(100)Si基板 22 フィールド酸化膜 23 p型ウェル領域 24 n型ウェル領域 25 ゲート酸化膜 26 多結晶シリコン 27 SiO2 膜 28 シリコン窒化膜 29 SiO2 膜 30 ゲート電極 31 SiO2 からなる第1のサイドウォール 32 シリコン窒化膜からなる第2のサイドウォール 33 開口部 34 Si基板法線 35 酸化膜 36 Siエピタキシャル成長膜 37 As+ 38 BF2 + 39 n型ソースドレイン領域 40 p型ソースドレイン領域 51 ソースドレイン領域 52 チャネル領域 53 酸化膜領域 54 p型Si基板 55 ゲート酸化膜 56 ゲート電極 61 p型Si基板 62 SiO2 膜 63 レジスト膜 64 多結晶シリコンからなるゲート電極 65 開口部 66 SiO2 からなるサイドウォール 67 n型ソースドレイン領域Reference Signs List 1 p (100) Si substrate 2 gate oxide film 3 polycrystalline silicon 4 SiO 2 film 5 silicon nitride film 6 SiO 2 film 7 gate electrode 8 first sidewall made of SiO 2 9 second side made of silicon nitride film Wall 10 Opening 11 Normal of p (100) Si substrate 12 Oxide film 13 Si epitaxial growth film 14 As + 15 Source / drain region 21 p (100) Si substrate 22 Field oxide film 23 p-type well region 24 n-type well region 25 gate Oxide film 26 Polycrystalline silicon 27 SiO 2 film 28 Silicon nitride film 29 SiO 2 film 30 Gate electrode 31 First sidewall made of SiO 2 32 Second sidewall made of silicon nitride film 33 Opening 34 Si substrate normal 35 oxide film 36 Si epitaxial layer 37 As + 8 BF 2 + 39 n-type source drain region 40 p-type source drain region 51 the source and drain regions 52 channel region 53 oxide region 54 p-type Si substrate 55 a gate oxide film 56 gate electrode 61 p-type Si substrate 62 SiO 2 film 63 resist Film 64 gate electrode made of polycrystalline silicon 65 opening 66 sidewall made of SiO 2 67 n-type source / drain region
Claims (6)
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、前記ゲート電極側面に第1のサイドウ
ォールを形成する工程と、前記第1のサイドウォール側
面に第2のサイドウォールを形成する工程と、前記第2
のサイドウォールおよび前記ゲート電極をマスクとし
て、前記第1導電型の半導体基板を斜めにエッチングし
開口部を形成する工程と、前記第1導電型半導体基板を
酸化し第1の酸化膜を形成する工程と、前記第2のサイ
ドウォールを除去する工程と、前記第1のサイドウォー
ルおよび前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板
に対し垂直に酸化膜をエッチングすることにより、前記
第1のサイドウォール直下にのみ第1の酸化膜を残し他
の第1の酸化膜を除去する工程と、前記開口部に半導体
膜の選択成長を行う工程と、前記第1のサイドウォール
および前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に
不純物をイオン注入する工程とを具備することを特徴と
する半導体装置の製造方法。A step of forming a gate oxide film on a semiconductor substrate of a first conductivity type; a step of forming a gate electrode on the gate oxide film; and a step of forming a first sidewall on a side surface of the gate electrode. Forming a second sidewall on the side surface of the first sidewall;
Forming an opening by obliquely etching the semiconductor substrate of the first conductivity type using the sidewall and the gate electrode as a mask, and oxidizing the semiconductor substrate of the first conductivity type to form a first oxide film Removing the second side wall; and using the first side wall and the gate electrode as a mask to form the semiconductor substrate.
By etching the oxide film perpendicularly to
Leave the first oxide film only immediately below the first sidewall, and others
Removing the first oxide film , selectively growing a semiconductor film in the opening, and ion- implanting impurities into the semiconductor substrate using the first sidewall and the gate electrode as a mask. the method of manufacturing a semiconductor device characterized by comprising the step of injecting.
膜の2層構造からなる請求項1記載の半導体装置の製造
方法。2. A gate electrode comprising a polycrystalline silicon and a cover.
2. The method according to claim 1, wherein the semiconductor device has a two-layer structure .
膜、SiO 2 膜の3層構造からなる請求項2記載の半導
体装置の製造方法。3. The cover film is a SiO 2 film and silicon nitride.
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device has a three-layer structure of a film and a SiO 2 film .
化膜を形成して素子分離を行なう工程と、前記半導体基
板にp型ウェル領域とn型ウェル領域を形成する工程
と、前記第1導電型の半導体基板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、前記ゲート電極側面に第1のサイドウォール
を形成する工程と、前記第1のサイドウォール側面に第
2のサイドウォールを形成する工程と、前記第2のサイ
ドウォールおよび前記ゲート電極をマスクとして、前記
第1導電型の半導体基板を斜めにエッチングし開口部を
形成する工程と、前記第1導電型半導体基板を酸化し第
1の酸化膜を形成する工程と、前記第2のサイドウォー
ルを除去する工程と、前記第1のサイドウォールおよび
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に対し垂
直に酸化膜をエッチングすることにより、前記第1のサ
イドウォール直下にのみ第1の酸化膜を残し 他の第1の
酸化膜を除去する工程と、前記開口部に半導体膜の選択
成長を行う工程と、前記第1のサイドウォールおよび前
記ゲート電極をマスクとして前記半導体基板に不純物を
イオン注入する工程とを具備することを特徴とする半導
体装置の製造方法。4. A step of forming a field oxide film on a semiconductor substrate of a first conductivity type to perform element isolation; a step of forming a p-type well region and an n-type well region on the semiconductor substrate; Forming a gate oxide film on a semiconductor substrate of a mold, forming a gate electrode on the gate oxide film, forming a first sidewall on the side surface of the gate electrode, and forming the first sidewall. Forming a second side wall on a side surface, forming an opening by diagonally etching the first conductivity type semiconductor substrate using the second side wall and the gate electrode as a mask, Oxidizing the one conductivity type semiconductor substrate to form a first oxide film, removing the second sidewall, and masking the first sidewall and the gate electrode. Perpendicular to the semiconductor substrate
By directly etching the oxide film, the first substrate is etched.
The first oxide film is left only under the
By comprising the step of removing the oxide film, and performing selective growth of the semiconductor film in the opening, a step of impurity ions implanted into the semiconductor substrate of the first sidewall and the gate electrode as a mask A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
膜の2層構造からなる請求項4記載の半導体装置の製造
方法。5. A gate electrode comprising a polycrystalline silicon and a cover.
5. The method according to claim 4, wherein the semiconductor device has a two-layer structure .
膜、SiO 2 膜の3層構造からなる請求項5記載の半導
体装置の製造方法。6. The cover film is a SiO 2 film, a silicon nitride film.
6. The method according to claim 5, wherein the semiconductor device has a three-layer structure of a film and a SiO 2 film .
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP8140001A JP3060948B2 (en) | 1996-06-03 | 1996-06-03 | Method for manufacturing semiconductor device |
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JP8140001A JP3060948B2 (en) | 1996-06-03 | 1996-06-03 | Method for manufacturing semiconductor device |
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JPH09321294A JPH09321294A (en) | 1997-12-12 |
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JP3762136B2 (en) | 1998-04-24 | 2006-04-05 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
US6858505B2 (en) * | 2002-10-08 | 2005-02-22 | Samsung Electronics Co. Ltd. | Methods of forming transistor structures including separate anti-punchthrough layers |
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-
1996
- 1996-06-03 JP JP8140001A patent/JP3060948B2/en not_active Expired - Lifetime
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