JP3535805B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、駆動力に優れたM
OSトランジスタを有する半導体装置及びその製造方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an M having excellent driving force.
The present invention relates to a semiconductor device having an OS transistor and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、高集積化された半導体装置いわゆ
るVLSIの開発においては、VLSIの構成要素であ
るMOSトランジスタの一層の微細化が求められてい
る。MOSトランジスタにおいては、スケーリング則に
従って各世代のデバイスの寸法の縮小が図られており、
これに対応するため、基板濃度を増加させることによっ
て、いわゆる短チャネル効果を抑制しながらデバイスの
特性の向上を図っている。2. Description of the Related Art In recent years, in the development of highly integrated semiconductor devices, so-called VLSI, further miniaturization of MOS transistors, which are constituent elements of VLSI, has been required. In MOS transistors, the dimensions of devices of each generation are being reduced in accordance with the scaling rule.
In order to deal with this, by increasing the substrate concentration, the characteristics of the device are improved while suppressing the so-called short channel effect.
【0003】ところが、デバイスの各種の寸法のうちソ
ース又はドレインとなる不純物層の深さは、縮小するこ
とは難しい。そこで、短チャネル効果を抑制するための
MOSトランジスタの構造が提案されている。However, it is difficult to reduce the depth of the impurity layer serving as the source or the drain among various dimensions of the device. Therefore, a structure of a MOS transistor for suppressing the short channel effect has been proposed.
【0004】以下、従来例として、例えば、G. G. Shah
idi et al, "High-Performance Devices for a 0.15μ
m CMOS Technology",IEEE Electron Device Letters, v
ol.14, no.10, Octber 1993に示されているMOSト
ランジスタ(以下、単に従来のMOSトランジスタと称
する。)の構造及び製造方法について、図20を参照し
ながら説明する。Hereinafter, as a conventional example, for example, GG Shah
idi et al, "High-Performance Devices for a 0.15μ
m CMOS Technology ", IEEE Electron Device Letters, v
ol.14, no.10, Octber 1993, the structure and manufacturing method of the MOS transistor (hereinafter, simply referred to as a conventional MOS transistor) will be described with reference to FIG.
【0005】図20に示すように、従来のMOSトラン
ジスタは、半導体基板1の内部に形成されp- 型のウエ
ル領域2と、半導体基板1の表面部に形成されたp型の
チャネル領域3と、チャネル領域3の上にゲート絶縁膜
4を介して形成されたゲート電極5と、半導体基板1の
表面部におけるゲート電極5の両側方の領域にそれぞれ
形成されたn+ 型の不純物層からなるソース・ドレイン
領域9と、半導体基板1の表面部におけるソース・ドレ
イン領域9の内側に形成されたn+ 型の不純物層からな
るエクステンション領域6と、半導体基板1の表面部に
エクステンション領域6を覆うと共に上端部がゲート絶
縁膜4にまで延びるように形成されたp + 型のポケット
領域7とを備えている。As shown in FIG. 20, a conventional MOS transistor is used.
The resistor is formed inside the semiconductor substrate 1-Mold
And the p-type region formed on the surface of the semiconductor substrate 1
Channel region 3 and a gate insulating film on the channel region 3
Of the semiconductor substrate 1 and the gate electrode 5 formed via
In the regions on both sides of the gate electrode 5 on the surface portion,
N formed+-Type source / drain composed of impurity layers
The source / drain in the region 9 and the surface portion of the semiconductor substrate 1
N formed inside the in-region 9+From the impurity layer of the mold
The extension region 6 and the surface of the semiconductor substrate 1
The extension area 6 is covered and the upper end is gate-insulated.
P formed so as to extend to the edge film 4 +Mold pocket
And a region 7.
【0006】従来のMOSトランジスタによると、n+
型のエクステンション領域6を覆うように形成されたp
+ 型のポケット領域7を備えており、該ポケット領域7
が、n+ 型のエクステンション領域6及びソース・ドレ
イン領域9から空乏層が延びる事態を抑制するので、短
チャネル効果を抑制することができる。According to the conventional MOS transistor, n +
P formed to cover the extension region 6 of the mold
It has a + type pocket area 7, and the pocket area 7
However, since the depletion layer is prevented from extending from the n + type extension region 6 and the source / drain region 9, the short channel effect can be suppressed.
【0007】また、エクステンション領域6又はソース
・ドレイン領域9の深さをスケーリング則に沿って浅く
できないときでも、ポケット領域7の不純物濃度を高く
することによって、短チャネル効果を抑制することがで
きる。Further, even when the depth of the extension region 6 or the source / drain region 9 cannot be made shallow in accordance with the scaling rule, the short channel effect can be suppressed by increasing the impurity concentration of the pocket region 7.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
MOSトランジスタにおいては、以下に説明するような
問題がある。However, the conventional MOS transistor has the following problems.
【0009】(第1の問題)短チャネル効果を一層抑制
するべくp+ 型のポケット領域の不純物濃度を高くする
と、該ポケット領域がn+ 型のエクステンション領域を
覆っているため、エクステンション領域の不純物濃度が
相殺されて低下してしまう。このため、エクステンショ
ン領域の抵抗が大きくなるので、MOSトランジスタの
駆動力が低下するという問題がある。また、p+ 型のポ
ケット領域の不純物濃度を高くすると、チャネル領域に
おけるエクステンション領域近傍部の不純物濃度が高く
なるため、キャリアの不純物散乱が増加してキャリアの
移動度が低くなるので、MOSトランジスタの駆動力が
一層低下する。さらに、チャネル領域におけるエクステ
ンション領域近傍部の不純物濃度が高くなると、いわゆ
る逆短チャネル効果が発生して、トランジスタのしきい
値電圧がトランジスタのチャネル長に大きく依存してし
まうという問題も発生する。(First Problem) When the impurity concentration of the p + type pocket region is increased in order to further suppress the short channel effect, the impurity of the extension region is covered because the pocket region covers the n + type extension region. The concentration is offset and decreases. For this reason, the resistance of the extension region becomes large, which causes a problem that the driving force of the MOS transistor is reduced. Further, if the impurity concentration of the p + type pocket region is increased, the impurity concentration in the vicinity of the extension region in the channel region is increased, so that the impurity scattering of carriers is increased and the mobility of carriers is decreased. The driving force is further reduced. Further, when the impurity concentration in the vicinity of the extension region in the channel region becomes high, a so-called reverse short channel effect occurs, and there is a problem that the threshold voltage of the transistor largely depends on the channel length of the transistor.
【0010】(第2の問題)ところで、サイドウォール
は、n型の不純物イオンをイオン注入してエクステンシ
ョン領域を形成すると共にp型の不純物イオンをイオン
注入してポケット領域を形成した後、半導体基板の上に
全面に亘って絶縁膜を600℃〜850℃の低温で数十
分〜数時間かけて堆積し、その後、絶縁膜に異方性エッ
チングを施すことにより形成されるが、不純物イオンの
イオン注入時に発生した点欠陥(空孔及び格子間シリコ
ン)によって、不純物の増速拡散(Transient Enhanced
Diffusion)が顕著に引き起こされる。このため、ポケ
ット領域の不純物濃度が高くなるので、エクステンショ
ン領域の抵抗が大きくなると共にキャリアの移動度が低
下し、これによって、MOSトランジスタの駆動力が低
下する。また、エクステンション領域及びポケット領域
を形成するためのイオン注入時に発生した格子間シリコ
ンが、低温の熱処理時(例えば、サイドウォールとなる
絶縁膜の堆積時)にゲート絶縁膜に向かって拡散して分
布に勾配が発生するため、チャネル領域におけるゲート
電極端部の不純物が基板表面に向かって移動するので、
チャネル領域におけるゲート電極端部の表面領域の不純
物濃度が高くなる。このため、いわゆる逆短チャネル効
果が発生するので、しきい値電圧が変化してしまうとい
う問題がある。この現象は、ホウ素イオンをイオン注入
してポケット領域を形成する場合に顕著に現われる。(Second Problem) By the way, in the sidewall, after the n-type impurity ions are ion-implanted to form the extension regions and the p-type impurity ions are ion-implanted to form the pocket regions, the semiconductor substrate is formed. Is formed by depositing an insulating film over the entire surface at a low temperature of 600 ° C. to 850 ° C. for several tens of minutes to several hours, and then performing anisotropic etching on the insulating film. Accelerated diffusion of impurities (Transient Enhanced) due to point defects (vacancy and interstitial silicon) generated during ion implantation.
Diffusion) is caused significantly. As a result, the impurity concentration in the pocket region becomes high, the resistance in the extension region becomes high, and the mobility of carriers decreases, which reduces the driving force of the MOS transistor. In addition, interstitial silicon generated at the time of ion implantation for forming the extension region and the pocket region is diffused and distributed toward the gate insulating film during the low temperature heat treatment (for example, when the insulating film to be the sidewall is deposited). Since a gradient is generated in the channel region, impurities at the end of the gate electrode in the channel region move toward the substrate surface.
The impurity concentration of the surface region at the end of the gate electrode in the channel region becomes high. Therefore, a so-called reverse short channel effect occurs, which causes a problem that the threshold voltage changes. This phenomenon is prominent when boron ions are implanted to form pocket regions.
【0011】(第3の問題)従来のMOSトランジスタ
の製造方法においては、n+ 型エクステンション領域に
おける砒素イオンの分布を急峻にするため、p+ 型ポケ
ット領域にインジウムイオンをイオン注入して該ポケッ
ト領域を非晶質化している。(Third problem) In the conventional method of manufacturing a MOS transistor, in order to make the distribution of arsenic ions in the n + type extension region steep, indium ions are ion-implanted in the p + type pocket region and the pocket is formed. The region is made amorphous.
【0012】ところが、我々は、非晶質化工程の後に行
なわれる熱処理によって、エクステンション領域とポケ
ット領域との間に形成されるpn接合の近傍部であって
ポケット領域の内部(つまりエクステンション領域の外
部)に点欠陥が発生するということを新たに見い出し
た。ポケット領域の内部に点欠陥が発生すると、接合リ
ーク電流が発生する。このようなMOSトランジスタを
有するVLSIが移動体通信機器携帯機に組み込まれる
と、接合リーク電流に起因して待機時の消費電力が大き
くなってしまうという問題がある。However, we have found that by heat treatment performed after the amorphization process, it is inside the pocket region (that is, outside the extension region) near the pn junction formed between the extension region and the pocket region. ), A new point defect occurs. When a point defect occurs inside the pocket region, a junction leak current occurs. When a VLSI having such a MOS transistor is incorporated in a mobile device of a mobile communication device, there is a problem in that standby power consumption increases due to a junction leak current.
【0013】前記に鑑み、本発明は、MOSトランジス
タの駆動力を向上させることを目的とする。In view of the above, it is an object of the present invention to improve the driving force of a MOS transistor.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る第1の半導体装置は、半導体基板上に
ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、半導体
基板の表面部におけるゲート電極の直下の領域に形成さ
れた第1導電型の半導体層からなるチャネル領域と、半
導体基板の表面部におけるゲート電極の両側方の領域に
それぞれ形成された第2導電型の不純物層からなるソー
ス領域及びドレイン領域と、チャネル領域とソース領域
及びドレイン領域の各上部領域との間に、ソース領域又
はドレイン領域と接するようにそれぞれ形成された第2
導電型のエクステンション領域と、チャネル領域とソー
ス領域及びドレイン領域の各下部領域との間に、ソース
領域又はドレイン領域と接し且つゲート絶縁膜との間に
間隔をおくように形成された第1導電型のポケット領域
とを備えている。In order to achieve the above object, a first semiconductor device according to the present invention comprises a gate electrode formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a surface portion of the semiconductor substrate. From a channel region formed of a semiconductor layer of the first conductivity type formed immediately below the gate electrode and an impurity layer of the second conductivity type formed in regions on both sides of the gate electrode on the surface portion of the semiconductor substrate. A source region and a drain region, and a second region formed between the channel region and the upper regions of the source region and the drain region so as to be in contact with the source region or the drain region.
A first conductive layer formed between the conductive type extension region and the channel region and the lower regions of the source region and the drain region so as to be in contact with the source region or the drain region and to be spaced from the gate insulating film. And a mold pocket area.
【0015】第1の半導体装置によると、チャネル領域
とソース領域及びドレイン領域の各下部領域との間に、
ソース領域又はドレイン領域と接し且つゲート絶縁膜と
の間に間隔をおくように形成された第1導電型のポケッ
ト領域を備えているため、短チャネル効果を抑制するべ
くポケット領域の不純物濃度を高くしても、エクステン
ション領域の不純物濃度は低下しないと共にチャネル領
域におけるエクステンション領域の近傍部の不純物濃度
は高くならない。According to the first semiconductor device, between the channel region and each of the lower regions of the source region and the drain region,
Since the first conductivity type pocket region is formed so as to be in contact with the source region or the drain region and be spaced from the gate insulating film, the impurity concentration of the pocket region is increased to suppress the short channel effect. However, the impurity concentration of the extension region does not decrease and the impurity concentration of the channel region in the vicinity of the extension region does not increase.
【0016】従って、エクステンション領域の不純物濃
度が低下しないため、エクステンション領域の抵抗が高
くならなず、これによって、MOSトランジスタの駆動
力の低下を抑制することができる。また、チャネル領域
におけるエクステンション領域の近傍部の不純物濃度が
高くならないため、キャリアの不純物散乱に起因してキ
ャリアの移動度が低くなる事態を防止できるので、MO
Sトランジスタの駆動力の低下を防止することができ
る。Therefore, since the impurity concentration of the extension region does not decrease, the resistance of the extension region does not become high, which makes it possible to suppress the decrease of the driving force of the MOS transistor. In addition, since the impurity concentration in the vicinity of the extension region in the channel region does not increase, it is possible to prevent a situation in which the mobility of carriers is lowered due to the impurity scattering of carriers.
It is possible to prevent the driving force of the S transistor from lowering.
【0017】このため、第1の半導体装置によると、短
チャネル効果を抑制しながら、MOSトランジスタの駆
動力の低下を防止することが可能になる。Therefore, according to the first semiconductor device, it is possible to prevent the driving force of the MOS transistor from being lowered while suppressing the short channel effect.
【0018】第1の半導体装置において、チャネル領域
の両側部の領域に、エクステンション領域と接するよう
にそれぞれ形成され、チャネル領域の中央部に比べて活
性化不純物の濃度が低い第1導電型の低濃度チャネル領
域をさらに備えていることが好ましい。In the first semiconductor device, the first conductivity type low-density semiconductor layer is formed on both sides of the channel region so as to be in contact with the extension region and has a lower concentration of activated impurities than the central portion of the channel region. It is preferable to further include a concentration channel region.
【0019】このようにすると、チャネル領域の両側部
の領域に、エクステンション領域と接すると共に、チャ
ネル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い低
濃度チャネル領域が設けられているため、チャネル領域
の上部領域における活性化不純物の濃度は、ソース側か
らドレイン側に架けて又はドレイン側からソース側に架
けて、低濃度−高濃度−低濃度になっている。つまり、
チャネル領域におけるエクステンション領域と接する領
域における活性化不純物の濃度は低くなっている。In this way, the low concentration channel region, which is in contact with the extension region and has a lower concentration of activated impurities than the central portion of the channel region, is provided in the regions on both sides of the channel region. The concentration of the activated impurities in the upper region of the region is low concentration-high concentration-low concentration from the source side to the drain side or from the drain side to the source side. That is,
The concentration of activated impurities is low in a region of the channel region which is in contact with the extension region.
【0020】従って、エクステンション領域の抵抗は一
層低くなるので、MOSトランジスタの駆動力の低下を
一層防止することができる。Therefore, the resistance of the extension region is further lowered, so that the driving force of the MOS transistor can be further prevented from being lowered.
【0021】本発明に係る第2の半導体装置は、半導体
基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極
と、半導体基板の表面部におけるゲート電極の直下の領
域に形成され、インジウムイオンがドーピングされた第
1導電型の半導体層からなるチャネル領域と、半導体基
板の表面部におけるゲート電極の両側方の領域にそれぞ
れ形成された第2導電型の不純物層からなるソース領域
及びドレイン領域と、チャネル領域とソース領域及びド
レイン領域の各上部領域との間に、ソース領域又はドレ
イン領域と接するようにそれぞれ形成された第2導電型
のエクステンション領域と、チャネル領域の両側部の領
域に、エクステンション領域と接するようにそれぞれ形
成され、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の
濃度が低い第1導電型の低濃度チャネル領域とを備えて
いる。A second semiconductor device according to the present invention is formed in a gate electrode formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and in a region directly below the gate electrode on a surface portion of the semiconductor substrate. A channel region made of a doped first conductivity type semiconductor layer, and a source region and a drain region made of a second conductivity type impurity layer respectively formed in regions on both sides of the gate electrode on the surface portion of the semiconductor substrate, The second conductivity type extension region is formed between the channel region and the upper regions of the source region and the drain region so as to be in contact with the source region or the drain region, and the extension regions are formed on both sides of the channel region. And a first conductive layer having a lower concentration of activated impurities than the central portion of the channel region. And a low-concentration channel region of.
【0022】第2の半導体装置によると、チャネル領域
の両側部の領域に、エクステンション領域と接すると共
に、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度
が低い低濃度チャネル領域が設けられているため、チャ
ネル領域の上部領域における活性化不純物の濃度は、ソ
ース側からドレイン側に架けて又はドレイン側からソー
ス側に架けて、低濃度−高濃度−低濃度になっている。
つまり、チャネル領域におけるエクステンション領域と
接する領域における活性化不純物の濃度は低くなってい
る。このため、エクステンション領域の抵抗が低くなる
ので、MOSトランジスタの駆動力の低下を防止するこ
とができる。According to the second semiconductor device, the low-concentration channel regions which are in contact with the extension regions and have a lower concentration of activating impurities than the central portion of the channel regions are provided in the regions on both sides of the channel region. Therefore, the concentration of activated impurities in the upper region of the channel region is low concentration-high concentration-low concentration from the source side to the drain side or from the drain side to the source side.
That is, the concentration of the activation impurity is low in the region of the channel region which is in contact with the extension region. For this reason, the resistance of the extension region is lowered, so that the driving force of the MOS transistor can be prevented from being lowered.
【0023】本発明に係る第1の半導体装置の製造方法
は、半導体基板の表面部に第1導電型の不純物イオンを
イオン注入して、チャネル領域となる第1導電型の半導
体層を形成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜
を介してゲート電極を形成する工程と、半導体層にゲー
ト電極をマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオ
ン注入して、半導体層の上部領域に第2導電型の第1の
不純物層を形成する工程と、半導体層にゲート電極をマ
スクとしてインジウムイオンをイオン注入して、半導体
層の下部領域に第1導電型の不純物層を形成する工程
と、半導体基板に対して約950℃〜約1050℃の温
度で短時間の熱処理を施す工程と、ゲート電極の側面に
サイドウォールを形成する工程と、第2導電型の第1の
不純物層及び第1導電型の不純物層に、ゲート電極及び
サイドウォールをマスクとして第2導電型の不純物イオ
ンをイオン注入して、第2導電型の第1の不純物層及び
第1導電型の不純物層におけるゲート電極の両側方の領
域に第2導電型の第2の不純物層からなるソース領域及
びドレイン領域を形成し、第2導電型の第1の不純物層
におけるソース領域又はドレイン領域の各上部領域の内
側に第2導電型のエクステンション領域を形成すると共
に、第1導電型の不純物層におけるソース領域又はドレ
イン領域の各下部領域の内側に第1導電型のポケット領
域を形成する工程とを備えている。In the first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, first conductivity type impurity ions are ion-implanted into a surface portion of a semiconductor substrate to form a first conductivity type semiconductor layer to be a channel region. A step of forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film, and impurity ions of the second conductivity type are ion-implanted into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form a first layer in the upper region of the semiconductor layer. A step of forming a first-conductivity-type impurity layer of two conductivity type; a step of implanting indium ions into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form a first-conductivity-type impurity layer in a lower region of the semiconductor layer; A step of subjecting the semiconductor substrate to a heat treatment at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C. for a short time, a step of forming a sidewall on a side surface of the gate electrode, a second impurity type first impurity layer and a first impurity layer Guide Both sides of the gate electrode in the first conductivity type impurity layer and the second conductivity type first impurity layer by implanting second conductivity type impurity ions into the second conductivity type impurity layer using the gate electrode and the sidewall as a mask. A source region and a drain region made of a second impurity layer of the second conductivity type are formed in one region, and a second region is formed inside each upper region of the source region or the drain region in the first impurity layer of the second conductivity type. Forming a conductive type extension region, and forming a first conductive type pocket region inside each lower region of the source region or drain region in the first conductive type impurity layer.
【0024】第1の半導体装置の製造方法によると、ホ
ウ素イオンに比べて原子質量が大きいインジウムイオン
をイオン注入して、ポケット領域となる第1導電型の不
純物層を形成するため、ポケット領域における不純物の
濃度分布のピーク位置を浅くすることができると共にポ
ケット領域が拡がる範囲を抑制することができる。ま
た、インジウムイオンの拡散係数はホウ素イオンの拡散
係数に比べて小さいため、熱拡散によるポケット領域の
拡がりを抑制することができる。According to the first method of manufacturing a semiconductor device, indium ions having a larger atomic mass than boron ions are ion-implanted to form a first conductivity type impurity layer to be a pocket region. The peak position of the impurity concentration distribution can be made shallow, and the range in which the pocket region is expanded can be suppressed. Further, since the diffusion coefficient of indium ions is smaller than that of boron ions, the expansion of the pocket region due to thermal diffusion can be suppressed.
【0025】ところで、インジウムイオンは、ホウ素イ
オンと同様、イオン注入時に発生する点欠陥に起因する
増速拡散が発生する恐れがある。ところが、第1の半導
体装置の製造方法においては、インジウムイオンをイオ
ン注入してポケット領域となる第1導電型の不純物層を
形成した後に、約950℃〜約1050℃の温度で短時
間の熱処理を施すため、点欠陥に起因する増速拡散の発
生を抑制することができる。By the way, indium ions, like boron ions, may cause accelerated diffusion due to point defects generated during ion implantation. However, in the first method for manufacturing a semiconductor device, after indium ions are ion-implanted to form a first conductivity type impurity layer which becomes a pocket region, a heat treatment is performed at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C. for a short time. Therefore, accelerated diffusion due to point defects can be suppressed.
【0026】従って、第1の半導体装置の製造方法によ
ると、ゲート絶縁膜との間に間隔をおくポケット領域を
有する第1の半導体装置を確実に製造することができ
る。Therefore, according to the method of manufacturing the first semiconductor device, it is possible to reliably manufacture the first semiconductor device having the pocket region spaced apart from the gate insulating film.
【0027】第1の半導体装置の製造方法において、第
1導電型の不純物層を形成する工程におけるインジウム
イオンのドーズ量は5×1013cm-2以下であることが
好ましい。In the method of manufacturing the first semiconductor device, the dose amount of indium ions in the step of forming the impurity layer of the first conductivity type is preferably 5 × 10 13 cm -2 or less.
【0028】このようにすると、ポケット領域となる第
1導電型の不純物層において、シリコン結晶が非晶質化
せず、転移ループ等のEOR点欠陥が発生しないので、
接合リーク電流の発生を防止できる。By doing so, in the first conductivity type impurity layer which becomes the pocket region, the silicon crystal does not become amorphous, and EOR point defects such as transition loops do not occur.
It is possible to prevent the occurrence of junction leakage current.
【0029】本発明に係る第2の半導体装置の製造方法
は、半導体基板の表面部に第1導電型の不純物イオンを
イオン注入して、チャネル領域となる第1導電型の半導
体層を形成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜
を介してゲート電極を形成する工程と、半導体層にゲー
ト電極をマスクとしてIV族に属する原子のイオンをイオ
ン注入して、半導体層の上部領域に第1導電型の非晶質
層を形成する工程と、非晶質層にゲート電極をマスクと
して第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、非晶
質層に第2導電型の第1の不純物層を形成する工程と、
半導体層にゲート電極をマスクとしてインジウムイオン
をイオン注入して、半導体層の下部領域に第1導電型の
不純物層を形成する工程と、半導体基板に対して約95
0℃〜約1050℃の温度で短時間の熱処理を施す工程
と、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程
と、第2導電型の第1の不純物層及び第1導電型の不純
物層に、ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして
第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、第2導電
型の第1の不純物層及び第1導電型の不純物層における
ゲート電極の両側方の領域に第2導電型の第2の不純物
層からなるソース領域及びドレイン領域を形成し、第2
導電型の第1の不純物層におけるソース領域又はドレイ
ン領域の各上部領域の内側に第2導電型のエクステンシ
ョン領域を形成すると共に、第1導電型の不純物層にお
けるソース領域又はドレイン領域の各下部領域の内側に
第1導電型のポケット領域を形成する工程とを備えてい
る。In a second method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, first conductivity type impurity ions are ion-implanted into a surface portion of a semiconductor substrate to form a first conductivity type semiconductor layer to be a channel region. Steps, a step of forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film, and ions of atoms belonging to Group IV are ion-implanted into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form a first layer in the upper region of the semiconductor layer. Forming a first conductivity type amorphous layer; and implanting second conductivity type impurity ions into the amorphous layer by using the gate electrode as a mask to implant the second conductivity type first A step of forming an impurity layer,
A step of implanting indium ions into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form an impurity layer of the first conductivity type in a lower region of the semiconductor layer;
A step of performing a heat treatment at a temperature of 0 ° C. to about 1050 ° C. for a short time, a step of forming a sidewall on a side surface of the gate electrode, a second conductivity type first impurity layer and a first conductivity type impurity layer. , Impurity ions of the second conductivity type are ion-implanted using the gate electrode and the sidewalls as masks, and second ion implantation is performed in regions on both sides of the gate electrode in the first conductivity type first impurity layer and the first conductivity type impurity layer. Forming a source region and a drain region made of a second conductivity type second impurity layer;
A second conductivity type extension region is formed inside each upper region of the source region or the drain region in the conductivity type first impurity layer, and each lower region of the source region or the drain region in the first conductivity type impurity layer. And forming a pocket region of the first conductivity type inside.
【0030】第2の半導体装置の製造方法によると、第
1の半導体装置の製造方法と同様、ホウ素イオンに比べ
て、原子質量が大きいと共に拡散係数が小さいインジウ
ムイオンをイオン注入して、ポケット領域となる第1導
電型の不純物層を形成するため、ポケット領域における
不純物の濃度分布のピーク位置を浅くできると共にポケ
ット領域が拡がる範囲を抑制でき、また、熱拡散による
ポケット領域の拡がりを抑制することができる。従っ
て、ゲート絶縁膜との間に間隔をおくポケット領域を有
する第1の半導体装置を確実に製造することができる。According to the second method for manufacturing a semiconductor device, indium ions, which have a larger atomic mass and a smaller diffusion coefficient than boron ions, are ion-implanted in the same way as the first method for manufacturing a semiconductor device, and the pocket region is formed. Since the first conductivity type impurity layer is formed, the peak position of the impurity concentration distribution in the pocket region can be made shallow, the range in which the pocket region expands can be suppressed, and the expansion of the pocket region due to thermal diffusion can be suppressed. You can Therefore, it is possible to reliably manufacture the first semiconductor device having the pocket region spaced apart from the gate insulating film.
【0031】特に、第2の半導体装置の製造方法におい
ては、第1導電型の半導体層の上部領域に非晶質層を形
成しておいてから、第2導電型の不純物イオンをイオン
注入して、エクステンション領域となる第2導電型の第
1の不純物層を形成するため、第2導電型の第1の不純
物層においては不純物濃度の分布が急峻になるので、エ
クステンション領域の低抵抗化を実現でき、これによっ
て、MOSトランジスタの駆動力を向上させることがで
きる。In particular, in the second semiconductor device manufacturing method, an amorphous layer is formed in the upper region of the first conductivity type semiconductor layer, and then the second conductivity type impurity ions are ion-implanted. Then, since the second conductivity type first impurity layer to be the extension region is formed, the impurity concentration distribution becomes steep in the second conductivity type first impurity layer, so that the resistance of the extension region is lowered. This can be realized, and thereby, the driving force of the MOS transistor can be improved.
【0032】第2の半導体装置の製造方法において、第
1導電型の不純物層を形成する工程におけるインジウム
イオンのドーズ量は5×1013cm-2以下であることが
好ましい。In the second method of manufacturing a semiconductor device, the dose amount of indium ions in the step of forming the impurity layer of the first conductivity type is preferably 5 × 10 13 cm -2 or less.
【0033】このようにすると、ポケット領域となる第
1導電型の不純物層において、シリコン結晶が非晶質化
せず、転移ループ等のEOR点欠陥が発生しないので、
接合リーク電流の発生を防止できる。By doing so, in the first-conductivity-type impurity layer serving as the pocket region, the silicon crystal does not become amorphous, and EOR point defects such as transition loops do not occur.
It is possible to prevent the occurrence of junction leakage current.
【0034】本発明に係る第3の半導体装置の製造方法
は、半導体基板の表面部にインジウムイオンをイオン注
入して、チャネル領域となる第1導電型の半導体層を形
成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜を介して
ゲート電極を形成する工程と、半導体層にゲート電極を
マスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入し
て、半導体層の上部領域に第2導電型の第1の不純物層
を形成する工程と、半導体基板の上に全面に亘って絶縁
膜を約600℃〜約850℃の温度で堆積して、半導体
層の上部領域における第2導電型の第1の不純物層の内
側に、半導体層よりも不純物濃度が低い第1導電型の低
濃度チャネル領域を形成する工程と、絶縁膜に対して異
方性エッチングを施して、ゲート電極の側面にサイドウ
ォールを形成する工程と、第2導電型の第1の不純物層
及び半導体層に、ゲート電極及びサイドウォールをマス
クとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、
第2導電型の第1の不純物層及び半導体層におけるゲー
ト電極の両側方の領域に第2導電型の第2の不純物層か
らなるソース領域及びドレイン領域を形成すると共に、
第2導電型の第1の不純物層におけるソース領域又はド
レイン領域の各上部領域の内側に第2導電型のエクステ
ンション領域を形成する工程とを備えている。A third method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of implanting indium ions into a surface portion of a semiconductor substrate to form a semiconductor layer of a first conductivity type which becomes a channel region, and a semiconductor substrate. A step of forming a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film, and impurity ions of the second conductivity type are ion-implanted into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask, and a second conductivity type first ion is implanted in the upper region of the semiconductor layer. 1 step of forming the impurity layer and depositing an insulating film over the entire surface of the semiconductor substrate at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. to form the first conductivity type first layer in the upper region of the semiconductor layer. Inside the impurity layer, a step of forming a first-conductivity-type low-concentration channel region having an impurity concentration lower than that of the semiconductor layer, and anisotropic etching of the insulating film to form a sidewall on the side surface of the gate electrode. Form Degree and, the first impurity layer and the semiconductor layer of the second conductivity type, impurity ions of the second conductivity type by ion implantation using the gate electrode and the sidewalls as a mask,
A source region and a drain region made of a second impurity layer of the second conductivity type are formed in regions on both sides of the gate electrode in the first impurity layer of the second conductivity type and the semiconductor layer, and
And a step of forming an extension region of the second conductivity type inside each upper region of the source region or the drain region in the first impurity layer of the second conductivity type.
【0035】第3の半導体装置の製造方法によると、イ
ンジウムイオンをイオン注入してチャネル領域となる第
1導電型の半導体層を形成する工程と、第2導電型の不
純物イオンをイオン注入してエクステンション領域とな
る第2導電型の第1の不純物層を形成した後、絶縁膜を
約600℃〜約850℃の温度で堆積する際に低温長時
間の熱処理を施す工程とを備えている。イオン注入によ
りエクステンション領域となる第2導電型の第1の不純
物層を形成したときに発生した格子間シリコン原子は、
低温長時間の熱処理によりゲート絶縁膜の方に移動する
が、移動する際に、第1導電型の半導体層におけるゲー
ト絶縁膜の両側部の下側領域に存在するインジウムイオ
ンと結合して、インジウムイオンを不活性化させる。こ
のため、チャネル領域となる第1導電型の半導体層にお
けるゲート絶縁膜の両側部の下側領域すなわち第1導電
型の半導体層における第2導電型の第1の不純物層の内
側の領域に、第1導電型の半導体層に比べて活性化不純
物の濃度が低い低濃度チャネル領域が形成される。According to the third method of manufacturing a semiconductor device, a step of ion-implanting indium ions to form a semiconductor layer of the first conductivity type to be a channel region, and ion implantation of impurity ions of the second conductivity type. After forming the second conductivity type first impurity layer to be the extension region, a step of performing a low temperature and long time heat treatment when depositing the insulating film at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. is provided. The interstitial silicon atoms generated when the first impurity layer of the second conductivity type that becomes the extension region is formed by ion implantation are
It moves toward the gate insulating film by heat treatment at a low temperature for a long time, and at the time of moving, it combines with indium ions existing in lower regions on both sides of the gate insulating film in the semiconductor layer of the first conductivity type to form indium. Inactivate ions. Therefore, in the lower regions on both sides of the gate insulating film in the first-conductivity-type semiconductor layer that will be the channel region, that is, in the region inside the second-conductivity-type first impurity layer in the first-conductivity-type semiconductor layer, A low-concentration channel region having a lower concentration of activated impurities than that of the first-conductivity-type semiconductor layer is formed.
【0036】従って、第3の半導体装置の製造方法によ
ると、チャネル領域の両側部の領域に、チャネル領域の
中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネ
ル領域を有する第2の半導体装置を確実に製造すること
ができる。Therefore, according to the third method of manufacturing a semiconductor device, the second semiconductor having the low-concentration channel region in which the concentration of the activation impurity is lower in the regions on both sides of the channel region than in the central portion of the channel region. The device can be reliably manufactured.
【0037】本発明に係る第4の半導体装置の製造方法
は、半導体基板の表面部にインジウムイオンをイオン注
入して、チャネル領域となる第1導電型の半導体層を形
成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜を介して
ゲート電極を形成する工程と、半導体層にゲート電極を
マスクとしてIV族に属する原子のイオンをイオン注入し
て、半導体層の上部領域に第1導電型の非晶質層を形成
する工程と、非晶質層にゲート電極をマスクとして第2
導電型の不純物イオンをイオン注入して、非晶質に第2
導電型の第1の不純物層を形成する工程と、半導体基板
の上に全面に亘って絶縁膜を約600℃〜約850℃の
温度で堆積して、半導体層の上部領域における第2導電
型の第1の不純物層の内側に、半導体層よりも不純物濃
度が低い第1導電型の低濃度チャネル領域を形成する工
程と、絶縁膜に対して異方性エッチングを施して、ゲー
ト電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、第2
導電型の第1の不純物層及び半導体層に、ゲート電極及
びサイドウォールをマスクとして第2導電型の不純物イ
オンをイオン注入して、第2導電型の第1の不純物層及
び半導体層におけるゲート電極の両側方の領域に第2導
電型の第2の不純物層からなるソース領域及びドレイン
領域を形成すると共に、第2導電型の第1の不純物層に
おけるソース領域又はドレイン領域の各上部領域の内側
に第2導電型のエクステンション領域を形成する工程と
を備えている。A fourth method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of implanting indium ions into a surface portion of a semiconductor substrate to form a semiconductor layer of a first conductivity type which becomes a channel region, and a semiconductor substrate. A step of forming a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film, and by ion-implanting ions of group IV atoms into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask, a non-conductive layer of the first conductivity type is formed in the upper region of the semiconductor layer. A step of forming a crystalline layer and a second step using the gate electrode as a mask on the amorphous layer
Conductive type impurity ions are ion-implanted to make the second amorphous state.
A step of forming a conductive type first impurity layer, and depositing an insulating film over the entire surface of the semiconductor substrate at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. to form a second conductive type in the upper region of the semiconductor layer. Forming a low-concentration first conductivity type channel region having a lower impurity concentration than the semiconductor layer inside the first impurity layer, and anisotropically etching the insulating film to form a side surface of the gate electrode. A step of forming a sidewall on the second
Gate electrodes in the second conductivity type first impurity layer and the semiconductor layer are formed by ion-implanting second conductivity type impurity ions into the conductivity type first impurity layer and the semiconductor layer using the gate electrode and the sidewall as a mask. A source region and a drain region formed of a second impurity layer of the second conductivity type are formed in regions on both sides of the inner side of each upper region of the source region or the drain region in the first impurity layer of the second conductivity type. And a step of forming an extension region of the second conductivity type.
【0038】第4の半導体装置の製造方法によると、第
3の半導体装置の製造方法と同様、インジウムイオンを
イオン注入してチャネル領域となる第1導電型の半導体
層を形成する工程と、第2導電型の不純物イオンをイオ
ン注入してエクステンション領域となる第2導電型の第
1の不純物層を形成した後、絶縁膜を約600℃〜約8
50℃の温度で堆積する際に低温長時間の熱処理が施さ
れる工程とを備えているため、格子間シリコン原子は、
ゲート絶縁膜の方に移動する際に、第1導電型の半導体
層におけるゲート絶縁膜の両側部の下側領域に存在する
インジウムイオンと結合して、インジウムイオンを不活
性化させるので、第1導電型の半導体層における第2導
電型の第1の不純物層の内側の領域に、第1導電型の半
導体層に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネ
ル領域を形成することができる。According to the fourth method for manufacturing a semiconductor device, indium ions are ion-implanted to form a semiconductor layer of the first conductivity type which becomes a channel region, as in the method for manufacturing a third semiconductor device. After the second conductivity type impurity ions are ion-implanted to form the second conductivity type first impurity layer serving as the extension region, the insulating film is formed at about 600 ° C. to about 8 ° C.
Since the interstitial silicon atom has a step of performing heat treatment at low temperature for a long time when depositing at a temperature of 50 ° C.,
When moving to the gate insulating film, the indium ions are combined with the indium ions existing in the lower regions on both sides of the gate insulating film in the semiconductor layer of the first conductivity type to inactivate the indium ions. A low-concentration channel region having a lower concentration of activating impurities than that of the first-conductivity-type semiconductor layer can be formed in a region inside the second-conductivity-type first impurity layer in the conductivity-type semiconductor layer.
【0039】特に、第4の半導体装置の製造方法におい
ては、第2導電型の不純物イオンをイオン注入してエク
ステンション領域となる第2導電型の第1の不純物層を
形成する工程よりも前に、IV族に属する原子のイオンを
イオン注入して第1導電型の半導体層の上部領域に非晶
質層を形成する工程を備えているため、第1導電型の半
導体層の上部領域に発生する格子間シリコン原子が増加
するので、格子間シリコン原子との結合によって不活性
化するインジウムイオンの数も増加する。このため、第
1導電型の半導体層に比べて活性化不純物の濃度が低い
低濃度チャネル領域を効率良く形成することができる。In particular, in the fourth method of manufacturing a semiconductor device, before the step of implanting the second conductivity type impurity ions to form the second conductivity type first impurity layer to be the extension region. , A group IV atom is ion-implanted to form an amorphous layer in the upper region of the first conductivity type semiconductor layer, so that it is generated in the upper region of the first conductivity type semiconductor layer. Since the number of interstitial silicon atoms that are generated increases, the number of indium ions that are inactivated by the bond with the interstitial silicon atoms also increases. Therefore, it is possible to efficiently form the low-concentration channel region in which the concentration of the activation impurity is lower than that of the first-conductivity-type semiconductor layer.
【0040】本発明に係る第5の半導体装置の製造方法
は、半導体基板の表面部にインジウムイオンをイオン注
入して、チャネル領域となる第1導電型の半導体層を形
成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜を介して
ゲート電極を形成する工程と、半導体層にゲート電極を
マスクとして第2導電型の不純物イオンをイオン注入し
て、半導体層の上部領域に第2導電型の第1の不純物層
を形成する工程と、半導体基板に対して約600℃〜約
850℃の温度で長時間の第1の熱処理を施して、半導
体層の上部領域における第2導電型の第1の不純物層の
内側に、半導体層よりも不純物濃度が低い第1導電型の
低濃度チャネル領域を形成する工程と、半導体層にゲー
ト電極をマスクとしてインジウムイオンをイオン注入し
て、半導体層の下部領域に第1導電型の不純物層を形成
する工程と、半導体基板に対して約950℃〜約105
0℃の温度で短時間の第2の熱処理を施す工程と、ゲー
ト電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、第2
導電型の第1の不純物層及び第1導電型の不純物層に、
ゲート電極及びサイドウォールをマスクとして第2導電
型の不純物イオンをイオン注入して、第2導電型の第1
の不純物層及び第1導電型の不純物層におけるゲート電
極の両側方の領域に第2導電型の第2の不純物層からな
るソース領域及びドレイン領域を形成し、第2導電型の
第1の不純物層におけるソース領域又はドレイン領域の
各上部領域の内側に第2導電型のエクステンション領域
を形成すると共に、第1導電型の不純物層におけるソー
ス領域又はドレイン領域の各下部領域の内側に第1導電
型のポケット領域を形成する工程とを備えている。A fifth method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of implanting indium ions into a surface portion of a semiconductor substrate to form a semiconductor layer of a first conductivity type which becomes a channel region, and a semiconductor substrate. A step of forming a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film, and impurity ions of the second conductivity type are ion-implanted into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask, and a second conductivity type first ion is implanted in the upper region of the semiconductor layer. 1 step of forming an impurity layer and performing a first heat treatment on the semiconductor substrate at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. for a long time to form a first conductivity type first layer in the upper region of the semiconductor layer. Inside the impurity layer, a step of forming a first conductivity type low-concentration channel region having an impurity concentration lower than that of the semiconductor layer, and indium ions are ion-implanted into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask, Forming an impurity layer of the first conductivity type in the region of about 950 ° C. ~ about 105 to the semiconductor substrate
A step of performing a second heat treatment at a temperature of 0 ° C. for a short time, a step of forming a sidewall on a side surface of the gate electrode, a second step
A conductive type first impurity layer and a first conductive type impurity layer,
By using the gate electrode and the sidewall as a mask, impurity ions of the second conductivity type are ion-implanted, and the first conductivity type of the first conductivity type is implanted.
Source and drain regions formed of a second impurity layer of the second conductivity type are formed in regions on both sides of the gate electrode in the impurity layer of the first conductivity type and the impurity layer of the first conductivity type, and the first impurity of the second conductivity type is formed. A second conductivity type extension region is formed inside each upper region of the source region or drain region in the layer, and a first conductivity type is formed inside each lower region of the source region or drain region in the first conductivity type impurity layer. And forming a pocket region of the.
【0041】第5の半導体装置の製造方法によると、イ
ンジウムイオンをイオン注入してチャネル領域となる第
1導電型の半導体層を形成する工程と、第2導電型の不
純物イオンをイオン注入してエクステンション領域とな
る第2導電型の第1の不純物層を形成した後、約600
℃〜約850℃の温度下で行なう低温長時間の熱処理を
施す工程とを備えているため、第3の半導体装置の製造
方法と同様、格子間シリコン原子は、ゲート絶縁膜の方
に移動する際に、第1導電型の半導体層におけるゲート
絶縁膜の両側部の下側領域に存在するインジウムイオン
と結合して、インジウムイオンを不活性化させるので、
第1導電型の半導体層における第2導電型の第1の不純
物層の内側の領域に、第1導電型の半導体層に比べて活
性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域を形成する
ことができる。従って、チャネル領域の両側部の領域
に、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度
が低い低濃度チャネル領域を有する半導体装置を確実に
製造することができる。According to the fifth method of manufacturing a semiconductor device, a step of ion-implanting indium ions to form a semiconductor layer of the first conductivity type to be a channel region, and ion implantation of impurity ions of the second conductivity type. After forming the first impurity layer of the second conductivity type to be the extension region, about 600
C. to about 850.degree. C., a step of performing a low-temperature long-time heat treatment performed at a temperature of about 850.degree. At that time, since the indium ions are inactivated by combining with the indium ions existing in the lower regions on both sides of the gate insulating film in the semiconductor layer of the first conductivity type,
A low-concentration channel region having a lower concentration of activating impurities than that of the first-conductivity-type semiconductor layer may be formed in a region inside the second-conductivity-type first impurity layer in the first-conductivity-type semiconductor layer. it can. Therefore, it is possible to reliably manufacture the semiconductor device having the low-concentration channel regions in which the concentration of the activation impurities is lower in the regions on both sides of the channel region than in the central portion of the channel region.
【0042】また、インジウムイオンをイオン注入して
ポケット領域となる第1導電型の不純物層を形成した
後、約950℃〜約1050℃の温度下で行なう高温短
時間の熱処理を施す工程を備えているため、第1の半導
体装置の製造方法と同様、ポケット領域における不純物
の濃度分布のピーク位置を浅くできると共にポケット領
域が拡がる範囲を抑制でき、また、熱拡散によるポケッ
ト領域の拡がりを抑制することができる。従って、ゲー
ト絶縁膜との間に間隔をおくポケット領域を有する半導
体装置を確実に製造することができる。Further, the method comprises a step of performing a heat treatment at a high temperature for a short time at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C. after ion-implanting indium ions to form a first conductivity type impurity layer to be a pocket region. Therefore, similar to the first semiconductor device manufacturing method, the peak position of the impurity concentration distribution in the pocket region can be made shallow, the range in which the pocket region expands can be suppressed, and the expansion of the pocket region due to thermal diffusion can be suppressed. be able to. Therefore, a semiconductor device having a pocket region spaced apart from the gate insulating film can be reliably manufactured.
【0043】本発明に係る第6の半導体装置の製造方法
は、半導体基板の表面部に第1導電型の不純物イオンを
イオン注入して、チャネル領域となる第1導電型の半導
体層を形成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜
を介してゲート電極を形成する工程と、半導体層にゲー
ト電極をマスクとしてIV族に属する原子のイオンをイオ
ン注入して、半導体層の上部領域に第1導電型の非晶質
層を形成する工程と、非晶質層にゲート電極をマスクと
して第2導電型の不純物イオンをイオン注入して、非晶
質層に第2導電型の第1の不純物層を形成する工程と、
半導体基板の上に全面に亘って絶縁膜を約600℃〜約
850℃の温度で堆積して、半導体層の上側領域におけ
る第2導電型の第1の不純物層の内側に、半導体層より
も不純物濃度が低い第1導電型の低濃度チャネル領域を
形成する工程と、絶縁膜に対して異方性エッチングを施
して、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工
程と、第2導電型の第1の不純物層及び半導体層に、ゲ
ート電極及びサイドウォールをマスクとして第2導電型
の不純物イオンをイオン注入して、第2導電型の第1の
不純物層及び半導体層の下部領域におけるゲート電極の
両側方の領域に第2導電型の第2の不純物層からなるソ
ース領域及びドレイン領域を形成すると共に、第2導電
型の第1の不純物層におけるソース領域又はドレイン領
域の各上部領域の内側に第2導電型のエクステンション
領域をそれぞれ形成する工程と、サイドウォールを除去
した後、半導体層にゲート電極をマスクとしてインジウ
ムイオンをイオン注入して、半導体層の下部領域におけ
るソース領域又はドレイン領域の各下部領域の内側に第
1導電型のポケット領域を形成する工程とを備えてい
る。In a sixth method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, impurity ions of the first conductivity type are ion-implanted into a surface portion of a semiconductor substrate to form a semiconductor layer of the first conductivity type which becomes a channel region. Steps, a step of forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film, and ions of atoms belonging to Group IV are ion-implanted into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form a first layer in the upper region of the semiconductor layer. Forming a first conductivity type amorphous layer; and implanting second conductivity type impurity ions into the amorphous layer by using the gate electrode as a mask to implant the second conductivity type first A step of forming an impurity layer,
An insulating film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C., and is deposited inside the second conductivity type first impurity layer in the upper region of the semiconductor layer more than the semiconductor layer. A step of forming a low-concentration first-conductivity-type channel region having a low impurity concentration; a step of anisotropically etching the insulating film to form a sidewall on a side surface of the gate electrode; The second conductive type impurity ions are ion-implanted into the first impurity layer and the semiconductor layer by using the gate electrode and the sidewall as a mask, and the gate electrode in the lower region of the second conductive type first impurity layer and the semiconductor layer. A source region and a drain region made of a second impurity layer of the second conductivity type are formed in regions on both sides of the first impurity layer of the second conductivity type, and the upper region of the source region or the drain region in the first impurity layer of the second conductivity type is formed. Forming a second conductivity type extension region on each side, and after removing the sidewall, indium ions are ion-implanted into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask to form a source region or a drain region in the lower region of the semiconductor layer. And forming a pocket region of the first conductivity type inside each of the lower regions.
【0044】第6の半導体装置の製造方法によると、イ
ンジウムイオンをイオン注入してチャネル領域となる第
1導電型の半導体層を形成する工程と、IV族に属する原
子のイオンをイオン注入して、第1導電型の半導体層の
上部領域に非晶質層を形成する工程と、第2導電型の不
純物イオンをイオン注入してエクステンション領域とな
る第2導電型の第1の不純物層を形成した後、約600
℃〜約850℃の温度下で行なう低温長時間の熱処理を
施す工程とを備えているため、第4の半導体装置の製造
方法と同様、第1導電型の半導体層における第2導電型
の第1の不純物層の内側の領域に、第1導電型の半導体
層に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領
域を効率良く形成することができる。According to the sixth method for manufacturing a semiconductor device, a step of ion-implanting indium ions to form a semiconductor layer of the first conductivity type which becomes a channel region, and ion-implanting ions of atoms belonging to Group IV are carried out. A step of forming an amorphous layer in an upper region of the first conductive type semiconductor layer, and ion-implanting second conductive type impurity ions to form a second conductive type first impurity layer to be an extension region. After doing about 600
C. to about 850.degree. C., a step of performing a low-temperature long-time heat treatment performed at a temperature of about 850.degree. In the region inside the first impurity layer, a low-concentration channel region having a lower concentration of activating impurities than that of the first conductivity type semiconductor layer can be efficiently formed.
【0045】また、インジウムイオンをイオン注入して
ポケット領域となる第1導電型の不純物層を形成した
後、約950℃〜約1050℃の温度下で行なう高温短
時間の熱処理を施す工程を備えているため、第1の半導
体装置の製造方法と同様、ポケット領域における不純物
の濃度分布のピーク位置を浅くできると共にポケット領
域が拡がる範囲を抑制でき、また、熱拡散によるポケッ
ト領域の拡がりを抑制することができる。従って、ゲー
ト絶縁膜との間に間隔をおくポケット領域を有する半導
体装置を確実に製造することができる。Further, the method comprises a step of performing a high-temperature short-time heat treatment performed at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C. after implanting indium ions to form a first-conductivity-type impurity layer to be a pocket region. Therefore, similar to the first semiconductor device manufacturing method, the peak position of the impurity concentration distribution in the pocket region can be made shallow, the range in which the pocket region expands can be suppressed, and the expansion of the pocket region due to thermal diffusion can be suppressed. be able to. Therefore, a semiconductor device having a pocket region spaced apart from the gate insulating film can be reliably manufactured.
【0046】また、第1導電型の半導体層の上部領域に
非晶質層を形成しておいてから、第2導電型の不純物イ
オンをイオン注入して、エクステンション領域となる第
2導電型の第1の不純物層を形成する工程を備えている
ため、第2の半導体装置の製造方法と同様、第2導電型
の第1の不純物層における不純物濃度の分布を急峻にで
きるので、エクステンション領域の低抵抗化を実現でき
る。Further, after forming an amorphous layer in the upper region of the first conductive type semiconductor layer, impurity ions of the second conductive type are ion-implanted to form an extension region of the second conductive type. Since the method includes the step of forming the first impurity layer, the distribution of the impurity concentration in the first impurity layer of the second conductivity type can be made sharp like the method of manufacturing the second semiconductor device, so that the extension region of the extension region can be formed. Low resistance can be realized.
【0047】本発明に係る第7の半導体装置の製造方法
は、半導体基板の表面部にインジウムイオンをイオン注
入して、チャネル領域となる第1導電型の半導体層を形
成する工程と、半導体基板の上にゲート絶縁膜を介して
ゲート電極を形成する工程と、半導体層にゲート電極を
マスクとしてIV族に属する原子のイオンをイオン注入し
て、半導体層の上部領域にIV族原子イオン注入層を形成
する工程と、半導体基板に対して約600℃〜約850
℃の温度で長時間の第1の熱処理を施して、IV族原子イ
オン注入層及び半導体層の上部領域に、半導体層に比べ
て活性化不純物の濃度が低い第1導電型の低濃度不純物
層を形成する工程と、半導体層にゲート電極をマスクと
してインジウムイオンをイオン注入して、半導体層の下
部領域に第1導電型の不純物層を形成する工程と、半導
体層にゲート電極をマスクとして第2導電型の不純物イ
オンをイオン注入して、半導体層の上部領域に第2導電
型の第1の不純物層を形成すると共に、第2導電型の第
1の不純物層の内側に第1導電型の低濃度不純物層から
なる低濃度チャネル領域を形成する工程と、半導体基板
に対して約950℃〜約1050℃の温度で短時間の第
2の熱処理を施す工程と、ゲート電極の側面にサイドウ
ォールを形成する工程と、第2導電型の第1の不純物層
及び第1導電型の不純物層に、ゲート電極及びサイドウ
ォールをマスクとして第2導電型の不純物イオンをイオ
ン注入して、第2導電型の第1の不純物層及び第1導電
型の不純物層におけるゲート電極の両側方の領域に第2
導電型の第2の不純物層からなるソース領域及びドレイ
ン領域を形成し、第2導電型の第1の不純物層における
ソース領域又はドレイン領域の各上部領域の内側に第2
導電型のエクステンション領域を形成すると共に、第1
導電型の不純物層におけるソース領域又はドレイン領域
の各下部領域の内側に第1導電型のポケット領域を形成
する工程とを備えている。A seventh method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of implanting indium ions into a surface portion of a semiconductor substrate to form a semiconductor layer of a first conductivity type which becomes a channel region, and a semiconductor substrate. A step of forming a gate electrode via a gate insulating film on the upper surface of the semiconductor layer, and ions of atoms belonging to group IV are ion-implanted into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask, and a group IV atom ion-implanted layer is formed in an upper region of the semiconductor layer And the step of forming the semiconductor substrate, and about 600 ° C. to about 850 ° C. with respect to the semiconductor substrate.
The first conductivity type low-concentration impurity layer having a lower concentration of activated impurities than the semiconductor layer in the group IV atom ion-implanted layer and the upper region of the semiconductor layer is subjected to the first heat treatment at a temperature of ℃ for a long time. Forming a first conductive type impurity layer in the lower region of the semiconductor layer by ion-implanting indium ions into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask. The second conductivity type impurity ions are ion-implanted to form the second conductivity type first impurity layer in the upper region of the semiconductor layer, and the first conductivity type is formed inside the second conductivity type first impurity layer. Forming a low-concentration channel region composed of a low-concentration impurity layer, performing a second heat treatment on the semiconductor substrate at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C. for a short time, and forming a side surface on the side surface of the gate electrode. Forming a wall Then, the second conductivity type first impurity layer and the first conductivity type impurity layer are ion-implanted with the second conductivity type impurity ions by using the gate electrode and the sidewall as a mask, and the second conductivity type first impurity layer is ion-implanted. Second impurity regions on both sides of the gate electrode in the first impurity layer and the first conductivity type impurity layer;
A source region and a drain region made of a second conductivity type impurity layer are formed, and a second region is formed inside each upper region of the source region or the drain region in the second conductivity type first impurity layer.
Forming a conductive type extension region, and
Forming a pocket region of the first conductivity type inside each lower region of the source region or the drain region in the conductivity type impurity layer.
【0048】第7の半導体装置の製造方法によると、イ
ンジウムイオンをイオン注入してチャネル領域となる第
1導電型の半導体層を形成する工程と、IV族に属する原
子のイオンをイオン注入してIV族原子イオン注入層を形
成する工程と、半導体基板に対して約600℃〜約85
0℃の温度で長時間の第1の熱処理を施す工程とを備え
ているため、第1導電型の半導体層における第2導電型
の第1の不純物層の内側の領域に、第1導電型の半導体
層に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領
域を効率良く形成することができる。According to the seventh method of manufacturing a semiconductor device, a step of ion-implanting indium ions to form a semiconductor layer of the first conductivity type which becomes a channel region, and ion-implanting ions of atoms belonging to Group IV are carried out. A step of forming a group IV atom ion implantation layer, and a temperature of about 600 ° C. to about 85 with respect to the semiconductor substrate.
Since the first heat treatment is performed at a temperature of 0 ° C. for a long time, the first conductivity type semiconductor layer is formed in a region inside the second conductivity type first impurity layer in the first conductivity type semiconductor layer. It is possible to efficiently form a low-concentration channel region having a lower concentration of activated impurities than that of the semiconductor layer.
【0049】また、インジウムイオンをイオン注入して
ポケット領域となる第1導電型の不純物層を形成した
後、約950℃〜約1050℃の温度下で行なう高温短
時間の熱処理を施す工程を備えているため、ポケット領
域における不純物の濃度分布のピーク位置を浅くできる
と共にポケット領域が拡がる範囲を抑制でき、また、熱
拡散によるポケット領域の拡がりを抑制することができ
る。従って、ゲート絶縁膜との間に間隔をおくポケット
領域を有する半導体装置を確実に製造することができ
る。Further, the method comprises a step of performing a heat treatment at a high temperature for a short time at a temperature of about 950 ° C. to about 1050 ° C. after indium ions are ion-implanted to form an impurity layer of the first conductivity type which becomes a pocket region. Therefore, the peak position of the impurity concentration distribution in the pocket region can be made shallow, the range in which the pocket region expands can be suppressed, and the expansion of the pocket region due to thermal diffusion can be suppressed. Therefore, a semiconductor device having a pocket region spaced apart from the gate insulating film can be reliably manufactured.
【0050】また、インジウムイオンをイオン注入して
ポケット領域となる第1導電型の不純物層を形成した後
に、第2導電型の不純物イオンをイオン注入してエクス
テンション領域となる第2導電型の第1の不純物層を形
成するため、第2導電型の第1の不純物層における第2
導電型の不純物イオンのチャネリング現象が抑制され
る。このため、第2導電型の第1の不純物層からなるエ
クステンション領域における不純物の濃度分布が急峻に
なるので、エクステンション領域の寄生抵抗値が減少す
ると共に短チャネル効果を抑制することができる。Further, after indium ions are ion-implanted to form a first-conductivity-type impurity layer which will be a pocket region, second-conductivity-type impurity ions are ion-implanted to be a second-conductivity-type impurity layer which will be an extension region. The second impurity in the first impurity layer of the second conductivity type to form the first impurity layer.
The channeling phenomenon of conductivity type impurity ions is suppressed. Therefore, the concentration distribution of impurities in the extension region made of the first impurity layer of the second conductivity type becomes sharp, so that the parasitic resistance value of the extension region can be reduced and the short channel effect can be suppressed.
【0051】[0051]
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下、本発明
の第1の実施形態に係る半導体装置について、図1を参
照しながら説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (First Embodiment) A semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
【0052】図1に示すように、p型のシリコン基板か
らなる半導体基板100には、p型の不純物例えばホウ
素イオンがドーピングされてなるp- 型のウエル領域1
01が形成されている。また、半導体基板100の上に
は、例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜103
を介して、ポリシリコン膜からなるゲート電極104が
形成されており、該ゲート電極104の側面には例えば
シリコン酸化膜からなるサイドウォール107が形成さ
れている。As shown in FIG. 1, a semiconductor substrate 100 made of a p-type silicon substrate is doped with p-type impurities such as boron ions to form a p - type well region 1.
01 is formed. Further, on the semiconductor substrate 100, the gate insulating film 103 made of, for example, a silicon oxide film.
A gate electrode 104 made of a polysilicon film is formed through the via, and a side wall 107 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the side surface of the gate electrode 104.
【0053】半導体基板100の表面部におけるゲート
電極104の直下の領域には、p型の不純物例えばホウ
素イオンがドーピングされてなるp型のチャネル領域1
02が形成されていると共に、半導体基板100の表面
部におけるゲート電極104の両側方の領域には、n型
の不純物例えばヒ素イオンがドーピングされたn+ 型の
不純物活性層からなるソース又はドレインの領域108
が形成されている。In the region immediately below the gate electrode 104 on the surface of the semiconductor substrate 100, a p-type channel region 1 formed by doping with p-type impurities such as boron ions is formed.
No. 02 is formed, and in regions on both sides of the gate electrode 104 on the surface portion of the semiconductor substrate 100, a source or drain of an n + type impurity active layer doped with n type impurities, for example, arsenic ions is formed. Area 108
Are formed.
【0054】チャネル領域102と、ソース又はドレイ
ンの領域108の各上部領域との間には、ソース又はド
レインの領域108と接するようにn+ 型のエクステン
ション領域105がそれぞれ形成されている。An n + type extension region 105 is formed between the channel region 102 and each upper region of the source or drain region 108 so as to be in contact with the source or drain region 108.
【0055】チャネル領域102と、ソース又はドレイ
ンの領域108の各下部領域との間には、ソース又はド
レインの領域108と接するように、パンチスルー抑制
用のp+ 型のポケット領域106が形成されている。Between the channel region 102 and each lower region of the source or drain region 108, a p + type pocket region 106 for punch-through suppression is formed so as to be in contact with the source or drain region 108. ing.
【0056】第1の実施形態の特徴として、ポケット領
域106は、インジウムイオンがドーピングされること
により形成されていると共に、ゲート絶縁膜103との
間に間隔をおくように形成されている。As a feature of the first embodiment, the pocket region 106 is formed by doping indium ions and is formed so as to be spaced apart from the gate insulating film 103.
【0057】第1の実施形態によると、n+ 型のエクス
テンション領域105から延びる空乏層は、該エクステ
ンション領域105の下端部から発生してくるが、エク
ステンション領域105の下側にp+ 型のポケット領域
106が形成されているため、n+ 型のエクステンショ
ン領域105から延びる空乏層が抑えられるので、短チ
ャネル効果を抑制することができる。According to the first embodiment, the depletion layer extending from the n + type extension region 105 is generated from the lower end portion of the extension region 105, but the p + type pocket is formed below the extension region 105. Since the region 106 is formed, the depletion layer extending from the n + type extension region 105 is suppressed, so that the short channel effect can be suppressed.
【0058】また、p+ 型のポケット領域106は、ソ
ース又はドレインとなる領域108の各下部領域と接し
且つゲート絶縁膜103との間に間隔をおくように形成
されているため、つまりエクステンション領域105の
内側には形成されていないため、短チャネル効果を抑制
するべくポケット領域106の不純物濃度を高くして
も、エクステンション領域105の不純物濃度が低下し
ない。このため、エクステンション領域105の抵抗が
高くならないので、MOSトランジスタの駆動力の低下
を抑制することができる。Further, the p + type pocket region 106 is formed so as to be in contact with each lower region of the region 108 to be a source or drain and to be spaced from the gate insulating film 103, that is, the extension region. Since it is not formed inside 105, even if the impurity concentration of the pocket region 106 is increased to suppress the short channel effect, the impurity concentration of the extension region 105 does not decrease. For this reason, the resistance of the extension region 105 does not increase, so that the driving force of the MOS transistor can be prevented from decreasing.
【0059】また、p+ 型のポケット領域106は、n
+ 型のエクステンション領域105の下側に形成されて
いるため、つまりチャネル領域102の上部領域と接し
ていないため、ポケット領域106の不純物濃度を高く
しても、チャネル領域102におけるエクステンション
領域105の近傍部の不純物濃度が高くならない。この
ため、キャリアの不純物散乱に起因してキャリアの移動
度が低くなる事態を阻止できるので、MOSトランジス
タの駆動力の低下を防止することができると共に逆短チ
ャネル効果の発生を防止することができる。In addition, the p + -type pocket region 106 is n
Since it is formed below the + type extension region 105, that is, it is not in contact with the upper region of the channel region 102, even if the impurity concentration of the pocket region 106 is increased, the vicinity of the extension region 105 in the channel region 102 is formed. The impurity concentration in the area does not increase. Therefore, it is possible to prevent the carrier mobility from being lowered due to the carrier impurity scattering, so that it is possible to prevent the driving force of the MOS transistor from being lowered and to prevent the reverse short channel effect from occurring. .
【0060】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態に係る半導体装置について、図2を参照しなが
ら説明する。(Second Embodiment) A semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
【0061】図2に示すように、p型のシリコン基板か
らなる半導体基板200には、p型の不純物例えばホウ
素イオンがドーピングされてなるp- 型のウエル領域2
01が形成されている。また、半導体基板200の上に
は、例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜203
を介して、ポリシリコン膜からなるゲート電極204が
形成されており、該ゲート電極204の側面には例えば
シリコン酸化膜からなるサイドウォール207が形成さ
れている。As shown in FIG. 2, a p − type well region 2 formed by doping a semiconductor substrate 200 made of a p type silicon substrate with p type impurities such as boron ions.
01 is formed. Further, on the semiconductor substrate 200, a gate insulating film 203 made of, for example, a silicon oxide film is formed.
A gate electrode 204 made of a polysilicon film is formed through the via, and a side wall 207 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the side surface of the gate electrode 204.
【0062】半導体基板200の表面部におけるゲート
電極204の直下の領域には、p型の不純物であるイン
ジウムイオンがドーピングされてなるp型のチャネル領
域202が形成されていると共に、半導体基板200の
表面部におけるゲート電極204の両側方の領域には、
n型の不純物例えばヒ素イオンがドーピングされたn +
型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域2
08が形成されている。Gate on the surface of semiconductor substrate 200
In the region immediately below the electrode 204, an impurity that is a p-type impurity
P-type channel region formed by doping with d-ion
While the area 202 is formed, the semiconductor substrate 200
In the regions on both sides of the gate electrode 204 on the surface portion,
n-type impurities such as arsenic ion-doped n +
Type source / drain region 2 made of an impurity active layer
08 is formed.
【0063】チャネル領域202と、ソース又はドレイ
ンの領域208の各上部領域との間には、ソース又はド
レインの領域208と接するようにn+ 型のエクステン
ション領域205がそれぞれ形成されている。An n + type extension region 205 is formed between the channel region 202 and each upper region of the source or drain region 208 so as to be in contact with the source or drain region 208.
【0064】第2の実施形態の特徴として、p型のチャ
ネル領域202における両側部の上部領域には、エクス
テンション領域205と接していると共にチャネル領域
202の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低いp-
型の低濃度チャネル領域206がそれぞれ形成されてい
る。A feature of the second embodiment is that the upper region on both sides of the p-type channel region 202 is in contact with the extension region 205 and has a concentration of activated impurities higher than that of the central region of the channel region 202. low p -
Low-concentration channel regions 206 of the mold are formed respectively.
【0065】従って、第2の実施形態によると、チャネ
ル領域202の上部領域における活性化不純物の濃度
は、ソース側からドレイン側に架けて又はドレイン側か
らソース側に架けて、低濃度−高濃度−低濃度になって
いる。このように、チャネル領域202におけるn+ 型
のエクステンション領域205と接する領域における活
性化不純物の濃度が低いため、エクステンション領域2
05の抵抗が低くなるので、MOSトランジスタの駆動
力の低下を防止することができる。Therefore, according to the second embodiment, the concentration of the activating impurities in the upper region of the channel region 202 is low concentration-high concentration depending on whether it is from the source side to the drain side or from the drain side to the source side. -Low concentration. Thus, since the concentration of the activation impurity in the region of the channel region 202 which is in contact with the n + type extension region 205 is low, the extension region 2
Since the resistance of 05 becomes low, it is possible to prevent the driving force of the MOS transistor from decreasing.
【0066】(第3の実施形態)以下、本発明の第3の
実施形態に係る半導体装置について、図3を参照しなが
ら説明する。(Third Embodiment) A semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
【0067】図3に示すように、p型のシリコン基板か
らなる半導体基板300には、p型の不純物例えばホウ
素イオンがドーピングされてなるp- 型のウエル領域3
01が形成されている。また、半導体基板300の上に
は、例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜303
を介して、ポリシリコン膜からなるゲート電極304が
形成されており、該ゲート電極304の側面には例えば
シリコン酸化膜からなるサイドウォール308が形成さ
れている。[0067] As shown in FIG. 3, the semiconductor substrate 300 made of p-type silicon substrate, p-type impurity such as boron ions, which are doped p - type well region 3
01 is formed. Further, on the semiconductor substrate 300, a gate insulating film 303 made of, for example, a silicon oxide film is formed.
A gate electrode 304 made of a polysilicon film is formed via the via, and a sidewall 308 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the side surface of the gate electrode 304.
【0068】半導体基板300の表面部におけるゲート
電極304の直下の領域には、p型の不純物であるイン
ジウムイオンがドーピングされてなるp型のチャネル領
域302が形成されていると共に、半導体基板300の
表面部におけるゲート電極304の両側方の領域には、
n型の不純物例えばヒ素イオンがドーピングされたn +
型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域3
09が形成されている。Gate on surface of semiconductor substrate 300
In the region immediately below the electrode 304, an impurity that is a p-type impurity
P-type channel region formed by doping with d-ion
The area 302 is formed and the semiconductor substrate 300
In the regions on both sides of the gate electrode 304 on the surface portion,
n-type impurities such as arsenic ion-doped n +
Type source / drain region 3 formed of an impurity active layer
09 are formed.
【0069】チャネル領域302と、ソース又はドレイ
ンの領域309の各上部領域との間には、ソース又はド
レインの領域309と接するようにn+ 型のエクステン
ション領域305がそれぞれ形成されている。An n + type extension region 305 is formed between the channel region 302 and each upper region of the source or drain region 309 so as to be in contact with the source or drain region 309.
【0070】第3の実施形態の特徴として、p型のチャ
ネル領域302における両側部の領域には、エクステン
ション領域305と接していると共にチャネル領域30
2の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の
低濃度チャネル領域306がそれぞれ形成されている。As a feature of the third embodiment, the regions on both sides of the p-type channel region 302 are in contact with the extension regions 305 and the channel regions 30 are provided.
The p − -type low-concentration channel regions 306 each having a lower concentration of activated impurities than the central portion 2 are formed.
【0071】チャネル領域302と、ソース又はドレイ
ンの領域309の各下部領域との間には、ソース又はド
レインの領域309と接するように、パンチスルー抑制
用のp+ 型のポケット領域307が形成されている。A p + type pocket region 307 for punch-through suppression is formed between the channel region 302 and each lower region of the source or drain region 309 so as to be in contact with the source or drain region 309. ing.
【0072】第3の実施形態の特徴として、ポケット領
域307は、インジウムイオンがドーピングされること
により形成されていると共に、ゲート絶縁膜303との
間に間隔をおくように形成されている。As a feature of the third embodiment, the pocket region 307 is formed by doping indium ions and is formed so as to be spaced apart from the gate insulating film 303.
【0073】第3の実施形態によると、第1の実施形態
と同様、エクステンション領域305の下側にp+ 型の
ポケット領域307が形成されているため、該p+ 型の
ポケット領域307により、n+ 型のエクステンション
領域305から延びる空乏層が抑えられるので、短チャ
ネル効果を抑制することができる。According to the third embodiment, as in the first embodiment, since the p + type pocket region 307 is formed below the extension region 305, the p + type pocket region 307 causes Since the depletion layer extending from the n + type extension region 305 is suppressed, the short channel effect can be suppressed.
【0074】また、p+ 型のポケット領域307は、ソ
ース又はドレインとなる領域309の各下部領域と接し
且つゲート絶縁膜303との間に間隔をおくように形成
されているため、つまりエクステンション領域305の
内側には形成されていないため、短チャネル効果を抑制
するべくポケット領域307の不純物濃度を高くして
も、エクステンション領域305の不純物濃度が低下し
ない。このため、エクステンション領域305の抵抗が
高くならないので、MOSトランジスタの駆動力の低下
を抑制することができる。The p + -type pocket region 307 is formed so as to be in contact with each lower region of the region 309 serving as a source or drain and to be spaced from the gate insulating film 303, that is, the extension region. Since it is not formed inside the 305, even if the impurity concentration of the pocket region 307 is increased to suppress the short channel effect, the impurity concentration of the extension region 305 does not decrease. Therefore, the resistance of the extension region 305 does not increase, so that the driving force of the MOS transistor can be prevented from decreasing.
【0075】また、p+ 型のポケット領域307は、n
+ 型のエクステンション領域305の下側に形成されて
いるため、つまりチャネル領域302の上部領域と接し
ていないため、ポケット領域307の不純物濃度を高く
しても、チャネル領域302におけるエクステンション
領域305の近傍部の不純物濃度が高くならない。この
ため、キャリアの不純物散乱に起因してキャリアの移動
度が低く事態を防止できるので、MOSトランジスタの
駆動力の低下及び逆短チャネル効果の発生を防止でき
る。The p + -type pocket region 307 is n
Since it is formed below the + type extension region 305, that is, it is not in contact with the upper region of the channel region 302, even if the impurity concentration of the pocket region 307 is increased, the vicinity of the extension region 305 in the channel region 302 is formed. The impurity concentration in the area does not increase. Therefore, it is possible to prevent the carrier mobility from being low due to the impurity scattering of the carriers, so that it is possible to prevent the driving force of the MOS transistor from decreasing and the reverse short channel effect from occurring.
【0076】また、第3の実施形態によると、第2の実
施形態と同様、p型のチャネル領域302における両側
部の上部領域には、チャネル領域302の中央部に比べ
て活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャネル領
域306が形成されているため、チャネル領域302の
上部領域における不純物濃度は、ソース側からドレイン
側に架けて及びドレイン側からソース型に架けて、低濃
度−高濃度−低濃度になっている。このように、チャネ
ル領域302におけるn+ 型のエクステンション領域3
05と接する領域の活性化不純物の濃度が低いため、エ
クステンション領域305の抵抗を低くできるので、M
OSトランジスタの駆動力の低下を防止することができ
る。Further, according to the third embodiment, as in the second embodiment, the concentration of activated impurities is higher in the upper regions on both sides of the p-type channel region 302 than in the central portion of the channel region 302. Since the low-concentration p − -type low-concentration channel region 306 is formed, the impurity concentration in the upper region of the channel region 302 is low from the source side to the drain side and from the drain side to the source type. High concentration-low concentration. In this way, the n + type extension region 3 in the channel region 302 is formed.
05, the resistance of the extension region 305 can be lowered because the concentration of the activated impurities in the region in contact with 05 is low.
It is possible to prevent the driving force of the OS transistor from decreasing.
【0077】(第4の実施形態)以下、本発明の第4の
実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図4
(a)〜(c)及び図5(a)〜(c)を参照しながら
説明する。尚、第4の実施形態は、第1の実施形態に係
る半導体装置の第1の製造方法である。(Fourth Embodiment) A semiconductor device manufacturing method according to a fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
A description will be given with reference to (a) to (c) and FIGS. 5 (a) to (c). The fourth embodiment is the first manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment.
【0078】まず、図4(a)に示すように、p型のシ
リコン基板からなる半導体基板100にp型の不純物例
えばホウ素イオンを300keV〜2000keVの注
入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm-2
のドーズ量でイオン注入することによりp- 型のウエル
領域101を形成した後、半導体基板100の表面部に
p型の不純物例えばホウ素イオンを20keV〜60k
eV及び4×1012cm-2〜1×1013cm-2のドーズ
量でイオン注入することにより、ウエル領域101の上
にp型の不純物層102Aを形成する。尚、半導体基板
100の表面部にp型の不純物としてホウ素イオンに代
えてインジウムイオンをイオン注入することにより、p
型の不純物層102Aを形成してもよい。First, as shown in FIG. 4A, a semiconductor substrate 100 made of a p-type silicon substrate is implanted with p-type impurities such as boron ions at an implantation energy of 300 keV to 2000 keV and a dose of 1 × 10 13 cm -2 to 1. × 10 14 cm -2
After the p − -type well region 101 is formed by implanting ions with a dose of, a p-type impurity such as boron ions is added to the surface of the semiconductor substrate 100 at 20 keV to 60 k.
The p-type impurity layer 102A is formed on the well region 101 by performing ion implantation with eV and a dose amount of 4 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 13 cm −2 . By injecting indium ions instead of boron ions as p-type impurities into the surface of the semiconductor substrate 100, p
The type impurity layer 102A may be formed.
【0079】次に、図4(b)に示すように、半導体基
板100の表面を酸化して、2nm〜5nmの厚さを有
する第1のシリコン酸化膜103Aを形成する。Next, as shown in FIG. 4B, the surface of the semiconductor substrate 100 is oxidized to form a first silicon oxide film 103A having a thickness of 2 nm to 5 nm.
【0080】次に、第1のシリコン酸化膜103Aの上
に全面に亘って200nm〜300nmの厚さを有する
ポリシリコン膜を堆積した後、該ポリシリコン膜及び第
1のシリコン酸化膜103Aをパターニングすることに
より、図4(c)に示すように、ゲート絶縁膜103及
びゲート電極104を形成する。Next, after depositing a polysilicon film having a thickness of 200 nm to 300 nm over the entire surface of the first silicon oxide film 103A, the polysilicon film and the first silicon oxide film 103A are patterned. By doing so, as shown in FIG. 4C, the gate insulating film 103 and the gate electrode 104 are formed.
【0081】次に、図5(a)に示すように、p型の不
純物層102Aにゲート電極104をマスクとして、n
型の不純物例えばヒ素イオンを5keV〜10keVの
注入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm
-2のドーズ量でイオン注入することにより、p型の不純
物層102Aの上部領域にn+ 型の不純物層105Aを
形成する。Next, as shown in FIG. 5A, the p-type impurity layer 102A is formed using the gate electrode 104 as a mask and n.
Type impurities such as arsenic ions with an implantation energy of 5 keV to 10 keV and 5 × 10 14 cm −2 to 1 × 10 15 cm
By implanting ions at a dose of -2, an n + -type impurity layer 105A is formed in the upper region of the p-type impurity layer 102A.
【0082】次に、p型の不純物層102Aにゲート電
極104をマスクとして、インジウムイオンを50〜1
50keVの注入エネルギー及び1×1013cm-2〜5
×1013cm-2のドーズ量でイオン注入することによ
り、p型の不純物層102Aの下部領域にp+ 型の不純
物層106Aを形成する。その後、半導体基板100に
対して、不活性ガス雰囲気中において例えば1000℃
の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第1の
熱処理を施す。Next, 50 to 1 of indium ions are added to the p-type impurity layer 102A using the gate electrode 104 as a mask.
Implantation energy of 50 keV and 1 × 10 13 cm −2 to 5
Ion implantation is performed at a dose of × 10 13 cm -2 to form the p + -type impurity layer 106A in the lower region of the p-type impurity layer 102A. Then, with respect to the semiconductor substrate 100, for example, at 1000 ° C. in an inert gas atmosphere.
The heat treatment for 10 seconds at the temperature of 1, that is, the first heat treatment at high temperature for a short time is performed.
【0083】次に、半導体基板100の上に全面に亘っ
て第2のシリコン酸化膜を堆積した後、該第2のシリコ
ン酸化膜に対して異方性エッチングを行なうことによ
り、図5(b)に示すように、ゲート電極104の側面
にサイドウォール107を形成する。Next, after depositing a second silicon oxide film over the entire surface of the semiconductor substrate 100, anisotropic etching is performed on the second silicon oxide film to form the structure shown in FIG. ), The side wall 107 is formed on the side surface of the gate electrode 104.
【0084】次に、n+ 型の不純物層105A及びp+
型の不純物層106Aにn型の不純物例えばヒ素イオン
をイオン注入した後、熱処理を施してヒ素イオンを活性
化させ、その後、結晶点欠陥を回復させるために、10
00℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の
第2の熱処理を施す。Next, the n + -type impurity layer 105A and p +
After implanting an n-type impurity, for example, arsenic ions into the impurity-type impurity layer 106A, heat treatment is performed to activate the arsenic ions, and thereafter, in order to recover the crystal point defects, 10
A heat treatment for 10 seconds at a temperature of 00 ° C, that is, a second heat treatment at a high temperature for a short time is performed.
【0085】このようにすると、図5(c)に示すよう
に、n+ 型の不純物層105A及びp+ 型の不純物層1
06Aにおけるゲート電極104の両側方の領域に、n
+ 型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域
108が形成され、n+ 型の不純物層105Aにおける
ソース又はドレインの領域108の各上部領域の内側
に、n+ 型の不純物層105Aからなるエクステンショ
ン領域105が形成されると共に、p+ 型の不純物層1
06Aにおけるソース又はドレインの領域108の各下
部領域の内側に、p+ 型の不純物層106Aからなるポ
ケット領域106が形成される。In this way, as shown in FIG. 5C, the n + -type impurity layer 105A and the p + -type impurity layer 1 are formed.
In the regions on both sides of the gate electrode 104 in 06A, n
+ -Type also source consists impurity active layer region 108 of the drain is formed, the source or the inside of the respective upper region of the drain region 108 in the n + -type impurity layer 105A made of, n + -type impurity layers 105A Extension The region 105 is formed and the p + -type impurity layer 1 is formed.
A pocket region 106 made of ap + -type impurity layer 106A is formed inside each lower region of the source or drain region 108 in 06A.
【0086】第4の実施形態によると、ホウ素イオンに
比べて原子質量が大きいインジウムイオンをイオン注入
して、p+ 型のポケット領域106となるp+ 型の不純
物層106Aを形成するため、ポケット領域106にお
ける不純物の濃度分布のピーク位置を浅くすることがで
きると共に、ポケット領域106が拡がる範囲を抑制す
ることができる。また、熱平衡時においては、インジウ
ムイオンの拡散係数はホウ素イオンの拡散係数の約半分
であるため、ホウ素イオンを注入する場合に比べてか
ら、熱拡散による不純物イオンの拡がりを抑制すること
ができる。According to the fourth embodiment, indium ions having a larger atomic mass than boron ions are ion-implanted to form the p + -type impurity layer 106A which becomes the p + -type pocket region 106. The peak position of the impurity concentration distribution in the region 106 can be made shallow, and the range in which the pocket region 106 expands can be suppressed. Further, at the time of thermal equilibrium, since the diffusion coefficient of indium ions is about half that of boron ions, it is possible to suppress the spread of impurity ions due to thermal diffusion as compared with the case of implanting boron ions.
【0087】ところで、熱平衡時におけるインジウムイ
オンの拡散係数はホウ素イオンの拡散係数よりも小さい
が、イオン注入時に発生する点欠陥に起因する増速拡散
という点では、インジウムイオンはホウ素イオンと同程
度に大きい。By the way, the diffusion coefficient of indium ions at the time of thermal equilibrium is smaller than that of boron ions, but in terms of accelerated diffusion due to point defects generated at the time of ion implantation, indium ions are almost the same as boron ions. large.
【0088】そこで、第4の実施形態においては、イン
ジウムイオンをイオン注入してp+型の不純物層106
Aを形成した直後に高温短時間の第1の熱処理を施し
て、点欠陥に起因する増速拡散の発生を抑制している。
このため、p+ 型の不純物層106Aからなるポケット
領域106の拡がりを抑制することができる。[0088] Therefore, in the fourth embodiment, indium ions are implanted p + -type impurity layer 106
Immediately after forming A, the first heat treatment is performed at high temperature for a short time to suppress the generation of accelerated diffusion due to point defects.
Therefore, the expansion of the pocket region 106 made of the p + -type impurity layer 106A can be suppressed.
【0089】従って、第4の実施形態によると、ポケッ
ト領域106を、ソース又はドレインの領域108の各
下部領域と接し且つゲート絶縁膜103との間に間隔を
おくように形成することができるので、第1の実施形態
に係る半導体装置を確実に製造することができる。Therefore, according to the fourth embodiment, the pocket region 106 can be formed so as to be in contact with each lower region of the source or drain region 108 and be spaced apart from the gate insulating film 103. The semiconductor device according to the first embodiment can be reliably manufactured.
【0090】尚、第4の実施形態においては、高温短時
間の第1の熱処理を1000℃の温度下で10秒間行な
ったが、これに限られず、約950℃〜約1050℃の
温度範囲で且つ約0.1秒間〜約30秒の時間範囲であ
れば、ポケット領域106の拡がりを抑制する効果が得
られる。第1の高温短時間の熱処理の温度が約950℃
よりも低いときには、点欠陥が発生するため、インジウ
ムイオンの増速拡散が起きてくると共に、第1の高温短
時間の熱処理の温度が約1050℃よりも高いときに
は、点欠陥に起因する増速拡散は起きないがインジウム
イオン自体の拡散が発生してしまう。従って、高温短時
間の第1の熱処理は950℃〜約1050℃の温度範囲
が好ましい。In the fourth embodiment, the first heat treatment at a high temperature for a short time is performed at a temperature of 1000 ° C. for 10 seconds, but the present invention is not limited to this, and the temperature range is about 950 ° C. to about 1050 ° C. In addition, in the time range of about 0.1 second to about 30 seconds, the effect of suppressing the expansion of the pocket region 106 can be obtained. The temperature of the first high-temperature short-time heat treatment is about 950 ° C.
When the temperature is lower than 1050 ° C., point defects are generated, so that accelerated diffusion of indium ions occurs, and when the temperature of the first high-temperature short-time heat treatment is higher than about 1050 ° C., the speedup caused by point defects is increased. No diffusion occurs, but indium ions themselves diffuse. Therefore, the temperature range of 950 ° C. to about 1050 ° C. is preferable for the first heat treatment at high temperature for a short time.
【0091】ところで、ポケット領域106となるp+
型の不純物層106Aを形成するためのイオン注入工程
において、インジウムイオンを5×1013cm-2よりも
大きいドーズ量でイオン注入すると、シリコン結晶が非
晶質化するので、イオン注入後に熱処理を施したとき
に、図6(a)に示すように、p+ 型の不純物層106
Aに、転移ループ等のEOR(End of Range)点欠陥1
09が発生してしまう。EOR点欠陥109は、イオン
注入後の熱処理の温度又は時間に殆ど依存することなく
発生すると共に、一旦発生すると、その後に熱処理を施
しても完全に消滅させるのは難しい。このため、図6
(b)に示すように、最終的なMOSトランジスタを得
た後においてもEOR点欠陥109は消滅することなく
残存する。By the way, p + which becomes the pocket region 106
In the ion implantation step for forming the p-type impurity layer 106A, if indium ions are implanted with a dose amount larger than 5 × 10 13 cm −2 , the silicon crystal becomes amorphous. Therefore, heat treatment is performed after the ion implantation. When applied, as shown in FIG. 6A, the p + -type impurity layer 106 is formed.
A, EOR (End of Range) point defect 1 such as transition loop
09 will occur. The EOR point defect 109 is generated almost without depending on the temperature or time of the heat treatment after the ion implantation, and once generated, it is difficult to completely eliminate it even if the heat treatment is performed thereafter. Therefore, in FIG.
As shown in (b), the EOR point defect 109 remains without disappearing even after the final MOS transistor is obtained.
【0092】ところで、MOSトランジスタを動作させ
るべくエクステンション領域105にバイアス電圧を印
可したときに、空乏層はエクステンション領域105か
らポケット領域106に向かって拡がるが、EOR点欠
陥109がポケット領域106に存在すると、空乏層が
EOR点欠陥109に到達し、これにより、接合リーク
電流が発生する。このようなMOSトランジスタを有す
るVLSIチップが移動体通信機器に組み込まれると、
接合リーク電流によって待機時の消費電力が増加するの
で好ましくない。By the way, when a bias voltage is applied to the extension region 105 to operate the MOS transistor, the depletion layer spreads from the extension region 105 toward the pocket region 106, but if the EOR point defect 109 exists in the pocket region 106. The depletion layer reaches the EOR point defect 109, which causes a junction leakage current. When a VLSI chip having such a MOS transistor is incorporated in a mobile communication device,
The junction leakage current increases power consumption during standby, which is not preferable.
【0093】ところが、第4の実施形態においては、ポ
ケット領域106となるp+ 型の不純物層106Aを形
成するためのイオン注入工程において、インジウムイオ
ンを5×1013cm-2以下のドーズ量でイオン注入する
ため、p+ 型の不純物層106Aにおいてシリコン結晶
が非晶質化せず、p+ 型の不純物層106AにEOR点
欠陥109が発生しないので、接合リーク電流が発生し
難い。However, in the fourth embodiment, in the ion implantation process for forming the p + -type impurity layer 106A to be the pocket region 106, indium ions are dosed at a dose of 5 × 10 13 cm -2 or less. for the ion implantation, the p + type silicon crystal does not amorphization in impurity layer 106A of, since EOR point defects 109 in the impurity layer 106A of p + -type is not generated, the junction leakage current is less likely to occur.
【0094】(第5の実施形態)以下、本発明の第5の
実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図7
(a)〜(c)及び図8(a)〜(c)を参照しながら
説明する。尚、第5の実施形態は、第1の実施形態に係
る半導体装置の第2の製造方法である。(Fifth Embodiment) Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
A description will be given with reference to (a) to (c) and FIGS. 8 (a) to (c). The fifth embodiment is a second manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment.
【0095】まず、図6(a)に示すように、p型のシ
リコン基板からなる半導体基板100にp型の不純物例
えばホウ素イオンを300keV〜2000keVの注
入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm-2
のドーズ量でイオン注入することによりp- 型のウエル
領域101を形成した後、半導体基板100の表面部に
p型の不純物例えばホウ素イオンを20keV〜60k
eV及び4×1012cm-2〜1×1013cm-2のドーズ
量でイオン注入することにより、ウエル領域101の上
にp型の不純物層102Aを形成する。First, as shown in FIG. 6A, a semiconductor substrate 100 made of a p-type silicon substrate is implanted with p-type impurities such as boron ions at an implantation energy of 300 keV to 2000 keV and a dose of 1 × 10 13 cm -2 to 1. × 10 14 cm -2
After the p − -type well region 101 is formed by implanting ions with a dose of, a p-type impurity such as boron ions is added to the surface of the semiconductor substrate 100 at 20 keV to 60 k.
The p-type impurity layer 102A is formed on the well region 101 by performing ion implantation with eV and a dose amount of 4 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 13 cm −2 .
【0096】次に、図7(b)に示すように、半導体基
板100の表面を酸化して、2nm〜5nmの厚さを有
する第1のシリコン酸化膜103Aを形成する。Next, as shown in FIG. 7B, the surface of the semiconductor substrate 100 is oxidized to form a first silicon oxide film 103A having a thickness of 2 nm to 5 nm.
【0097】次に、第1のシリコン酸化膜103Aの上
に全面に亘って200nm〜300nmの厚さを有する
ポリシリコン膜を堆積した後、該ポリシリコン膜及び第
1のシリコン酸化膜103Aをパターニングすることに
より、図7(c)に示すように、ゲート絶縁膜103及
びゲート電極104を形成する。Next, after depositing a polysilicon film having a thickness of 200 nm to 300 nm over the entire surface of the first silicon oxide film 103A, the polysilicon film and the first silicon oxide film 103A are patterned. By doing so, as shown in FIG. 7C, the gate insulating film 103 and the gate electrode 104 are formed.
【0098】次に、p型の不純物層102Aにゲート電
極104をマスクとして、IV族に属する原子のイオン例
えばゲルマニウムイオンを、5keV〜10keVの注
入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2
でイオン注入して、p型の不純物層102Aの上部領域
にp型の非晶質層110を形成する。Next, using the gate electrode 104 as a mask on the p-type impurity layer 102A, ions of group IV atoms, such as germanium ions, are implanted with an energy of 5 keV to 10 keV and 5 × 10 14 cm −2 to 1 × 10 5. 15 cm -2
Is ion-implanted to form a p-type amorphous layer 110 in the upper region of the p-type impurity layer 102A.
【0099】次に、図8(a)に示すように、p型の非
晶質層110にゲート電極104をマスクとしてn型の
不純物例えばヒ素イオンを5keV〜10keVの注入
エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2の
ドーズ量でイオン注入することにより、非晶質層110
にn+ 型の不純物層105Aを形成する。Next, as shown in FIG. 8A, n-type impurities such as arsenic ions are implanted into the p-type amorphous layer 110 using the gate electrode 104 as a mask and the implantation energy is 5 keV to 10 keV and 5 × 10 14 is applied. The amorphous layer 110 is formed by implanting ions at a dose of cm −2 to 1 × 10 15 cm −2.
Then, an n + type impurity layer 105A is formed.
【0100】次に、p型の不純物層102Aにゲート電
極104をマスクとして、インジウムイオンを50〜1
50keVの注入エネルギー及び1×1013cm-2〜5
×1013cm-2のドーズ量でイオン注入することによ
り、p型の不純物層102Aの下部領域にp+ 型の不純
物層106Aを形成する。その後、半導体基板100に
対して、不活性ガス雰囲気中において例えば1000℃
の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第1の
熱処理を施す。Next, with the gate electrode 104 as a mask, the p-type impurity layer 102A is exposed to 50 to 1 indium ions.
Implantation energy of 50 keV and 1 × 10 13 cm −2 to 5
Ion implantation is performed at a dose of × 10 13 cm -2 to form the p + -type impurity layer 106A in the lower region of the p-type impurity layer 102A. Then, with respect to the semiconductor substrate 100, for example, at 1000 ° C. in an inert gas atmosphere.
The heat treatment for 10 seconds at the temperature of 1, that is, the first heat treatment at high temperature for a short time is performed.
【0101】次に、半導体基板100の上に全面に亘っ
て第2のシリコン酸化膜を堆積した後、該第2のシリコ
ン酸化膜に対して異方性エッチングを行なうことによ
り、図8(b)に示すように、ゲート電極104の側面
にサイドウォール107を形成する。Next, after depositing a second silicon oxide film over the entire surface of the semiconductor substrate 100, anisotropic etching is performed on the second silicon oxide film to form the structure shown in FIG. ), The side wall 107 is formed on the side surface of the gate electrode 104.
【0102】次に、n+ 型の不純物層105A及びp+
型の不純物層106Aにn型の不純物例えばヒ素イオン
をイオン注入した後、熱処理を施してヒ素イオンを活性
化させ、その後、結晶点欠陥を回復させるために、10
00℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の
第2の熱処理を施す。Next, the n + type impurity layers 105A and p +
After implanting an n-type impurity, for example, arsenic ions into the impurity-type impurity layer 106A, heat treatment is performed to activate the arsenic ions, and thereafter, in order to recover the crystal point defects, 10
A heat treatment for 10 seconds at a temperature of 00 ° C, that is, a second heat treatment at a high temperature for a short time is performed.
【0103】このようにすると、図8(c)に示すよう
に、n+ 型の不純物層105A及びp+ 型の不純物層1
06Aにおけるゲート電極104の両側方の領域に、n
+ 型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域
108が形成され、n+ 型の不純物層105Aにおける
ソース又はドレインの領域108の各上部領域の内側
に、n+ 型の不純物層105Aからなるエクステンショ
ン領域105が形成されると共に、p+ 型の不純物層1
06Aにおけるソース又はドレインの領域108の各下
部領域の内側に、p+ 型の不純物層106Aからなるポ
ケット領域106が形成される。By doing so, as shown in FIG. 8C, the n + -type impurity layer 105A and the p + -type impurity layer 1 are formed.
In the regions on both sides of the gate electrode 104 in 06A, n
+ -Type also source consists impurity active layer region 108 of the drain is formed, the source or the inside of the respective upper region of the drain region 108 in the n + -type impurity layer 105A made of, n + -type impurity layers 105A Extension The region 105 is formed and the p + -type impurity layer 1 is formed.
A pocket region 106 made of ap + -type impurity layer 106A is formed inside each lower region of the source or drain region 108 in 06A.
【0104】第5の実施形態によると、第4の実施形態
と同様、ホウ素イオンに比べて原子質量が大きいインジ
ウムイオンをイオン注入して、p+ 型のポケット領域1
06となるp+ 型の不純物層106Aを形成すると共
に、インジウムイオンをイオン注入した後に高温短時間
の第1の熱処理を施しているため、ポケット領域106
の拡がりを抑制することができる。従って、ポケット領
域106となるp+ 型の不純物層106Aをゲート絶縁
膜103との間に間隔をおくように形成することができ
る。According to the fifth embodiment, as in the fourth embodiment, indium ions having a larger atomic mass than boron ions are ion-implanted, and the p + -type pocket region 1 is formed.
Since the p + -type impurity layer 106A to be 06 is formed and the first heat treatment is performed at high temperature for a short time after ion implantation of indium ions, the pocket region 106 is formed.
Can be suppressed. Therefore, the p + -type impurity layer 106A to be the pocket region 106 can be formed so as to be spaced apart from the gate insulating film 103.
【0105】また、第5の実施形態においては、第4の
実施形態と同様、ポケット領域106となるp+ 型の不
純物層106Aを形成するためのイオン注入工程で、イ
ンジウムイオンを5×1013cm-2以下のドーズ量でイ
オン注入するため、p+ 型の不純物層106Aにおいて
シリコン結晶が非晶質化せず、p+ 型の不純物層106
AにEOR点欠陥109が発生しないので、接合リーク
電流が発生し難い。Also, in the fifth embodiment, as in the fourth embodiment, 5 × 10 13 indium ions are added in the ion implantation process for forming the p + -type impurity layer 106A to be the pocket region 106. Since the ion implantation is performed with a dose amount of cm −2 or less, the silicon crystal does not become amorphous in the p + -type impurity layer 106A, and the p + -type impurity layer 106
Since the EOR point defect 109 does not occur in A, a junction leak current is unlikely to occur.
【0106】ところで、ヒ素イオンのイオン注入によっ
て形成されn+ 型のエクステンション領域105となる
n+ 型の不純物層105Aにおける不純物濃度の分布は
急峻になり難い。[0106] Incidentally, the distribution of the impurity concentration in the n + -type impurity layers 105A serving as extension region 105 is formed n + -type by ion implantation of arsenic ions hardly becomes steep.
【0107】そこで、第5の実施形態においては、ゲル
マニウムイオンをイオン注入して非晶質層110を形成
しておいてからヒ素イオンをイオン注入してn+ 型の不
純物層105Aを形成するため、n+ 型の不純物層10
5Aからなるエクステンション領域105においては不
純物濃度の分布は急峻になるので、エクステンション領
域105の低抵抗化を実現できる。Therefore, in the fifth embodiment, germanium ions are ion-implanted to form the amorphous layer 110, and then arsenic ions are ion-implanted to form the n + -type impurity layer 105A. , N + -type impurity layer 10
In the extension region 105 made of 5A, the distribution of the impurity concentration becomes steep, so that the extension region 105 can be made low in resistance.
【0108】ゲルマニウムイオンのイオン注入位置を、
エクステンション領域105となるn+ 型の不純物層1
05Aを形成するためのヒ素イオンのイオン注入位置よ
りも浅くして、非晶質層110がn+ 型の不純物層10
5Aよりも下側に拡がらないようにすることが好まし
い。このようにすると、図9(a)に示すように、その
後の熱処理により発生するEOR点欠陥109はn+ 型
の不純物層105Aよりも下側に拡がらないので、つま
り、図9(b)に示すように、ポケット領域106には
EOR点欠陥109が発生しない。The ion implantation position of germanium ion is
N + type impurity layer 1 to be the extension region 105
05A, the amorphous layer 110 is made shallower than the arsenic ion implantation position, and the amorphous layer 110 is an n + -type impurity layer 10
It is preferable not to spread below 5A. By doing so, as shown in FIG. 9A, the EOR point defect 109 generated by the subsequent heat treatment does not spread below the n + -type impurity layer 105A, that is, FIG. 9B. As shown in, the EOR point defect 109 does not occur in the pocket region 106.
【0109】このため、エクステンション領域105に
バイアス電圧を印可したときに、空乏層がエクステンシ
ョン領域105からポケット領域106に向かって拡が
っても、空乏層がEOR点欠陥に到達して接合リーク電
流が発生する事態を防止できる。Therefore, when a bias voltage is applied to the extension region 105, even if the depletion layer spreads from the extension region 105 toward the pocket region 106, the depletion layer reaches the EOR point defect and a junction leak current is generated. You can prevent the situation.
【0110】尚、第5の実施形態においては、非晶質層
110を形成のためのイオンとしては、ゲルマニウムイ
オンを用いたが、これに代えて、シリコンイオン又は炭
素イオン等のようにIV族に属する他の原子のイオンを用
いても、同様の効果が得られる。In the fifth embodiment, germanium ions are used as the ions for forming the amorphous layer 110, but instead of this, group IV ions such as silicon ions or carbon ions are used. The same effect can be obtained by using ions of other atoms belonging to.
【0111】(第6の実施形態)以下、本発明の第6の
実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図10
(a)〜(c)及び図11(a)、(b)を参照しなが
ら説明する。尚、第6の実施形態は、第2の実施形態に
係る半導体装置の第1の製造方法である。(Sixth Embodiment) A semiconductor device manufacturing method according to a sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
Description will be given with reference to (a) to (c) and FIGS. 11 (a) and 11 (b). The sixth embodiment is the first manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment.
【0112】まず、図10(a)に示すように、p型の
シリコン基板からなる半導体基板200にp型の不純物
例えばホウ素イオンを300keV〜2000keVの
注入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm
-2のドーズ量でイオン注入することによりp- 型のウエ
ル領域201を形成した後、半導体基板200の表面部
にインジウムイオンを50keV〜150keV及び5
×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン
注入することにより、ウエル領域201の上にp型の不
純物層202Aを形成する。First, as shown in FIG. 10A, a semiconductor substrate 200 made of a p-type silicon substrate is implanted with p-type impurities such as boron ions at an implantation energy of 300 keV to 2000 keV and a dose of 1 × 10 13 cm -2 to 1. × 10 14 cm
After the p − type well region 201 is formed by implanting ions at a dose of −2 , indium ions are applied to the surface of the semiconductor substrate 200 at 50 keV to 150 keV and 5 keV.
A p-type impurity layer 202A is formed on the well region 201 by ion implantation at a dose amount of × 10 12 cm -2 to 1 × 10 14 cm -2 .
【0113】次に、半導体基板200の表面を酸化して
2nm〜5nmの厚さを有する第1のシリコン酸化膜を
形成した後、該第1のシリコン酸化膜の上に全面に亘っ
て200nm〜300nmの厚さを有するポリシリコン
膜を堆積し、その後、ポリシリコン膜及び第1のシリコ
ン酸化膜をパターニングすることにより、図10(b)
に示すように、ゲート絶縁膜203及びゲート電極20
4を形成する。Next, the surface of the semiconductor substrate 200 is oxidized to form a first silicon oxide film having a thickness of 2 nm to 5 nm, and then 200 nm to the entire surface of the first silicon oxide film. By depositing a polysilicon film having a thickness of 300 nm and then patterning the polysilicon film and the first silicon oxide film, FIG.
As shown in FIG.
4 is formed.
【0114】次に、図10(c)に示すように、p型の
不純物層202Aにゲート電極204をマスクとして、
n型の不純物例えばヒ素イオンを5keV〜10keV
の注入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015c
m-2のドーズ量でイオン注入することにより、p型の不
純物層202Aの上部領域にn+ 型の不純物層205A
を形成する。Next, as shown in FIG. 10C, the gate electrode 204 is used as a mask on the p-type impurity layer 202A.
An n-type impurity such as arsenic ion is added at 5 keV to 10 keV
Implantation energy and 5 × 10 14 cm −2 to 1 × 10 15 c
By implanting ions at a dose of m −2 , the n + -type impurity layer 205A is formed in the upper region of the p-type impurity layer 202A.
To form.
【0115】次に、半導体基板200の上に全面に亘っ
て第2のシリコン酸化膜を、約600℃〜約850℃の
温度下で約10分間〜約200分間かけて堆積した後、
該第2のシリコン酸化膜に対して異方性エッチングを施
して、図11(a)に示すように、ゲート電極204の
側面に第2のシリコン酸化膜からなるサイドウォール2
07を形成する。このようにすると、第2のシリコン酸
化膜を堆積する工程において、半導体基板200に対し
て低温長時間の第1の熱処理が施されたことになるの
で、p型の不純物層202Aの上部領域におけるn+ 型
の不純物層205Aの内側に、p型の不純物層202A
に比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャ
ネル領域206が形成される。Next, after depositing a second silicon oxide film over the entire surface of the semiconductor substrate 200 at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. for about 10 minutes to about 200 minutes,
Anisotropic etching is performed on the second silicon oxide film to form a sidewall 2 made of the second silicon oxide film on the side surface of the gate electrode 204, as shown in FIG.
07 is formed. In this case, since the semiconductor substrate 200 is subjected to the first heat treatment at a low temperature for a long time in the step of depositing the second silicon oxide film, the upper region of the p-type impurity layer 202A is formed. A p-type impurity layer 202A is formed inside the n + -type impurity layer 205A.
The p − -type low-concentration channel region 206 having a lower concentration of activated impurities than that of the above is formed.
【0116】次に、n+ 型の不純物層205A及びp型
の不純物層202Aにn型の不純物例えばヒ素イオンを
イオン注入した後、熱処理を施してヒ素イオンを活性化
させ、その後、結晶点欠陥を回復させるために、100
0℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第
2の熱処理を施す。Next, after implanting n-type impurities such as arsenic ions into the n + -type impurity layer 205A and the p-type impurity layer 202A, heat treatment is performed to activate the arsenic ions, and then the crystal point defects are generated. 100 to recover
A heat treatment for 10 seconds at a temperature of 0 ° C., that is, a second heat treatment at a high temperature for a short time is performed.
【0117】このようにすると、図11(c)に示すよ
うに、n+ 型の不純物層205A及びp型の不純物層2
02Aにおけるゲート電極204の両側方の領域に、n
+ 型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域
208が形成されると共に、n+ 型の不純物層205A
におけるソース又はドレインの領域208の各上部領域
の内側に、n+ 型の不純物層205Aからなるエクステ
ンション領域205が形成される。By doing so, as shown in FIG. 11C, the n + -type impurity layer 205A and the p-type impurity layer 2 are formed.
In the regions on both sides of the gate electrode 204 in 02A, n
A source or drain region 208 made of a + type impurity active layer is formed, and an n + type impurity layer 205A is formed.
Inside each upper region of the source or drain region 208 in, an extension region 205 made of an n + -type impurity layer 205A is formed.
【0118】第6の実施形態によると、インジウムイオ
ンをイオン注入してウエル領域201の上にp型の不純
物層202Aを形成すると共に、n+ 型の不純物層20
5Aを形成した後に半導体基板200に対して低温長時
間の熱処理を施しているため、p型の不純物層202A
の上部領域におけるn+ 型の不純物層205Aの内側
に、p型の不純物層202Aに比べて活性化不純物の濃
度が低いp- 型の低濃度チャネル領域206を形成する
ことができる。以下、p- 型の低濃度チャネル領域20
6が形成されるメカニズムについて説明する。According to the sixth embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-type impurity layer 202A on the well region 201, and the n + -type impurity layer 20 is formed.
Since the semiconductor substrate 200 is heat-treated at low temperature for a long time after forming 5A, the p-type impurity layer 202A is formed.
A p − -type low-concentration channel region 206 having a lower concentration of activated impurities than the p-type impurity layer 202A can be formed inside the n + -type impurity layer 205A in the upper region of the. Hereinafter, the p − -type low-concentration channel region 20
The mechanism by which 6 is formed will be described.
【0119】インジウムイオンが格子間シリコンと結合
して不活性化することは知られている(例えば、P. Bou
illonet al.,"Anomalus short channel effects in Ind
iumimplanted nMOSFETs", Digest of Tech. Report of
IEDM, pp.-, 1997 )。It is known that indium ions combine with interstitial silicon to inactivate them (eg, P. Bou.
illonet al., "Anomalus short channel effects in Ind
iumimplanted nMOSFETs ", Digest of Tech. Report of
IEDM, pp.-, 1997).
【0120】ヒ素イオンをイオン注入してn+ 型の不純
物層205Aを形成したときにp型の不純物層202A
の内部で発生した格子間シリコン原子は、その後に行な
われる低温長時間の熱処理によって、ゲート絶縁膜20
3に向かって移動する。When arsenic ions are ion-implanted to form the n + -type impurity layer 205A, the p-type impurity layer 202A is formed.
The interstitial silicon atoms generated in the inside of the gate insulating film 20 are subjected to heat treatment at a low temperature for a long time which is performed thereafter.
Move toward 3.
【0121】第6の実施形態によると、インジウムイオ
ンをイオン注入してp型の不純物層202Aを形成する
ため、p型の不純物層202Aにおけるゲート絶縁膜2
03の両側部の下側領域(エクステンション領域205
と接する領域)に存在するインジウムイオンは、n+ 型
の不純物層205Aからゲート絶縁膜203に向かって
移動してきた格子間シリコン原子と結合して不活性化す
るので、p型の不純物層202Aにおけるゲート絶縁膜
203の両側部の下側領域、すなわちp型の不純物層2
02Aの上部領域におけるn+ 型の不純物層205Aの
内側の領域に、p型の不純物層202Aに比べて活性化
不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャネル領域206
が形成されるのである。According to the sixth embodiment, since indium ions are ion-implanted to form the p-type impurity layer 202A, the gate insulating film 2 in the p-type impurity layer 202A is formed.
Area on both sides of 03 (extension area 205
Indium ions existing in a region (contacting with) are inactivated by combining with interstitial silicon atoms that have moved from the n + -type impurity layer 205A toward the gate insulating film 203, and thus in the p-type impurity layer 202A. Lower regions on both sides of the gate insulating film 203, that is, the p-type impurity layer 2
In the region inside the n + -type impurity layer 205A in the upper region of 02A, the p − -type low-concentration channel region 206 in which the concentration of the activation impurity is lower than that of the p-type impurity layer 202A.
Is formed.
【0122】また、第6の実施形態においては、インジ
ウムイオンをイオン注入して、チャネル領域202とな
るp型の不純物層202Aを形成しているため、以下に
説明する理由により、チャネル領域202におけるキャ
リアの移動度の低下を防止することができる。すなわ
ち、インジウムイオンは、ホウ素イオンに比べて原子質
量が大きいため、p型の不純物層202Aにおける下部
領域に濃度分布のピークを持つので、表面に向かうにつ
れて濃度が減少する、いわゆるレトログレードチャネル
を形成することができる。このため、チャネル領域にお
けるキャリアの移動度の低下が起き難いので、MOSト
ランジスタの駆動力を向上させることができる。In addition, in the sixth embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-type impurity layer 202A to be the channel region 202. Therefore, in the channel region 202, the reason will be described below. It is possible to prevent a decrease in carrier mobility. That is, since the indium ion has a larger atomic mass than the boron ion and thus has a concentration distribution peak in the lower region of the p-type impurity layer 202A, the concentration decreases toward the surface, forming a so-called retrograde channel. can do. For this reason, the mobility of carriers in the channel region is less likely to decrease, so that the driving force of the MOS transistor can be improved.
【0123】(第7の実施形態)以下、本発明の第7の
実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図12
(a)〜(c)及び図13(a)〜(c)を参照しなが
ら説明する。尚、第7の実施形態は、第2の実施形態に
係る半導体装置の第2の製造方法である。(Seventh Embodiment) A method for manufacturing a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
Description will be given with reference to (a) to (c) and FIGS. 13 (a) to (c). The seventh embodiment is a second manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment.
【0124】まず、図12(a)に示すように、p型の
シリコン基板からなる半導体基板200にp型の不純物
例えばホウ素イオンを300keV〜2000keVの
注入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm
-2のドーズ量でイオン注入することによりp- 型のウエ
ル領域201を形成した後、半導体基板200の表面部
にインジウムイオンを50keV〜150keV及び5
×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン
注入することにより、ウエル領域201の上にp型の不
純物層202Aを形成する。First, as shown in FIG. 12A, a semiconductor substrate 200 made of a p-type silicon substrate is implanted with p-type impurities such as boron ions at an implantation energy of 300 keV to 2000 keV and a dose of 1 × 10 13 cm -2 to 1. × 10 14 cm
After the p − type well region 201 is formed by implanting ions at a dose of −2 , indium ions are applied to the surface of the semiconductor substrate 200 at 50 keV to 150 keV and 5 keV.
A p-type impurity layer 202A is formed on the well region 201 by ion implantation at a dose amount of × 10 12 cm -2 to 1 × 10 14 cm -2 .
【0125】次に、半導体基板200の表面を酸化して
2nm〜5nmの厚さを有する第1のシリコン酸化膜を
形成した後、該第1のシリコン酸化膜の上に全面に亘っ
て200nm〜300nmの厚さを有するポリシリコン
膜を堆積し、その後、ポリシリコン膜及び第1のシリコ
ン酸化膜をパターニングすることにより、図12(b)
に示すように、ゲート絶縁膜203及びゲート電極20
4を形成する。Next, the surface of the semiconductor substrate 200 is oxidized to form a first silicon oxide film having a thickness of 2 nm to 5 nm, and then 200 nm to the entire surface of the first silicon oxide film. By depositing a polysilicon film having a thickness of 300 nm and then patterning the polysilicon film and the first silicon oxide film, FIG.
As shown in FIG.
4 is formed.
【0126】次に、図12(c)に示すように、p型の
不純物層202Aにゲート電極204をマスクとして、
IV族に属する原子のイオン例えばゲルマニウムイオン
を、5keV〜10keVの注入エネルギー及び5×1
014cm-2〜1×1015cm-2でイオン注入して、p型
の不純物層102Aの上部領域にp型の非晶質層210
を形成する。Next, as shown in FIG. 12C, the gate electrode 204 is used as a mask on the p-type impurity layer 202A.
An ion of an atom belonging to group IV, for example, a germanium ion, is implanted with an injection energy of 5 keV to 10 keV and 5 × 1.
Ion implantation is performed at 0 14 cm −2 to 1 × 10 15 cm −2 to p-type amorphous layer 210 in the upper region of p-type impurity layer 102A.
To form.
【0127】次に、図13(a)に示すように、p型の
非晶質層210にゲート電極204をマスクとしてn型
の不純物例えばヒ素イオンを5〜10keVの注入エネ
ルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2のドー
ズ量でイオン注入することにより、非晶質層210にn
+ 型の不純物層205Aを形成する。Next, as shown in FIG. 13A, n-type impurities such as arsenic ions are implanted into the p-type amorphous layer 210 using the gate electrode 204 as a mask and the implantation energy is 5 to 10 keV and 5 × 10 14 is applied. By implanting ions at a dose of cm −2 to 1 × 10 15 cm −2 , n is added to the amorphous layer 210.
A + type impurity layer 205A is formed.
【0128】次に、半導体基板200の上に全面に亘っ
て第2のシリコン酸化膜を、約600℃〜約850℃の
温度下で約10分間〜約200分間かけて堆積した後、
該第2のシリコン酸化膜に対して異方性エッチングを施
して、図13(b)に示すように、ゲート電極204の
側面に第2のシリコン酸化膜からなるサイドウォール2
07を形成する。このようにすると、第2のシリコン酸
化膜を堆積する工程において、半導体基板200に対し
て低温長時間の第1の熱処理が施されたことになるの
で、p型の不純物層202Aの上部領域におけるn+ 型
の不純物層205Aの内側に、p型の不純物層202A
に比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャ
ネル領域206が形成される。Next, after depositing a second silicon oxide film over the entire surface of the semiconductor substrate 200 at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. for about 10 minutes to about 200 minutes,
By anisotropically etching the second silicon oxide film, as shown in FIG. 13B, the sidewall 2 made of the second silicon oxide film is formed on the side surface of the gate electrode 204.
07 is formed. In this case, since the semiconductor substrate 200 is subjected to the first heat treatment at a low temperature for a long time in the step of depositing the second silicon oxide film, the upper region of the p-type impurity layer 202A is formed. A p-type impurity layer 202A is formed inside the n + -type impurity layer 205A.
The p − -type low-concentration channel region 206 having a lower concentration of activated impurities than that of the above is formed.
【0129】次に、n+ 型の不純物層205A及びp型
の不純物層202Aにn型の不純物例えばヒ素イオンを
イオン注入した後、熱処理を施してヒ素イオンを活性化
させ、その後、結晶点欠陥を回復させるために、100
0℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第
2の熱処理を施す。Next, an n-type impurity such as arsenic ion is ion-implanted into the n + -type impurity layer 205A and the p-type impurity layer 202A, and then heat treatment is performed to activate the arsenic ion. 100 to recover
A heat treatment for 10 seconds at a temperature of 0 ° C., that is, a second heat treatment at a high temperature for a short time is performed.
【0130】このようにすると、図13(c)に示すよ
うに、n+ 型の不純物層205A及びp型の不純物層2
02Aにおけるゲート電極204の両側方の領域に、n
+ 型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域
208が形成されると共に、n+ 型の不純物層205A
におけるソース又はドレインの領域208の各上部領域
の内側に、n+ 型の不純物層205Aからなるエクステ
ンション領域205が形成される。By doing so, as shown in FIG. 13C, the n + -type impurity layer 205A and the p-type impurity layer 2 are formed.
In the regions on both sides of the gate electrode 204 in 02A, n
A source or drain region 208 made of a + type impurity active layer is formed, and an n + type impurity layer 205A is formed.
Inside each upper region of the source or drain region 208 in, an extension region 205 made of an n + -type impurity layer 205A is formed.
【0131】第7の実施形態によると、インジウムイオ
ンをイオン注入してp型の不純物層202Aを形成する
と共に、n+ 型の不純物層205Aを形成した後に半導
体基板200に対して低温長時間の熱処理を施している
ため、p型の不純物層202Aの上部領域におけるn+
型の不純物層205Aの内側に、p型の不純物層202
Aに比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チ
ャネル領域206が形成される。p- 型の低濃度チャネ
ル領域206が形成されるメカニズムについては、第6
の実施形態と同様である。According to the seventh embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-type impurity layer 202A and the n + -type impurity layer 205A is formed, and then the semiconductor substrate 200 is subjected to a low temperature for a long time. Since the heat treatment is performed, n + in the upper region of the p-type impurity layer 202A is increased.
Inside the p-type impurity layer 205A, the p-type impurity layer 202 is formed.
A p − -type low-concentration channel region 206 having a lower concentration of activated impurities than A is formed. The mechanism by which the p − -type low-concentration channel region 206 is formed is described in
It is similar to the embodiment.
【0132】また、第7の実施形態においては、ヒ素イ
オンをイオン注入してn+ 型の不純物層205Aを形成
していると共に、ゲルマニウムイオンをイオン注入して
非晶質層210を形成しているため、p型の不純物層2
02Aの内部で発生する格子間シリコン原子は、第6の
実施形態の場合(ゲルマニウムイオンのイオン注入を行
なわない場合)に比べて増加しているので、p型の不純
物層202Aにおけるゲート絶縁膜203の両側部の下
側領域に存在するインジウムイオンと、格子間シリコン
原子との結合は第6の実施形態の場合に比べて増加す
る。このため、p型の不純物層202Aにおけるゲート
絶縁膜203の両側部の下側領域、すなわちp型の不純
物層202Aの上部領域におけるn+ 型の不純物層20
5Aの内側の領域において、インジウムイオンが一層不
活性化するので、p- 型の低濃度チャネル領域206を
より一層効率的に形成することができる。In addition, in the seventh embodiment, arsenic ions are ion-implanted to form the n + -type impurity layer 205A, and germanium ions are ion-implanted to form the amorphous layer 210. The p-type impurity layer 2
Since the interstitial silicon atoms generated inside 02A are larger than in the case of the sixth embodiment (when not implanting germanium ions), the gate insulating film 203 in the p-type impurity layer 202A. Bonding between indium ions existing in the lower regions of both sides of the interstitial silicon atoms and interstitial silicon atoms is increased as compared with the case of the sixth embodiment. Therefore, the n + -type impurity layer 20 in the lower region on both sides of the gate insulating film 203 in the p-type impurity layer 202A, that is, in the upper region of the p-type impurity layer 202A.
Since indium ions are further inactivated in the region inside 5A, the p − -type low-concentration channel region 206 can be formed more efficiently.
【0133】また、第7の実施形態においては、ゲルマ
ニウムイオンをイオン注入して非晶質層210を形成し
ておいてから、ヒ素イオンをイオン注入してn+ 型の不
純物層205Aを形成するため、n+ 型の不純物層20
5Aからなるエクステンション領域205は急峻になる
ので、エクステンション領域205の低抵抗化を実現で
きる。In addition, in the seventh embodiment, germanium ions are ion-implanted to form the amorphous layer 210, and then arsenic ions are ion-implanted to form the n + -type impurity layer 205A. Therefore, the n + -type impurity layer 20
Since the extension region 205 made of 5A becomes steep, the resistance of the extension region 205 can be reduced.
【0134】さらに、第7の実施形態においては、イン
ジウムイオンをイオン注入して、チャネル領域202と
なるp型の不純物層202Aを形成しているため、第6
の実施形態と同様、いわゆるレトログレードチャネルを
形成できるので、チャネル領域202におけるキャリア
の移動度の低下を防止することができる。Further, in the seventh embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-type impurity layer 202A to be the channel region 202.
Since a so-called retrograde channel can be formed in the same manner as in the above embodiment, it is possible to prevent a decrease in carrier mobility in the channel region 202.
【0135】(第8の実施形態)以下、本発明の第8の
実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図14
(a)〜(c)及び図15(a)〜(c)を参照しなが
ら説明する。尚、第8の実施形態は、第3の実施形態に
係る半導体装置の第1の製造方法である。(Eighth Embodiment) A method for manufacturing a semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
A description will be given with reference to (a) to (c) and FIGS. 15 (a) to (c). The eighth embodiment is the first manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment.
【0136】まず、図14(a)に示すように、p型の
シリコン基板からなる半導体基板300にp型の不純物
例えばホウ素イオンを300keV〜2000keVの
注入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm
-2のドーズ量でイオン注入することによりp- 型のウエ
ル領域301を形成した後、半導体基板300の表面部
にインジウムイオンを50keV〜150keV及び5
×1012cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量でイオン
注入することにより、ウエル領域301の上にp型の不
純物層302Aを形成する。First, as shown in FIG. 14A, a semiconductor substrate 300 made of a p-type silicon substrate is implanted with p-type impurities such as boron ions at an implantation energy of 300 keV to 2000 keV and a dose of 1 × 10 13 cm -2 to 1. × 10 14 cm
After the p − type well region 301 is formed by implanting ions at a dose of −2 , indium ions are applied to the surface of the semiconductor substrate 300 at 50 keV to 150 keV and 5 keV.
A p-type impurity layer 302A is formed on the well region 301 by ion implantation at a dose amount of × 10 12 cm -2 to 1 × 10 14 cm -2 .
【0137】次に、半導体基板300の表面を酸化して
2nm〜5nmの厚さを有する第1のシリコン酸化膜を
形成した後、該第1のシリコン酸化膜の上に全面に亘っ
て200nm〜300nmの厚さを有するポリシリコン
膜を堆積し、その後、ポリシリコン膜及び第1のシリコ
ン酸化膜をパターニングすることにより、図14(b)
に示すように、ゲート絶縁膜303及びゲート電極30
4を形成する。Next, the surface of the semiconductor substrate 300 is oxidized to form a first silicon oxide film having a thickness of 2 nm to 5 nm, and then 200 nm to the entire surface of the first silicon oxide film. By depositing a polysilicon film having a thickness of 300 nm and then patterning the polysilicon film and the first silicon oxide film, FIG.
As shown in FIG.
4 is formed.
【0138】次に、図14(c)に示すように、p型の
不純物層302Aにゲート電極304をマスクとして、
n型の不純物例えばヒ素イオンを5keV〜10keV
の注入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015c
m-2のドーズ量でイオン注入することにより、p型の不
純物層302Aの上部領域にn+ 型の不純物層305A
を形成する。Next, as shown in FIG. 14C, the gate electrode 304 is used as a mask on the p-type impurity layer 302A.
An n-type impurity such as arsenic ion is added at 5 keV to 10 keV
Implantation energy and 5 × 10 14 cm −2 to 1 × 10 15 c
By implanting ions at a dose of m −2, an n + -type impurity layer 305A is formed in the upper region of the p-type impurity layer 302A.
To form.
【0139】次に、半導体基板300に対して、約60
0℃〜約850℃の温度下で約10分間〜約200分間
の熱処理つまり低温長時間の第1の熱処理を施すことに
より、図15(a)に示すように、p型の不純物層30
2Aの上部領域におけるn+型の不純物層305Aの内
側に、p型の不純物層302Aよりも不純物濃度が低い
p- 型の低濃度チャネル領域306を形成する。Next, with respect to the semiconductor substrate 300, about 60
By performing the heat treatment for about 10 minutes to about 200 minutes at the temperature of 0 ° C. to about 850 ° C., that is, the first heat treatment at a low temperature for a long time, as shown in FIG.
A p − -type low-concentration channel region 306 having an impurity concentration lower than that of the p-type impurity layer 302A is formed inside the n + -type impurity layer 305A in the upper region of 2A.
【0140】次に、p型の不純物層302Aにゲート電
極304をマスクとして、インジウムイオンを50〜1
50keVの注入エネルギー及び5×1012cm-2〜1
×1014cm-2のドーズ量でイオン注入することによ
り、p型の不純物層302Aの下部領域にp+ 型の不純
物層307Aを形成する。その後、半導体基板300に
対して、不活性ガス雰囲気中において例えば1000℃
の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第2の
熱処理を施す。Next, with the gate electrode 304 as a mask, the p-type impurity layer 302A is exposed to 50 to 1 indium ions.
Implantation energy of 50 keV and 5 × 10 12 cm −2 to 1
By implanting ions at a dose of × 10 14 cm -2 , a p + -type impurity layer 307A is formed in the lower region of the p-type impurity layer 302A. Then, with respect to the semiconductor substrate 300, for example, at 1000 ° C. in an inert gas atmosphere.
The heat treatment is performed for 10 seconds under the above temperature, that is, the second heat treatment at a high temperature for a short time is performed.
【0141】次に、半導体基板300の上に全面に亘っ
て第2のシリコン酸化膜を堆積した後、該第2のシリコ
ン酸化膜に対して異方性エッチングを行なうことによ
り、図15(a)に示すように、ゲート電極304の側
面にサイドウォール308を形成する。Next, after depositing a second silicon oxide film over the entire surface of the semiconductor substrate 300, anisotropic etching is performed on the second silicon oxide film to form the structure shown in FIG. ), A sidewall 308 is formed on the side surface of the gate electrode 304.
【0142】次に、n+ 型の不純物層305A及びp+
型の不純物層307Aにn型の不純物例えばヒ素イオン
をイオン注入した後、熱処理を施してヒ素イオンを活性
化させ、その後、結晶点欠陥を回復させるために、10
00℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の
第3の熱処理を施す。Next, the n + -type impurity layers 305A and p +
N-type impurities such as arsenic ions are ion-implanted into the impurity layer 307A of the same type, heat treatment is performed to activate the arsenic ions, and thereafter, in order to recover the crystal point defects, 10
A heat treatment for 10 seconds at a temperature of 00 ° C., that is, a third heat treatment at a high temperature for a short time is performed.
【0143】このようにすると、図15(c)に示すよ
うに、n+ 型の不純物層305A及びp+ 型の不純物層
306Aにおけるゲート電極304の両側方の領域に、
n+型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領
域309が形成され、n+ 型の不純物層305Aにおけ
るソース又はドレインの領域308の各上部領域の内側
に、n+ 型の不純物層305Aからなるエクステンショ
ン領域305が形成されると共に、p+ 型の不純物層3
07Aにおけるソース又はドレインの領域308の各下
部領域の内側に、p+ 型の不純物層307Aからなるポ
ケット領域307が形成される。By doing so, as shown in FIG. 15C, in the regions on both sides of the gate electrode 304 in the n + -type impurity layer 305A and the p + -type impurity layer 306A,
A source or drain region 309 made of an n + type impurity active layer is formed, and an n + type impurity layer 305A is formed inside each upper region of the source or drain region 308 in the n + type impurity layer 305A. The extension region 305 is formed and the p + -type impurity layer 3 is formed.
A pocket region 307 made of ap + -type impurity layer 307A is formed inside each lower region of the source or drain region 308 in 07A.
【0144】第8の実施形態によると、インジウムイオ
ンをイオン注入してp型の不純物層302Aを形成する
工程と、n+ 型の不純物層305Aを形成した後に半導
体基板300に対して低温長時間の熱処理を施す工程と
を備えているため、p型の不純物層302Aの上部領域
におけるn+ 型の不純物層305Aの内側に、p型の不
純物層302Aに比べて活性化不純物の濃度が低いp-
型の低濃度チャネル領域306を形成することができ
る。p- 型の低濃度チャネル領域306が形成されるメ
カニズムについては、第6の実施形態と同様である。According to the eighth embodiment, the step of ion-implanting indium ions to form the p-type impurity layer 302A and the step of forming the n + -type impurity layer 305A and then the semiconductor substrate 300 at a low temperature for a long time are performed. Heat treatment step of p-type impurity layer 302A inside the n + -type impurity layer 305A in the upper region of the p-type impurity layer 302A. -
A lightly doped channel region 306 of the mold can be formed. The mechanism of forming the p − -type low-concentration channel region 306 is the same as in the sixth embodiment.
【0145】また、第8の実施形態によると、第4の実
施形態と同様、ホウ素イオンに比べて原子質量が大きい
インジウムイオンをイオン注入して、ポケット領域30
7となるp+ 型の不純物層307Aを形成した後に高温
短時間の第2の熱処理を施しているため、点欠陥に起因
する増速拡散の発生が抑制されるので、p+ 型の不純物
層307Aからなるポケット領域307の拡がりを抑制
することができる。従って、ポケット領域307となる
p+ 型の不純物層307Aをゲート絶縁膜303との間
に間隔をおくように形成することができる。Further, according to the eighth embodiment, as in the fourth embodiment, indium ions having a larger atomic mass than boron ions are ion-implanted and the pocket regions 30 are formed.
Since the second heat treatment is performed at a high temperature for a short time after forming the p + -type impurity layer 307A to be 7, the generation of accelerated diffusion due to point defects is suppressed, so that the p + -type impurity layer is formed. The expansion of the pocket area 307 made of 307A can be suppressed. Therefore, the p + -type impurity layer 307A to be the pocket region 307 can be formed so as to be spaced from the gate insulating film 303.
【0146】尚、第8の実施形態においては、第1の高
温短時間の熱処理を1000℃の温度下で10秒間行な
ったが、これに限られず、約950℃〜約1050℃の
温度範囲で且つ約0.1秒間〜約30秒の時間範囲であ
れば、ポケット領域307の拡がりを抑制する効果が得
られる。In the eighth embodiment, the first high-temperature short-time heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C. for 10 seconds. However, the present invention is not limited to this, and the temperature range is about 950 ° C. to about 1050 ° C. In addition, in the time range of about 0.1 second to about 30 seconds, the effect of suppressing the expansion of the pocket region 307 can be obtained.
【0147】さらに、第8の実施形態においては、イン
ジウムイオンをイオン注入して、チャネル領域302と
なるp型の不純物層302Aを形成しているため、第6
の実施形態と同様、いわゆるレトログレードチャネルを
形成できるので、チャネル領域302におけるキャリア
の移動度の低下を防止することができる。Further, in the eighth embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-type impurity layer 302A which becomes the channel region 302.
Since a so-called retrograde channel can be formed in the same manner as in the first embodiment, it is possible to prevent a decrease in carrier mobility in the channel region 302.
【0148】(第9の実施形態)以下、本発明の第9の
実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図16
(a)〜(c)及び図17(a)〜(c)を参照しなが
ら説明する。尚、第9の実施形態は、第3の実施形態に
係る半導体装置の第2の製造方法である。(Ninth Embodiment) A method for manufacturing a semiconductor device according to a ninth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
A description will be given with reference to (a) to (c) and FIGS. 17 (a) to (c). The ninth embodiment is the second manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment.
【0149】まず、図16(a)に示すように、p型の
シリコン基板からなる半導体基板300にp型の不純物
例えばホウ素イオンを300keV〜2000keVの
注入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm
-2のドーズ量でイオン注入することによりp- 型のウエ
ル領域301を形成した後、半導体基板300の表面部
にインジウムイオンを20keV〜200keV及び4
×1012cm-2〜1×1013cm-2のドーズ量でイオン
注入することにより、ウエル領域301の上にp型の不
純物層302Aを形成する。First, as shown in FIG. 16A, a semiconductor substrate 300 made of a p-type silicon substrate is implanted with p-type impurities such as boron ions at an implantation energy of 300 keV to 2000 keV and at a dose of 1 × 10 13 cm -2 to 1. × 10 14 cm
After the p − type well region 301 is formed by implanting ions at a dose of −2 , indium ions are added to the surface of the semiconductor substrate 300 at 20 keV to 200 keV and 4
A p-type impurity layer 302A is formed on the well region 301 by ion implantation with a dose amount of × 10 12 cm -2 to 1 × 10 13 cm -2 .
【0150】次に、半導体基板300の表面を酸化して
2nm〜5nmの厚さを有する第1のシリコン酸化膜を
形成した後、該第1のシリコン酸化膜の上に全面に亘っ
て200nm〜300nmの厚さを有するポリシリコン
膜を堆積し、その後、ポリシリコン膜及び第1のシリコ
ン酸化膜をパターニングすることにより、図16(b)
に示すように、ゲート絶縁膜303及びゲート電極30
4を形成する。Next, the surface of the semiconductor substrate 300 is oxidized to form a first silicon oxide film having a thickness of 2 nm to 5 nm, and then 200 nm to the entire surface of the first silicon oxide film. By depositing a polysilicon film having a thickness of 300 nm and then patterning the polysilicon film and the first silicon oxide film, FIG.
As shown in FIG.
4 is formed.
【0151】次に、p型の不純物層302Aにゲート電
極304をマスクとして、IV族に属する原子のイオン例
えばゲルマニウムイオンを、5keV〜10keVの注
入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2
でイオン注入して、p型の不純物層302Aの上部領域
にp型の非晶質層310を形成する。Next, using the gate electrode 304 as a mask on the p-type impurity layer 302A, ions of group IV atoms, such as germanium ions, are implanted with an energy of 5 keV to 10 keV and 5 × 10 14 cm −2 to 1 × 10 5. 15 cm -2
Ion implantation is performed to form a p-type amorphous layer 310 in the upper region of the p-type impurity layer 302A.
【0152】次に、図16(c)に示すように、非晶質
層310にゲート電極304をマスクとして、n型の不
純物例えばヒ素イオンを5keV〜10keVの注入エ
ネルギー及び5×1014cm-2〜1×1015cm-2のド
ーズ量でイオン注入することにより、非晶質層310に
n+ 型の不純物層305Aを形成する。Next, as shown in FIG. 16C, with the gate electrode 304 used as a mask in the amorphous layer 310, n-type impurities such as arsenic ions are implanted with an energy of 5 keV to 10 keV and 5 × 10 14 cm −. The n + -type impurity layer 305A is formed in the amorphous layer 310 by performing ion implantation with a dose amount of 2 to 1 × 10 15 cm −2 .
【0153】次に、半導体基板300の上に全面に亘っ
て第2のシリコン酸化膜を、約600℃〜約850℃の
温度下で約10分間〜約200分間かけて堆積した後、
該第2のシリコン酸化膜に対して異方性エッチングを施
して、図17(a)に示すように、ゲート電極304の
側面に第2のシリコン酸化膜からなるサイドウォール3
08を形成する。このようにすると、第2のシリコン酸
化膜を堆積する工程において、半導体基板300に対し
て低温長時間の第1の熱処理が施されたことになるの
で、p型の不純物層302Aの上部領域におけるn+ 型
の不純物層305Aの内側に、p型の不純物層302A
に比べて活性化不純物の濃度が低いp- 型の低濃度チャ
ネル領域306が形成される。Next, after depositing a second silicon oxide film over the entire surface of the semiconductor substrate 300 at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. for about 10 minutes to about 200 minutes,
Anisotropic etching is applied to the second silicon oxide film to form side walls 3 of the second silicon oxide film on the side surfaces of the gate electrode 304, as shown in FIG.
08 is formed. In this case, since the semiconductor substrate 300 has been subjected to the first heat treatment at a low temperature for a long time in the step of depositing the second silicon oxide film, the p-type impurity layer 302A in the upper region is exposed. Inside the n + -type impurity layer 305A, the p-type impurity layer 302A is formed.
P − -type low-concentration channel region 306 having a lower concentration of activated impurities than that of
【0154】次に、図17(b)に示すように、n+ 型
の不純物層305A及びp型の不純物層302Aにn型
の不純物例えばヒ素イオンをイオン注入して、n+ 型の
不純物層305A及びp型の不純物層302Aにおける
ゲート電極304の両側方の領域に、n+ 型の不純物層
からなるソース又はドレインの領域309を形成すると
共に、n+ 型の不純物層305Aにおけるソース又はド
レインの領域309の各上部領域の内側に、n+ 型の不
純物層305Aからなるエクステンション領域305を
形成する。Next, as shown in FIG. 17B, n-type impurities, such as arsenic ions, are ion-implanted into the n + -type impurity layer 305A and the p-type impurity layer 302A to form the n + -type impurity layer. 305A in the area of both sides of the gate electrode 304 in and p-type impurity layer 302A, with n + -type source and consisting of impurity layer forms a region 309 of the drain, n + -type source and the drain of the impurity layer 305A of An extension region 305 made of an n + type impurity layer 305A is formed inside each upper region of the region 309.
【0155】次に、図17(c)に示すように、サイド
ウォール308を除去した後、p型の不純物層302A
にゲート電極304をマスクとして、インジウムイオン
を100〜200keVの注入エネルギー及び1×10
13cm-2〜4×1013cm-2のドーズ量でイオン注入す
ることにより、p型の不純物層302Aの下部領域にお
ける、エクステンション領域305の下側且つソース又
はドレインの領域309の内側にp+ 型のポケット領域
307を形成する。Next, as shown in FIG. 17C, after removing the side wall 308, the p-type impurity layer 302A is formed.
With the gate electrode 304 as a mask, indium ions are implanted with energy of 100 to 200 keV and 1 × 10 5.
By implanting ions at a dose amount of 13 cm −2 to 4 × 10 13 cm −2 , p is implanted below the extension region 305 and inside the source or drain region 309 in the lower region of the p-type impurity layer 302A. A + type pocket region 307 is formed.
【0156】次に、半導体基板300に対して、例えば
1000℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時
間の第2の熱処理を施して、ソース又はドレインの領域
309のヒ素イオンを活性化させると共に結晶点欠陥を
回復させる。Next, the semiconductor substrate 300 is subjected to a heat treatment at a temperature of 1000 ° C. for 10 seconds, that is, a second heat treatment at a high temperature for a short time to activate the arsenic ions in the source or drain region 309. At the same time, the crystal point defects are recovered.
【0157】第9の実施形態においては、インジウムイ
オンをイオン注入してp型の不純物層302Aを形成す
る工程、ゲルマニウムイオンをイオン注入して非晶質層
310を形成する工程、及び、n+ 型の不純物層305
Aを形成した後に半導体基板300に対して低温長時間
の熱処理を施す工程とを備えているため、第7の実施形
態と同様、p型の不純物層302Aの上部領域における
n+ 型の不純物層305Aの内側に、p型の不純物層3
02Aに比べて活性化不純物の濃度が低いp-型の低濃
度チャネル領域306を効率良く形成することができ
る。In the ninth embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-type impurity layer 302A, germanium ions are ion-implanted to form the amorphous layer 310, and n +. Type impurity layer 305
Since the semiconductor substrate 300 is heat-treated at low temperature for a long time after forming A, the n + -type impurity layer in the upper region of the p-type impurity layer 302A is provided as in the seventh embodiment. The p-type impurity layer 3 is formed inside the 305A.
It is possible to efficiently form the p − -type low-concentration channel region 306 in which the concentration of the activated impurities is lower than that of 02A.
【0158】また、第9の実施形態によると、ゲルマニ
ウムイオンをイオン注入して非晶質層310を形成して
おいてから、ヒ素イオンをイオン注入してn+ 型の不純
物層305Aを形成するため、n+ 型の不純物層305
Aからなるエクステンション領域305における不純物
濃度の分布は急峻になるので、エクステンション領域3
05の低抵抗化を実現できる。According to the ninth embodiment, germanium ions are ion-implanted to form the amorphous layer 310, and then arsenic ions are ion-implanted to form the n + -type impurity layer 305A. Therefore, the n + -type impurity layer 305
Since the distribution of the impurity concentration in the extension region 305 made of A becomes steep, the extension region 3
A low resistance of 05 can be realized.
【0159】また、第9の実施形態によると、第4の実
施形態と同様、ホウ素イオンに比べて原子質量が大きい
インジウムイオンをイオン注入して、p+ 型のポケット
領域307を形成した直後に高温短時間の第2の熱処理
を施しているため、ポケット領域307の拡がりを抑制
することができる。従って、ポケット領域307となる
p+ 型の不純物層307Aをゲート絶縁膜303との間
に間隔をおくように形成することができる。According to the ninth embodiment, similarly to the fourth embodiment, immediately after the indium ion having a larger atomic mass than the boron ion is ion-implanted to form the p + -type pocket region 307. Since the second heat treatment is performed at a high temperature for a short time, the expansion of the pocket region 307 can be suppressed. Therefore, the p + -type impurity layer 307A to be the pocket region 307 can be formed so as to be spaced from the gate insulating film 303.
【0160】さらに、第9の実施形態においては、イン
ジウムイオンをイオン注入して、チャネル領域302と
なるp型の不純物層302Aを形成しているため、第6
の実施形態と同様、いわゆるレトログレードチャネルを
形成できるので、チャネル領域302におけるキャリア
の移動度の低下を防止することができる。Further, in the ninth embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p-type impurity layer 302A which will become the channel region 302.
Since a so-called retrograde channel can be formed in the same manner as in the first embodiment, it is possible to prevent a decrease in carrier mobility in the channel region 302.
【0161】(第10の実施形態)以下、本発明の第1
0の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図
18(a)〜(c)及び図19(a)〜(c)を参照し
ながら説明する。尚、第10の実施形態は、第3の実施
形態に係る半導体装置の第3の製造方法である。(Tenth Embodiment) The first embodiment of the present invention will be described below.
A method for manufacturing a semiconductor device according to the No. 0 embodiment will be described with reference to FIGS. 18 (a) to 18 (c) and FIGS. 19 (a) to 19 (c). The tenth embodiment is a third manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment.
【0162】まず、図18(a)に示すように、p型の
シリコン基板からなる半導体基板300にp型の不純物
例えばホウ素イオンを300keV〜2000keVの
注入エネルギー及び1×1013cm-2〜1×1014cm
-2のドーズ量でイオン注入することによりp- 型のウエ
ル領域301を形成した後、半導体基板300の表面部
にインジウムイオンを20keV〜200keV及び4
×1012cm-2〜1×1013cm-2のドーズ量でイオン
注入することにより、ウエル領域301の上にp型の不
純物層302Aを形成する。First, as shown in FIG. 18A, a semiconductor substrate 300 made of a p-type silicon substrate is implanted with p-type impurities such as boron ions at an implantation energy of 300 keV to 2000 keV and a dose of 1 × 10 13 cm -2 to 1. × 10 14 cm
After the p − type well region 301 is formed by implanting ions at a dose of −2 , indium ions are added to the surface of the semiconductor substrate 300 at 20 keV to 200 keV and 4
A p-type impurity layer 302A is formed on the well region 301 by ion implantation with a dose amount of × 10 12 cm -2 to 1 × 10 13 cm -2 .
【0163】次に、半導体基板300の表面を酸化して
2nm〜5nmの厚さを有する第1のシリコン酸化膜を
形成した後、該第1のシリコン酸化膜の上に全面に亘っ
て200nm〜300nmの厚さを有するポリシリコン
膜を堆積し、その後、ポリシリコン膜及び第1のシリコ
ン酸化膜をパターニングすることにより、図18(b)
に示すように、ゲート絶縁膜303及びゲート電極30
4を形成する。Next, the surface of the semiconductor substrate 300 is oxidized to form a first silicon oxide film having a thickness of 2 nm to 5 nm, and then 200 nm to the entire surface of the first silicon oxide film. By depositing a polysilicon film having a thickness of 300 nm and then patterning the polysilicon film and the first silicon oxide film, FIG.
As shown in FIG.
4 is formed.
【0164】次に、p型の不純物層302Aにゲート電
極304をマスクとして、IV族に属する原子のイオン例
えばシリコンイオンを、5keV〜10keVの注入エ
ネルギー及び1×1014cm-2〜5×1014cm-2でイ
オン注入して、p型の不純物層302Aの上部領域にシ
リコン注入層311を形成する。Next, using the gate electrode 304 as a mask on the p-type impurity layer 302A, ions of a group IV atom, for example, silicon ions, are implanted with an implantation energy of 5 keV to 10 keV and 1 × 10 14 cm −2 to 5 × 10 5. Ions are implanted at 14 cm −2 to form a silicon implantation layer 311 in the upper region of the p-type impurity layer 302A.
【0165】次に、半導体基板300に対して、約60
0℃〜約850℃の温度下で約10分間〜約200分間
の熱処理つまり低温長時間の第1の熱処理を施すことに
より、図19(a)に示すように、シリコン注入層31
1の上部領域及びp型の不純物層302Aの上部領域に
架けて、p型の不純物層302Aに比べて活性化不純物
の濃度が低いp- 型の低濃度不純物層306Aを形成す
る。Next, with respect to the semiconductor substrate 300, about 60
By performing a heat treatment for about 10 minutes to about 200 minutes at a temperature of 0 ° C. to about 850 ° C., that is, a first heat treatment at a low temperature for a long time, as shown in FIG.
A p − -type low-concentration impurity layer 306A having a lower concentration of activating impurities than the p-type impurity layer 302A is formed so as to extend over the upper region of 1 and the upper region of the p-type impurity layer 302A.
【0166】次に、図19(b)に示すように、p型の
不純物層302Aにゲート電極304をマスクとして、
インジウムイオンを50〜200keVの注入エネルギ
ー及び1×1013cm-2〜1×1014cm-2のドーズ量
でイオン注入することにより、p型の不純物層302A
の下部領域にp+ 型の不純物層307Aを形成する。Next, as shown in FIG. 19B, the gate electrode 304 is used as a mask on the p-type impurity layer 302A.
By implanting indium ions with an implantation energy of 50 to 200 keV and a dose amount of 1 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 , the p-type impurity layer 302A is formed.
A p + -type impurity layer 307A is formed in the lower region of.
【0167】次に、p- 型の低濃度不純物層306A及
びp型の不純物層302Aにゲート電極304をマスク
として、n型の不純物例えばヒ素イオンを5keV〜1
0keVの注入エネルギー及び5×1014cm-2〜1×
1015cm-2のドーズ量でイオン注入することにより、
p- 型の低濃度不純物層306A及びp型の不純物層3
02Aの上部領域にn+ 型の不純物層305Aを形成
し、その後、半導体基板300に対して、例えば100
0℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の第
2の熱処理を施す。Next, using the gate electrode 304 as a mask, the p − -type low-concentration impurity layer 306A and the p-type impurity layer 302A are doped with n-type impurities such as arsenic ions at 5 keV to 1 keV.
Implantation energy of 0 keV and 5 × 10 14 cm −2 to 1 ×
By implanting ions at a dose of 10 15 cm -2 ,
p − type low-concentration impurity layer 306A and p type impurity layer 3
An n + -type impurity layer 305A is formed in the upper region of 02A, and thereafter, with respect to the semiconductor substrate 300, for example, 100
A heat treatment for 10 seconds at a temperature of 0 ° C., that is, a second heat treatment at a high temperature for a short time is performed.
【0168】次に、半導体基板300の上に全面に亘っ
て第2のシリコン酸化膜を堆積した後、該第2のシリコ
ン酸化膜に対して異方性エッチングを行なうことによ
り、図19(c)に示すように、ゲート電極304の側
面にサイドウォール308を形成する。Next, after depositing a second silicon oxide film over the entire surface of the semiconductor substrate 300, anisotropic etching is performed on the second silicon oxide film, so that FIG. ), A sidewall 308 is formed on the side surface of the gate electrode 304.
【0169】次に、n+ 型の不純物層305A及びp+
型の不純物層307Aにn型の不純物例えばヒ素イオン
をイオン注入した後、熱処理を施してヒ素イオンを活性
化させ、その後、結晶点欠陥を回復させるために、10
00℃の温度下で10秒間の熱処理つまり高温短時間の
第3の熱処理を施す。Next, the n + type impurity layers 305A and p +
N-type impurities such as arsenic ions are ion-implanted into the impurity layer 307A of the same type, heat treatment is performed to activate the arsenic ions, and thereafter, in order to recover the crystal point defects, 10
A heat treatment for 10 seconds at a temperature of 00 ° C., that is, a third heat treatment at a high temperature for a short time is performed.
【0170】このようにすると、図8(c)に示すよう
に、n+ 型の不純物層105A及びp+ 型の不純物層3
07Aにおけるゲート電極304の両側方の領域に、n
+ 型の不純物活性層からなるソース又はドレインの領域
309が形成され、n+ 型の不純物層305Aにおける
ソース又はドレインの領域309の各上部領域の内側
に、n+ 型の不純物層305Aからなるエクステンショ
ン領域305が形成されると共に、p+ 型の不純物層3
07Aにおけるソース又はドレインの領域309の各下
部領域の内側に、p+ 型の不純物層307Aからなるポ
ケット領域307が形成される。By doing so, as shown in FIG. 8C, the n + -type impurity layer 105A and the p + -type impurity layer 3 are formed.
In the regions on both sides of the gate electrode 304 in 07A, n
+ -Type also source consists impurity active layer region 309 of the drain is formed, on the inside of the respective upper regions of the n + -type source and drain regions 309 in the impurity layer 305A of, consisting impurity layer 305A of the n + -type extension The region 305 is formed and the p + -type impurity layer 3 is formed.
A pocket region 307 made of ap + -type impurity layer 307A is formed inside each lower region of the source or drain region 309 in 07A.
【0171】第10の実施形態によると、インジウムイ
オンをイオン注入してp型の不純物層302Aを形成す
る工程と、シリコンイオンをイオン注入してシリコン注
入層311を形成する工程と、半導体基板300に対し
て低温長時間の第1の熱処理を施す工程とを備えている
ため、p型の不純物層302Aの上部領域に、p型の不
純物層302Aに比べて活性化不純物の濃度が低いp-
型の低濃度不純物層306Aを効率良く形成することが
できる。p- 型の低濃度不純物層306Aが形成される
メカニズムについては、第6の実施形態と同様である。According to the tenth embodiment, the steps of ion-implanting indium ions to form the p-type impurity layer 302A, the steps of ion-implanting silicon ions to form the silicon-implanted layer 311, and the semiconductor substrate 300. because and a step of performing first heat treatment of low temperature long time relative to, the upper region of the p-type impurity layer 302A, the concentration of activated impurities in comparison with the p-type impurity layer 302A low p -
The low-concentration impurity layer 306A of the mold can be efficiently formed. The mechanism of forming the p − -type low-concentration impurity layer 306A is the same as in the sixth embodiment.
【0172】また、第10の実施形態によると、ホウ素
イオンに比べて原子質量が大きいインジウムイオンをイ
オン注入して、ポケット領域307となるp+ 型の不純
物層307Aを形成した直後に高温短時間の第2の熱処
理を施しているため、ポケット領域307となるp+ 型
の不純物層307Aの拡がりを抑制することができる。
従って、ポケット領域307となるp+ 型の不純物層3
07Aをゲート絶縁膜303との間に間隔をおくように
形成することができる。Further, according to the tenth embodiment, indium ions having a larger atomic mass than boron ions are ion-implanted to form the p + -type impurity layer 307A which becomes the pocket region 307, immediately after high temperature and short time. Since the second heat treatment is performed, it is possible to suppress the expansion of the p + -type impurity layer 307A that will be the pocket region 307.
Therefore, the p + type impurity layer 3 to be the pocket region 307 is formed.
07A can be formed so as to be spaced apart from the gate insulating film 303.
【0173】また、第10の実施形態においては、イン
ジウムイオンをイオン注入してポケット領域307とな
るp+ 型の不純物層307Aを形成した後に、ヒ素イオ
ンをイオン注入してエクステンション領域305となる
n+ 型の不純物層305Aを形成するため、n+ 型の不
純物層305Aにおけるヒ素イオンのチャネリング現象
が抑制される。このため、n+ 型の不純物層305Aか
らなるエクステンション領域305における不純物の濃
度分布が急峻になるので、エクステンション領域305
の寄生抵抗値が減少すると共に短チャネル効果を抑制す
ることができる。Further, in the tenth embodiment, indium ions are ion-implanted to form the p + -type impurity layer 307A which becomes the pocket regions 307, and then arsenic ions are ion-implanted to become the extension regions 305. Since the + type impurity layer 305A is formed, the arsenic ion channeling phenomenon in the n + type impurity layer 305A is suppressed. For this reason, the impurity concentration distribution in the extension region 305 made of the n + -type impurity layer 305A becomes steep, so that the extension region 305 is formed.
It is possible to reduce the parasitic resistance value and to suppress the short channel effect.
【0174】さらに、第10の実施形態においては、イ
ンジウムイオンをイオン注入して、チャネル領域302
となるp型の不純物層302Aを形成しているため、第
6の実施形態と同様、いわゆるレトログレードチャネル
を形成できるので、チャネル領域302におけるキャリ
アの移動度の低下を防止することができる。Further, in the tenth embodiment, indium ions are ion-implanted to form the channel region 302.
Since the p-type impurity layer 302A to be formed is formed, a so-called retrograde channel can be formed as in the sixth embodiment, so that the mobility of carriers in the channel region 302 can be prevented from lowering.
【0175】[0175]
【発明の効果】第1の半導体装置によると、ゲート絶縁
膜との間に間隔をおくように形成されたポケット領域を
備えているため、短チャネル効果を抑制しながら、MO
Sトランジスタの駆動力の低下を防止することが可能に
なる。According to the first semiconductor device, since the pocket region is formed so as to be spaced apart from the gate insulating film, the short channel effect is suppressed and the MO transistor is formed.
It is possible to prevent the driving force of the S transistor from being lowered.
【0176】第2の半導体装置によると、チャネル領域
の両側部の領域に、チャネル領域の中央部に比べて活性
化不純物の濃度が低い低濃度チャネル領域が設けられて
いるため、エクステンション領域の抵抗が低くなるの
で、MOSトランジスタの駆動力の低下を防止すること
ができる。According to the second semiconductor device, since the low-concentration channel regions in which the concentration of the activation impurities is lower than that in the central portion of the channel region are provided in the regions on both sides of the channel region, the resistance of the extension region is reduced. As a result, the driving power of the MOS transistor can be prevented from being lowered.
【0177】第1又は第2の半導体装置の製造方法によ
ると、インジウムイオンをイオン注入してポケット領域
となる第1導電型の不純物層を形成するため、ゲート絶
縁膜との間に間隔をおくポケット領域を有する第1の半
導体装置を確実に製造することができる。According to the first or second method of manufacturing a semiconductor device, indium ions are ion-implanted to form a first conductivity type impurity layer to be a pocket region, so that a space is provided between the gate insulating film and the first conductivity type impurity layer. It is possible to reliably manufacture the first semiconductor device having the pocket region.
【0178】特に、第2の半導体装置の製造方法による
と、第1導電型の半導体層の上部領域に非晶質層を形成
しておいてから、第2導電型の不純物イオンをイオン注
入して、エクステンション領域となる第2導電型の第1
の不純物層を形成するため、エクステンション領域の低
抵抗化を実現できるので、MOSトランジスタの駆動力
を向上させることができる。Particularly, according to the second semiconductor device manufacturing method, the amorphous layer is formed in the upper region of the first conductivity type semiconductor layer, and then the second conductivity type impurity ions are ion-implanted. The first of the second conductivity type which becomes the extension region.
Since the impurity layer is formed, the resistance of the extension region can be reduced, so that the driving force of the MOS transistor can be improved.
【0179】第3又は第4の半導体装置の製造方法によ
ると、インジウムイオンをイオン注入してチャネル領域
となる第1導電型の半導体層を形成する工程と、第2導
電型の不純物イオンをイオン注入してエクステンション
領域となる第2導電型の第1の不純物層を形成した後、
約600℃〜約850℃の温度の低温長時間の熱処理を
施す工程とを備えているため、チャネル領域の両側部の
領域に、チャネル領域の中央部に比べて活性化不純物の
濃度が低い低濃度チャネル領域を有する第2の半導体装
置を確実に製造することができる。According to the third or fourth method of manufacturing a semiconductor device, indium ions are ion-implanted to form a semiconductor layer of the first conductivity type serving as a channel region, and impurity ions of the second conductivity type are ion-implanted. After implantation to form a second conductivity type first impurity layer to be an extension region,
And a step of performing a heat treatment at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. for a long time at a low temperature, so that the concentration of activated impurities in the regions on both sides of the channel region is lower than that in the central portion of the channel region. It is possible to reliably manufacture the second semiconductor device having the concentration channel region.
【0180】特に、第4の半導体装置の製造方法による
と、エクステンション領域となる第2導電型の第1の不
純物層を形成する工程よりも前に、IV族に属する原子の
イオンをイオン注入して非晶質層を形成する工程を備え
ているため、格子間シリコン原子との結合によって不活
性化するインジウムイオンの数が増加するので、第1導
電型の半導体層に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃
度チャネル領域を効率良く形成することができる。Particularly, according to the fourth method of manufacturing a semiconductor device, ions of group IV atoms are ion-implanted before the step of forming the second conductivity type first impurity layer to be the extension region. Since the step of forming the amorphous layer is performed, the number of indium ions that are inactivated by the bond with the interstitial silicon atoms increases, so that the number of activated impurities of the indium ion is higher than that of the semiconductor layer of the first conductivity type. The low-concentration channel region having a low concentration can be efficiently formed.
【0181】第5、第6又は第7の半導体装置の製造方
法によると、チャネル領域の両側部の領域に、チャネル
領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い低濃度
チャネル領域を有すると共にゲート絶縁膜との間に間隔
をおくポケット領域を有する半導体装置を確実に製造す
ることができる。According to the fifth, sixth or seventh method of manufacturing a semiconductor device, low concentration channel regions having a lower concentration of activating impurities than the central portion of the channel region are formed in the regions on both sides of the channel region. At the same time, it is possible to reliably manufacture a semiconductor device having a pocket region spaced apart from the gate insulating film.
【0182】特に、第6の半導体装置の製造方法による
と、第2導電型の第1の不純物層における不純物濃度の
分布を急峻にできるので、エクステンション領域の低抵
抗化を実現できる。In particular, according to the sixth method of manufacturing a semiconductor device, the distribution of the impurity concentration in the first impurity layer of the second conductivity type can be made steep, so that the resistance of the extension region can be reduced.
【0183】特に、第7の半導体装置の製造方法による
と、エクステンション領域の寄生抵抗値が減少すると共
に短チャネル効果を抑制することができる。In particular, according to the seventh semiconductor device manufacturing method, the parasitic resistance value of the extension region can be reduced and the short channel effect can be suppressed.
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の断
面図である。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の断
面図である。FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の断
面図である。FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
【図4】(a)〜(c)は本発明の第4の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views showing each step of a method for manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図5】(a)〜(c)は本発明の第4の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。5A to 5C are cross-sectional views showing respective steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図6】(a)、(b)は従来の半導体装置の製造方法
の問題点を説明する断面図である。6A and 6B are cross-sectional views for explaining the problems of the conventional method for manufacturing a semiconductor device.
【図7】(a)〜(c)は本発明の第5の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。7A to 7C are cross-sectional views showing respective steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図8】(a)〜(c)は本発明の第5の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。8A to 8C are cross-sectional views showing each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention.
【図9】(a)、(b)は本発明の第5の実施形態に係
る半導体装置の製造方法の効果を説明する断面図であ
る。9A and 9B are cross-sectional views illustrating the effect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention.
【図10】(a)〜(c)は本発明の第6の実施形態に
係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。10A to 10C are cross-sectional views showing each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.
【図11】(a)、(b)は本発明の第6の実施形態に
係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。11A and 11B are cross-sectional views showing each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.
【図12】(a)〜(c)は本発明の第7の実施形態に
係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。12A to 12C are cross-sectional views showing each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.
【図13】(a)〜(c)は本発明の第7の実施形態に
係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。13A to 13C are cross-sectional views showing each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.
【図14】(a)〜(c)は本発明の第8の実施形態に
係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。14A to 14C are cross-sectional views showing each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention.
【図15】(a)〜(c)は本発明の第8の実施形態に
係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。15A to 15C are cross-sectional views showing each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention.
【図16】(a)〜(c)は本発明の第9の実施形態に
係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。16A to 16C are cross-sectional views showing each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention.
【図17】(a)〜(c)は本発明の第9の実施形態に
係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。17A to 17C are cross-sectional views showing each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention.
【図18】(a)〜(c)は本発明の第10の実施形態
に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。18A to 18C are cross-sectional views showing each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention.
【図19】(a)〜(c)は本発明の第10の実施形態
に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。19A to 19C are cross-sectional views showing each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention.
【図20】従来の半導体装置を示す断面図である。FIG. 20 is a sectional view showing a conventional semiconductor device.
100 半導体基板 101 ウエル領域 102A p型の不純物層 102 チャネル領域 103 ゲート絶縁膜 103A 第1のシリコン酸化膜 104 ゲート電極 105A n+ 型の不純物層 105 エクステンション領域 106A p+ 型の不純物層 106 ポケット領域 107 サイドウォール 108 ソース又はドレインの領域 109 EOR欠陥 110 非晶質層 200 半導体基板 201 ウエル領域 202 チャネル領域 202A p型の不純物層 203 ゲート絶縁膜 204 ゲート電極 205A n+ 型の不純物層 205 エクステンション領域 206 低濃度チャネル領域 207 サイドウォール 208 ソース又はドレインの領域 210 非晶質層 300 半導体基板 301 ウエル領域 302 チャネル領域 302A p型の不純物層 303 ゲート絶縁膜 304 ゲート電極 305A n+ 型の不純物層 305 エクステンション領域 306 低濃度チャネル領域 307A p+ 型の不純物層 307 ポケット領域 308 サイドウォール 309 ソース又はドレインの領域 310 非晶質層 311 シリコン注入層100 semiconductor substrate 101 well region 102A p-type impurity layer 102 channel region 103 gate insulating film 103A first silicon oxide film 104 gate electrode 105A n + -type impurity layer 105 extension region 106A p + -type impurity layer 106 pocket region 107 Sidewall 108 Source or drain region 109 EOR defect 110 Amorphous layer 200 Semiconductor substrate 201 Well region 202 Channel region 202A p-type impurity layer 203 gate insulating film 204 gate electrode 205A n + -type impurity layer 205 extension region 206 low Concentration channel region 207 Sidewall 208 Source or drain region 210 Amorphous layer 300 Semiconductor substrate 301 Well region 302 Channel region 302A p-type impurity layer 303 Gate insulating film 304 Over gate electrode 305A n + -type impurity layer 305 extension region 306 the low concentration channel region 307A p + -type impurity layer 307 pocket regions 308 sidewall 309 source or drain region 310 amorphous layer 311 silicon implanted layer of the
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−261069(JP,A) 特開 平8−306923(JP,A) 特開 平4−158529(JP,A) 特開 平10−270687(JP,A) 特開 平10−294454(JP,A) 特開 平10−65149(JP,A) 特開 平4−343437(JP,A) 特開2000−299447(JP,A) 特開2000−49344(JP,A) 特開 平7−22619(JP,A) 国際公開97/050115(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/336 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) Reference JP-A-11-261069 (JP, A) JP-A-8-306923 (JP, A) JP-A-4-158529 (JP, A) JP-A-10- 270687 (JP, A) JP 10-294454 (JP, A) JP 10-65149 (JP, A) JP 4-343437 (JP, A) JP 2000-299447 (JP, A) Open 2000-49344 (JP, A) JP 7-22619 (JP, A) International Publication 97/050115 (WO, A1) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 H01L 21/336
Claims (7)
されたゲート電極と、 前記半導体基板の表面部における前記ゲート電極の直下
の領域に形成された第1導電型の不純物層からなるチャ
ネル領域と、 前記半導体基板の表面部における前記ゲート電極の両側
方の領域にそれぞれ形成された第2導電型の不純物層か
らなるソース領域及びドレイン領域と、 前記チャネル領域と前記ソース領域及び前記ドレイン領
域の各上部領域との間に、前記ソース領域又は前記ドレ
イン領域と接するようにそれぞれ形成された第2導電型
のエクステンション領域と、 前記チャネル領域と前記ソース領域及び前記ドレイン領
域の各下部領域との間と、前記ソース領域又は前記ドレ
イン領域と接し且つ前記ゲート絶縁膜との間とに間隔を
おくように形成された第1導電型のポケット領域と、 前記チャネル領域の両側部の領域に、前記エクステンシ
ョン領域と接するようにそれぞれ形成され、前記チャネ
ル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い第1
導電型の低濃度チャネル領域とを備えていることを特徴
とする半導体装置。1. A channel composed of a gate electrode formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a first conductivity type impurity layer formed in a region immediately below the gate electrode on a surface portion of the semiconductor substrate. A region, a source region and a drain region formed of impurity layers of the second conductivity type formed in regions on both sides of the gate electrode on the surface of the semiconductor substrate, the channel region, the source region and the drain region An extension region of the second conductivity type formed so as to contact the source region or the drain region, respectively, and each upper region of the channel region, and each of the lower regions of the source region and the drain region. Between the gate insulating film and the source region or the drain region in contact with the gate insulating film. A first conductivity type pocket region and regions on both sides of the channel region are formed so as to be in contact with the extension region, respectively, and have a lower concentration of activating impurities than the central region of the channel region.
A semiconductor device having a conductivity type low concentration channel region.
されたゲート電極と、 前記半導体基板の表面部における前記ゲート電極の直下
の領域に形成され、インジウムイオンがドーピングされ
た第1導電型の不純物層からなるチャネル領域と、 前記半導体基板の表面部における前記ゲート電極の両側
方の領域にそれぞれ形成された第2導電型の不純物層か
らなるソース領域及びドレイン領域と、 前記チャネル領域と前記ソース領域及び前記ドレイン領
域の各上部領域との間に、前記ソース領域又は前記ドレ
イン領域と接するようにそれぞれ形成された第2導電型
のエクステンション領域と、 前記チャネル領域の両側部の領域に、前記エクステンシ
ョン領域と接するようにそれぞれ形成され、前記チャネ
ル領域の中央部に比べて活性化不純物の濃度が低い第1
導電型の低濃度チャネル領域とを備えていることを特徴
とする半導体装置。2. A gate electrode formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a first conductivity type doped with indium ions formed in a region directly below the gate electrode on a surface portion of the semiconductor substrate. Channel region formed of an impurity layer, source and drain regions formed of an impurity layer of a second conductivity type formed in regions on both sides of the gate electrode on the surface portion of the semiconductor substrate, the channel region and the The second conductivity type extension region is formed between the source region and each upper region of the drain region so as to be in contact with the source region or the drain region; They are formed so as to be in contact with the extension regions, respectively. First low concentration
A semiconductor device having a conductivity type low concentration channel region.
イオン注入して、チャネル領域となる第1導電型の第1
の不純物層を形成する工程(a)と、 前記工程(a)の後に、前記半導体基板の上にゲート絶
縁膜を介してゲート電極を形成する工程(b)と、 前記第1の不純物層に前記ゲート電極をマスクとして第
2導電型の不純物イオンをイオン注入して、前記第1の
不純物層の上部領域に第2導電型の第2の不純物層を形
成する工程(c)と、 前記工程(c)の後に、前記半導体基板の上に全面に亘
って絶縁膜を約600℃〜約850℃の温度で堆積し
て、前記第1の不純物層の上部領域における前記第2の
不純物層の内側に、前記第1の不純物層よりも不純物濃
度が低い第1導電型の低濃度チャネル領域を形成する工
程(d)と、 前記絶縁膜に対して異方性エッチングを施して、前記ゲ
ート電極の側面にサイドウォールを形成する工程(e)
と、 前記第2の不純物層及び前記第1の不純物層に、前記ゲ
ート電極及び前記サイドウォールをマスクとして第2導
電型の不純物イオンをイオン注入して、前記第2の不純
物層及び前記第1の不純物層における前記ゲート電極の
両側方の領域に第2導電型の第3の不純物層からなるソ
ース領域及びドレイン領域を形成すると共に、前記ソー
ス領域又は前記ドレイン領域の各上部領域の内側に前記
第2の不純物層からなる第2導電型のエクステンション
領域を形成する工程(f)とを備えていることを特徴と
する半導体装置の製造方法。3. A first conductivity type first region which becomes a channel region by implanting indium ions into a surface portion of a semiconductor substrate.
Forming an impurity layer of (a), forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film after the step (a), and forming a first impurity layer on the first impurity layer. A step (c) of implanting second conductivity type impurity ions by using the gate electrode as a mask to form a second conductivity type second impurity layer in an upper region of the first impurity layer; After (c), an insulating film is deposited over the entire surface of the semiconductor substrate at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. to form the second impurity layer in the upper region of the first impurity layer. A step (d) of forming a first-conductivity-type low-concentration channel region having an impurity concentration lower than that of the first impurity layer, and anisotropically etching the insulating film to form the gate electrode Of forming a sidewall on the side surface of the (e)
And second-conductivity-type impurity ions are ion-implanted into the second impurity layer and the first impurity layer using the gate electrode and the sidewalls as a mask, and the second impurity layer and the first impurity layer. A source region and a drain region made of a third impurity layer of the second conductivity type are formed in regions of the impurity layer on both sides of the gate electrode, and the inside of each upper region of the source region or the drain region is formed. And (f) forming a second conductivity type extension region made of a second impurity layer.
イオン注入して、チャネル領域となる第1導電型の第1
の不純物層を形成する工程(a)と、 前記工程(a)の後に、前記半導体基板の上にゲート絶
縁膜を介してゲート電極を形成する工程(b)と、 前記第1の不純物層に前記ゲート電極をマスクとしてI
V族に属する原子のイオンをイオン注入して、前記第1
の不純物層の上部領域に第1導電型の非晶質層を形成す
る工程(c)と、 前記非晶質層に前記ゲート電極をマスクとして第2導電
型の不純物イオンをイオン注入して、前記非晶質層に第
2導電型の第2の不純物層を形成する工程(d)と、 前記工程(d)の後に、前記半導体基板の上に全面に亘
って絶縁膜を約600℃〜約850℃の温度で堆積し
て、前記第1の不純物層の上部領域における前記第2の
不純物層の内側に、前記第1の不純物層よりも不純物濃
度が低い第1導電型の低濃度チャネル領域を形成する工
程(e)と、 前記絶縁膜に対して異方性エッチングを施して、前記ゲ
ート電極の側面にサイドウォールを形成する工程(f)
と、 前記第2の不純物層及び前記第1の不純物層に、前記ゲ
ート電極及びサイドウォールをマスクとして第2導電型
の不純物イオンをイオン注入して、前記第2の不純物層
及び前記第1の不純物層における前記ゲート電極の両側
方の領域に第2導電型の第3の不純物層からなるソース
領域及びドレイン領域を形成すると共に、前記ソース領
域又は前記ドレイン領域の各上部領域の内側に前記第2
の不純物層からなる第2導電型のエクステンション領域
を形成する工程(g)とを備えていることを特徴とする
半導体装置の製造方法。4. A first conductivity type first region which becomes a channel region by implanting indium ions into a surface portion of a semiconductor substrate.
Forming an impurity layer of (a), forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film after the step (a), and forming a first impurity layer on the first impurity layer. I using the gate electrode as a mask
By implanting ions of atoms belonging to Group V, the first
(C) forming an amorphous layer of the first conductivity type in the upper region of the impurity layer, and implanting impurity ions of the second conductivity type into the amorphous layer using the gate electrode as a mask, A step (d) of forming a second impurity layer of the second conductivity type in the amorphous layer; and, after the step (d), an insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate at about 600 ° C. A low-concentration channel of the first conductivity type, which is deposited at a temperature of about 850 ° C. and has an impurity concentration lower than that of the first impurity layer inside the second impurity layer in the upper region of the first impurity layer. A step (e) of forming a region; and a step (f) of anisotropically etching the insulating film to form a sidewall on a side surface of the gate electrode.
And impurity ions of the second conductivity type are ion-implanted into the second impurity layer and the first impurity layer by using the gate electrode and the sidewall as a mask, and the second impurity layer and the first impurity layer are implanted. A source region and a drain region made of a third impurity layer of the second conductivity type are formed in regions on both sides of the gate electrode in the impurity layer, and the first region is formed inside each upper region of the source region or the drain region. Two
And a step (g) of forming a second conductivity type extension region formed of the impurity layer.
イオン注入して、チャネル領域となる第1導電型の第1
の不純物層を形成する工程(a)と、 前記工程(a)の後に、前記半導体基板の上にゲート絶
縁膜を介してゲート電極を形成する工程(b)と、 前記第1の不純物層に前記ゲート電極をマスクとして第
2導電型の不純物イオンをイオン注入して、前記第1の
不純物層の上部領域に第2導電型の第2の不純物層を形
成する工程(c)と、 前記工程(c)の後に、前記半導体基板に対して約60
0℃〜約850℃の温度で長時間の第1の熱処理を施し
て、前記第1の不純物層の上部領域における前記第2の
不純物層の内側に、前記第1の不純物層よりも不純物濃
度が低い第1導電型の低濃度チャネル領域を形成する工
程(d)と、 前記第1の不純物層に前記ゲート電極をマスクとしてイ
ンジウムイオンをイオン注入して、前記第1の不純物層
の下部領域に第1導電型の第3の不純物層を形成する工
程(e)と、 前記工程(e)の後に、前記半導体基板に対して約95
0℃〜約1050℃の温度で短時間の第2の熱処理を施
す工程(f)と、 前記工程(f)の後に、前記ゲート電極の側面にサイド
ウォールを形成する工程(g)と、 前記第2の不純物層及び前記第3の不純物層に、前記ゲ
ート電極及び前記サイドウォールをマスクとして第2導
電型の不純物イオンをイオン注入して、前記第2の不純
物層及び前記第3の不純物層における前記ゲート電極の
両側方の領域に第2導電型の第4の不純物層からなるソ
ース領域及びドレイン領域を形成し、前記ソース領域又
は前記ドレイン領域の各上部領域の内側に前記第2の不
純物層からなる第2導電型のエクステンション領域を形
成すると共に、前記ソース領域又は前記ドレイン領域の
各下部領域の内側に前記第3の不純物層からなる第1導
電型のポケット領域を形成する工程(h)とを備えてい
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。5. An indium ion is ion-implanted into a surface portion of a semiconductor substrate to form a first conductivity type first region which becomes a channel region.
Forming an impurity layer of (a), forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film after the step (a), and forming a first impurity layer on the first impurity layer. A step (c) of implanting second conductivity type impurity ions by using the gate electrode as a mask to form a second conductivity type second impurity layer in an upper region of the first impurity layer; After (c), about 60 with respect to the semiconductor substrate.
A first heat treatment is performed at a temperature of 0 ° C. to about 850 ° C. for a long time so that an impurity concentration higher than that of the first impurity layer is inside the second impurity layer in the upper region of the first impurity layer. (D) forming a low-concentration first-conductivity-type low-concentration channel region, and indium ions are ion-implanted into the first impurity layer using the gate electrode as a mask to form a lower region of the first impurity layer. And (e) forming a third impurity layer of the first conductivity type on the semiconductor substrate, and after the step (e), about 95% of the semiconductor substrate is formed.
A step (f) of performing a second heat treatment for a short time at a temperature of 0 ° C. to about 1050 ° C., a step (g) of forming a sidewall on a side surface of the gate electrode after the step (f), Impurity ions of the second conductivity type are ion-implanted into the second impurity layer and the third impurity layer using the gate electrode and the sidewalls as masks to form the second impurity layer and the third impurity layer. A source region and a drain region made of a fourth impurity layer of the second conductivity type are formed in regions on both sides of the gate electrode, and the second impurity is provided inside each upper region of the source region or the drain region. A second conductivity type extension region formed of a layer, and a first conductivity type pocket region formed of the third impurity layer inside each lower region of the source region or the drain region. Method of manufacturing a semiconductor device characterized in that it comprises a step (h) forming.
イオンをイオン注入して、チャネル領域となる第1導電
型の第1の不純物層を形成する工程(a)と、 前記工程(a)の後に、前記半導体基板の上にゲート絶
縁膜を介してゲート電極を形成する工程(b)と、 前記第1の不純物層に前記ゲート電極をマスクとしてI
V族に属する原子のイオンをイオン注入して、前記第1
の不純物層の上部領域に第1導電型の非晶質層を形成す
る工程(c)と、 前記非晶質層に前記ゲート電極をマスクとして第2導電
型の不純物イオンをイオン注入して、前記非晶質層に第
2導電型の第2の不純物層を形成する工程(d)と、 前記半導体基板の上に全面に亘って絶縁膜を約600℃
〜約850℃の温度で堆積して、前記第1の不純物層の
上側領域における前記第2の不純物層の内側に、前記第
1の不純物層よりも不純物濃度が低い第1導電型の低濃
度チャネル領域を形成する工程(e)と、 前記絶縁膜に対して異方性エッチングを施して、前記ゲ
ート電極の側面にサイドウォールを形成する工程(f)
と、 前記第2の不純物層及び前記第1の不純物層に、前記ゲ
ート電極及び前記サイドウォールをマスクとして第2導
電型の不純物イオンをイオン注入して、前記第2の不純
物層及び前記第1の不純物層の下部領域における前記ゲ
ート電極の両側方の領域に第2導電型の第3の不純物層
からなるソース領域及びドレイン領域を形成すると共
に、前記ソース領域又は前記ドレイン領域の各上部領域
の内側に前記第2の不純物層からなる第2導電型のエク
ステンション領域をそれぞれ形成する工程(g)と、 前記工程(g)の後に、前記サイドウォールを除去した
後、前記第1の不純物層に前記ゲート電極をマスクとし
てインジウムイオンをイオン注入して、前記第1の不純
物層の下部領域における前記ソース領域又は前記ドレイ
ン領域の各下部領域の内側に第1導電型のポケット領域
を形成する工程(h)とを備えていることを特徴とする
半導体装置の製造方法。6. A step (a) of implanting impurity ions of the first conductivity type into a surface portion of a semiconductor substrate to form a first impurity layer of the first conductivity type to be a channel region, and the step (a). After step a), a step (b) of forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film; and I) using the gate electrode as a mask on the first impurity layer.
By implanting ions of atoms belonging to group V, the first
(C) forming an amorphous layer of the first conductivity type in the upper region of the impurity layer, and implanting impurity ions of the second conductivity type into the amorphous layer using the gate electrode as a mask, A step (d) of forming a second impurity layer of the second conductivity type in the amorphous layer, and forming an insulating film over the entire surface of the semiconductor substrate at about 600 ° C.
Deposited at a temperature of about 850 ° C., inside the second impurity layer in the upper region of the first impurity layer, and having a lower impurity concentration than the first impurity layer, a first conductivity type low concentration A step (e) of forming a channel region, and a step (f) of anisotropically etching the insulating film to form a sidewall on a side surface of the gate electrode.
And second-conductivity-type impurity ions are ion-implanted into the second impurity layer and the first impurity layer using the gate electrode and the sidewalls as a mask, and the second impurity layer and the first impurity layer. A source region and a drain region made of a third impurity layer of the second conductivity type are formed in regions on both sides of the gate electrode in the lower region of the impurity layer, and the upper region of each of the source region and the drain region is formed. A step (g) of forming extension regions of the second conductivity type made of the second impurity layer inside, and a step of removing the sidewalls after the step (g), and then forming a second impurity layer on the first impurity layer. Indium ions are ion-implanted using the gate electrode as a mask, and each of the source region and the drain region is formed in the lower region of the first impurity layer. Method of manufacturing a semiconductor device characterized in that it comprises a step (h) forming a pocket region of the first conductivity type inside the range.
イオン注入して、チャネル領域となる第1導電型の第1
の不純物層を形成する工程(a)と、 前記工程(a)の後に、前記半導体基板の上にゲート絶
縁膜を介してゲート電極を形成する工程(b)と、 前記第1の不純物層に前記ゲート電極をマスクとしてI
V族に属する原子のイオンをイオン注入して、前記第1
の不純物層の上部領域にIV族原子イオン注入層を形成
する工程(c)と、 前記半導体基板に対して約600℃〜約850℃の温度
で長時間の第1の熱処理を施して、前記IV族原子イオ
ン注入層及び前記第1の不純物層の上部領域に、前記第
1の不純物層に比べて活性化不純物の濃度が低い第1導
電型の低濃度不純物層を形成する工程(d)と、 前記工程(d)の後に、前記第1の不純物層に前記ゲー
ト電極をマスクとしてインジウムイオンをイオン注入し
て、前記第1の不純物層の下部領域に第1導電型の第2
の不純物層を形成する工程(e)と、 前記工程(e)の後に、前記低濃度不純物層及び前記第
2の不純物層に前記ゲート電極をマスクとして第2導電
型の不純物イオンをイオン注入して、前記低濃度不純物
層及び前記第2の不純物層の上部領域に第2導電型の第
3の不純物層を形成すると共に、前記第3の不純物層の
内側に前記低濃度不純物層からなる低濃度チャネル領域
を形成する工程(f)と、 前記工程(f)の後に、前記半導体基板に対して約95
0℃〜約1050℃の温度で短時間の第2の熱処理を施
す工程(g)と、 前記工程(g)の後に、前記ゲート電極の側面にサイド
ウォールを形成する工程(h)と、 前記第3の不純物層及び前記第2の不純物層に、前記ゲ
ート電極及び前記サイドウォールをマスクとして第2導
電型の不純物イオンをイオン注入して、前記第3の不純
物層及び前記第2の不純物層における前記ゲート電極の
両側方の領域に第2導電型の第4の不純物層からなるソ
ース領域及びドレイン領域を形成し、前記ソース領域又
は前記ドレイン領域の各上部領域の内側に前記第3の不
純物層からなる第2導電型のエクステンション領域を形
成すると共に、前記ソース領域又は前記ドレイン領域の
各下部領域の内側に前記第2の不純物層からなる第1導
電型のポケット領域を形成する工程(i)とを備えてい
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。7. A first conductivity type first region which becomes a channel region by implanting indium ions into a surface portion of a semiconductor substrate.
Forming an impurity layer of (a), forming a gate electrode on the semiconductor substrate via a gate insulating film after the step (a), and forming a first impurity layer on the first impurity layer. I using the gate electrode as a mask
By implanting ions of atoms belonging to Group V, the first
(C) forming a group IV atom ion-implanted layer in the upper region of the impurity layer, and subjecting the semiconductor substrate to a first heat treatment at a temperature of about 600 ° C. to about 850 ° C. for a long time, Forming a low-concentration first-conductivity-type impurity layer having a lower concentration of activating impurities than the first impurity layer in the upper region of the group IV atom ion-implanted layer and the first impurity layer (d). And, after the step (d), indium ions are ion-implanted into the first impurity layer using the gate electrode as a mask, and a second region of the first conductivity type is formed in a lower region of the first impurity layer.
Step (e) of forming an impurity layer of, and after the step (e), second conductivity type impurity ions are ion-implanted into the low-concentration impurity layer and the second impurity layer using the gate electrode as a mask. Then, a third impurity layer of the second conductivity type is formed in an upper region of the low-concentration impurity layer and the second impurity layer, and a low-concentration impurity layer formed of the low-concentration impurity layer is formed inside the third impurity layer. A step (f) of forming a concentration channel region, and after the step (f), about 95
A step (g) of performing a second heat treatment for a short time at a temperature of 0 ° C. to about 1050 ° C., a step (h) of forming a sidewall on a side surface of the gate electrode after the step (g), Impurity ions of the second conductivity type are ion-implanted into the third impurity layer and the second impurity layer by using the gate electrode and the sidewall as a mask, and the third impurity layer and the second impurity layer. A source region and a drain region made of a fourth impurity layer of a second conductivity type are formed in regions on both sides of the gate electrode, and the third impurity is formed inside each upper region of the source region or the drain region. A second conductivity type extension region formed of a layer, and a first conductivity type pocket region formed of the second impurity layer inside each lower region of the source region or the drain region. Method of manufacturing a semiconductor device characterized in that it comprises a step (i) to form a.
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