JP3781472B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造方法、特にCMOS型トランジスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路におけるMOSトランジスタの形成において、基板にトランジスタ領域を形成した後、絶縁膜を堆積してコンタクトホールを開口するプロセスについて、図4を参考にして説明する。
【0003】
近年、半導体集積回路の高集積化実現のため、トランジスタのコンタクトホール7の開口部と素子分離のための絶縁酸化膜領域(フィールド領域)2との距離を狭めることが行われている。このように、コンタクト−フィールド領域間の距離を狭めると、図4に示すように、アライメントずれが発生して絶縁膜5をエッチング除去した場合には、コンタクトホール7が基板1に形成された拡散層領域3をはずれ、フィールド領域2上に開口し、接合リーク電流が発生するという問題がある。
【0004】
上記したリーク電流の発生を防ぐ技術として、SAC(se1f−a1ign−contact)技術が一般に知られている。このSAC技術は、コンタクト開口部より拡散層領域に対し、拡散層と同一導電型の不純物を注入(プラグ注入)し、コンタクトホール開口部の底に拡散領域を形成することで、リーク電流の発生を防ぐものである。
【0005】
このSAC技術につき、図5を参照して説明する。図5はCMOSトランジスタの形成の一方の導電型のトランジスタ部分の工程別断面図である。
【0006】
まず、シリコン(Si)半導体基板1に対して、ウェル形成、分離酸化膜(フィールド領域)2の形成、ゲート電極4の形成を行い、ゲート電極4をマスクとしてP+/N+型の拡散層領域3を形成するために、P+/N+型の不純物をそれぞれイオン注入する(図5(a)参照)。
【0007】
続いて、層間絶縁膜5を堆積後、拡散層領域3の活性化及び層間絶縁膜5のリフローを目的として、温度850℃で30分間のFA(炉体アニール装置による熱処理)を施す(図5(b)参照)。
【0008】
次に、写真製版工程を経てフォトレジストをマスクとして、層間絶縁膜5をエッチングし、コンタクトホール6、7を開口する(図5(c)参照)。
【0009】
その後、写真製版工程を経て、N+型拡散層領域全面をフォトレジストで覆い、これをマスクとしてP+型拡散層領域のコンタクトホール6、7の開口部より、BF2十をイオン注入により導入し、コンタクトホールの底に拡散領域8を形成する。また、P十型拡散層領域と同様、N+型拡散層領域に対してもコンタクトホール6、7の6、7よりP+をイオン注入により導入し、コンタクトホールの底に拡散領域8を形成する(図5(d)参照)。
【0010】
そして、コンタクトホールの底にイオン注入した拡散領域8の活性化のため、800℃の温度で30分間のFAを施す。
【0011】
以上のプロセスにおいては、コンタクト開口部の底に拡散領域の形成、すなわち、プラグ注入するために、2回の写真製版工程、2回のイオン注入工程、1回の活性化工程を必要とする。
【0012】
一方、コンタクトホールの開口部から不活性元素イオンを打ち込む技術としては、特開平4−199817号公報、特開平4−246824号公報がある。
【0013】
特開平4−199817号公報は、コンタクトホールに選択的に多結晶シリコンを任意の厚みに堆積させるものにおいて、空洞が生じず、且つ単結晶化が起こることがない半導体装置の製造方法に関するものであり、コンタクトホールの底面に不活性元素イオンを打ち込み、その表面を非晶質化させた後、コンタクトホール内に選択的に多結晶シリコン膜を堆積させるものである。すなわち、この公報のものは、コンタクトホール底面に露呈した表面を非晶質化することで、その後の選択的シリコン堆積時に、単結晶化が起こらずに多結晶シリコンが堆積するものである。しかしながら、この公報のものは、あくまで、コンタクトホール内に埋め込む多結晶シリコンに空洞を生じることなく堆積する方法が開示されているだけで、コンタクトとフィールド領域間の距離が短くなったときに起こりやすいアライメンとずれ発生時のリーク電流の問題については、なんら解消されていない。
【0014】
また、特開平4−246824号公報は、コンタクト抵抗を低減するために、コンタクトホールの開口部より基板に対してシリコン(Si)をイオン注入し、その後開口に選択的にタングステン(W)を埋め込むものである。すなわち、この公報のものは、シリコンをイオン注入することにより、拡散層に損傷を生じさせた後に、開口内にタングステンを成長させることにより、損傷を受けた半導体層中での不純物の拡散速度が速くなることを利用し、高濃度の拡散層の表面でタングステンを混在させてコンタクト抵抗を低減させるものである。しかしながら、この公報のものは、シリコンをイオン注入した後、熱処理を行わずにタングステンを堆積させているために、不純物横方向の拡散を促進するための熱処理を施すことはできない。そして、タングステン堆積後にはタングステンと基板間の不純物拡散の問題から不純物の横方向の拡散を促進するために熱処理を施すことはできず、フィールド領域−コンタクト間距離が短くなったときに起こり易い、アライメントずれ発生時のリーク電流を防止することはできない。このため、この公報のものでは、リーク電流の防止に対する効果はなく、フィールド領域−コンタクト間の距離を十分に取れる場合のみ適用可能なプロセスである。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来技術によるSAC形成においては、P+/N+型拡散層領域それぞれに、それぞれの導電型の不純物イオンの注入の必要があるため、これを実現するためには写真製版工程が2回、イオン注入工程が2回必要になる。これは工程数の増加、すなわち、製造コストの増加につながり問題となる。さらに、工程数の増加は歩留まりの低下を招くという問題もある。
【0016】
この発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたものにして、SACを行わない従来プロセスに対し、写真製版工程の増加なく、またイオン注入も1度のみ行うことにより、SACと同等の効果、具体的にはフィールド−コンタクト間距離を狭めることによるリーク電流の発生を抑えることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。すなわち、従来のSACプロセスに対し、写真製版工程2回、イオン注入工程1回を削減し、製造コストの低減を図ることを目的としている。
【0017】
【課題を解決するための手段】
この発明の半導体装置の製造方法は、シリコン半導体基板に対して、P+型及びN+型の拡散層形成のためのイオン注入をそれぞれ行った後、ランプアニール装置による熱処理(以下、RTAという。)を施し、続いて、P + 型及びN + 型の拡散層にそれぞれ設けたコンタクトホール開口部より、基板がアモルファス化する臨界ドーズ量以下でP + 型及びN + 型のそれぞれの拡散層にシリコンをイオン注入し、コンタクトホール底部に点欠陥を形成した後、炉体アニール装置による熱処理(以下、FAという。)を施すことを特徴とする。
【0018】
この発明は、コンタクトホールを形成後、P+/N+型拡散層領域に対し、熱処理を加えて再拡散を発生させ、コンタクトホール底部に拡散領域を回り込ませることにより、SACと同等のリーク電流防止効果を得ようというものである。但し、通常の熱処理のみでは、拡散層領域全体が再拡散し、チャネル方向に対しても拡散してチャネル長が短くなり、短チャネル効果が顕著になる。これを防ぐため、この発明では、コンタクトホールを形成した領域の底部の拡散層のみ選択的に再拡散を行わせるようにする。この実現のため、コンタクトホールの開口部よりシリコンのイオン注入を行ってコンタクトホール底部に点欠陥を導入、増速拡散を起こして選択的に拡散を行う。
【0019】
具体的には、N+及びP+型拡散層領域を形成後、RTAの熱処理を加える。これにより、拡散層領域が活性化されると同時に、拡散層形成のための不純物イオン注入時により発生した点欠陥は消滅し、増速拡散の起こりにくい状態になる。そして、拡散層領域が必要以上に拡散し、短チャネル効果等デバイス特注の劣下が発生することを抑えるためには、950〜1050℃の範囲、特に1000℃の温度による処理が適切である。同様の理由から、処理時間は10秒以下が必要となる。但し、この処理条件においては、残留欠陥による接合リーク電流の発生が懸念されるが、この発明においては、後に長時間のFAを行い、この工程にて欠陥の消滅が可能なため特に問題にはならない。
【0020】
この状態でP + 型及びN + 型の拡散層にコンタクトホールを形成し、コンタクトホールの開口部よりP + 型及びN + 型のそれぞれの拡散層にSiをイオン注入する。これにより、コンタクトホール領域付近のみ点欠陥が導入され、増速拡散の起こりやすい状態に戻る。ここでのイオン注入は、基板に点欠陥を導入するために行われるものであり、基板不純物の拡散機構に合わせたイオン種を選ぶ必要があるが、もっとも適当なイオンはSiである。点欠陥導入が目的なので、アモルファス化する臨界ドーズ量以下で注入を行う必要があるが、Siの場合は5×1014cm-2未満である。
【0021】
この点欠陥導入後、FAを低温で長時間行うと、点欠陥導入領域のみ不純物拡散層は再拡散が発生し、コンタクトホールの形成時にコンタクトホールの底が拡散領域と離れ分離酸化膜(フィールド領域)上にかかるような場合でも、コンタクトホール下部に拡散層が回り込み、リーク電流の発生を抑えるようになる。ここでのFAは、増速拡散は起こるが通常拡散は起こりにくい低温にて行う必要があり、800℃以下に設定する必要があるが、欠陥回復等も考え、750℃が適切である。この温度では、増速拡散の起こらない点欠陥未導入部においてはほとんど再拡散が起こらず、短チャネル効果の問題は発生しない。
【0022】
尚、P+/N+型拡散層形成のイオン種は、通常P+型層形成に対しては硼素、N+型層形成に対しては砒素が用いられており、この発明でもそのまま適用できるが、砒素の場合増速拡散が硼素に比して発生しにくいため、より容易に条件設定出来る燐をN+イオン種として使用することが効果的である。燐注入による形成の場合、通常は増速拡散により短チャネル効果に極めて弱いデバイスとなり適用されにくいが、この発明においては注入後にRTA処理を加えているため、増速拡散は起こりにくくこの点は特に問題にならない。
【0023】
また、この発明においては、P+/N+型拡散層形成のためのイオン注入を行う前に、Si等の不活性元素の注入を、基板がアモルファス化する臨界ドーズ量以上の注入量にて行うとよい。
【0024】
このように、P+/N+型の拡散層領域を形成する前に、基板をSi等の注入によりアモルファス化を行った場合、燐イオン注入時に問題になるチャネリングによる分布の広がりも抑えることが出来、更に短チャネル効果に強い構造に形成することが出来る。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。図1はこの発明をCMOSトランジスタの形成に適用した場合の一方の導電型のトランジスタ部分を工程別に示す断面図である。
【0026】
まず、シリコン(Si)半導体基板1に対して、ウェル形成、分離酸化膜(フィールド領域)2の形成、ゲート電極4の形成を行い、ゲート電極4をマスクとしてP+/N+型の拡散層領域3を形成するために、P+/N+型の不純物をイオン注入し、ランプアニール装置による熱処理(RTA)を施す(図1(a)参照)。このRTAは処理温度が950〜1050℃の範囲かつ10秒以下の処理時問であり、この実施の形態においては、1000℃の温度で10秒間行った。
【0027】
続いて、層間絶縁膜5を堆積後、写真製版工程を経てフォトレジストをマスクとして、層間絶縁膜5をエッチングし、コンタクトホール6、7を開口する(図1(b)参照)。
【0028】
前記コンタクトホール6、7の開口部より、不活性元素、この実施の形態ではSiイオンを加速エネルギー80KeV、ドーズ量が5×1013〜5×1014cm-2の範囲、この例では、1×1014cm-2の条件にて注入した(図1(c)参照)。このSiイオンの注入により、コンタクトホール底部に点欠陥9が形成される。
【0029】
続いて、基板1に炉体アニール装置による熱処理(FA)を施す。このFAは800 ℃未満の処理温度かつ60分以上の処理時間、この実施の形態においては、750℃の温度で2時間行った。このように、FAを低温で長時間行うと、点欠陥導入領域のみ不純物拡散層は再拡散が発生し、コンタクトホール形成時にコンタクトホールの開口部底が拡散領域と離れ分離酸化膜(フィールド領域)2上にかかるような場合でも、コンタクト下部に拡散層8aが回り込む(図1(d)参照)。そして、ここでのFAは、増速拡散は起こるが通常拡散は起こりにくい低温にて行う必要があり、800℃以下に設定する必要があるが、欠陥回復等も考え、750℃が適切である。この温度では、増速拡散の起こらない点欠陥未導入部においてはほとんど再拡散が起こらず、短チャネル効果の問題は発生しない。
【0030】
図2に、シミュレーションによるSiイオンによる点欠陥導入効果の計算結果を示す。この図は、Siのイオン注入有無による増速拡散の発生有無の比較を行ったものであり、以下のプロセスを行っている。
【0031】
1)Si+注入:加速エネルギー30KeV、ドーズ量5×1015(基板アモルファス化)
2)B十注入:加速エネルギー10KeV、ドーズ量3×1015
3)RTA:温度1000℃、時間10秒
4)Si+注入:加速エネルギー120KeV、ドーズ量1×1014
5)FA:温度750℃、時間120分
【0032】
図2において、Aは上記プロセスの2)までを行った状態、Bは上記プロセスの3)まで行った状態、Cは上記プロセスの4)を行わずに5)を行った状態、Dは上記プロセスの5)まで通して行った状態における硼素(B)のプロファイルを示している。
【0033】
図2から明らかな通り、Si導入を行わないC(拡散領域におけるチャネル付近に相当)のプロファイルはFAによる熱拡散がほとんど見られないが、Si導入を行ったD(コンタクト付近の拡散領域)では激しい増速拡散が認められる。これから、この発明により、コンタクトホール開口部のみ選択的に十分な拡散を起こさせられることが示される。
【0034】
以上のプロセスを経て作成した半導体装置と、Si注入を行わない従来技術によるプロセスを経て作製した半導体装置、及びSi注入は行うが熱処理は従来技術(高温FAのみ)で処理した半導体装置を準備し、それぞれのフィールド−コンタクト間距離に対するリーク電流を測定した結果を図3に示す。
【0035】
図3から明らかなように、この発明によれば、デザインルール縮小によってフィールド−コンタクト間距離を縮めてもリーク電流の増加はないことがわかる。
【0036】
また、P+/N+型の拡散層形成のイオン種は、通常P+型拡散層形成に対しては硼素、N+型拡散層形成に対しては砒素が用いられており、この発明でもそのまま適用できるが、砒素の場合増速拡散が硼素に比して発生しにくいため、より容易に条件設定出来る燐(P)をN+イオン種として使用することが効果的である。燐注入による形成の場合、通常は増速拡散により短チャネル効果に極めて弱いデバイスとなり適用されにくいが、この発明においては注入後にRTA処理を加えているため、増速拡散は起こりにくくこの点は特に問題にならない。
【0037】
また、この発明においては、拡散層形成のためのイオン注入を行う前に、Si等の不活性元素の注入を、基板がアモルファス化する臨界ドーズ量以上の注入量にて行うとよい。
【0038】
このように、P+/N+型の拡散層領域を形成する前に、基板をSi等の注入によりアモルファス化を行った場合、燐イオン注入時に問題になるチャネリングによる分布の広がりも抑えることが出来、更に短チャネル効果に強い構造に形成することが出来る。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の半導体装置の製造方法は、拡散層形成のためのイオン注入を行った後、RTAを施し、続いて、コンタクトホール開口部よりシリコンをイオン注入し、コンタクトホール底部に点欠陥を形成した後、FAを施すことにより、工程数の大幅な増加を招くことなく、フィールドーコンタクト間距離を狭めてデザインルールを縮小することが出来る。
【0040】
また、RTAを処理温度が950〜1050℃の範囲かつ10秒以下の処理時間で行うことにより、トランジスタ特性の劣下を招くことなく上記の効果を実現できる。
【0041】
また、FAを800℃未満の処理温度かつ60分以上の処理時間で行うことにより、トランジスタ特性の劣下を招くことなく上記の効果を実現できる。
【0042】
さらに、拡散層形成のためのイオン注入を行う前に、不活性元素の注入を、基板がアモルファス化する臨界ドーズ量以上の注入量にて行うことで、拡散領域の広がりを抑え、より短チャネル効果に強く特性の良好なトランジスタを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明をCMOSトランジスタの形成に適用した場合の一方の導電型のトランジスタ部分を工程別に示す断面図である。
【図2】 Siのイオン注入有無による増速拡散の発生有無の比較を行ったシミュレーション図である。
【図3】 この発明と従来技術により製造した半導体装置にフィールド−コンタクト間距離に対するリーク電流を測定した特性図である。
【図4】 従来の半導体装置の問題点を示す断面図である。
【図5】 従来のCMOSトランジスタの形成の一方の導電型のトランジスタ部分の工程別断面図である。
【符号の説明】
1 基板
2 フィールド領域
3 拡散層領域
4 ゲート電極
5 層間絶縁膜
6、7 コンタクトホール
8a 拡散層
9 点欠陥[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a CMOS transistor.
[0002]
[Prior art]
In the formation of a MOS transistor in a semiconductor integrated circuit, the process of depositing an insulating film and opening a contact hole after forming a transistor region on a substrate will be described with reference to FIG.
[0003]
In recent years, in order to realize high integration of a semiconductor integrated circuit, a distance between an opening of a contact hole 7 of a transistor and an insulating oxide film region (field region) 2 for element isolation has been reduced. As described above, when the distance between the contact and the field region is narrowed, as shown in FIG. 4, when the
[0004]
A SAC (se1f-a1ign-contact) technique is generally known as a technique for preventing the occurrence of the leakage current. In this SAC technique, an impurity having the same conductivity type as that of the diffusion layer is injected into the diffusion layer region from the contact opening (plug injection), and a diffusion region is formed at the bottom of the contact hole opening, thereby generating leakage current. Is to prevent.
[0005]
This SAC technique will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view for each process of a transistor portion of one conductivity type in forming a CMOS transistor.
[0006]
First, well formation, formation of an isolation oxide film (field region) 2 and formation of a
[0007]
Subsequently, after the
[0008]
Next, through the photolithography process, the
[0009]
Thereafter, through the photolithography process, the entire surface of the N + type diffusion layer region is covered with a photoresist, and using this as a mask, BF 2 10 is introduced by ion implantation from the openings of the contact holes 6 and 7 in the P + type diffusion layer region. Then, the
[0010]
Then, for the activation of the
[0011]
In the above process, two photolithography steps, two ion implantation steps, and one activation step are required to form a diffusion region at the bottom of the contact opening, that is, plug injection.
[0012]
On the other hand, as a technique for implanting inert element ions from the opening of a contact hole, there are JP-A-4-199817 and JP-A-4-246824.
[0013]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 4-199817 relates to a method of manufacturing a semiconductor device in which polycrystalline silicon is selectively deposited in a contact hole to an arbitrary thickness so that no cavities occur and single crystallization does not occur. In other words, an inert element ion is implanted into the bottom surface of the contact hole to make the surface amorphous, and then a polycrystalline silicon film is selectively deposited in the contact hole. That is, in this publication, the surface exposed on the bottom surface of the contact hole is made amorphous, so that polycrystalline silicon is deposited without single crystallization at the time of subsequent selective silicon deposition. However, this publication only discloses a method of depositing polycrystalline silicon embedded in a contact hole without generating a cavity, and is likely to occur when the distance between the contact and the field region is shortened. The problem of leakage current when misalignment occurs is not solved.
[0014]
In Japanese Patent Laid-Open No. 4-246824, in order to reduce contact resistance, silicon (Si) is ion-implanted into the substrate from the opening of the contact hole, and then tungsten (W) is selectively buried in the opening. Is. That is, in this publication, the diffusion rate of impurities in the damaged semiconductor layer is increased by growing tungsten in the opening after causing damage to the diffusion layer by ion implantation of silicon. By utilizing the fact that it becomes faster, tungsten is mixed on the surface of the high concentration diffusion layer to reduce the contact resistance. However, in this publication, after silicon is ion-implanted, tungsten is deposited without performing heat treatment, so that heat treatment for promoting diffusion in the lateral direction of impurities cannot be performed. And after tungsten deposition, heat treatment cannot be applied to promote the lateral diffusion of impurities due to the problem of impurity diffusion between tungsten and the substrate, and this is likely to occur when the distance between the field region and the contact is shortened. It is not possible to prevent leakage current when misalignment occurs. For this reason, in this publication, there is no effect on prevention of leakage current, and the process can be applied only when a sufficient distance between the field region and the contact can be obtained.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the SAC formation according to the conventional technique, it is necessary to implant impurity ions of each conductivity type in each P + / N + type diffusion layer region. 2 times and an ion implantation process twice. This leads to an increase in the number of processes, that is, an increase in manufacturing cost, and becomes a problem. Further, there is a problem that an increase in the number of processes causes a decrease in yield.
[0016]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems. Compared to a conventional process that does not perform SAC, the present invention does not increase the photolithography process and performs ion implantation only once. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can suppress the same effect, specifically, the generation of a leakage current due to a reduction in the field-contact distance. That is, the purpose is to reduce the manufacturing cost by reducing the photolithography process twice and the ion implantation process once compared with the conventional SAC process.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, after ion implantation for forming P + -type and N + -type diffusion layers is performed on a silicon semiconductor substrate, heat treatment (hereinafter referred to as RTA) by a lamp annealing apparatus is performed. ) alms, subsequently, than the contact hole opening provided respectively on the diffusion layer of the P + -type and N + -type, in each of the diffusion layers of the P + -type and N + -type below a critical dose of substrate is amorphized After silicon is ion-implanted to form a point defect at the bottom of the contact hole, a heat treatment (hereinafter referred to as FA) is performed by a furnace annealing apparatus.
[0018]
According to the present invention, after the contact hole is formed, the P + / N + type diffusion layer region is subjected to heat treatment to cause re-diffusion, and the diffusion region is surrounded by the bottom of the contact hole. This is to obtain a prevention effect. However, with only ordinary heat treatment, the entire diffusion layer region is re-diffused, and also diffuses in the channel direction, shortening the channel length, and the short channel effect becomes significant. In order to prevent this, in the present invention, only the diffusion layer at the bottom of the region where the contact hole is formed is selectively re-diffused. In order to realize this, silicon ions are implanted from the opening of the contact hole to introduce a point defect at the bottom of the contact hole, and the diffusion is selectively performed by causing accelerated diffusion.
[0019]
Specifically, after forming the N + and P + type diffusion layer regions, heat treatment of RTA is applied. As a result, the diffusion layer region is activated, and at the same time, the point defects generated at the time of impurity ion implantation for forming the diffusion layer disappear, and the accelerated diffusion hardly occurs. In order to prevent the diffusion layer region from being diffused more than necessary and causing the deterioration of the device special order such as the short channel effect, treatment at a temperature in the range of 950 to 1050 ° C., particularly 1000 ° C. is appropriate. For the same reason, the processing time is 10 seconds or less. However, under this processing condition, there is a concern about the occurrence of junction leakage current due to residual defects. However, in the present invention, since a long time FA is performed later and defects can be eliminated in this process, there is a particular problem. Don't be.
[0020]
A contact hole is formed in this state to the diffusion layer of the P + -type and N + -type, ion implantation of Si to the respective diffusion layers of the P + -type and N + -type from the opening of the contact hole. As a result, point defects are introduced only in the vicinity of the contact hole region, and the state returns to a state where accelerated diffusion is likely to occur. The ion implantation here is performed in order to introduce a point defect into the substrate, and it is necessary to select an ion species according to the diffusion mechanism of the substrate impurity, but the most suitable ion is Si. Since the purpose is to introduce point defects, it is necessary to carry out implantation at a critical dose amount or less for amorphization, but in the case of Si, it is less than 5 × 10 14 cm −2 .
[0021]
If FA is performed for a long time at a low temperature after the introduction of the point defect, the impurity diffusion layer is re-diffused only in the point defect introduction region. Even in such a case, the diffusion layer goes under the contact hole and suppresses the generation of leakage current. FA here needs to be performed at a low temperature at which accelerated diffusion occurs but diffusion does not normally occur, and should be set to 800 ° C. or lower, but 750 ° C. is appropriate considering defect recovery and the like. At this temperature, re-diffusion hardly occurs in the point defect unintroduced portion where the accelerated diffusion does not occur, and the problem of the short channel effect does not occur.
[0022]
As the ion species for forming the P + / N + type diffusion layer, boron is usually used for forming the P + type layer, and arsenic is used for forming the N + type layer. However, in the case of arsenic, accelerated diffusion is less likely to occur compared to boron, so it is effective to use phosphorus, which can be more easily set as the N + ion species. In the case of formation by phosphorus implantation, it is usually difficult to apply the device because it is very weak against short channel effect due to enhanced diffusion, but in this invention, since RTA treatment is added after implantation, enhanced diffusion is unlikely to occur. It doesn't matter.
[0023]
Further, in the present invention, before performing ion implantation for forming the P + / N + type diffusion layer, an inert element such as Si is implanted at an implantation dose greater than the critical dose amount at which the substrate becomes amorphous. It is good to do.
[0024]
Thus, if the substrate is amorphized by implantation of Si or the like before forming the P + / N + type diffusion layer region, it is possible to suppress the spread of distribution due to channeling, which becomes a problem during phosphorus ion implantation. In addition, it can be formed into a structure that is strong against the short channel effect.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing one conductivity type transistor portion according to the process when the present invention is applied to the formation of a CMOS transistor.
[0026]
First, well formation, formation of an isolation oxide film (field region) 2 and formation of a
[0027]
Subsequently, after the
[0028]
From the openings of the contact holes 6 and 7, an inert element, in this embodiment, Si ions is accelerated at an energy of 80 KeV, and the dose is in the range of 5 × 10 13 to 5 × 10 14 cm −2. The injection was performed under the condition of × 10 14 cm −2 (see FIG. 1C). By this Si ion implantation, a point defect 9 is formed at the bottom of the contact hole.
[0029]
Subsequently, the
[0030]
In FIG. 2, the calculation result of the point defect introduction | transduction effect by Si ion by simulation is shown. This figure compares the presence or absence of enhanced diffusion depending on the presence or absence of Si ion implantation, and performs the following process.
[0031]
1) Si + implantation: acceleration energy 30 KeV,
2) B-ten implantation: acceleration energy 10 KeV,
3) RTA: temperature 1000 ° C., time 10 seconds 4) Si + implantation: acceleration energy 120 KeV, dose 1 × 10 14
5) FA: temperature 750 ° C., time 120 minutes
In FIG. 2, A is the state after performing the above process 2), B is the state after performing the above process 3), C is the state after performing 5) without performing 4) of the above process, and D is the above state. The profile of boron (B) in the state carried out through 5) of the process is shown.
[0033]
As is clear from FIG. 2, the profile of C (corresponding to the vicinity of the channel in the diffusion region) where Si is not introduced hardly shows thermal diffusion due to FA, but in D where Si is introduced (diffusion region near the contact). Severe accelerated diffusion is observed. From this, it is shown that the present invention can selectively cause sufficient diffusion only in the contact hole opening.
[0034]
Prepare a semiconductor device fabricated through the above process, a semiconductor device fabricated through a prior art process that does not perform Si implantation, and a semiconductor device that performs Si implantation but heat treatment using the prior art (only high-temperature FA). FIG. 3 shows the result of measuring the leakage current with respect to each field-contact distance.
[0035]
As is apparent from FIG. 3 , according to the present invention, it is understood that the leakage current does not increase even when the field-contact distance is reduced by reducing the design rule.
[0036]
Further, as the ion species for forming the P + / N + type diffusion layer, boron is usually used for forming the P + type diffusion layer, and arsenic is used for forming the N + type diffusion layer. Although it can be applied as it is, in the case of arsenic, since accelerated diffusion is less likely to occur than boron, it is effective to use phosphorus (P) which can be more easily set as the N + ion species. In the case of formation by phosphorus implantation, it is usually difficult to apply the device because it is very weak against short channel effect due to enhanced diffusion, but in this invention, since RTA treatment is added after implantation, enhanced diffusion is unlikely to occur. It doesn't matter.
[0037]
In the present invention, before the ion implantation for forming the diffusion layer is performed, the inert element such as Si may be implanted with an implantation amount equal to or higher than the critical dose amount at which the substrate becomes amorphous.
[0038]
Thus, if the substrate is amorphized by implantation of Si or the like before forming the P + / N + type diffusion layer region, it is possible to suppress the spread of distribution due to channeling, which becomes a problem during phosphorus ion implantation. In addition, it can be formed into a structure that is strong against the short channel effect.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after ion implantation for forming a diffusion layer, RTA is performed, then silicon is ion-implanted from the contact hole opening , and the bottom of the contact hole is formed. after forming the two points defects, by performing F a, without causing a significant increase in the number of steps can be reduced design rules to narrow the inter-field over the contact distance.
[0040]
Further, when the RTA is performed in a processing temperature range of 950 to 1050 ° C. and a processing time of 10 seconds or less, the above-described effect can be realized without causing deterioration of transistor characteristics.
[0041]
Further, by performing FA at a processing temperature of less than 800 ° C. and a processing time of 60 minutes or more, the above-described effects can be realized without causing deterioration of transistor characteristics.
[0042]
Furthermore, before the ion implantation for forming the diffusion layer, the inert element is implanted with an implantation amount greater than the critical dose at which the substrate becomes amorphous. A transistor having a strong effect and good characteristics can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one conductive type transistor portion by process when the present invention is applied to formation of a CMOS transistor.
FIG. 2 is a simulation diagram comparing the presence or absence of enhanced diffusion depending on the presence or absence of Si ion implantation.
FIG. 3 is a characteristic diagram obtained by measuring a leakage current with respect to a field-contact distance in a semiconductor device manufactured according to the present invention and the prior art.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a problem of a conventional semiconductor device.
FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views for each step of a transistor portion of one conductivity type in forming a conventional CMOS transistor. FIGS.
[Explanation of symbols]
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