JP2004186359A - Semiconductor integrated circuit device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路装置(半導体装置)の製造技術に関し、特に、SGI(Shallow Groove Isolation)法による素子分離を用いた半導体集積回路装置に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
SGI法とは、LSI製造プロセスにおける素子分離技術の一種で、半導体基板に形成した溝の内部に酸化シリコン膜などの絶縁膜を形成し、溝外部の酸化シリコン膜を研磨等で除去することにより素子分離を形成し、これを素子間の分離に用いるというものである。SGIを利用した場合、素子分離間隔を縮小することができる、素子分離膜厚の制御が容易である等の利点がある。
【0003】
一方、相補型MISFET等の分離には、従前よりウエル分離が用いられ、p型ウエル上にnチャネル型MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)が形成され、n型ウエル上にはpチャネル型MISFETが形成される。
【0004】
ラッチアップ耐性の向上など、素子特性の向上を図るため、ウエル分離とSGI分離が併用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、半導体集積回路装置の研究・開発に従事しており、例えば相補型MISFETなどの素子の分離にSGI法を用いている。
【0006】
しかしながら、本発明者が検討した結果、素子分離幅が小さくなり、また、素子分離用の溝が浅くなるに伴って素子分離特性が劣化することが判明した。
【0007】
これは、SGIの底部にウエル間の接合が位置する場合、p型ウエル中の不純物(例えばホウ素)がSGIを構成する絶縁膜中に拡散し、SGIの側壁において不純物濃度が低下し、ウエル間の接合がp型ウエル内に進入することが原因であると思われる。特に、p型不純物としてよく用いられるホウ素は、n型不純物(リンやヒ素)と比較し、原子量が小さく、絶縁膜中に拡散しやすいためp型ウエル側にウエル間の接合が進入する。
【0008】
追って詳細に説明するように、ウエル間の接合がp型ウエル内に進入すると、p型ウエル上に形成されるnチャネル型MISFETのソース、ドレイン領域とn型ウエルとが近接し、リーク電流が生じやすくなる(図21参照)。
【0009】
このような問題は、素子分離幅が小さくなり、また、素子分離用の溝が浅くなるに伴って顕著となる。
【0010】
例えば、0.13μmノードでの最小の素子分離幅(素子形成領域間距離)は、0.8μmであるのに対し、0.1μmノードでのそれは0.44μmとなる。また、現行の最小セルサイズのSRAM(Static Random Access Memory)においては、素子分離幅が0.18μm程度の領域が存在する。
【0011】
さらに、追って詳細に説明するように、微細加工の要請から溝を形成する際のマスクを薄くせざるを得ず、これに伴い素子分離用の溝が浅くなる傾向にある。このような場合には、特に、素子分離耐性を確保することが重要となる。
【0012】
図32に、本発明者が検討したSGIの底部近傍の不純物濃度のシュミレーション結果を示す。SGIの深さが、200nm、その幅が、0.18μmであり、p型ウエル(PWELL)にホウ素を、n型ウエル(NWELL)にリンを用いた場合のシュミレーション結果を示す。p型ウエルおよびn型ウエルの不純物濃度は、0.13μmノード(SGI深さ:300nm)の場合と同じである。図示するように、PN接合面(ウエル間の境界)がp型ウエル領域に進入している。
【0013】
このように、SGIの幅が小さく、また、SGIが浅くなると、PN接合境界のp型ウエル領域への進入が無視できなくなり、分離耐圧を確保することが困難となる。
【0014】
このような現象に対し、SGI中に拡散するp型不純物を補うため、p型不純物濃度を増加させる対策も考え得るが、この場合、半導体基板表面方向への不純物の拡散により、接合容量や基板効果定数が増加してしまう。その結果、トランジスタの駆動電流の上昇など、半導体素子の性能が劣化する。
【0015】
本発明の目的は、素子分離特性を向上させることにある。
【0016】
また、本発明の他の目的は、素子分離特性を向上させることにより、半導体集積回路装置の特性の向上を図ることにある。
【0017】
また、本発明の他の目的は、半導体集積回路装置の歩留まり向上や信頼性の向上を図ることにある。
【0018】
また、本発明の他の目的は、微細化に対応した素子分離技術を提供することにある。
【0019】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0021】
本発明の半導体集積回路装置は、(a)素子形成領域と素子分離領域とを有する半導体基板と、(b)前記半導体基板の前記素子分離領域に形成された溝と、(c)前記溝の側壁および底部に形成された窒素イオンを含有する第1半導体領域と、(d)前記第1半導体領域の上部に形成された絶縁膜と、(e)前記半導体基板の前記素子形成領域に形成され、前記第1半導体領域に接する第2半導体領域と、を有するものである。
【0022】
また、本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、素子形成領域と素子分離領域とを有し、前記素子形成領域上に半導体素子を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、(a)半導体基板の前記素子分離領域をエッチングすることにより溝を形成する工程と、(b)前記溝の内壁に窒素イオンを注入する工程と、(c)前記溝の内部に絶縁膜を形成する工程と、(d)前記半導体基板の前記素子形成領域にp型の不純物を注入する工程と、を有するものである。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0024】
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置をその製造工程に従って説明する。図1〜図20は、本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【0025】
まず、図1に示すように、例えばp型の単結晶シリコンからなる半導体基板1を熱酸化することにより半導体基板1の表面に10nm程度の膜厚の熱酸化膜3を形成する。次いで、図2に示すように、熱酸化膜3上に、100nm〜140nm程度の膜厚の窒化シリコン膜5を堆積する。次いで、図3に示すように、窒化シリコン膜5上に、反射防止膜6aを堆積し、さらに、その上部にフォトレジスト膜(以下、単に「レジスト膜」という)6bを形成する。このレジスト膜6bは、フッ化アルゴン(ArF)エキシマレーザ(λ=193nm)用のレジスト膜である。その主成分は、例えば、メタクリレート系樹脂等である。
【0026】
次いで、図4に示すように、レジスト膜6bにArFエキシマレーザを照射することにより露光し、さらに、現像することにより、素子分離領域上のレジスト膜6bを除去する。次いで、レジスト膜6bをマスクに反射防止膜6a、窒化シリコン膜5および熱酸化膜3をエッチングする。次いで、図5に示すように、レジスト膜6bおよび反射防止膜6aを除去する。
【0027】
次いで、図6に示すように、窒化シリコン膜5をマスクとして、半導体基板1をドライエッチングすることにより素子分離用の溝7を形成する。溝7の深さは、例えば300nm〜200nm程度とする。
【0028】
次いで、図7に示すように、半導体基板1の上部から窒素イオン(Nイオン)を10KeVで、1.0×1014cm−2(以下、1.0E14cm−2と表記する)程度注入する。その結果、溝7の側壁および底部に窒素イオンを含有する半導体領域8が形成される。この半導体領域8は、例えば20nm程度の厚さで、この後の酸化膜9の形成工程の後にも溝7の内壁に残存するようその厚さを設定する。
【0029】
なお、この際、窒素イオンは、窒化シリコン膜5の表面にも打ち込まれる。
【0030】
次いで、図8に示すように、半導体基板1に酸化処理を施すことによって、溝7の内壁に20nm程度の酸化膜(酸化シリコン膜)9を形成する。なお、Si(シリコン)が酸化する場合には、体積膨張が生じるため、20nmの酸化膜9を形成しても、その底部には半導体領域8が10nm程度残存する。この酸化膜9は、溝7の内壁に生じたドライエッチングのダメージを回復し、また、溝のコーナー部をラウンド化する等のために形成する。
【0031】
また、この酸化工程を、例えばISSG(In−situ Steam Generation)酸化法を用いて行ってもよい。ISSG酸化とは、反応室(チャンバ)内に水素と酸素を導入し、加熱した半導体基板の表面において酸化反応を起こさせる酸化方法である。この酸化方法によれば、通常のドライ酸化より酸化力が大きく、窒化シリコン膜5の表面も酸化される。
【0032】
次いで、図9に示すように、溝7内を含む半導体基板1上に、CVD(Chemical Vapor deposition)法で溝7を埋め込む程度の膜厚の酸化シリコン膜13を堆積する。この酸化シリコン膜13は、例えば、オゾンテオス(O3−TEOS)膜であり、オゾンとテトラエトキシシランを原料としたCVD法で形成することができる。次いで、化学的機械研磨(CMP;Chemical Mechanical Polishing)法を用い窒化シリコン膜5が露出するまで酸化シリコン膜13の表面を研磨し、平坦化する。このように、窒化シリコン膜5は、CMPの際のストッパー膜としても機能する。このCMPの結果、溝7、酸化膜9および酸化シリコン膜13よりなる素子分離が完成する。
【0033】
次いで、図10に示すように、窒化シリコン膜5を例えば熱リン酸を用いたウエットエッチングにより除去する。
【0034】
ここで、図示するように窒化シリコン膜5の膜厚分だけ酸化シリコン膜13の表面が半導体基板1の表面から突出しているが、以降の半導体基板1の洗浄工程や、表面酸化および酸化膜除去工程により酸化シリコン膜13の表面は、徐々に後退する(リセス現象)。従って、酸化シリコン膜13の後退分を考慮し、この段階においては、酸化シリコン膜13の突出部を75nm〜105nm程度確保することが望ましい。即ち、CMP法による酸化シリコン膜13の研磨後に、残存する窒化シリコン膜5の膜厚を75nm〜105nm程度確保することが望ましい。
【0035】
次いで、酸化シリコン膜13等よりなる素子分離で区画された素子形成領域(アクティブ)に、相補型MISFETを形成する。
【0036】
まず、図11に示すように、半導体基板1に熱処理を施すことにより10nm程度の犠牲酸化膜15を形成する。次いで、図12に示すように、犠牲酸化膜15を介してp型不純物およびn型不純物をイオン打ち込みした後、熱処理により不純物を拡散させることによって、p型ウエル17、n型ウエル19およびNiSO領域20を形成する。このNiSO領域20とは、n型の半導体領域であり、基板を所定の電位に固定し、またはp型ウエル17と半導体基板1とを電気的に分離する等のために形成される。
【0037】
p型ウエル17、n型ウエル19およびNiSO領域20の不純物の打ち込み条件は、例えば次の通りである。p型ウエル17については、ホウ素を120keV〜160keVのエネルギーで5.0E12cm−2、55keV〜30keVのエネルギーで5.0E11cm−2、100keV〜60keVのエネルギーで2.0E13cm−2程度注入する。なお、パンチスルースットパー18pを兼ねてホウ素を20keVのエネルギーで1.0E13cm−2程度注入してもよい。また、n型ウエル19については、リンを450keV〜370keVのエネルギーで3.0E12cm−2、160keV〜100keVのエネルギーで5.0E11cm−2、240keV〜160keVのエネルギーで2.0E13cm−2程度注入する。なお、パンチスルースットパー18nを兼ねてヒ素を100keVのエネルギーで1.0E13cm−2程度注入してもよい。また、NiSO領域20については、リンを1.0MeV〜800keVのエネルギーで5.0E12cm−2程度注入する。
【0038】
次いで、図13に示すように、p型ウエル17およびn型ウエル19の表面に、閾値調整用の不純物を注入する。この閾値調整用の不純物領域を21a、21bとする。
【0039】
次に、図14に示すように、犠牲酸化膜15を除去し、p型ウエル17およびn型ウエル19のそれぞれの上部にゲート絶縁膜22を形成する。ゲート絶縁膜22は、例えば酸窒化膜よりなる。
【0040】
次に、図15に示すように、ゲート絶縁膜22の上部に不純物をドープした低抵抗多結晶シリコン膜23をCVD法で堆積し、多結晶シリコン膜23をドライエッチングすることにより、ゲート電極Gを形成する。ゲート長は、例えば65nm程度である。
【0041】
次いで、図16に示すように、半導体基板1上に絶縁膜として例えば酸化シリコン膜を10nm程度CVD法で堆積し、異方的にエッチングすることによりゲート電極Gの側壁にオフセットスペーサ24を形成する。
【0042】
次に、図17に示すように、ゲート電極Gの両側のp型ウエル17にn型不純物をイオン打ち込みすることによってn−型半導体領域25を形成し、n型ウエル19にp型不純物をイオン打ち込みすることによってp−型半導体領域27を形成する。また、この際、n−型半導体領域25下にp型不純物を注入することによりp型のハロー層26を形成し、p−型半導体領域27下にn型不純物を注入することによりn型のハロー層28を形成してもよい。
【0043】
次に、図18に示すように、半導体基板1上に絶縁膜として例えば酸化シリコン膜29a、窒化シリコン膜29bおよび酸化シリコン膜29cをCVD法で順次堆積した後、異方的にエッチングすることによって、ゲート電極Gの側壁に、これらの積層膜より成るサイドウォールスペーサ29を形成する。
【0044】
次に、図19に示すように、p型ウエル17にn型不純物(例えばリン)をイオン打ち込みすることによってn+型半導体領域31(ソース、ドレイン)を形成し、n型ウエル19にp型不純物(例えばホウ素)をイオン打ち込みすることによってp+型半導体領域33(ソース、ドレイン)を形成する。
【0045】
次いで、図20に示すように、半導体基板1上に、金属膜として例えばCo(コバルト)膜を堆積し、熱処理を施すことにより、かかる膜と、ゲート電極Gおよび半導体基板1との接触部においてシリサイド化反応を起こさせ、自己整合的にコバルトシリサイド膜35を形成する。次いで、未反応のCo膜を除去し、さらに、熱処理を施す。
【0046】
ここまでの工程で、LDD(Lightly Doped Drain)構造のソース、ドレインを備えたnチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpが形成される。
【0047】
この後、図示は省略するが、MISFETQnおよびQp上に層間絶縁膜、プラグ(接続部)および配線の形成を繰り返すことにより、多層の配線層が形成される。さらに、最上層配線層には保護層が形成され、ダイシング後、保護層から露出した最上層配線のパッド部と実装基板等の外部端子とを電気的に接続し、その外周を溶融樹脂などを用いて封止することにより半導体集積回路装置が略完成する。
【0048】
このように、本実施の形態によれば、素子分離と半導体基板1との境界に窒素イオンを含有する半導体領域8を設けたので、ウエルを構成する不純物が素子分離中に拡散することを防止することができる。特に、p型ウエルを構成するホウ素は酸化シリコン膜中に拡散しやすいが、この拡散を防止できる。従って、素子分離近傍のp型ウエルの不純物濃度の低下を防止することができ、分離耐圧を確保することができる。
【0049】
例えば、図21に示すように、PN接合面(ウエル間の境界)がp型ウエル領域に進入し、p型ウエル17の主表面のnチャネル型MISFETQnのソース、ドレイン領域(31)と接すると、このPN接合面を介してMISFETのソース、ドレイン領域とn型ウエルとが導通状態となり、リーク電流が大きくなる。図21は、本実施の形態の効果を説明するための半導体集積回路装置の要部断面を模式的に表した図である。
【0050】
また、このような問題は、素子分離用の溝が浅くなると、特に、顕著になる。例えば次に示す理由により素子分離用の溝が浅溝化する。
【0051】
例えば、素子分離用の溝の幅が微細化、即ち、窒化シリコン膜5のパターンやそのスペースが微細になると、このパターンを形成する際のマスクとなるレジスト膜6bの高精度の解像が要求される。
【0052】
解像度を向上させるための対策は種々あるが、例えば、露光の際のレーザの波長を短波長とすることも効果的な解決策の一つである。
【0053】
ところが、例えばKrFエキシマレーザ(λ=248nm)をArFエキシマレーザ(λ=193nm)に変更した場合、KrFエキシマレーザ用のレジスト膜(主成分:ポリヒドロキシスチレン系樹脂)と比較しArFエキシマレーザ用のレジスト膜226は、その後の窒化シリコン膜のエッチング耐性が小さく、窒化シリコン膜5のエッチングの際にダメージを受けやすい(図22参照)。従って、窒化シリコン膜5を厚くすると、そのエッチングの際にレジスト膜が変形、変質等し、最終的にはレジスト膜としての役割を果たさなくなる。図22は、ArFエキシマレーザ用のレジスト膜を用いた場合の窒化シリコン膜のエッチング状態を模式的に表した図である。
【0054】
そこで、窒化シリコン膜5を比較的薄くし、レジスト膜に加わるダメージが小さいうちに窒化シリコン膜5をエッチングする必要がある。
【0055】
一方、窒化シリコン膜5は、CMPの際の研磨ストッパーとなる。また、前述した通り窒化シリコン膜5の除去の後、素子分離(酸化シリコン膜13)の表面を半導体基板1より高く維持し、その後の素子分離表面の後退(リセス現象)の影響を小さくするためには、CMP後に窒化シリコン膜5をできるだけ厚く残存させることが好ましい。
【0056】
また、素子分離用の溝の形成、即ち、半導体基板のエッチングの際やCMPの際にも窒化シリコン膜5の膜減りは進行する。従って、素子分離用の溝をできるだけ浅くし、窒化シリコン膜5の膜減りを低減する必要がある。
【0057】
なお、素子分離用の溝を浅溝化すると言っても、素子間の分離に必要な深さを確保する必要があることは言うまでもない。また、素子の微細化に伴い、素子を構成する拡散層や各種膜は薄くなる傾向にあり、素子分離用の溝を浅くしても素子間の分離には支障がない。
【0058】
このように素子分離用の溝は浅くなる傾向にあり、図21を参照しながら説明したように、リーク電流が生じやすくなる。
【0059】
しかしながら、本実施の形態によれば、素子分離用の溝が浅くなっても、不純物の拡散によるPN接合面の偏りを防止でき、リーク電流を低減できる。また、分離耐圧を確保することができる。
【0060】
なお、本実施の形態においては、窒素イオンを注入した後、ISSG酸化により酸化膜9を形成したが、酸化処理を行った後、その底部に窒素イオンを注入してもよい。
【0061】
(実施の形態2)
実施の形態1においては、半導体基板1の上部から窒素イオンを垂直に注入したが、斜めイオン注入法等を用いて不純物の拡散を防止したいウエル側の溝の側壁等にのみ窒素イオンを含有する半導体領域208を形成してもよい。
【0062】
なお、窒素イオンの注入工程以外の工程は、実施の形態1と同様であるため、窒素イオンの注入工程について詳細に説明する。
【0063】
実施の形態1において図6を参照しながら説明したように、窒化シリコン膜5をマスクとして、半導体基板1をドライエッチングすることにより素子分離用の溝7を形成する。
【0064】
次いで、図23に示すように、斜めイオン注入法を用いて半導体基板1の上部から窒素イオン(Nイオン)を10KeVで、1.0×1014cm−2(以下、1.0E14cm−2と表記する)程度注入する。
【0065】
この際、溝7の一の側壁およびその下部に、窒素イオンを含有する半導体領域208が形成され、他の側壁およびその下部は、側壁の影となるため窒素イオンは注入されない。この半導体領域208は、例えば20nm程度の厚さで、この後の酸化膜9の形成工程の後にも溝の内壁に残存するようその厚さを設定する。
【0066】
その後、実施の形態1において図9を参照しながら説明したように溝7内に酸化膜9および酸化シリコン膜13を形成し、さらに、ウエルおよびMISFET等を形成する。ここで、窒素イオンを含有する半導体領域208側に、p型ウエル17を形成する。
【0067】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態1と同様に素子分離と半導体基板1との境界に窒素イオンを含有する半導体領域208を設けたので、p型ウエルを構成するホウ素の拡散を防止できる。従って、素子分離近傍のp型ウエルの不純物濃度の低下を防止することができ、分離耐圧を確保することができる。
【0068】
また、素子分離用の溝が浅くなっても、不純物の拡散によるPN接合面の偏りを防止でき、リーク電流を低減できる。また、分離耐圧を確保することができる。
【0069】
なお、斜めイオン注入法を用いず、例えば、n型ウエル形成領域側の溝の側壁等をレジスト膜等で覆うことにより窒素イオンを含有する半導体領域208を設けてもよいが、この場合にはレジスト膜の形成工程および除去工程が必要となる。
【0070】
なお、本実施の形態においては、窒素イオンを注入した後、ISSG酸化等により酸化膜9を形成したが、酸化処理を行った後、その底部に窒素イオンを注入してもよい。
【0071】
(実施の形態3)
実施の形態1等においては、窒素イオンを含有する半導体領域をウエルを構成する不純物の拡散防止層としたが、例えば、SiGe(シリコンゲルマニウム)のアモルファス層を形成し、半導体基板とかかる層との界面に不純物のトラップ層を設け、不純物濃度を確保してもよい。
【0072】
なお、Ge(ゲルマニウム)イオンの注入工程以外の工程は、実施の形態1と同様であるため、Geイオンの注入工程について詳細に説明する。
【0073】
実施の形態1において図6を参照しながら説明したように、窒化シリコン膜5をマスクとして、半導体基板1をドライエッチングすることにより素子分離用の溝7を形成する。
【0074】
次いで、図24に示すように、半導体基板1にISSG酸化を施すことによって、溝7の内壁に20nm程度の酸化膜9を形成する。
【0075】
次いで、図25に示すように、半導体基板1の上部からGeイオンを20KeVで、5.0E14cm−2程度注入する。その結果、酸化膜9と半導体基板1との境界にGeイオンが打ち込まれ、SiGeよりなるアモルファス層308が形成される。このSiGe層は結晶欠陥を含み、かかる欠陥中には、不純物イオンがトラップされやすい。
【0076】
従って、p型ウエル中の不純物(例えばホウ素)が素子分離を構成する絶縁膜の方向に拡散しても、このSiGe層中にトラップされ、不純物濃度の低下を防止することができる。
【0077】
なお、この際、Geイオンは、窒化シリコン膜5の表面にも打ち込まれる。
【0078】
この後、図9〜図20を参照しながら説明した実施の形態1と同様に、溝7内に酸化シリコン膜13を形成し、さらに、ウエルおよびMISFET等を形成する。
【0079】
本実施の形態においても、分離耐圧を確保することができ、また、素子分離用の溝の浅溝化にも対応することができる。
【0080】
なお、本実施の形態においては、ISSG酸化を行った後、Geイオンを注入したが、Geイオンを注入した後、SiGe層が残存するように酸化処理により酸化膜9を形成してもよい。
【0081】
(実施の形態4)
実施の形態3においては、酸化膜9と半導体基板1との境界にSiGeよりなるアモルファス層を形成したが、本実施の形態においては、この境界を窒化する。
【0082】
なお、窒化処理工程以外の工程は、実施の形態1と同様であるため、窒化処理工程について詳細に説明する。
【0083】
実施の形態1において図6を参照しながら説明したように、窒化シリコン膜5をマスクとして、半導体基板1をドライエッチングすることにより素子分離用の溝7を形成する。
【0084】
次いで、図26に示すように、半導体基板1に酸化処理を施すことによって、溝7の内壁に20nm程度の酸化膜9を形成する。
【0085】
次いで、図27に示すように、半導体基板1にN2O処理を施すことにより酸化膜9と半導体基板1との境界を窒化する。その結果、この境界に窒化層408が形成される。この窒化層は、窒化膜もしくは酸窒化膜と考えられる。
【0086】
この後、図9〜図20を参照しながら説明した実施の形態1と同様に、溝7内に酸化シリコン膜13を形成し、さらに、ウエルおよびMISFET等を形成する。
【0087】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態1と同様に素子分離と半導体基板1との境界に窒化層408を設けたので、p型ウエルを構成するホウ素の拡散を防止できる。従って、素子分離近傍のp型ウエルの不純物濃度の低下を防止することができ、分離耐圧を確保することができる。
【0088】
また、素子分離用の溝が浅くなっても、不純物の拡散によるPN接合面の偏りを防止でき、リーク電流を低減できる。また、分離耐圧を確保することができる。
【0089】
(実施の形態5)
本実施の形態においては、素子分離用の溝を形成する際のマスクとなる窒化シリコン膜の側壁にサイドウォール膜を形成した後、溝を形成する。
【0090】
なお、実施の形態1と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
【0091】
実施の形態1において図5を参照しながら説明したように、窒化シリコン膜5をパターニングし、その上部のレジスト膜を除去した後、図28に示すように、半導体基板1上に絶縁膜として例えば酸化シリコン膜をCVD法で堆積し、異方的にエッチングすることにより窒化シリコン膜5の側壁に10nm程度の膜厚のサイドウォール膜505を形成する。
【0092】
次いで、図29に示すように、窒化シリコン膜5およびサイドウォール膜505をマスクとして、半導体基板1をドライエッチングすることにより素子分離用の溝7を形成する。
【0093】
次いで、図30に示すように、サイドウォール膜505を除去する。その結果、溝7の上端部(a部:溝の側壁上部の基板表面)の半導体基板1が露出する。
【0094】
次いで、図31に示すように、半導体基板1の上部から窒素イオン(Nイオン)を実施の形態1と同様に10KeVで1.0E14cm−2程度注入する。その結果、溝7の側壁および底部に窒素イオンを含有する半導体領域508が20nm程度形成される。この際、溝7の上端部(a部)にも窒素イオンを含有する半導体領域508が形成される。
【0095】
次いで、実施の形態1と同様にISSG酸化を行うことによって溝7の内壁に20nm程度の酸化膜を形成する。この際、酸化膜の底部には半導体領域508が残存するよう酸化を行う。
【0096】
この後、図9〜図20を参照しながら説明した実施の形態1と同様に、溝内に酸化シリコン膜を形成し、さらに、ウエルおよびMISFET等を形成する。
【0097】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態1と同様に素子分離と半導体基板1との境界に窒素イオンを含有する半導体領域508を設けたので、p型ウエルを構成するホウ素の拡散を防止できる。従って、素子分離近傍のp型ウエルの不純物濃度の低下を防止することができ、分離耐圧を確保することができる。
【0098】
また、素子分離用の溝が浅くなっても、不純物の拡散によるPN接合面の偏りを防止でき、リーク電流を低減できる。また、分離耐圧を確保することができる。
【0099】
さらに、本実施の形態においては、溝7の上端部(a部)も窒素イオンを含有する半導体領域508で覆われているため、p型ウエルの上部のホウ素の拡散を抑制できnチャネル型MISFETの閾値の変化を抑制することができる。また、MISFETのソース、ドレイン(特に、pチャネル型MISFETのソース、ドレインを構成するホウ素)が、素子分離中に拡散することを防止できる。その結果、MISFETの特性を向上させることができる。
【0100】
なお、本実施の形態においては、窒素イオンを注入した後、ISSG酸化により酸化膜を形成したが、酸化処理を行った後、その底部に窒素イオンを注入してもよい。
【0101】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0102】
特に、前記実施の形態においては、ウエル上に形成される半導体素子としてMISFETを例に説明したが、かかる素子を形成する場合に限られず、ウエル分離とSGI分離を併用する装置に広く適用可能である。
【0103】
また、前記実施の形態においては、p型不純物としてホウ素を例に説明したが、フッ化ホウ素等、ホウ素の化合物を用いる際にも同様の効果を奏すると考えられる。
【0104】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【0105】
素子分離領域に形成された溝の側壁および底部に窒素イオンを含有する第1半導体領域を設けたので、前記第1半導体領域に接する第2半導体領域からの不純物の拡散を防止することができる。
【0106】
その結果、素子分離特性を向上させることができる。また、半導体集積回路装置の特性の向上を図ることができる。また、半導体集積回路装置の歩留まり向上や信頼性の向上を図ることができる。また、半導体集積回路装置の微細化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図3】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図4】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図5】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図6】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図7】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図8】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図9】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図10】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図11】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図12】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図13】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図14】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図15】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図16】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図17】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図18】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図19】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図20】本発明の実施の形態1である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図21】本発明の実施の形態1の効果を説明するための半導体集積回路装置の要部断面を模式的に表した図である。
【図22】ArFエキシマレーザ用のレジスト膜を用いた場合の窒化シリコン膜のエッチング状態を模式的に表した図である。
【図23】本発明の実施の形態2である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図24】本発明の実施の形態3である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図25】本発明の実施の形態3である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図26】本発明の実施の形態4である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図27】本発明の実施の形態4である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図28】本発明の実施の形態5である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図29】本発明の実施の形態5である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図30】本発明の実施の形態5である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図31】本発明の実施の形態5である半導体集積回路装置の製造方法を示す基板の要部断面図である。
【図32】本発明者が検討したSGIの底部近傍の不純物濃度のシュミレーション結果を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板
3 熱酸化膜
5 窒化シリコン膜
6a 反射防止膜
6b レジスト膜
7 溝
8 窒素イオンを含有する半導体領域
9 酸化膜
13 酸化シリコン膜
15 犠牲酸化膜
17 p型ウエル
18n パンチスルースットパー
18p パンチスルースットパー
19 n型ウエル
20 NiSO領域
22 ゲート絶縁膜
23 多結晶シリコン膜
24 オフセットスペーサ
25 n−型半導体領域
26 p型のハロー層
27 p−型半導体領域
28 n型のハロー層
29 サイドウォールスペーサ
29a 酸化シリコン膜
29b 窒化シリコン膜
29c 酸化シリコン膜
31 n+型半導体領域
33 p+型半導体領域
35 コバルトシリサイド膜
208 窒素イオンを含有する半導体領域
226 レジスト膜
226a 反射防止膜
308 SiGeよりなるアモルファス層
408 窒化層
505 サイドウォール膜
508 窒素イオンを含有する半導体領域
G ゲート電極
Qn nチャネル型MISFET
Qp pチャネル型MISFET[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technology for manufacturing a semiconductor integrated circuit device (semiconductor device), and more particularly to a technology effective when applied to a semiconductor integrated circuit device using element isolation by an SGI (Shallow Groove Isolation) method.
[0002]
[Prior art]
The SGI method is a type of element isolation technology in an LSI manufacturing process, in which an insulating film such as a silicon oxide film is formed inside a groove formed in a semiconductor substrate, and the silicon oxide film outside the groove is removed by polishing or the like. An element isolation is formed, and this is used for isolation between elements. When the SGI is used, there are advantages that the element separation interval can be reduced and the element isolation film thickness can be easily controlled.
[0003]
On the other hand, conventionally, well isolation has been used for the isolation of a complementary MISFET, etc., and an n-channel MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) is formed on a p-type well, and a p-channel MISFET is formed on the n-type well. Is formed.
[0004]
Well isolation and SGI isolation are used together in order to improve element characteristics such as latch-up resistance.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventor is engaged in research and development of a semiconductor integrated circuit device, and uses the SGI method for separating elements such as complementary MISFETs.
[0006]
However, as a result of the study by the present inventors, it has been found that the element isolation width is reduced, and that the element isolation characteristics are degraded as the element isolation groove becomes shallower.
[0007]
This is because when the junction between the wells is located at the bottom of the SGI, the impurity (for example, boron) in the p-type well diffuses into the insulating film constituting the SGI, and the impurity concentration on the side wall of the SGI decreases. Is likely to be due to the junctions of the cells entering the p-type well. In particular, boron, which is often used as a p-type impurity, has a smaller atomic weight than an n-type impurity (phosphorus or arsenic) and is easily diffused into an insulating film, so that a junction between wells enters the p-type well.
[0008]
As will be described in detail later, when the junction between the wells enters the p-type well, the source / drain regions of the n-channel MISFET formed on the p-type well come close to the n-type well, and the leakage current decreases. (See FIG. 21).
[0009]
Such a problem becomes conspicuous as the element isolation width decreases and the element isolation groove becomes shallower.
[0010]
For example, the minimum element isolation width (distance between element formation regions) at the 0.13 μm node is 0.8 μm, whereas that at the 0.1 μm node is 0.44 μm. Further, in an SRAM (Static Random Access Memory) having the current minimum cell size, there is an area having an element isolation width of about 0.18 μm.
[0011]
Further, as will be described in detail later, a mask for forming a groove has to be thinned due to a demand for fine processing, and accordingly, the groove for element isolation tends to be shallow. In such a case, it is particularly important to secure element isolation resistance.
[0012]
FIG. 32 shows a simulation result of the impurity concentration near the bottom of the SGI studied by the present inventors. The simulation results when the depth of the SGI is 200 nm, the width is 0.18 μm, and boron is used for the p-type well (PWELL) and phosphorus is used for the n-type well (NWELL) are shown. The impurity concentrations of the p-type well and the n-type well are the same as in the case of the 0.13 μm node (SGI depth: 300 nm). As shown, the PN junction surface (boundary between wells) has entered the p-type well region.
[0013]
As described above, when the width of the SGI is small and the SGI is shallow, the penetration of the PN junction boundary into the p-type well region cannot be ignored, and it becomes difficult to secure the isolation breakdown voltage.
[0014]
To cope with such a phenomenon, p-type impurities diffused into the SGI may be compensated for by increasing the p-type impurity concentration. In this case, however, the diffusion of the impurities toward the surface of the semiconductor substrate causes the junction capacitance and the substrate to be reduced. The effect constant increases. As a result, the performance of the semiconductor element deteriorates, such as an increase in the drive current of the transistor.
[0015]
An object of the present invention is to improve element isolation characteristics.
[0016]
Another object of the present invention is to improve the characteristics of a semiconductor integrated circuit device by improving element isolation characteristics.
[0017]
Another object of the present invention is to improve the yield and reliability of a semiconductor integrated circuit device.
[0018]
Another object of the present invention is to provide an element isolation technology corresponding to miniaturization.
[0019]
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
[0021]
The semiconductor integrated circuit device of the present invention includes: (a) a semiconductor substrate having an element formation region and an element isolation region; (b) a groove formed in the element isolation region of the semiconductor substrate; A first semiconductor region containing nitrogen ions formed on sidewalls and a bottom portion, (d) an insulating film formed on the first semiconductor region, and (e) a first semiconductor region formed on the element formation region of the semiconductor substrate. And a second semiconductor region in contact with the first semiconductor region.
[0022]
Further, a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having an element formation region and an element isolation region, and having a semiconductor element on the element formation region. Forming a groove by etching the element isolation region of the semiconductor substrate; (b) implanting nitrogen ions into the inner wall of the groove; and (c) forming an insulating film inside the groove. (D) implanting a p-type impurity into the element formation region of the semiconductor substrate.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.
[0024]
(Embodiment 1)
First Embodiment A semiconductor integrated circuit device according to a first embodiment of the present invention will be described according to its manufacturing process. 1 to 20 are main-portion cross-sectional views of a substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to
[0025]
First, as shown in FIG. 1, a
[0026]
Next, as shown in FIG. 4, the resist
[0027]
Next, as shown in FIG. 6, using the
[0028]
Next, as shown in FIG. 7, nitrogen ions (N ions) were applied from the top of the
[0029]
At this time, nitrogen ions are also implanted into the surface of the
[0030]
Next, as shown in FIG. 8, an oxide film (silicon oxide film) 9 having a thickness of about 20 nm is formed on the inner wall of the groove 7 by subjecting the
[0031]
In addition, this oxidation step may be performed by using, for example, an ISSG (In-situ Stem Generation) oxidation method. ISSG oxidation is an oxidation method in which hydrogen and oxygen are introduced into a reaction chamber (chamber) to cause an oxidation reaction on the surface of a heated semiconductor substrate. According to this oxidation method, the oxidizing power is larger than that of normal dry oxidation, and the surface of the
[0032]
Next, as shown in FIG. 9, a
[0033]
Next, as shown in FIG. 10, the
[0034]
Here, the surface of the
[0035]
Next, a complementary MISFET is formed in an element formation region (active) defined by element isolation made of the
[0036]
First, as shown in FIG. 11, a
[0037]
Conditions for implanting the impurities in the p-
[0038]
Next, as shown in FIG. 13, impurities for threshold adjustment are implanted into the surfaces of the p-
[0039]
Next, as shown in FIG. 14, the
[0040]
Next, as shown in FIG. 15, a low-resistance
[0041]
Next, as shown in FIG. 16, for example, a silicon oxide film is deposited as an insulating film on the
[0042]
Next, as shown in FIG. 17, n-type impurities are ion-implanted into the p-
[0043]
Next, as shown in FIG. 18, for example, a
[0044]
Next, as shown in FIG. 19, an n-type impurity (for example, phosphorus) is ion-implanted into the p-type + A p-type impurity (for example, boron) is ion-implanted into the n-type well 19 by forming a p-type semiconductor region 31 (source, drain). + A type semiconductor region 33 (source, drain) is formed.
[0045]
Next, as shown in FIG. 20, for example, a Co (cobalt) film is deposited as a metal film on the
[0046]
Through the steps so far, an n-channel MISFET Qn and a p-channel MISFET Qp each having a source and a drain having an LDD (Lightly Doped Drain) structure are formed.
[0047]
Thereafter, although not shown, a multilayer wiring layer is formed by repeating formation of an interlayer insulating film, plugs (connection portions), and wiring on the MISFETs Qn and Qp. Further, a protective layer is formed on the uppermost wiring layer, and after dicing, the pad portion of the uppermost wiring exposed from the protective layer is electrically connected to an external terminal such as a mounting board, and the outer periphery thereof is covered with a molten resin or the like. By using and sealing, the semiconductor integrated circuit device is substantially completed.
[0048]
As described above, according to the present embodiment, the semiconductor region 8 containing nitrogen ions is provided at the boundary between the element isolation and the
[0049]
For example, as shown in FIG. 21, when the PN junction surface (boundary between wells) enters the p-type well region and contacts the source and drain regions (31) of the n-channel MISFET Qn on the main surface of the p-
[0050]
In addition, such a problem becomes particularly remarkable when the trench for element isolation becomes shallow. For example, the groove for element isolation becomes shallower for the following reason.
[0051]
For example, when the width of the trench for element isolation becomes finer, that is, when the pattern of the
[0052]
There are various countermeasures for improving the resolution. For example, shortening the wavelength of the laser at the time of exposure is one of the effective solutions.
[0053]
However, for example, when the KrF excimer laser (λ = 248 nm) is changed to an ArF excimer laser (λ = 193 nm), the KrF excimer laser resist film (main component: polyhydroxystyrene resin) is compared with the ArF excimer laser resist film. The resist film 226 has a low etching resistance of the silicon nitride film thereafter, and is easily damaged when etching the silicon nitride film 5 (see FIG. 22). Therefore, when the
[0054]
Therefore, it is necessary to make the
[0055]
On the other hand, the
[0056]
Further, the formation of the trench for element isolation, that is, the etching of the semiconductor substrate and the CMP also cause the
[0057]
Even if the trench for element isolation is made shallow, it is needless to say that it is necessary to secure a depth necessary for isolation between elements. Also, with the miniaturization of devices, the diffusion layers and various films constituting the device tend to be thinner, and even if the trenches for device isolation are made shallower, there is no problem in isolation between devices.
[0058]
As described above, the trench for element isolation tends to be shallow, and as described with reference to FIG. 21, a leak current is likely to occur.
[0059]
However, according to the present embodiment, even if the trench for element isolation becomes shallow, the bias of the PN junction surface due to diffusion of impurities can be prevented, and the leak current can be reduced. Also, the separation withstand voltage can be secured.
[0060]
In the present embodiment, oxide film 9 is formed by ISSG oxidation after nitrogen ions are implanted. However, nitrogen ions may be implanted into the bottom of the oxide film after the oxidation process.
[0061]
(Embodiment 2)
In the first embodiment, nitrogen ions are vertically implanted from above the
[0062]
Steps other than the nitrogen ion implantation step are the same as those in
[0063]
As described in the first embodiment with reference to FIG. 6, the
[0064]
Next, as shown in FIG. 23, nitrogen ions (N ions) are applied from above the
[0065]
At this time, a
[0066]
Thereafter, as described in the first embodiment with reference to FIG. 9, an oxide film 9 and a
[0067]
As described above, according to the present embodiment, the
[0068]
In addition, even if the trench for element isolation becomes shallow, deviation of the PN junction surface due to diffusion of impurities can be prevented, and leakage current can be reduced. Also, the separation withstand voltage can be secured.
[0069]
Instead of using the oblique ion implantation method, for example, the
[0070]
In the present embodiment, after nitrogen ions are implanted, oxide film 9 is formed by ISSG oxidation or the like. However, nitrogen ions may be implanted into the bottom after the oxidation treatment.
[0071]
(Embodiment 3)
In the first embodiment and the like, the semiconductor region containing nitrogen ions is used as the diffusion preventing layer of the impurity constituting the well. For example, an amorphous layer of SiGe (silicon germanium) is formed, and An impurity trap layer may be provided at the interface to secure the impurity concentration.
[0072]
Steps other than the Ge (germanium) ion implantation step are the same as those in the first embodiment, so the Ge ion implantation step will be described in detail.
[0073]
As described in the first embodiment with reference to FIG. 6, the
[0074]
Next, as shown in FIG. 24, by subjecting the
[0075]
Next, as shown in FIG. 25, Ge ions were injected from the top of the
[0076]
Therefore, even if the impurity (for example, boron) in the p-type well diffuses in the direction of the insulating film constituting the element isolation, the impurity is trapped in the SiGe layer, and a decrease in the impurity concentration can be prevented.
[0077]
At this time, Ge ions are also implanted into the surface of the
[0078]
Thereafter, as in the first embodiment described with reference to FIGS. 9 to 20, a
[0079]
Also in this embodiment, the isolation withstand voltage can be ensured, and it is possible to cope with a shallower trench for element isolation.
[0080]
In this embodiment, Ge ions are implanted after performing the ISSG oxidation. However, after the Ge ions are implanted, the oxide film 9 may be formed by an oxidation process so that the SiGe layer remains.
[0081]
(Embodiment 4)
In the third embodiment, an amorphous layer made of SiGe is formed at the boundary between the oxide film 9 and the
[0082]
Steps other than the nitriding process are the same as those in the first embodiment, and thus the nitriding process will be described in detail.
[0083]
As described in the first embodiment with reference to FIG. 6, the
[0084]
Next, as shown in FIG. 26, an oxide film 9 having a thickness of about 20 nm is formed on the inner wall of the groove 7 by subjecting the
[0085]
Next, as shown in FIG. 2 By performing O treatment, the boundary between the oxide film 9 and the
[0086]
Thereafter, as in the first embodiment described with reference to FIGS. 9 to 20, a
[0087]
As described above, according to the present embodiment,
[0088]
In addition, even if the trench for element isolation becomes shallow, deviation of the PN junction surface due to diffusion of impurities can be prevented, and leakage current can be reduced. Also, the separation withstand voltage can be secured.
[0089]
(Embodiment 5)
In this embodiment mode, a trench is formed after a sidewall film is formed on a side wall of a silicon nitride film serving as a mask when forming a trench for element isolation.
[0090]
Note that detailed description of the same steps as those in
[0091]
As described with reference to FIG. 5 in the first embodiment, after patterning the
[0092]
Next, as shown in FIG. 29, using the
[0093]
Next, as shown in FIG. 30, the
[0094]
Next, as shown in FIG. 31, nitrogen ions (N ions) are applied from above the
[0095]
Next, an oxide film of about 20 nm is formed on the inner wall of the groove 7 by performing ISSG oxidation in the same manner as in the first embodiment. At this time, oxidation is performed so that the
[0096]
Thereafter, as in the first embodiment described with reference to FIGS. 9 to 20, a silicon oxide film is formed in the trench, and a well, a MISFET, and the like are formed.
[0097]
As described above, according to the present embodiment, the
[0098]
In addition, even if the trench for element isolation becomes shallow, deviation of the PN junction surface due to diffusion of impurities can be prevented, and leakage current can be reduced. Also, the separation withstand voltage can be secured.
[0099]
Further, in the present embodiment, since the upper end portion (a portion) of trench 7 is also covered with
[0100]
In this embodiment, an oxide film is formed by ISSG oxidation after nitrogen ions are implanted. However, nitrogen ions may be implanted into the bottom of the oxide film after the oxidation treatment.
[0101]
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.
[0102]
In particular, in the above-described embodiment, the MISFET has been described as an example of the semiconductor element formed on the well. However, the present invention is not limited to the case where such an element is formed. is there.
[0103]
Further, in the above-described embodiment, boron has been described as an example of the p-type impurity. However, it is considered that similar effects can be obtained when a boron compound such as boron fluoride is used.
[0104]
【The invention's effect】
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0105]
Since the first semiconductor region containing nitrogen ions is provided on the side wall and the bottom of the groove formed in the element isolation region, diffusion of impurities from the second semiconductor region in contact with the first semiconductor region can be prevented.
[0106]
As a result, element isolation characteristics can be improved. Further, the characteristics of the semiconductor integrated circuit device can be improved. Further, the yield and reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved. Further, it is possible to cope with miniaturization of a semiconductor integrated circuit device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a fragmentary cross-sectional view of a substrate, illustrating a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to
FIG. 2 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention.
10 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 11 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention;
13 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 14 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 15 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 16 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 17 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 18 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 20 is an essential part cross sectional view of the substrate for illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device of the first embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a diagram schematically illustrating a cross section of a main part of a semiconductor integrated circuit device for describing an effect of the first embodiment of the present invention;
FIG. 22 is a diagram schematically showing an etching state of a silicon nitride film when a resist film for ArF excimer laser is used.
FIG. 23 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 24 is an essential part cross sectional view of the substrate for illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device of the third embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 26 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the fourth embodiment of the present invention;
FIG. 27 is an essential part cross sectional view of the substrate for illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device of Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 28 is an essential part cross sectional view of the substrate showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device of the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 29 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 30 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate, illustrating the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 31 is a fragmentary cross-sectional view of the substrate showing the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device of the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 32 is a cross-sectional view showing a simulation result of the impurity concentration near the bottom of the SGI studied by the present inventors.
[Explanation of symbols]
1 semiconductor substrate
3 Thermal oxide film
5 Silicon nitride film
6a Anti-reflective coating
6b resist film
7 grooves
8 Semiconductor region containing nitrogen ions
9 oxide film
13 Silicon oxide film
15 Sacrificial oxide film
17 p-type well
18n Punch Through Stopper
18p Punch through stopper
19 n-type well
20 NiSO region
22 Gate insulating film
23 Polycrystalline silicon film
24 Offset spacer
25 n − Semiconductor region
26 p-type halo layer
27p − Semiconductor region
28 n-type halo layer
29 Sidewall spacer
29a Silicon oxide film
29b Silicon nitride film
29c silicon oxide film
31 n + Semiconductor region
33 p + Semiconductor region
35 Cobalt silicide film
208 Semiconductor region containing nitrogen ions
226 resist film
226a Anti-reflective coating
308 Amorphous layer of SiGe
408 nitride layer
505 Sidewall film
508 Semiconductor region containing nitrogen ions
G gate electrode
Qn n-channel type MISFET
Qp p-channel type MISFET
Claims (5)
(b)前記半導体基板の前記素子分離領域に形成された溝と、
(c)前記溝の側壁および底部に形成された窒素イオンを含有する第1半導体領域と、
(d)前記第1半導体領域の上部に形成された絶縁膜と、
(e)前記半導体基板の前記素子形成領域に形成され、前記第1半導体領域に接する第2半導体領域と、
を有することを特徴とする半導体集積回路装置。(A) a semiconductor substrate having an element formation region and an element isolation region;
(B) a groove formed in the element isolation region of the semiconductor substrate;
(C) a first semiconductor region containing nitrogen ions formed on the side wall and the bottom of the trench;
(D) an insulating film formed on the first semiconductor region;
(E) a second semiconductor region formed in the element formation region of the semiconductor substrate and in contact with the first semiconductor region;
A semiconductor integrated circuit device comprising:
(b)前記シリコン基板の前記素子分離領域に形成された溝と、
(c)前記溝の側壁および底部に形成されたアモルファス状態のシリコンゲルマニウム層と、
(d)前記シリコンゲルマニウム層の上部に形成された絶縁膜と、
(e)前記半導体基板の前記素子形成領域に形成され、前記シリコンゲルマニウム層に接する半導体領域と、
を有することを特徴とする半導体集積回路装置。(A) a silicon substrate having an element formation region and an element isolation region;
(B) a groove formed in the element isolation region of the silicon substrate;
(C) an amorphous silicon germanium layer formed on the side wall and the bottom of the groove;
(D) an insulating film formed on the silicon germanium layer;
(E) a semiconductor region formed in the element formation region of the semiconductor substrate and in contact with the silicon germanium layer;
A semiconductor integrated circuit device comprising:
(b)前記半導体基板の前記素子分離領域に形成された溝と、
(c)前記溝の側壁および底部に形成された窒化層と、
(d)前記窒化層の上部に形成された絶縁膜と、
(e)前記半導体基板の前記素子形成領域に形成され、前記窒化層に接する半導体領域と、
を有することを特徴とする半導体集積回路装置。(A) a semiconductor substrate having an element formation region and an element isolation region;
(B) a groove formed in the element isolation region of the semiconductor substrate;
(C) a nitride layer formed on the side wall and the bottom of the groove;
(D) an insulating film formed on the nitride layer;
(E) a semiconductor region formed in the element formation region of the semiconductor substrate and in contact with the nitride layer;
A semiconductor integrated circuit device comprising:
(b)前記半導体基板の前記素子分離領域に形成された溝と、
(c)前記溝の側壁、底部および側壁上部の前記半導体基板表面に形成された窒素イオンを含有する第1半導体領域と、
(d)前記第1半導体領域の上部に形成された絶縁膜と、
(e)前記半導体基板の前記素子形成領域に形成され、前記第1半導体領域に接する第2半導体領域と、
を有することを特徴とする半導体集積回路装置。(A) a semiconductor substrate having an element formation region and an element isolation region;
(B) a groove formed in the element isolation region of the semiconductor substrate;
(C) a first semiconductor region containing nitrogen ions formed on the surface of the semiconductor substrate on the side wall, bottom portion and upper portion of the groove;
(D) an insulating film formed on the first semiconductor region;
(E) a second semiconductor region formed in the element formation region of the semiconductor substrate and in contact with the first semiconductor region;
A semiconductor integrated circuit device comprising:
(a)半導体基板の前記素子分離領域をエッチングすることにより溝を形成する工程と、
(b)前記溝の内壁に窒素イオンを注入する工程と、
(c)前記溝の内部に絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記半導体基板の前記素子形成領域にp型の不純物を注入する工程と、を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having an element formation region and an element isolation region, and having a semiconductor element on the element formation region,
(A) forming a groove by etching the element isolation region of the semiconductor substrate;
(B) implanting nitrogen ions into the inner wall of the groove;
(C) forming an insulating film inside the groove;
(D) implanting a p-type impurity into the element formation region of the semiconductor substrate.
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- 2002-12-03 JP JP2002350719A patent/JP2004186359A/en active Pending
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