(57)【要約】【課題】ホットキャリア寿命を十分に確保することができ、信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置は、周辺用ＭＩＳトランジスタ２５ｂとして、活性領域１０ｂの上に設けられたゲート絶縁膜１３ｂおよびゲート電極１４ｂと、ゲート電極１４ｂの側面上に設けられた第１のサイドウォール１９ｂおよび第２のサイドウォール２３ｂと、活性領域に互いに離間して設けられたｎ型ソース・ドレイン領域２４ｂと、ゲート電極１４ｂの外側側方下に設けられた窒素拡散層１８と、活性領域１０ｂのうちゲート電極１４ｂの外側側方下に位置する領域に、窒素拡散層１８の内側側面および底面を覆って設けられたヒ素を含むｎ型エクステンション領域１６と、活性領域１０ｂのうちゲート電極１４ｂの外側側方下に位置する領域に、ｎ型エクステンション領域１６よりも深く設けられた、リンを含むｎ型不純物領域１７とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層に設けられた第１のＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置であって、
上記第１のＭＩＳ型トランジスタは、
上記半導体層の上に設けられた第１のゲート絶縁膜と、
上記第１のゲート絶縁膜の上に設けられた第１のゲート電極と、
上記半導体層のうち上記第１のゲート電極の側方下に位置する領域に設けられ、第１導電型の第１の不純物を含む第１のエクステンション領域と、
上記半導体層のうち上記第１のゲート電極の側方下に位置する領域に、上記第１のエクステンション領域よりも深く設けられた、第１導電型の第２の不純物を含む不純物領域と、
上記第１のエクステンション領域のうちの上側表面部に設けられた窒素拡散層とを備える、半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
上記窒素拡散層における底面と、側面のうち上記第１のゲート電極に近い側の側面とは、上記第１のエクステンション領域内に位置している、半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置であって、
上記第１のゲート電極の側面上に設けられたサイドウォールと、
上記半導体層のうち上記サイドウォールの側方下に位置する領域に設けられ、第１導電型の第３の不純物を含むソース・ドレイン領域とをさらに備え、
上記窒素拡散層は、上記第１のエクステンション領域の上記上側表面部のうち上記サイドウォールの下に位置する領域に設けられている、半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置であって、
上記サイドウォールは、上記第１のゲート電極の側面上に設けられた第１のサイドウォールと、上記第１のサイドウォールを挟んで上記第１のゲート電極の側面上に設けられた第２のサイドウォールとからなる、半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の半導体装置であって、
上記第１の不純物はヒ素であり、
上記第２の不純物はリンである、半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の半導体装置であって、
上記半導体層のうち上記第１のＭＩＳ型トランジスタが設けられた領域とは異なる領域には第２のＭＩＳ型トランジスタが設けられ、
上記第２のＭＩＳ型トランジスタは、
上記半導体層の上に設けられた第２のゲート絶縁膜と、
上記第２のゲート絶縁膜の上に設けられた第２のゲート電極と、
上記半導体層のうち上記第２のゲート電極の側方下に位置する領域に設けられ、第１導電型の第４の不純物を含む第２のエクステンション領域と、
上記半導体層のうち上記第２のゲート電極の側方下に位置する領域に、上記第２のエクステンション領域よりも深く設けられた、第２導電型の不純物を含むポケット領域と
を備える、半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置であって、
上記第２のゲート電極の側面上に設けられた第３のサイドウォールと、
上記第３のサイドウォールを挟んで上記第２のゲート電極の側面上に設けられた第４のサイドウォールと、
上記半導体層のうち上記第４のサイドウォールの側方下に位置する領域に設けられた第１導電型の第５の不純物を含む第２のソース・ドレイン領域とをさらに備える、半導体装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の半導体装置であって、
上記第２のＭＩＳ型トランジスタは、上記第２のエクステンション領域に窒素を含む層を有していない、半導体装置。
【請求項９】
半導体層の上に、第１のゲート絶縁膜を形成する工程（ａ）と、
上記工程（ａ）の後に、上記第１のゲート絶縁膜の上に第１のゲート電極を形成する工程（ｂ）と、
上記工程（ｂ）の後に、上記第１のゲート電極をマスクにして上記半導体層の上面に対して斜め方向から第１導電型の第１の不純物をイオン注入することにより、上記半導体層のうち上記第１のゲート電極の側方下に位置する領域に第１導電型の第１のエクステンション領域を形成する工程（ｃ）と、
上記工程（ｂ）の後に、上記第１のゲート電極をマスクにして上記半導体層の上面に対して斜め方向から第１導電型の第２の不純物をイオン注入することにより、上記半導体層のうち上記第１のゲート電極の側方下に位置する領域に、上記第１のエクステンション領域よりも深い第１導電型の不純物領域を形成する工程（ｄ）と、
上記工程（ｃ）および工程（ｄ）の後に、上記第１のゲート電極をマスクにして、上記第１の不純物のイオン注入及び上記第２の不純物のイオン注入よりも上記半導体層表面の法線に対する角度が小さい角度で窒素をイオン注入することにより、上記第１のエクステンション領域の上側表面部に窒素拡散層を形成する工程（ｅ）と
を備える、半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記工程（ｅ）では、上記半導体層の上面に対する垂直方向から上記窒素をイオン注入する、半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の半導体装置であって、
上記工程（ｅ）では、上記第１のエクステンション領域内に、上記窒素拡散層の底面と、側面のうち上記第１のゲート電極に近い側の側面を含める、半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記工程（ｃ）では、上記第１の不純物としてヒ素をイオン注入し、
上記工程（ｄ）では、上記第２の不純物としてリンをイオン注入する、半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項９〜１２のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記工程（ｅ）の後に、上記第１のゲート電極の側面上に第１のサイドウォールを形成する工程（ｆ）と、
上記工程（ｆ）の後に、上記第１のサイドウォールの外側面上に第２のサイドウォールを形成する工程（ｇ）と、
上記工程（ｇ）の後に、上記第１のゲート電極、上記第１のサイドウォールおよび上記第２のサイドウォールをマスクとして第１導電型の第３の不純物のイオン注入を行うことにより、上記半導体層のうち上記第２のサイドウォールの側方下に位置する領域に、第１導電型の第１のソース・ドレイン領域を形成する工程（ｈ）と
をさらに備える、半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記工程（ａ）では、上記半導体層の上のうち上記第１のゲート絶縁膜を形成するのとは異なる領域に第２のゲート絶縁膜を形成し、
上記工程（ｂ）では、上記第２のゲート絶縁膜の上に第２のゲート電極を形成し、
上記工程（ｆ）では、上記第２のゲート電極の側面上に第３のサイドウォールを形成し、
上記工程（ｆ）の後で上記工程（ｇ）の前に、上記第２のゲート電極および上記第３のサイドウォールをマスクとして、上記半導体層の上面に対する垂直方向から第１導電型の第４の不純物をイオン注入することにより、上記半導体層のうち上記第３のサイドウォールの側方下に位置する領域に第１導電型の第２のエクステンション領域を形成する工程と、
上記工程（ｆ）の後で上記工程（ｇ）の前に、上記第２のゲート電極および上記第３のサイドウォールをマスクとして、上記半導体層の上面に対する斜め方向から第２導電型の不純物をイオン注入することにより、上記半導体層のうち上記第３のサイドウォールの側方下に位置する領域に、上記第２のエクステンション領域よりも深い第２導電型のポケット領域を形成する工程と
をさらに備える、半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記第１のゲート電極は周辺回路領域におけるゲート電極であって、上記第２のゲート電極は内部回路領域におけるゲート電極である、半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記工程（ｇ）では、上記第３のサイドウォールの外側面上に第４のサイドウォールを形成し、
上記工程（ｈ）では、上記第２のゲート電極、上記第３のサイドウォールおよび上記第４のサイドウォールをマスクとして第１導電型の第５の不純物のイオン注入を行うことにより、上記半導体層のうち上記第４のサイドウォールの側方下に位置する領域に、第１導電型の第２のソース・ドレイン領域を形成する、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、半導体装置分野において、急速な微細化による高速化および低消費電力化が進んでいる。それに伴って、トランジスタのゲート絶縁膜が薄膜化され、拡散プロファイルもかなり変化し、信頼性の確保が困難になってきている。
【０００３】
図５（ａ）〜（ｅ）は、従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、図５（ａ）〜（ｅ）において、左半分に示す内部回路領域ＡｒｅａＡには内部用のｎチャネル型ＭＩＳトランジスタ（内部用ＭＩＳＴｒ）が形成され、右半分に示す周辺回路領域ＡｒｅａＢには周辺用のｎチャネル型ＭＩＳトランジスタ（周辺用ＭＩＳＴｒ）が形成される。
【０００４】
従来の半導体装置の製造方法では、まず、図５（ａ）に示す工程で、ｐ型の半導体領域（半導体基板のうちの一部をいう）１１１に、通常のシャロートレンチ分離形成プロセスにより、半導体領域１１１のうち活性領域１１０ａおよび活性領域１１０ｂのそれぞれを囲む領域に素子分離領域１１２を形成する。その後、内部回路領域ＡｒｅａＡの活性領域１１０ａ上にゲート絶縁膜１１３ａおよびゲート電極１１４ａを形成し、周辺回路領域ＡｒｅａＢの活性領域１１０ｂ上にゲート絶縁膜１１３ｂ及びゲート電極１１４ｂを形成する。
【０００５】
次に、図５（ｂ）に示す工程で、基板上に、内部回路領域ＡｒｅａＡを覆い、周辺回路領域ＡｒｅａＢに開口を有するレジストからなる注入マスク１１５を形成する。その後、内部回路領域ＡｒｅａＡの上を注入マスク１１５で覆った状態で、ゲート電極１１４ｂをマスクにしてｎ型不純物であるヒ素イオンを注入することにより、周辺回路領域ＡｒｅａＢの活性領域１１０ｂのうちゲート電極１１４ｂの両側方に位置する領域にｎ型エクステンション領域１１６を形成する。
【０００６】
次に、図５（ｃ）に示す工程で、注入マスク１１５を除去した後、周辺回路領域ＡｒｅａＢの上を覆い、内部回路領域ＡｒｅａＡを露出する開口を有するレジストからなる注入マスク１１７を形成する。その後、注入マスク１１７で周辺回路領域ＡｒｅａＢを覆った状態で、ゲート電極１１４ａをマスクにしてｎ型不純物であるヒ素イオンを注入することにより、内部回路領域ＡｒｅａＡの活性領域１１０ａのうちゲート電極１１４ａの両側方に位置する領域にｎ型エクステンション領域１１９を形成する。続いて、ｎ型エクステンション領域１１９を形成したときに用いた注入マスク１１７を残したまま、ゲート電極１１４ａをマスクにしてｐ型不純物であるボロンイオンを注入することにより、内部回路領域ＡｒｅａＡの活性領域１１０ａに、ｐ型ポケット領域１１８を形成する。
【０００７】
次に、図５（ｄ）に示す工程で、注入マスク１１７を除去した後、基板上にゲート電極１１４ａ, １１４ｂの上面および側面を覆う絶縁膜（図示せず）を形成する。その後、絶縁膜に対してエッチバックを行うことにより、内部回路領域ＡｒｅａＡにおけるゲート電極１１４ａの側面上に絶縁性サイドウォール１２０ａを形成するとともに、周辺回路領域ＡｒｅａＢにおけるゲート電極１１４ｂの側面上に絶縁性サイドウォール１２０ｂを形成する。
【０００８】
次に、図５（ｅ）に示す工程で、ゲート電極１１４ａ、絶縁性サイドウォール１２０ａ、ゲート電極１１４ｂおよび絶縁性サイドウォール１２０ｂをマスクにしてｎ型不純物をイオン注入することにより、内部回路領域ＡｒｅａＡの活性領域１１０ａにｎ型ソース・ドレイン領域１２１ａを形成し、周辺回路領域ＡｒｅａＢの活性領域１１０ｂにｎ型ソース・ドレイン領域１２１ｂを形成する。
【０００９】
従来では、ゲート絶縁膜は十分に厚く、ＭＩＳ型トランジスタの信頼性として重要となるホットキャリア寿命も確保し易かった。また、ソース・ドレイン領域も、ゲート電極を形成した後、ゲート電極をマスクにしてヒ素イオン又はリンイオン又はこれらの両方のイオンを注入し、その後アニールをして形成するという単純なものであった。しかしながら、近年では、半導体装置の急速な微細化が進行しているため、ゲート絶縁膜が薄膜化し、また、電流を確保するために必要なソース・ドレインの不純物濃度も高くなり、チャネルの電界が高くなってきている。そのため、上述したような構成では、ホットキャリアがドレイン端部近傍に発生し易く、トランジスタの信頼性の低下が問題になってしまう。
【００１０】
そこで、この問題を解決するために、窒素イオン注入を用いてホットキャリア耐性を改善する方法が検討されている。例えば、特許文献１には、半導体基板上にゲート酸化膜およびポリシリコンからなるゲート電極を形成した後、回転斜め注入法により窒素イオンの注入を行ってゲート電極の端部直下のゲート酸化膜を窒化酸化膜に変え、その後にイオン注入を行うことによって半導体基板内にソース・ドレイン領域を形成し、ホットキャリア劣化耐性の向上を図る方法が提案されている。
【００１１】
また、特許文献２には、ゲート酸化膜およびゲート電極が上面上に設けられた状態の半導体領域の上の全面にシリコン酸化膜を形成した後、窒素イオンを、シリコン酸化膜とシリコン基板との界面近傍に注入ピークがくる条件でイオン注入した後、シリコン酸化膜をエッチバックしてゲート電極の側面上にサイドウォールを形成し、その後にイオン注入によって半導体領域内にソース・ドレイン領域を形成することにより、ホットキャリア劣化耐性の向上を図る方法が提案されている。
【特許文献１】特開平０９−６４３６２号公報
【特許文献２】特開平１１−９７６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、たとえ上述のような方法を用いたとしても、半導体装置の急速な微細化には対処しきれず、十分なホットキャリア寿命が確保できなくなりつつある。また、特許文献１の方法のように、ゲート酸化膜に直接、窒素を注入すると、酸化膜自体の信頼性が低下するという不具合もある。
【００１３】
上記課題について鑑み、本発明の目的は、ホットキャリア寿命を十分に確保することができ、信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の半導体装置は、半導体層に設けられた第１のＭＩＳ型トランジスタを有する半導体装置であって、上記第１のＭＩＳ型トランジスタは、上記半導体層の上に設けられた第１のゲート絶縁膜と、上記第１のゲート絶縁膜の上に設けられた第１のゲート電極と、上記半導体層のうち上記第１のゲート電極の側方下に位置する領域に設けられ、第１導電型の第１の不純物を含む第１のエクステンション領域と、上記半導体層のうち上記第１のゲート電極の側方下に位置する領域に、上記第１のエクステンション領域よりも深く設けられた、第１導電型の第２の不純物を含む不純物領域と、上記第１のエクステンション領域のうちの上側表面部に設けられた窒素拡散層とを備える。
【００１５】
これにより、窒素拡散層によってホットキャリアの発生を抑制することができるだけでなく、不純物領域によって、第１のＭＩＳ型トランジスタの活性領域のうち第１のゲート電極の下におけるｐｎ接合をなだらかにすることができるため、これによってもホットキャリアの発生を抑制することができる。
【００１６】
上記半導体装置では、上記窒素拡散層における底面と、側面のうち上記第１のゲート電極に近い側の側面とは、上記第１のエクステンション領域内に位置していることが好ましい。この場合には、窒素が他の領域に拡散することによって生じる不具合を抑制することができる。
【００１７】
上記半導体装置は、上記第１のゲート電極の側面上に設けられたサイドウォールと、上記半導体層のうち上記サイドウォールの側方下（サイドウォールから第１のゲート電極に向かう方向とは逆の方向の側方下）に位置する領域に設けられ、第１導電型の第３の不純物を含むソース・ドレイン領域とをさらに備え、上記窒素拡散層は、上記第１のエクステンション領域の上記上側表面部のうち上記サイドウォールの下に位置する領域に設けられていてもよい。
【００１８】
上記サイドウォールは、上記第１のゲート電極の側面上に設けられた第１のサイドウォールと、上記第１のサイドウォールを挟んで上記第１のゲート電極の側面上に設けられた第２のサイドウォールとからなっていてもよい。
【００１９】
上記第１の不純物はヒ素であり、上記第２の不純物はリンであってもよい。この場合には、ヒ素およびリンを注入した後に窒素拡散層のための窒素を注入することにより、窒素拡散層における窒素のピーク濃度および全体的な濃度を高くすることができる。
【００２０】
上記半導体装置において、上記半導体層のうち上記第１のＭＩＳ型トランジスタが設けられた領域とは異なる領域には第２のＭＩＳ型トランジスタが設けられ、上記第２のＭＩＳ型トランジスタは、上記半導体層の上に設けられた第２のゲート絶縁膜と、上記第２のゲート絶縁膜の上に設けられた第２のゲート電極と、上記半導体層のうち上記第２のゲート電極の側方下に位置する領域に設けられ、第１導電型の第４の不純物を含む第２のエクステンション領域と、上記半導体層のうち上記第２のゲート電極の側方下に位置する領域に、上記第２のエクステンション領域よりも深く設けられた、第２導電型の不純物を含むポケット領域とを備えていてもよい。そして、第２のＭＩＳ型トランジスタが内部回路のものであって、第１のＭＩＳ型トランジスタが周辺回路領域のものである場合には、電源電圧が高くホットキャリア寿命が劣化しやすい周辺回路領域において、本発明を効果的に利用することができる。
【００２１】
上記第２のＭＩＳ型トランジスタは、上記第２のゲート電極の側面上に設けられた板状の第３のサイドウォールと、上記第３のサイドウォールを挟んで上記第２のゲート電極の側面上に設けられた第４のサイドウォールと、上記半導体層のうち上記第４のサイドウォールの側方下に位置する領域に設けられた第１導電型の第５の不純物を含む第２のソース・ドレイン領域とをさらに備えていてもよい。
【００２２】
上記第２のＭＩＳ型トランジスタが、上記第２のエクステンション領域に窒素を含む層を有していない場合には、第２のＭＩＳ型トランジスタが窒素による影響を受けずに動作することができる。
【００２３】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体層の上に、第１のゲート絶縁膜を形成する工程（ａ）と、上記工程（ａ）の後に、上記第１のゲート絶縁膜の上に第１のゲート電極を形成する工程（ｂ）と、上記工程（ｂ）の後に、上記第１のゲート電極をマスクにして上記半導体層の上面に対して斜め方向（斜め方向のうち第１のゲート電極から遠ざかる方向ではなく、第１のゲート電極に近づく方向）から第１導電型の第１の不純物をイオン注入することにより、上記半導体層のうち上記第１のゲート電極の側方下に位置する領域に第１導電型の第１のエクステンション領域を形成する工程（ｃ）と、上記工程（ｂ）の後に、上記第１のゲート電極をマスクにして上記半導体層の上面に対して斜め方向から第１導電型の第２の不純物をイオン注入することにより、上記半導体層のうち上記第１のゲート電極の側方下に位置する領域に、上記第１のエクステンション領域よりも深い第１導電型の不純物領域を形成する工程（ｄ）と、上記工程（ｃ）および工程（ｄ）の後に、上記第１のゲート電極をマスクにして、上記第１の不純物のイオン注入及び上記第２の不純物のイオン注入よりも上記半導体層表面の法線に対する角度が小さい角度で窒素をイオン注入することにより、上記第１のエクステンション領域の上側表面部に窒素拡散層を形成する工程（ｅ）とを備える。
【００２４】
この方法によると、第１のエクステンション領域および不純物領域のための不純物を注入した後に窒素拡散層のための窒素を半導体層内に注入することから、窒素拡散層における窒素のピーク濃度および全体的な濃度を高くすることができる。これにより、半導体層内に注入する窒素の量を増加せずに窒素のピーク濃度を高めることができるため、窒素が素子等に与える影響を大きくすることなく、ホットキャリアをより抑制することができる。さらに、不純物領域を設けることによって、活性領域のうち第１のゲート電極の下におけるｐｎ接合をなだらかにすることができるため、これによってさらにホットキャリアの発生を抑制することができる。
【００２５】
上記工程（ｅ）で、上記半導体層の上面に対する垂直方向から上記窒素をイオン注入した場合には、第１のエクステンション領域および不純物領域の中に窒素拡散層を確実に含めることができる。
【００２６】
上記工程（ｅ）では、上記第１のエクステンション領域内に、上記窒素拡散層の底面と、側面のうち上記第１のゲート電極に近い側の側面を含めることが好ましい。この場合には、窒素が他の領域に拡散することによって生じる不具合を抑制することができる。
【００２７】
上記工程（ｃ）では、上記第１の不純物としてヒ素をイオン注入し、上記工程（ｄ）では、上記第２の不純物としてリンをイオン注入することが好ましい。この場合には、ヒ素およびリンを注入した後に窒素を注入すると、その逆の場合と比較して、窒素のピーク濃度および全体的な濃度を高くすることができる。
【００２８】
上記半導体装置の製造方法では、上記工程（ｅ）の後に、上記第１のゲート電極の側面上に第１のサイドウォールを形成する工程（ｆ）と、上記工程（ｆ）の後に、上記第１のサイドウォールの外側面上に第２のサイドウォールを形成する工程（ｇ）と、上記工程（ｇ）の後に、上記第１のゲート電極、上記第１のサイドウォールおよび上記第２のサイドウォールをマスクとして第１導電型の第３の不純物のイオン注入を行うことにより、上記半導体層のうち上記第２のサイドウォールの側方下（第２のサイドウォールから第１のゲート電極に向かう方向とは逆の方向の側方下）に位置する領域に、第１導電型の第１のソース・ドレイン領域を形成する工程（ｈ）とをさらに備えていてもよい。
【００２９】
上記工程（ａ）では、上記半導体層の上のうち上記第１のゲート絶縁膜を形成するのとは異なる領域に第２のゲート絶縁膜を形成し、上記工程（ｂ）では、上記第２のゲート絶縁膜の上に第２のゲート電極を形成し、上記工程（ｆ）では、上記第２のゲート電極の側面上に第３のサイドウォールを形成し、上記工程（ｆ）の後で上記工程（ｇ）の前に、上記第２のゲート電極および上記第３のサイドウォールをマスクとして、上記半導体層の上面に対する垂直方向から第１導電型の第４の不純物をイオン注入することにより、上記半導体層のうち上記第３のサイドウォールの側方下に位置する領域に第１導電型の第２のエクステンション領域を形成する工程と、上記工程（ｆ）の後で上記工程（ｇ）の前に、上記第２のゲート電極および上記第３のサイドウォールをマスクとして、上記半導体層の上面に対する斜め方向から第２導電型の不純物をイオン注入することにより、上記半導体層のうち上記第３のサイドウォールの側方下に位置する領域に、上記第２のエクステンション領域よりも深い第２導電型のポケット領域を形成する工程とをさらに備えていてもよい。
【００３０】
この場合に、上記第１のゲート電極は周辺回路領域におけるゲート電極であって、上記第２のゲート電極は内部回路領域におけるゲート電極である場合には、電源電圧が高くホットキャリア寿命が劣化しやすい周辺回路領域において、本発明を効果的に利用することができる。
【００３１】
また、上記工程（ｇ）では、上記第３のサイドウォールの外側面上に第４のサイドウォールを形成し、上記工程（ｈ）では、上記第２のゲート電極、上記第３のサイドウォールおよび上記第４のサイドウォールをマスクとして第１導電型の第５の不純物のイオン注入を行うことにより、上記半導体層のうち上記第４のサイドウォールの側方下に位置する領域に、第１導電型の第２のソース・ドレイン領域を形成してもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の半導体装置では、窒素拡散層によってホットキャリアの発生を抑制することができるだけでなく、不純物領域によって、第１のＭＩＳ型トランジスタの活性領域のうち第１のゲート電極の下におけるｐｎ接合をなだらかにすることができるため、これによってもホットキャリアの発生を抑制することができる。
【００３３】
本発明の半導体装置の製造方法では、半導体層内に注入する窒素の量を増加せずに窒素のピーク濃度を高めることができるため、窒素が素子等に与える影響を大きくすることなく、ホットキャリアをより抑制することができる。さらに、不純物領域を設けることによって、活性領域のうち第１のゲート電極の下におけるｐｎ接合をなだらかにすることができるため、これによってさらにホットキャリアの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に、本発明の実施形態に係る半導体装置およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。図１では、向かって左半分に示す内部回路領域ＡｒｅａＡの活性領域１０ａに内部用のｎチャネル型ＭＩＳトランジスタ（内部用ＭＩＳＴｒ）２５ａが設けられており、向かって右半分に示す周辺回路領域ＡｒｅａＢの活性領域１０ｂに周辺用のｎチャネル型ＭＩＳトランジスタ（周辺用ＭＩＳＴｒ）２５ｂが設けられている。なお、半導体基板の一部である半導体領域１１のうち活性領域１０ａ, １０ｂの側方をそれぞれ囲む領域には、シャロートレンチ素子分離（ＳＴＩ）からなる素子分離領域１２が設けられている。
【００３６】
内部回路領域ＡｒｅａＡに設けられた内部用ＭＩＳＴｒ２５ａは、ｐ型の半導体領域１１のうち活性領域１０ａの上に設けられたゲート絶縁膜１３ａと、ゲート絶縁膜１３ａの上に設けられたゲート電極１４ａと、ゲート電極１４ａの側面上に設けられた板状の第１のサイドウォール１９ａと、第１のサイドウォール１９ａの上に設けられた第２のサイドウォール２３ａと、活性領域１０ａのうち第２のサイドウォール２３ａの外側側方下（ゲート電極１４ａから外に向かう側）に位置する領域に設けられたｎ型ソース・ドレイン領域２４ａと、活性領域１０ａのうちｎ型ソース・ドレイン領域２４ａに挟まれる領域であって、ゲート電極１４ａの外側側方下に位置する領域に設けられた、ヒ素が含まれるｎ型エクステンション領域（又はｎ型ＬＤＤ領域）２２と、活性領域１０ａのうちｎ型ソース・ドレイン領域２４ａに挟まれる領域であって、ゲート電極１４ａの外側側方下に位置する領域に、ｎ型エクステンション領域２２よりも深く設けられたボロン拡散層からなるｐ型ポケット領域２１とを有している。ｎ型エクステンション領域２２は、ゲート電極１４ａの端部とオーバーラップするように形成されている。また、ｎ型エクステンション領域２２の底面は、ｎ型エクステンション領域２２よりも不純物濃度の低いｐ型ポケット領域２１によって覆われている。また、ｎ型ソース・ドレイン領域２４ａは、ｎ型エクステンション領域２２よりも不純物濃度が高く、かつ、ｐ型ポケット領域２１よりも拡散深さが深く設けられている。なお、第１のサイドウォール１９ａは、ｐ型ポケット領域２１およびｎ型エクステンション領域２２を形成する際の注入マスクとなるオフセットサイドウォールであり、第２のサイドウォール２３ａは、ｎ型ソース・ドレイン領域２４ａを形成する際の注入マスクである。
【００３７】
一方、周辺回路領域ＡｒｅａＢに設けられた周辺用ＭＩＳＴｒ２５ｂは、ｐ型の半導体領域１１のうち活性領域１０ｂの上に設けられたゲート絶縁膜１３ｂと、ゲート絶縁膜１３ｂの上に設けられたゲート電極１４ｂと、ゲート電極１４ｂの側面上に設けられた板状の第１のサイドウォール１９ｂと、第１のサイドウォール１９ｂの上に設けられた第２のサイドウォール２３ｂと、活性領域１０ｂのうち第２のサイドウォール２３ｂの外側側方下に位置する領域に設けられたｎ型ソース・ドレイン領域２４ｂと、活性領域１０ｂのうちｎ型ソース・ドレイン領域２４ｂに挟まれる領域であって、ゲート電極１４ｂの外側側方下に位置する領域に設けられた窒素拡散層１８と、活性領域１０ｂのうちゲート電極１４ｂの外側側方下に位置する領域に、窒素拡散層１８の内側（ゲート電極１４ｂの中心に向かう側）側面および底面を覆って設けられたヒ素を含むｎ型エクステンション領域（又はｎ型ＬＤＤ領域）１６と、活性領域１０ｂのうちゲート電極１４ｂの外側側方下に位置する領域に、ｎ型エクステンション領域１６よりも深く設けられた、リンを含むｎ型不純物領域１７とを有している。ｎ型不純物領域１７は、ｎ型エクステンション領域１６と比較して、不純物濃度が低く、かつ、不純物プロファイルのテール部が緩やかなカーブの形状で設けられている。また、窒素拡散層１８は、ｎ型エクステンション領域１６と比較して、不純物濃度が高く、かつ、拡散深さが浅く設けられている。また、ｎ型ソース・ドレイン領域２４ｂは、窒素拡散層１８よりも不純物濃度が高く、かつ、ｎ型不純物領域１７よりも拡散深さが深く設けられている。なお、第１のサイドウォール１９ｂは、窒素拡散層１８、ｎ型エクステンション領域１６およびｎ型不純物領域１７を形成する際の注入マスクとなるオフセットサイドウォールとなり、第２のサイドウォール２３ｂは、ｎ型ソース・ドレイン領域２４ｂを形成する際の注入マスクとなる。
【００３８】
次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について、図２（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明する。図２（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、図２（ａ）〜（ｆ）において、向かって左半分に示す内部回路領域ＡｒｅａＡには内部用のｎチャネル型ＭＩＳトランジスタ（内部用ＭＩＳＴｒ）が設けられており、向かって右半分に示す周辺回路領域ＡｒｅａＢには周辺用のｎチャネル型ＭＩＳトランジスタ（周辺用ＭＩＳＴｒ）が設けられている。
【００３９】
本実施形態の半導体装置の製造方法では、まず、図２（ａ）に示す工程で、ｐ型の半導体領域１１に、通常のシャロートレンチ分離形成プロセスによって、活性領域１０ａ, １０ｂの側方を囲む深さ３００ｎｍの素子分離領域１２を形成する。その後、内部回路領域ＡｒｅａＡにおける活性領域１０ａの上に、シリコン酸化膜からなる厚さ２ｎｍのゲート絶縁膜１３ａおよびポリシリコン膜からなるゲート長０．１μｍのゲート電極１４ａを形成し、周辺回路領域ＡｒｅａＢにおける活性領域１０ｂの上にゲート絶縁膜１３ｂおよびゲート電極１４ｂを形成する。なお、ゲート絶縁膜１３ａ，１３ｂを形成する前に、内部回路領域ＡｒｅａＡの活性領域１０ａおよび周辺回路領域ＡｒｅａＢの活性領域１０ｂにそれぞれ閾値制御用のイオン注入を行なってもよい。
【００４０】
次に、図２（ｂ）に示す工程で、基板上に、内部回路領域ＡｒｅａＡを覆い、周辺回路領域ＡｒｅａＢに開口を有するレジストからなる注入マスク１５を形成する。その後、注入マスク１５で内部回路領域ＡｒｅａＡを覆った状態で、ゲート電極１４ｂをマスクにしてｎ型不純物であるリンイオンを、加速エネルギー４５ＫｅＶ、ドーズ量１．３×１０12個／ｃｍ2、ＴＩＬＴ角３８度（基板表面の法線に対する角度）の注入条件で４回転注入することにより、周辺回路領域ＡｒｅａＢの活性領域１０ｂのうちゲート電極１４ｂの両側方に位置する領域に、深さ０．２μｍでリン濃度５．２×１０17atoms/cm3程度の低濃度リン拡散層からなるｎ型不純物領域１７を形成する。続いて、注入マスク１５で内部回路領域ＡｒｅａＡを覆った状態で、ゲート電極１４ｂをマスクにして、ｎ型不純物であるヒ素イオンを、加速エネルギー４５ＫｅＶ、ドーズ量３．５×１０12個／ｃｍ2、ＴＩＬＴ角３８度の注入条件で４回転注入することにより、周辺回路領域ＡｒｅａＢの活性領域１０ｂのうちゲート電極１４ｂの両側方に位置する領域に、深さ０．１７μｍでヒ素濃度１×１０18atoms/cm3程度の低濃度ヒ素拡散層からなるｎ型エクステンション領域１６を形成する。このとき、基板の上面に対して斜めイオン注入を行うことにより、ｎ型エクステンション領域１６を、活性領域１０ｂのうちゲート電極１４ｂの端部の下から内側に入り込ませて形成することにより、ゲート電極１４ｂの下に所定の幅のチャネル領域を確保しつつ、ｎ型エクステンション領域１６をゲート電極１４ｂとオーバーラップさせることができる。ここで、リンイオンのイオン注入とヒ素イオンのイオン注入は、どちらを先に行ってもよい。また、リンイオンとヒ素イオンとを同じＴＩＬＴ角で注入しているが、異なるＴＩＬＴ角で注入してもよい。
【００４１】
次に、図２（ｃ）に示す工程で、注入マスク１５で内部回路領域ＡｒｅａＡを覆った状態で、ゲート電極１４ｂをマスクにして、窒素イオンを、加速エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量２．０×１０15個／ｃｍ2、ＴＩＬＴ角０度の注入条件で注入することにより、周辺回路領域ＡｒｅａＢの活性領域１０ｂのうちゲート電極１４ｂの両側方に位置する領域に深さ０．０５μｍで窒素濃度１×１０19atoms/cm3程度の窒素拡散層１８を形成する。このとき、窒素拡散層１８は、ｎ型エクステンション領域１６よりも浅い深さで、かつ、小さいＴＩＬＴ角で形成することにより、ｎ型エクステンション領域１６内に含まれるように形成する。これにより、窒素拡散層１８のうち素子分離領域１２に接している箇所以外の底面および側面は、ｎ型エクステンション領域１６に接した形状となる。ここで、ｎ型不純物領域１７のリンイオンおよびｎ型エクステンション領域１６のヒ素イオンを注入した後に、窒素拡散層１８のための窒素イオンを注入することによって、従来のように窒素イオンを注入した後にリンイオンおよびヒ素イオンを注入するよりも、窒素のピーク濃度および全体的な濃度が上昇する。なお、ここでは窒素をＴＩＬＴ角０度の条件で注入しているが、ｎ型エクステンション領域１６またはｎ型不純物領域よりも小さなＴＩＬＴ角であれば他の角度であってもよい。その場合にも、窒素拡散層１８がｎ型エクステンション領域１６内に含まれるからである。
【００４２】
次に、図２（ｄ）に示す工程で、注入マスク１５を除去した後、基板上に厚さ１３ｎｍのシリコン酸化膜（図示せず）を形成した後、シリコン酸化膜をエッチバックすることにより、内部回路領域ＡｒｅａＡにおけるゲート電極１４ａの側面上に板状の第１のサイドウォール１９ａを形成するとともに、周辺回路領域ＡｒｅａＢにおけるゲート電極１４ｂの側面上に板状の第１のサイドウォール１９ｂを形成する。
【００４３】
次に、図２（ｅ）に示す工程で、基板上に、周辺回路領域ＡｒｅａＢを覆い、内部回路領域ＡｒｅａＡに開口を有するレジストからなる注入マスク２０を形成する。その後、注入マスク２０で周辺回路領域ＡｒｅａＢを覆った状態で、ゲート電極１４ａおよび第１のサイドウォール１９ａをマスクにしてｎ型不純物であるヒ素イオンを、加速エネルギー５ＫｅＶ、ドーズ量２．０×１０14個／ｃｍ2、ＴＩＬＴ角０度の注入条件で４回転注入することにより、内部回路領域ＡｒｅａＡの活性領域１０ａのうち第１のサイドウォール１９ａの両側方に位置する領域に、深さ０．０５μｍでヒ素濃度１×１０19atoms/cm3程度の低濃度ヒ素拡散層からなるｎ型エクステンション領域２２を形成する。なお、ここで、ヒ素イオンを４回転注入することにより、不純物の平面的なプロファイルを対称にすることができる。続いて、注入マスク２０で周辺回路領域ＡｒｅａＢを覆った状態で、ゲート電極１４ａおよび第１のサイドウォール１９ａをマスクにして、ｐ型不純物であるボロンイオンを、加速エネルギー１２ＫｅＶ、ドーズ量７．０×１０12個／ｃｍ2、ＴＩＬＴ角２５度の注入条件で４回転注入することにより、内部回路領域ＡｒｅａＡにおける活性領域１０ａのうち第１のサイドウォール１９ａの両側方に位置する部分に、深さ０．２μｍでボロン濃度２．８×１０18atoms/cm3程度のボロン拡散層からなるｐ型ポケット領域２１を形成する。このように、ｐ型ポケット領域２１を形成するときのＴＩＬＴ角を、ｎ型エクステンション領域２２を形成するときのＴＩＬＴ角よりも大きくすることにより、ｎ型エクステンション領域２２よりもｐ型ポケット領域２１の方を活性領域１０ａのうちゲート電極１４ａの下に位置する領域に深く入り込ませることができる。
【００４４】
次に、図２（ｆ）に示す工程で、注入マスク２０を除去した後、基板上に厚さ６０ｎｍのシリコン窒化膜を形成した後、シリコン窒化膜をエッチバックして内部回路領域ＡｒｅａＡのゲート電極１４ａの側面上に設けられている第１のサイドウォール１９ａの上に第２のサイドウォール２３ａを形成するとともに、周辺回路領域ＡｒｅａＢのゲート電極１４ｂの側面上に設けられている第１のサイドウォール１９ｂの上に第２のサイドウォール２３ｂを形成する。その後、基板の上方からｎ型不純物を注入すると、内部回路領域ＡｒｅａＡでは、ゲート電極１４ａ、第１のサイドウォール１９ａおよび第２のサイドウォール２３ａがマスクとなって、活性領域１０ａのうち第２のサイドウォール２３ａの側方下に位置する部分に、深さ０．２５μｍでｎ型不純物濃度５×１０19atoms/cm3程度のｎ型ソース・ドレイン領域２４ａが形成される。同時に、周辺回路領域ＡｒｅａＢでは、ゲート電極１４ｂ、第１のサイドウォール１９ｂおよび第２のサイドウォール２３ｂがマスクとなって、活性領域１０ｂのうち第２のサイドウォール２３ｂの側方下に位置する部分に、深さ０．２５μｍでｎ型不純物濃度５×１０19atoms/cm3程度のｎ型ソース・ドレイン領域２４ｂが形成される。このとき、ｎ型ソース・ドレイン領域２４ａ、２４ｂは、まずヒ素イオンを加速エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量３．０×１０14個／ｃｍ2、ＴＩＬＴ角７度の注入条件で注入し、連続して、ヒ素イオンを加速エネルギー５０ＫｅＶ、ドーズ量１．２５×１０15個／ｃｍ2、ＴＩＬＴ角７度の注入条件で４回転注入し、さらに連続して、リンイオンを加速エネルギー４０ＫｅＶ、ドーズ量２．５×１０12個／ｃｍ2、ＴＩＬＴ角７度の注入条件で注入することにより形成する。以上の工程により、本発明の半導体装置が製造される。
【００４５】
本実施形態では、窒素拡散層１８を設けることにより、ホットキャリア寿命を向上させることができる。特に、窒素拡散層１８のための窒素イオンの注入を、ｎ型不純物領域１７のためのリンイオンおよびｎ型エクステンション領域１６のためのヒ素イオンの注入よりも後に行うことにより、効果的にホットキャリアの発生を抑制可能である。以下に、これについての測定結果を示す。図３は、リンイオン、ヒ素イオンおよび窒素イオンの注入の順番が異なるそれぞれのプロセスにおいて、アニールを行う前後の窒素プロファイルを測定した結果を示すグラフ図である。図３において、実線はリンイオンおよびヒ素イオンを注入した後に窒素イオンを注入した場合（本発明プロセスと呼ぶ）の窒素拡散層１８の窒素プロファイルを示し、破線は窒素イオンを注入した後にリンイオンおよびヒ素イオンを注入した場合（参考プロセスと呼ぶ）の窒素プロファイルを示している。いずれのプロセスでも、３種（リン、ヒ素、窒素）のイオンを注入した後にアニールを行い、そのアニールの前後における窒素のプロファイルを測定した。
【００４６】
図３に示すように、イオン注入直後においては、２つのプロセスにおける窒素のピーク濃度に差はないが、注入アニール後においては、本発明プロセスの窒素のピーク濃度（１×１０20atoms/cm3）は参考プロセスの窒素のピーク濃度（８×１０19atoms/cm3）よりも高くなり、また、ピーク濃度以外の全体的な濃度も高くなっている。なお、図３では、２つのプロセスのいずれにおいても、注入アニール後の窒素プロファイルのピークは２つある。これらの２つのピークのうちｙ軸に近い方のピークはゲート絶縁膜中のものであり、ｙ軸から遠い方のピークは半導体層中のものであるため、ここでは、ｙ軸から遠い方のピークの値を窒素拡散層１８のピーク濃度の値としている。
【００４７】
このように、本実施形態では、注入する窒素のドーズ量自体を増加させることなく窒素のピーク濃度および全体的な濃度を高くすることができる。従って、窒素のドーズ量を増加すると接合リークの増大等の不具合が生じるが、本実施形態では、注入する窒素のドーズ量を増加させる必要がないので、このような不具合が生じることはない。
【００４８】
図４は、本発明プロセスと参考プロセスにおいて、ホットキャリア寿命とドレイン電流との関係を示すグラフ図である。図４において、横軸はドレイン電流の値を示し、縦軸はホットキャリア寿命の値を示している。ここで、図３の場合と同様に、参考プロセス１および参考プロセス２は、窒素イオンを注入した後にリンイオンおよびヒ素イオンを注入した場合のホットキャリア寿命を示したものであり、本発明プロセス１および本発明プロセス２は、リンイオンおよびヒ素イオンを注入した後に窒素イオンを注入した場合のホットキャリア寿命を示したものである。ここで、ホットキャリア寿命とは、トランジスタを駆動し続けた場合に、ドレイン電流が初期値から１０％減少するまでの時間をいう。測定は２つの注入機を用いて行い、参考プロセス１および本発明プロセス１は第１の注入機で、参考プロセス２および本発明プロセス２は第２の注入機で注入を行った場合の測定結果である。
【００４９】
図４に示すグラフにおいて、ホットキャリア寿命の予測は、ドレイン電流が５４０μＡのときの各ホットキャリア寿命の値を比較することにより行う。この予測は、素子が動作するときのドレイン電流の場合のホットキャリア寿命を比較することにより行う。ドレイン電流５４０μＡのときには、本発明プロセス２、本発明プロセス１、参考プロセス２、参考プロセス１の順にホットキャリア寿命が高いことから、第１の注入機および第２の注入機のいずれを用いた場合でも、参考プロセスと比較して本発明プロセスの方がホットキャリア寿命が向上していることがわかる。これは、本発明プロセスでは、参考プロセスよりも半導体層とゲート絶縁膜との界面近傍の窒素濃度を高くすることができるため、アクセプタとして作用する窒素イオンが増加して、ホットキャリア寿命の改善が図られたからと推測される。
【００５０】
以上に述べたように、本実施形態では、ｎ型不純物領域１７のためのリンイオンおよびｎ型エクステンション領域１６のためのヒ素イオンを注入した後に窒素拡散層１８のための窒素イオンを注入することにより、窒素拡散層１８における窒素のピーク濃度および全体的な濃度を高くすることができる。この方法では、半導体層内に注入する窒素の量を増加せずに窒素のピーク濃度を高めることができるため、窒素が素子等に与える影響を大きくすることなく、ホットキャリアをより抑制することができる。さらに、ｎ型不純物領域１７を設けることによって、活性領域１０ｂのうちゲート電極１４ｂの下におけるｐｎ接合をなだらかにすることができるため、これによってさらにホットキャリアの発生を抑制することができる。
【００５１】
なお、本実施形態では、周辺回路領域ＡｒｅａＢのホットキャリア寿命を向上させる場合について説明したが、本発明は、内部回路領域ＡｒｅａＡ等の他の領域に設けられたＭＩＳＦＥＴにも適用することができる。例えば、内部回路領域ＡｒｅａＡに本発明を適用する場合には、図１に示すようなポケット領域２１を設けず、ヒ素イオンを含むｎ型エクステンション領域２２内に窒素拡散層（図示せず）を設け、さらに、半導体領域１１内のうちｎ型エクステンション領域２２の下に位置する領域に、リンイオンを含むｎ型低濃度不純物領域（図示せず）を設ければよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、ホットキャリア耐性に優れ、信頼性の高い半導体装置を得ることができる点で産業上の利用可能性は高い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】リンイオン、ヒ素イオンおよび窒素イオンの注入の順番が異なるそれぞれのプロセスにおいて、アニールを行う前後の窒素プロファイルを測定した結果を示すグラフ図である。
【図４】本発明プロセスと参考プロセスにおいて、ホットキャリア寿命とドレイン電流との関係を示すグラフ図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ａ    活性領域
１０ｂ    活性領域
１１      半導体領域
１２      素子分離領域
１３ａ，１３ｂ  ゲート絶縁膜
１４ａ, １４ｂ    ゲート電極
１５      注入マスク
１６      ｎ型エクステンション領域
１７      ｎ型不純物領域
１８      窒素拡散層
１９ａ, １９ｂ    第１のサイドウォール
２０      注入マスク
２１      ｐ型ポケット領域
２２      ｎ型エクステンション領域
２３ａ, ２３ｂ    第２のサイドウォール
２４ａ, ２４ｂ    ｎ型ソース・ドレイン領域
２５ａ    内部用ＭＩＳＴｒ
２５ｂ    周辺用ＭＩＳＴｒ
【図１】
2005303087.tif 000003
【図２】
2005303087.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005303087.tif 000006
【図５】
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