JP2007234993A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、エレベーテッドソース/ドレインエクステンション構造を有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having an elevated source / drain extension structure.
トランジスタの高集積化、高速化は、スケーリング則に基づき、トランジスタの微細化によって実現してきている。トランジスタの微細化に伴い問題となっているショートチャネル効果を抑制するために、ソース/ドレイン、ソース/ドレインエクステンション(以下、単にエクステンション部と称する)を、浅く形成する必要が生じている。そのため、不純物をドーピングした選択エピタキシャル法(In situ doped Epi)を用いたエレベーテッドソース/ドレインおよびエレベーテッドソース/ドレインエクステンション構造が注目されている(例えば、特許文献1,2参照)。
エクステンション部を選択エピタキシャル成長法で形成する際、ポリシリコンダミーゲート側壁を起点としたエピタキシャル成長を防ぐためにゲート側壁に窒化膜からなる保護膜を形成する。この窒化膜は現在CVD膜で形成しているが、エピタキシャル成長の選択性確保のために6nmの厚さが必要である。6nmの厚さが必要である理由は、CVDプロセスでは成膜初期の数nmは不安定な膜となるため、膜が薄いと選択性確保が困難となるからである。この結果、ゲート長がもとのゲート長よりも12nm長くなるため微細化に対して限界がある。 When the extension portion is formed by the selective epitaxial growth method, a protective film made of a nitride film is formed on the gate sidewall in order to prevent epitaxial growth starting from the polysilicon dummy gate sidewall. Although this nitride film is currently formed of a CVD film, a thickness of 6 nm is required to ensure the selectivity of epitaxial growth. The reason why the thickness of 6 nm is necessary is that, in the CVD process, a few nm at the initial stage of film formation is an unstable film, and thus it is difficult to ensure selectivity when the film is thin. As a result, the gate length becomes 12 nm longer than the original gate length, so there is a limit to miniaturization.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エピタキシャル成長層からなるエクステンション部を有し、かつ、ゲート長の短い半導体装置の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having an extension portion made of an epitaxial growth layer and having a short gate length.
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、第1ゲートを形成する工程と、少なくとも前記第1ゲートの表面を窒化処理して、前記第1ゲートを保護する窒化膜を形成する工程と、前記窒化処理において前記半導体基板上に形成された前記窒化膜を選択的に除去する工程と、前記第1ゲートの両側における前記半導体基板上に、エピタキシャル成長層を形成する工程とを有する。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first gate on a semiconductor substrate, and nitriding at least a surface of the first gate, Forming a protective nitride film; selectively removing the nitride film formed on the semiconductor substrate in the nitriding process; and forming an epitaxial growth layer on the semiconductor substrate on both sides of the first gate. Forming.
上記の本発明では、第1ゲートを起点とするエピタキシャル成長を防止するため、窒化処理により第1ゲートを保護する窒化膜を形成する。窒化処理では、第1ゲートの表面の材料を消費して窒化膜が形成される。このため、第1ゲートをゲート電極として用いる場合には、最終的なゲート長は、もとの第1ゲートのゲート長よりも短くなる。あるいは、第1ゲートをダミーゲートとして用いて、後に第2ゲートを形成する場合には、第1ゲートのゲート長に対する第2ゲートのゲート長の増加が抑制される。 In the present invention, in order to prevent epitaxial growth starting from the first gate, a nitride film that protects the first gate is formed by nitriding treatment. In the nitriding process, a material for the surface of the first gate is consumed to form a nitride film. For this reason, when the first gate is used as a gate electrode, the final gate length is shorter than the original gate length of the first gate. Alternatively, when the second gate is formed later using the first gate as a dummy gate, an increase in the gate length of the second gate with respect to the gate length of the first gate is suppressed.
本発明によれば、エピタキシャル成長層からなるエクステンション部を有し、かつ、ゲート長の短い半導体装置を製造することができる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a semiconductor device having an extension portion made of an epitaxially grown layer and having a short gate length.
以下に、本発明の半導体装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、n型のMISトランジスタを例として図面を参照して述べる。なお、p型のMISトランジスタについては、適宜導電型を逆にすることによって、以下の記述が同様に適用される。 Embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, an n-type MIS transistor will be described as an example with reference to the drawings. For the p-type MIS transistor, the following description is similarly applied by appropriately reversing the conductivity type.
図1は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment.
例えばシリコン基板からなる半導体基板1には、活性領域を区画する例えばSTI(Shallow Trench Isolation)からなる素子分離絶縁膜2が形成されている。なお、半導体基板1の材料は、Si以外に、SiGe、SiCを用いても良い。素子分離絶縁膜2が形成されていない活性領域に、チャネルの反転層が形成されるp型ウェル3が形成されている。
For example, a
半導体基板1上には、エクステンション部となる2つの第1エピタキシャル成長層6が所定間隔だけ離れて形成されている。第1エピタキシャル成長層6は、n型不純物を含有するSi層である。半導体基板1としてSiGeあるいはSiCを用いた場合には、第1エピタキシャル成長層6は、n型不純物を含有するSiGe層あるいはSiC層からなる。
On the
各第1エピタキシャル成長層6は、その対向側に傾斜端面を有している。第1エピタキシャル成長層6の傾斜端面の角度や曲率は、トランジスタの性能に影響する。このため、第1エピタキシャル成長層6の傾斜端面の角度や曲率は、短チャネル効果を抑制しつつ、駆動電流が最も大きくなるように最適化する。ただし、第1エピタキシャル成長層6は傾斜端面を有していなくても良い。
Each first
2つの第1エピタキシャル成長層6の間における半導体基板1上には、ゲート絶縁膜4を介してゲート電極5が形成されている。本例では、ゲート電極(第2ゲート)5は、第1エピタキシャル成長層6の傾斜端面にオーバーラップして形成されている。第1エピタキシャル成長層6の傾斜端面に対してゲート電極5がオーバーラップしていることで、トランジスタを駆動させる際に、第1エピタキシャル成長層6により構成されるエクステンション部に蓄積層ができ、チャネルへのキャリアの注入量が大幅に増加する。ただし、ゲート電極5が第1エピタキシャル成長層6にオーバーラップしていない構造であってもよい。
A
ゲート絶縁膜4は、例えば、酸化シリコン膜、あるいは酸化シリコン膜よりも誘電率の高いHfO2膜やHfSiON膜などの高誘電率膜からなる。ゲート電極5は、ポリシリコンあるいは金属材料からなる。金属材料として、例えば、Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,TaあるいはWが使用される。pMOSの場合には、金属材料として、Fe,Co,Ni,Cu,Ru,Rh,Pd,Ag,Os,Ir,PtあるいはAuが使用される。
The
ゲート電極5の側面が、第1エピタキシャル成長層6上に形成されたサイドウォール絶縁膜7により覆われている。サイドウォール絶縁膜7は、例えば、窒化シリコン膜7aと、酸化シリコン膜7bにより形成されている。
A side surface of the
サイドウォール絶縁膜7に覆われていない第1エピタキシャル成長層6上には、ソースあるいはドレインとなる第2エピタキシャル成長層8が形成されている。第2エピタキシャル成長層8は、n型不純物を含有するSi層である。半導体基板1としてSiGeあるいはSiCを用いた場合には、第2エピタキシャル成長層8は、n型不純物を含有するSiGe層あるいはSiC層からなる。ただし、第2エピタキシャル成長層8を形成せずに、半導体基板1に不純物をイオン注入することによりソース・ドレイン部を形成してもよい。サイドウォール絶縁膜7は、ゲート電極5と第2エピタキシャル成長層8との距離を確保するために設けられている。
On the first
第2エピタキシャル成長層8の表面には、シリサイド層10が形成されている。シリサイド層10は、コンタクト抵抗を低減するために設けられる。シリサイド層10は、例えばコバルトシリサイドや、ニッケルシリサイドからなる。
A
上記のMISトランジスタを被覆して全面に層間絶縁膜12が形成されている。図示はしないが、層間絶縁膜12には、シリサイド層10に接続するコンタクトが埋め込まれ、層間絶縁膜12上には当該コンタクトに接続する配線が形成されている。
An
上記の本実施形態に係る半導体装置は、半導体基板1上に形成された第1エピタキシャル成長層6により主としてエクステンション部が構成される、いわゆるエレベーテッドソース/ドレインエクステンション構造を採用する。
The semiconductor device according to the present embodiment employs a so-called elevated source / drain extension structure in which an extension portion is mainly configured by the first
これにより、第1エピタキシャル成長層6中の不純物が基板内(p型ウェル3内)に拡散した場合においても、基板面に対するエクステンション部の実効的な接合深さを浅くすることができる。
Thereby, even when the impurities in the first
この結果、エクステンション部の厚さを確保した状態で、半導体基板面からのエクステンション部の接合深さを浅くすることができることから、短チャネル効果を抑制することができる。 As a result, the junction depth of the extension portion from the semiconductor substrate surface can be reduced in a state where the thickness of the extension portion is ensured, so that the short channel effect can be suppressed.
また、第1エピタキシャル成長層6の傾斜端面に対するゲート電極5のオーバーラップ幅や、第1エピタキシャル成長層6の傾斜端面の曲率および角度を制御することにより、駆動電流を向上させることができる。
Further, the drive current can be improved by controlling the overlap width of the
次に、上記の半導体装置の製造方法について、図2〜図11を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device will be described with reference to FIGS.
まず、図2(a)に示すように、例えばSTI技術を用いて、半導体基板1に素子間分離のための素子分離絶縁膜2を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, an element isolation
次に、図2(b)に示すように、半導体基板1にボロンなどのp型不純物をイオン注入し、さらに必要に応じて閾値電圧調整を行うためのイオン注入を行った後、活性化アニールを行うことにより、p型ウェル3を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, a p-type impurity such as boron is ion-implanted into the
次に、図3(a)に示すように、半導体基板1上に、例えば熱酸化法により10nm程度の膜厚の酸化シリコン膜21aを形成する。酸化シリコン膜21aは、後のゲート加工のエッチングストッパとなり、本発明のエッチングストッパ膜の一例である。続いて、酸化シリコン膜21a上に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、150nm程度の膜厚のポリシリコン層22aを形成する。後述するポリシリコン層22aの加工時の型崩れを防止するために、必要に応じてアニール処理を行う。なお、ポリシリコン層22aに代えて、アモルファスシリコン層や、不純物を導入したアモルファスシリコン層を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 3A, a
次に、図3(b)に示すように、ポリシリコン層22a上に例えばCVD法により窒化シリコン膜を堆積させ、リソグラフィ技術およびエッチング技術により窒化シリコン膜を加工して、ゲート電極に対応したパターンのハードマスク23を形成する。ハードマスク23の厚さは、例えば50nmである。
Next, as shown in FIG. 3B, a silicon nitride film is deposited on the
次に、図4(a)に示すように、ハードマスク23をエッチングマスクとして、ポリシリコン層22aをドライエッチングすることにより、ダミーゲート22を形成する。その際、エッチングストッパとなる酸化シリコン膜21aを5nm程度残す。ダミーゲート22は、本発明の第1ゲートの一例である。
Next, as shown in FIG. 4A, the
次に、図4(b)に示すように、窒化処理を行う。窒化処理としては、例えば、プラズマドーピング、プラズマ窒化、チルトインプラなどを用いる。N2/Heガス系によるプラズマドーピングもしくはプラズマ窒化処理を用いた場合には、等方的に窒化膜24が形成される。プラズマドーピングを用いる場合の条件は、例えば、RFパワー:100W〜400W、プロセス圧力:0.013〜13.3Pa(0.1〜100mTorr)、プロセスガス:N2/He混合ガス、基板温度:室温〜500℃とする。なお、超高真空における超低エネルギーイオン注入で50eV以下のチルトインプラが可能であればインプラによってゲート側壁に窒素を導入しても良い。
Next, as shown in FIG. 4B, nitriding is performed. As the nitriding treatment, for example, plasma doping, plasma nitriding, tilt implantation, or the like is used. When plasma doping or plasma nitridation using an N 2 / He gas system is used, the
例えば、3nmの膜厚の窒化膜24を形成するとする。この場合、Si3N4の組成から、シリコンの消費は1.28nmであり、ゲート側壁増加分は3−1.28=1.72nmとなる。両側をあわせたゲート長増加は3.44nmであり4nm以下とすることができる。なお、窒化膜24の組成は、ダミーゲート22の側壁ではSiNであるが、酸化シリコン膜21aの表面においてはSiONに近い組成となる。
For example, assume that a
導入した窒素とダミーゲート22のポリシリコンを反応させ、安定したSi3N4膜を形成するためアニールを行う。このアニール処理は、Si3N4膜の安定化および窒素の拡散を抑制するために、極短時間であることが望まれる。このため、レーザーアニールもしくはフラッシュランプアニールなどの高温短時間アニールを用いる。レーザーアニール条件は、例えば、レーザー波長:308nm〜1064nm、照射エネルギー:0.5〜1.5J/cm2、基板温度:室温〜400℃である。
The introduced nitrogen and the polysilicon of the
上記の窒化処理において、半導体基板1上にも窒化膜24が形成される。後のエピタキシャル成長のためには、半導体基板1の清浄面を露出させる必要があるため、半導体基板1上の窒化膜24を除去する必要がある。このため、図5(a)に示すように、半導体基板1上に形成された窒化膜24を除去する。窒化膜24を異方性エッチングしても、窒化膜24を異方性酸化処理してもよい。窒化膜24を酸化した場合には、後にダミーゲート絶縁膜21と一緒に除去される。
In the nitriding process, a
例えば、窒化膜24の除去において、原料ガスとしてO2を用いた異方性のRIE(Reactive Ion Etching)により、半導体基板1上の窒化膜(SiON)を酸化する。これにより、半導体基板1上には酸化シリコン膜21aのみが残る。RIE条件は、例えば、RFパワー:100W〜400W、プロセス圧力:0.013〜13.3Pa(0.1〜100mTorr)、O2流量:80sccm、基板温度:室温である。
For example, in removing the
あるいは、原料ガスとしてArを用いた異方性のRIEにより、Si−Nの結合を切った後、高温アッシングによって酸化を促進しても良い。高温アッシングは、例えば、RFパワー:100W〜1000W、プロセス圧力:13.3〜1333Pa(0.1〜10Torr)、O2流量:200sccm、基板温度:250℃である。 Alternatively, oxidation may be promoted by high-temperature ashing after cutting Si—N bonds by anisotropic RIE using Ar as a source gas. The high temperature ashing is, for example, RF power: 100 W to 1000 W, process pressure: 13.3 to 1333 Pa (0.1 to 10 Torr), O 2 flow rate: 200 sccm, and substrate temperature: 250 ° C.
次に、図5(b)に示すように、希フッ酸を用いて酸化シリコン膜21aを除去する。これにより、酸化シリコン膜21aはゲートパターンのダミーゲート絶縁膜21となり、半導体基板1の清浄面が露出する。
Next, as shown in FIG. 5B, the
次に、図6(a)に示すように、半導体基板1上に、エピタキシャル成長法により、不純物が混入したシリコン含有層(Si,SiGe,SiC)からなる第1エピタキシャル成長層6を形成する。nMOSの場合には砒素などのn型不純物をドープし、pMOSの場合にはボロンなどのp型不純物をドープする。エクステンション部となる第1エピタキシャル成長層6の厚さは、例えば40〜50nmである。このときの不純物濃度は、例えば1×1018〜1×1020/cm3である。
Next, as shown in FIG. 6A, a first
このエピタキシャル成長は、800℃以下の低温プロセスで行われるため、成長中に導入された不純物は半導体基板1(p型ウェル3)内にほとんど拡散しないことから、第1エピタキシャル成長層6とp型ウェル3との間に急峻な濃度勾配をもつpn接合を形成することができる。さらに、不純物は活性化しているために、その後の工程で活性化のための熱処理を行う必要がないことから、半導体基板1への不純物拡散をさらに抑制することができる。これにより、低抵抗の第1エピタキシャル成長層6を形成しつつ、トランジスタの短チャネル効果を抑制することができる。ただし、ノンドープの第1エピタキシャル成長層6を形成した後に、不純物をイオン注入してもよい。
Since this epitaxial growth is performed by a low-temperature process of 800 ° C. or less, impurities introduced during the growth hardly diffuse into the semiconductor substrate 1 (p-type well 3). Therefore, the first
エピタキシャル成長における成長条件に応じて、ダミーゲート構造体20側における第1エピタキシャル成長層6には傾斜端面が形成される。この傾斜端面が基板面とのなす角度(ファセット)が、20〜70°の範囲で一定の値をもつ。この角度が小さすぎる場合は、第1エピタキシャル成長層6の寄生抵抗が増大してしまう。また、角度が大きすぎる場合にはゲート電極と第1エピタキシャル成長層6との間の寄生容量が大きくなり、あるいは、後述するようにゲート電極と傾斜端面とをオーバーラップさせるときの余裕が小さくなる。このため、この角度は、上記範囲内に制御することが好ましい。
An inclined end face is formed in the first
次に、図6(b)に示すように、加熱した燐酸などを用いて、ダミーゲート22の側壁の窒化膜24を除去する。
Next, as shown in FIG. 6B, the
次に、図7(a)に示すように、ダミーゲート22を被覆するように半導体基板1上に、例えばCVD法により酸化シリコン膜を堆積した後に、異方性のドライエッチング(エッチバック)を行うことにより、ダミーゲート22の側壁に側壁スペーサ25を形成する。側壁スペーサ25は後に除去されるため、後に形成するサイドウォール絶縁膜7の窒化シリコン膜7aに比べてエッチング選択比が高い酸化シリコン膜などの材料を用いる。側壁スペーサ25の膜厚は、後のゲート電極が第1エピタキシャル成長層6の傾斜端面に重なる幅を規定するものであることから、窒化膜24よりも厚くする。例えば、側壁スペーサ25の膜厚は、4〜6nmの範囲で設定される。
Next, as shown in FIG. 7A, after a silicon oxide film is deposited on the
次に、図7(b)に示すように、ダミーゲート22を被覆するように第1エピタキシャル成長層6上に、窒化シリコン膜7aおよび酸化シリコン膜7bを堆積した後、異常性ドライエッチング(エッチバック)を行うことにより、ダミーゲート22の両側面に側壁スペーサ25を介して、サイドウォール絶縁膜7を形成する。窒化シリコン膜7aは例えば20nmの膜厚で堆積させ、酸化シリコン膜7bは例えば50nmの膜厚で堆積させる。窒化シリコン膜7aは、後の側壁スペーサ25のエッチングの際のエッチングストッパとして機能する。
Next, as shown in FIG. 7B, after depositing a
次に、図8(a)に示すように、エピタキシャル成長法により、第1エピタキシャル成長層6上に選択的に、不純物が混入したシリコン含有層(Si,SiGe,SiC)からなる第2エピタキシャル成長層8を形成する。nMOSの場合には砒素、リンなどのn型不純物をドープし、pMOSの場合にはボロンなどのp型不純物をドープする。ソースあるいはドレインとなる第2エピタキシャル成長層8の厚さは、例えば20〜40nmである。
Next, as shown in FIG. 8A, a second
第2エピタキシャル成長層8の形成では、不純物を含有しないシリコン含有層をエピタキシャル成長させた後に、当該シリコン含有層に不純物をイオン注入してもよい。あるいは、第1エピタキシャル成長層6と同様に、シリコン含有層のエピタキシャル成長時に不純物を導入してもよい。さらに、第2エピタキシャル成長層8を形成せずに、イオン注入により半導体基板1内にソース/ドレインを形成してもよい。
In the formation of the second
次に、図8(b)に示すように、第2エピタキシャル成長層8の表面に、シリサイド層10を形成する。シリサイド層10は、ソースあるいはドレインとなる第2エピタキシャル成長層8の抵抗を下げるために形成され、例えばコバルトシリサイド(CoSi2)あるいはニッケルシリサイド(NiSi2)である。このシリサイド層10の形成は、コバルトまたはニッケルからなる金属膜を形成した後に熱処理して、金属膜と接触する部分の第2エピタキシャル成長層8をシリサイド化し、薬液処理により不要な金属膜を除去することにより行う。
Next, as shown in FIG. 8B, a
次に、図9(a)に示すように、シリサイド層10およびダミーゲート22上に、例えばプラズマCVD法により酸化シリコン膜を堆積して、層間絶縁膜12を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 9A, a silicon oxide film is deposited on the
次に、図9(b)に示すように、ハードマスク23が露出するまで層間絶縁膜12をエッチバックする。このとき、酸化シリコンからなる側壁スペーサ25の上部も若干エッチングされる。
Next, as shown in FIG. 9B, the
次に、図10(a)に示すように、エッチングされ難い窒化シリコンからなるハードマスク23およびサイドウォール絶縁膜7の上部をCMP法により除去する。CMP後には、ダミーゲート22が露出する。
Next, as shown in FIG. 10A, the
次に、図10(b)に示すように、露出したダミーゲート22をエッチングにより除去し、ゲート開口部26を形成する。より詳細には、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液などのアルカリ溶液によるウェットエッチング、あるいは、ドライエッチングによってポリシリコンからなるダミーゲート22を除去する。
Next, as shown in FIG. 10B, the exposed
次に、図11(a)に示すように、例えば、フッ酸を含む溶液などを用いたウェットエッチングにより、ゲート開口部26内の側壁スペーサ25およびダミーゲート絶縁膜21を除去する。これにより、ゲート開口部26の底面にp型ウェル3の表面が露出する。また、ゲート開口部26の底部に、第1エピタキシャル成長層6の傾斜端面が露出する。このとき、サイドウォール絶縁膜7を構成する窒化シリコン膜7aがエッチングストッパとして機能し、傾斜端面の露出幅が一定に制御される。
Next, as shown in FIG. 11A, the
次に、図11(b)に示すように、ゲート開口部26の内壁を被覆するように層間絶縁膜12上に、ゲート絶縁膜4を形成する。続いて、ゲート開口部26内を埋め込むように、ゲート絶縁膜4上にゲート電極層5aを形成する。ゲート絶縁膜4の形成では、ALD(Atomic Layer Deposition)法によりHfO2膜やHfSiON膜などの高誘電率膜を形成する。ゲート絶縁膜4の形成において熱酸化を使用しないことにより、第1エピタキシャル成長層6中の不純物の熱拡散を防止することができる。ゲート電極層5aとして、Ti,V,Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,TaあるいはWを含む金属層を形成する。また、pMOSの場合には、ゲート電極層5aとして、Fe,Co,Ni,Cu,Ru,Rh,Pd,Ag,Os,Ir,PtあるいはAuを含む金属層を形成する。
Next, as shown in FIG. 11B, the
次に、例えばCMP法により層間絶縁膜12上の余分なゲート電極層5aおよびゲート絶縁膜4を除去する。これにより、ゲート開口部26内にゲート絶縁膜4を介してゲート電極5が形成される(図1参照)。ゲート電極5は、本発明の第2ゲートの一例である。
Next, the excess
以降の工程としては、層間絶縁膜12を積み増した後に、ゲート電極5およびシリサイド層10に接続するコンタクトを形成し、上層配線の形成を行うことにより、半導体装置が完成する。
As subsequent steps, after the
次に、上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法の効果について説明する。 Next, the effect of the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment will be described.
本実施形態では、ダミーゲート22の側壁を起点としたエピタキシャル成長を抑制するため、ダミーゲート22の側壁保護膜として、CVD法ではなく、窒化処理により窒化膜24を形成する。ダミーゲート22のダミーゲート長をL0とし(図4(a)参照)、窒化膜形成後のダミーゲート長をL1とする(図4(b)参照)。最終的なゲート長Lg(図1参照)は、ダミーゲート長L1よりも長くなるため、このダミーゲートL1を短くすることが微細化に適している。
In this embodiment, in order to suppress the epitaxial growth starting from the side wall of the
ここで、仮にCVD法により窒化膜24を形成する場合には、安定性を考慮すると、6nm以上の膜厚の窒化膜24を形成する必要があり、この場合、ダミーゲート長L1は、ダミーゲート長L0よりも最低12nm長くなる。このため、微細化に対して限界がある。
Here, if the
これに対して、窒化処理により窒化膜24を形成した場合には、安定性を考慮しても、3nm以上の膜厚の窒化膜24を形成すれば足りる。また、ダミーゲート長L0に対するダミーゲート長L1の増加分は、上述したように、4nm以下となる。このため、ゲート長Lgの微細化に適している。
On the other hand, when the
なお、上記の例では、ダミーゲート22を一旦除去して、オーバーラップしたゲート電極5を形成する例について説明したが、ダミーゲート22をそのままゲート電極として用いても良い。この場合には、窒化処理によりダミーゲート22の側壁保護膜として窒化膜24を形成することにより、最終的なゲート長(図6(b)のゲート長L2に相当)が、リソグラフィの解像限界で定まるゲート長L0よりも短くなるという利点がある。
In the above example, the example in which the
また、ダミーゲート22の側壁保護膜として窒化膜24を形成する場合には、窒化処理の等方性から半導体基板1上にも窒化膜24が形成される(図4(b)参照)。半導体基板1の表面が窒化されると、半導体基板1の表面に窒素導入に起因するダメージが入る。その結果、エピタキシャル層の結晶性が悪くなり、トランジスタ特性を悪化する。
Further, when the
これを防止するため、本実施形態では、ダミーゲート22の加工時に酸化シリコン膜21aを半導体基板1上に残すことにより、窒化処理において、半導体基板1の表面を保護している。半導体基板1上の酸化シリコン膜21aを除去すると、半導体基板1の清浄面が現れることから、結晶性の良い第1エピタキシャル成長層6を形成することができる。従って、トランジスタ特性が向上した半導体装置を製造することができる。
In order to prevent this, in the present embodiment, the surface of the
窒化膜24の保護膜としての特性を確保するためには、窒化処理において導入したNとSiとを結合させて安定した窒化膜を形成する必要がある。また、半導体基板1の窒化を防止するため、Nの拡散を防止する必要がある。本実施形態では、高温短時間アニールを施すことにより、これらの要求を満たすことができる。
In order to secure the characteristics of the
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。例えば、ダミーゲート22をゲート電極として用いてもよい。また、第1エピタキシャル成長層6は傾斜面をもたなくてもよい。また、第2エピタキシャル成長層8によりソース/ドレインを形成せずに、基板にイオン注入することによりソース/ドレインを形成してもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the description of the above embodiment. For example, the
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1…半導体基板、2…素子分離絶縁膜、3…p型ウェル、4…ゲート絶縁膜、5…ゲート電極、6…第1エピタキシャル成長層、7…サイドウォール絶縁膜、7a…窒化シリコン膜、7b…酸化シリコン膜、8…第2エピタキシャル成長層、10…シリサイド層、12…層間絶縁膜、21…ダミーゲート絶縁膜、21a…酸化シリコン膜、22…ダミーゲート、22a…ポリシリコン層、23…ハードマスク、24…窒化膜、25…側壁スペーサ、26…ゲート開口部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
少なくとも前記第1ゲートの表面を窒化処理して、前記第1ゲートを保護する窒化膜を形成する工程と、
前記窒化処理において前記半導体基板上に形成された前記窒化膜を選択的に除去する工程と、
前記第1ゲートの両側における前記半導体基板上に、エピタキシャル成長層を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。 Forming a first gate on the semiconductor substrate;
Nitriding at least the surface of the first gate to form a nitride film that protects the first gate;
Selectively removing the nitride film formed on the semiconductor substrate in the nitriding treatment;
And a step of forming an epitaxial growth layer on the semiconductor substrate on both sides of the first gate.
前記窒化膜を選択的に除去する工程の後、前記エピタキシャル成長層を形成する工程の前に、前記エッチングストッパ膜を除去して、前記半導体基板を露出させる工程をさらに有する
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 Before the step of forming the first gate, further comprising a step of forming an etching stopper film on the semiconductor substrate;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of removing the etching stopper film and exposing the semiconductor substrate after the step of selectively removing the nitride film and before the step of forming the epitaxial growth layer. Manufacturing method.
請求項2記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein a silicon oxide film is formed as the etching stopper film.
前記第1ゲートおよび前記窒化膜を除去する工程と、
前記エピタキシャル成長層の端部にオーバーラップする第2ゲートを前記半導体基板上に形成する工程と
を有する請求項1記載の半導体装置の製造方法。
After the step of forming the epitaxial growth layer,
Removing the first gate and the nitride film;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: forming a second gate overlapping the end of the epitaxial growth layer on the semiconductor substrate.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009158677A (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Renesas Technology Corp | Method of manufacturing semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device for hybrid transistor |
WO2013171892A1 (en) * | 2012-05-18 | 2013-11-21 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device and method for producing same |
JP2018142575A (en) * | 2017-02-27 | 2018-09-13 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10335648A (en) * | 1997-05-27 | 1998-12-18 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
JPH11251454A (en) * | 1997-12-30 | 1999-09-17 | Texas Instr Inc <Ti> | Mosfet using disposable gate/substitutional gate with gate length smaller than 0.1 micrometer and considerably shallow junction |
JP2004031753A (en) * | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Renesas Technology Corp | Manufacturing method of semiconductor device |
-
2006
- 2006-03-02 JP JP2006056856A patent/JP2007234993A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10335648A (en) * | 1997-05-27 | 1998-12-18 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
JPH11251454A (en) * | 1997-12-30 | 1999-09-17 | Texas Instr Inc <Ti> | Mosfet using disposable gate/substitutional gate with gate length smaller than 0.1 micrometer and considerably shallow junction |
JP2004031753A (en) * | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Renesas Technology Corp | Manufacturing method of semiconductor device |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009158677A (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Renesas Technology Corp | Method of manufacturing semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device for hybrid transistor |
WO2013171892A1 (en) * | 2012-05-18 | 2013-11-21 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device and method for producing same |
JP5833748B2 (en) * | 2012-05-18 | 2015-12-16 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
US9293347B2 (en) | 2012-05-18 | 2016-03-22 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
US9460936B2 (en) | 2012-05-18 | 2016-10-04 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2018142575A (en) * | 2017-02-27 | 2018-09-13 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device |
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