JP5401991B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置に関する。特に、ゲート電極が金属シリサイド膜からなり、チャネル領域に歪みが加えられたnチャネル型MOSFET、又はpチャネル型MOSFETを有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a semiconductor device having an n-channel MOSFET or a p-channel MOSFET in which a gate electrode is made of a metal silicide film and distortion is applied to a channel region.
トランジスタの微細化が進む先端CMOSFET(相補型MOSFET)デバイスの開発では、ポリシリコン(poly−Si)ゲート電極の空乏化による駆動電流の劣化が問題となっている。そこで、金属又は金属化合物から構成されたゲート電極である、いわゆるメタルゲート電極の適用により電極の空乏化を回避することで駆動電流の劣化を防ぐ技術が検討されている。 In the development of advanced CMOSFET (complementary MOSFET) devices in which miniaturization of transistors is progressing, deterioration of drive current due to depletion of polysilicon (poly-Si) gate electrodes has become a problem. Therefore, a technique for preventing the deterioration of the drive current by avoiding depletion of the electrode by applying a so-called metal gate electrode which is a gate electrode composed of a metal or a metal compound has been studied.
メタルゲート電極に用いる材料として、純金属、金属窒化物、シリサイド材料等が検討されているが、何れの場合においても、nチャネル型MOSFET、pチャネル型MOSFETのしきい値電圧(Vth)を適切な値に設定可能でなければならない。As materials used for the metal gate electrode, pure metals, metal nitrides, silicide materials, and the like have been studied. In any case, the threshold voltage (V th ) of the n-channel MOSFET and the p-channel MOSFET is set. Must be set to an appropriate value.
そこで、最近、メタルゲート電極として、poly−SiをNi、Hf、Wなどで完全にシリサイド化したフルシリサイド電極に関する技術が注目されている。例えば、米国特許第50064636号明細書には、ゲート絶縁膜にSiO2を用い、ゲート電極として、PやBなどの不純物を注入したpoly−Si電極をNiで完全にシリサイド化したNiシリサイド電極が提案されている。このゲート電極を備えたMOSFETは、(1)製造プロセスが、従来CMOSFETの製造プロセスと整合性が高い、(2)シリサイド化前のポリシリコンへの不純物添加によりしきい値電圧制御が行える、ことが開示されている。これらのことからNiフルシリサイド電極は有望なメタルゲート電極材料と考えられている。上述のメタルゲート電極技術では、ゲート電極の空乏化を抑制し、実質的なゲート絶縁膜厚を薄膜化することによってトランジスタの高速化を実現している。Therefore, recently, a technique related to a full silicide electrode in which poly-Si is completely silicided with Ni, Hf, W or the like as a metal gate electrode has attracted attention. For example, US Pat. No. 5,0064,636 discloses a Ni silicide electrode in which SiO 2 is used as a gate insulating film and a poly-Si electrode into which impurities such as P and B are implanted as a gate electrode is completely silicided with Ni. Proposed. In the MOSFET having this gate electrode, (1) the manufacturing process is highly consistent with the manufacturing process of the conventional CMOSFET, and (2) the threshold voltage can be controlled by adding impurities to the polysilicon before silicidation. Is disclosed. For these reasons, the Ni full silicide electrode is considered as a promising metal gate electrode material. In the metal gate electrode technology described above, the gate electrode is prevented from being depleted and the gate insulating film is substantially thinned to increase the speed of the transistor.
一方、近年、この微細化技術以外の新しい高性能化技術が提案されている。このような技術として、応力を加えることによりチャネル領域を歪ませて移動度を向上させる方法(ピエゾ抵抗効果)が提案されている。一般的に、チャネル領域と平行な方向に引張(圧縮)応力を加えてこの領域を歪ませた場合、電子の移動度は向上(劣化)し、正孔の移動度は劣化(向上)することが知られている。ピエゾ抵抗効果とはこの現象を利用するものである。 On the other hand, in recent years, new high performance technologies other than this miniaturization technology have been proposed. As such a technique, a method (piezoresistive effect) for improving mobility by distorting a channel region by applying stress has been proposed. Generally, when tensile (compression) stress is applied in a direction parallel to the channel region to distort this region, electron mobility improves (deteriorates) and hole mobility deteriorates (improves). It has been known. The piezoresistive effect uses this phenomenon.
そこで、従来から、この現象を利用してMOSFETの高性能化を図る技術がいくつか提案されている(特開2002−198368号公報、特開2003−86708号公報参照)。特開2002−198368号公報には、コンタクトホール開口の際のストッパー膜として窒化珪素膜を用い、この窒化珪素膜に強い引張応力を持たせることでチャネル領域を歪ませ、電子の移動度を向上させたnチャネル型MOSFET(以下、「nMOSFET」と記載する)が提案されている。 Thus, several techniques for improving the performance of MOSFETs using this phenomenon have been proposed (see JP 2002-198368 A and JP 2003-86708 A). In Japanese Patent Laid-Open No. 2002-198368, a silicon nitride film is used as a stopper film at the time of opening a contact hole, and a strong tensile stress is applied to the silicon nitride film to distort the channel region and improve electron mobility. Proposed n-channel MOSFETs (hereinafter referred to as “nMOSFETs”) have been proposed.
また、特開2003−86708号公報には、nMOSFETを引張応力を有する窒化珪素膜で覆い、pチャネル型MOSFET(以下、「pMOSFET」と記載する)を圧縮応力を有する窒化珪素膜で覆った半導体装置が開示されている。この半導体装置では、両キャリアの移動度を向上させてnMOSFETとpMOSFETの両方のMOSFETの性能を向上させることができるとしている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-86708 discloses a semiconductor in which an nMOSFET is covered with a silicon nitride film having tensile stress, and a p-channel MOSFET (hereinafter referred to as “pMOSFET”) is covered with a silicon nitride film having compressive stress. An apparatus is disclosed. In this semiconductor device, the mobility of both carriers can be improved and the performance of both nMOSFET and pMOSFET can be improved.
以上のように、次世代CMOSデバイスの高性能化には、メタルゲート電極技術と応力制御による移動度向上技術を組み合わせることが有効な方法となりうる。 As described above, a combination of the metal gate electrode technology and the mobility improvement technology by stress control can be an effective method for improving the performance of the next generation CMOS device.
しかしながら、上記特開2002−198368号公報及び特開2003−86708号公報に見られるように、窒化珪素膜をそのままメタルゲート電極と組み合わせただけでは、チャネル領域に強い応力(歪み)を加えることは困難であった。 However, as can be seen in the above-mentioned JP-A-2002-198368 and JP-A-2003-86708, applying a strong stress (strain) to the channel region by simply combining the silicon nitride film with the metal gate electrode as it is It was difficult.
以下、その理由について説明する。図33(a)は、従来技術のMOSFET(nMOSFET)を表したものである。このMOSFETでは、素子分離領域102により区画されたシリコン基板101の表面上にゲート絶縁膜106を介して、ゲート電極107が形成されている。また、このゲート電極107の両側面にゲートサイドウォール108が形成され、シリコン基板101の表面領域内にソース/ドレイン領域となる不純物拡散層103、この不純物拡散層103上にシリサイド層105が形成されている。そして、このゲート電極107、ゲートサイドウォール108及び不純物拡散層103を被覆するように窒化珪素膜109が形成されている。なお、図33(a)のトランジスタのゲート長は30nmであり、その他の部分の寸法は45nm世代のトランジスタに典型的なものとなっている。
The reason will be described below. FIG. 33A shows a conventional MOSFET (nMOSFET). In this MOSFET, a
図33(b)は、図33(a)のMOSFETにおいて、窒化珪素膜の各部位〔ゲート電極上の窒化珪素膜(イ)、ゲートサイドウォール上の窒化珪素膜(ロ)、ソース/ドレイン領域上の窒化珪素膜(ハ)〕がチャネル領域に与える応力を示した計算結果である。この応力計算には有限要素法を用いた構造解析ツール(ソフト名:ANSYS)を使用した。ここでは、窒化珪素膜として引張応力を有するものを用いた。 FIG. 33 (b) shows each part of the silicon nitride film [silicon nitride film (A) on the gate electrode, silicon nitride film (B) on the gate sidewall, source / drain regions] in the MOSFET of FIG. 33 (a). It is the calculation result which showed the stress which the upper silicon nitride film (c)] gives to a channel region. A structural analysis tool (software name: ANSYS) using a finite element method was used for this stress calculation. Here, a silicon nitride film having a tensile stress was used.
図33(b)の縦軸は引張応力が正、圧縮応力が負となるように示してある。同図より明らかなように、チャネル領域にかかる応力は主にソース/ドレイン領域上に存在する窒化珪素膜(ハ)に起因するものであり、ゲート電極上部の窒化珪素膜(イ)はそれを打ち消す方向に圧縮応力を負荷している。このため、全体としては窒化珪素膜(ハ)の引張り応力と、窒化珪素膜(イ)の圧縮応力の打ち消し合いが生じ、正味のチャネル領域に負荷される応力が小さくなってしまうといった問題が起こっていた。 The vertical axis of FIG. 33 (b) shows the tensile stress as positive and the compressive stress as negative. As is clear from the figure, the stress applied to the channel region is mainly caused by the silicon nitride film (c) existing on the source / drain region, and the silicon nitride film (a) above the gate electrode A compressive stress is applied in the direction of cancellation. As a result, the tensile stress of the silicon nitride film (c) and the compressive stress of the silicon nitride film (a) cancel each other, resulting in a problem that the stress applied to the net channel region is reduced. It was.
なお、上記図33(b)では主にゲート電極上部で圧縮応力が生じ、(ハ)ソース/ドレイン領域上で引張り応力が生じる窒化珪素膜を設けた場合を示した。しかし、図33(b)とは逆に、ゲート電極上部で引張り応力が生じ、ソース/ドレイン領域上で圧縮応力が生じる窒化珪素膜を設けた場合であっても、同様な現象が起こっていた。また、特にこのような引張応力と圧縮応力の打ち消しあいは、ゲート電極の空乏化抑制のため、ゲート電極として従来の多結晶シリコン膜(ポリシリコン膜)よりも弾性係数(ヤング率)が大きな金属や金属シリサイド膜を用いた場合により顕著となっていた。 FIG. 33B shows a case where a silicon nitride film in which compressive stress is generated mainly on the gate electrode and (c) tensile stress is generated on the source / drain regions is shown. However, contrary to FIG. 33 (b), the same phenomenon occurred even when a silicon nitride film in which tensile stress occurs on the gate electrode and compressive stress occurs on the source / drain regions is provided. . In particular, the cancellation of tensile stress and compressive stress is a metal that has a larger elastic modulus (Young's modulus) than the conventional polycrystalline silicon film (polysilicon film) as the gate electrode in order to suppress depletion of the gate electrode. And when using a metal silicide film.
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、ゲート空乏化抑制のためゲート電極として金属シリサイド膜を用いた場合であっても、チャネル領域に大きな応力(歪み)が加わるようにゲート電極周辺の膜の応力と配置を最適化することを目的とする。また、これによりキャリア移動度(電子移動度、ホール移動度)を向上させて、nMOSFET、pMOSFETの性能を向上させることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. The object of the present invention is to optimize the stress and arrangement of the film around the gate electrode so that a large stress (strain) is applied to the channel region even when a metal silicide film is used as the gate electrode to suppress gate depletion. It aims to become. Another object of the present invention is to improve carrier mobility (electron mobility, hole mobility) and improve the performance of nMOSFETs and pMOSFETs.
本発明の一実施形態は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、金属シリサイドから構成されるゲート電極と、
前記半導体基板とゲート電極間に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート電極の互いに対向する両側面に設けられたゲートサイドウォールと、
前記半導体基板内の、前記ゲート電極を挟んだ両側に設けられたソース/ドレイン領域と、
を有し、
下記(1)、(2)又は(3)のように構成されたnチャネル型MOSFETを備えたことを特徴とする半導体装置に関する。
(1)前記ゲート電極上のみに圧縮応力膜を有する、
(2)前記ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域のうち少なくとも一方の上にのみ引張応力膜を有する、
(3)前記ゲート電極上に圧縮応力膜と、前記ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域のうち少なくとも一方の上に引張応力膜とを有する。One embodiment of the present invention
A semiconductor substrate;
A gate electrode provided on the semiconductor substrate and made of metal silicide;
A gate insulating film provided between the semiconductor substrate and the gate electrode;
Gate sidewalls provided on opposite sides of the gate electrode;
Source / drain regions provided on both sides of the semiconductor substrate across the gate electrode;
Have
The present invention relates to a semiconductor device including an n-channel MOSFET configured as described in (1), (2), or (3) below.
(1) having a compressive stress film only on the gate electrode;
(2) having a tensile stress film only on at least one of the gate sidewall and the source / drain region;
(3) A compressive stress film is formed on the gate electrode, and a tensile stress film is formed on at least one of the gate sidewall and the source / drain region.
本発明の他の一実施形態は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、金属シリサイドから構成されるゲート電極と、
前記半導体基板とゲート電極間に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート電極の互いに対向する両側面に設けられたゲートサイドウォールと、
前記半導体基板内の、前記ゲート電極を挟んだ両側に設けられたソース/ドレイン領域と、
を有し、
下記(A)、(B)又は(C)のように構成されたpチャネル型MOSFETを備えたことを特徴とする半導体装置に関する。
(A)前記ゲート電極上のみに引張応力膜を有する、
(B)前記ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域のうち少なくとも一方の上にのみ圧縮応力膜を有する、
(C)前記ゲート電極上に引張応力膜と、前記ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域のうち少なくとも一方の上に圧縮応力膜とを有する。Another embodiment of the present invention is:
A semiconductor substrate;
A gate electrode provided on the semiconductor substrate and made of metal silicide;
A gate insulating film provided between the semiconductor substrate and the gate electrode;
Gate sidewalls provided on opposite sides of the gate electrode;
Source / drain regions provided on both sides of the semiconductor substrate across the gate electrode;
Have
The present invention relates to a semiconductor device including a p-channel MOSFET configured as described in (A), (B), or (C) below.
(A) having a tensile stress film only on the gate electrode;
(B) having a compressive stress film only on at least one of the gate sidewall and the source / drain region;
(C) A tensile stress film is formed on the gate electrode, and a compressive stress film is formed on at least one of the gate sidewall and the source / drain region.
nMOSFETにおいて、ゲート電極上に圧縮応力膜、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域の少なくとも一方の上に引張応力膜を設けることによって、効果的にチャネル領域に応力を負荷することができる。 In an nMOSFET, a stress can be effectively applied to a channel region by providing a compressive stress film on a gate electrode and a tensile stress film on at least one of a gate sidewall and a source / drain region.
また、pMOSFETにおいて、ゲート電極上に引張応力膜、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域の少なくとも一方の上に圧縮応力膜を設けることによって、効果的にチャネル領域に応力を負荷することができる。 In the pMOSFET, a stress can be effectively applied to the channel region by providing a tensile stress film on the gate electrode and a compressive stress film on at least one of the gate sidewall and the source / drain region.
そして、nMOSFET、pMOSFETのチャネル領域に強い歪みを加えることが可能となる。この結果、キャリアの高移動度化が可能となり、nMOSFET、pMOSFETの性能を向上させることができる。 And it becomes possible to add a strong distortion to the channel region of nMOSFET and pMOSFET. As a result, the carrier mobility can be increased, and the performance of the nMOSFET and pMOSFET can be improved.
1、101 シリコン基板
2、102 素子分離領域
3、106 ゲート絶縁膜
4、6 poly−Si膜
5、7 シリコン酸化膜
8 エクステンション拡散層
9、108 ゲートサイドウォール
10 n型不純物層
11 金属膜
12、105 シリサイド層
13 層間絶縁膜
14 フルシリサイドゲート電極
15、19 圧縮応力を有する応力具有膜
16、18 引張応力を有する応力具有膜
15a、18a 応力緩和部
15b、18b 応力非緩和部
17 p型不純物層
20 nチャネル型電界効果トランジスタ
30 pチャネル型電界効果トランジスタ
31 層間絶縁膜
41、43、44 レジスト膜
51 ゲート電極と膜の境界部分
52 ゲートサイドウォールの最上部
107 ゲート電極
103 不純物拡散層
109 窒化珪素膜1, 101
本発明の半導体装置は、nMOSFET、pMOSFET又はnMOSFETとpMOSFETの両方を備える。以下、各MOSFETについて詳細に説明する。 The semiconductor device of the present invention includes an nMOSFET, a pMOSFET, or both an nMOSFET and a pMOSFET. Hereinafter, each MOSFET will be described in detail.
(nMOSFET)
本発明のnMOSFET(nチャネル型MOSFET)は、半導体基板と、半導体基板上に設けられ金属シリサイドから構成されるゲート電極と、半導体基板とゲート電極間に設けられたゲート絶縁膜とを有する。また、このゲート電極及びゲート絶縁膜の両側面にゲートサイドウォールと、半導体基板内のゲート電極を挟んだ両側に設けられたソース/ドレイン領域とを有する。(NMOSFET)
The nMOSFET (n-channel MOSFET) of the present invention includes a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the semiconductor substrate and made of metal silicide, and a gate insulating film provided between the semiconductor substrate and the gate electrode. In addition, gate sidewalls are provided on both side surfaces of the gate electrode and the gate insulating film, and source / drain regions are provided on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate.
このnMOSFETは、下記(1)、(2)又は(3)のように構成されている。
(1)ゲート電極上のみに圧縮応力膜を有し、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域上には圧縮応力膜が形成されていない。
(2)ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域のうち少なくとも一方の上にのみ引張応力膜を有し、ゲート電極上には引張応力膜が形成されていない。
(3)ゲート電極上に圧縮応力膜と、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域のうち少なくとも一方の上に引張応力膜とを有する。This nMOSFET is configured as in the following (1), (2) or (3).
(1) A compressive stress film is provided only on the gate electrode, and no compressive stress film is formed on the gate sidewall and the source / drain regions.
(2) A tensile stress film is provided only on at least one of the gate sidewall and the source / drain region, and no tensile stress film is formed on the gate electrode.
(3) A compressive stress film is formed on the gate electrode, and a tensile stress film is formed on at least one of the gate sidewall and the source / drain region.
すなわち、本発明のnMOSFETとしては、上記(1)の構成をとる場合、上記(2)の構成をとる場合、上記(3)の構成をとる場合の3つの態様があり、本発明のnMOSFETは上記(1)〜(3)の構成の中の何れか一つの構成を有する。 That is, the nMOSFET of the present invention has three modes: the configuration of (1), the configuration of (2), and the configuration of (3). It has any one of the above configurations (1) to (3).
本発明のnMOSFETが上記(1)の構成をとる場合においては、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域上に圧縮応力膜が存在しないため、ゲート電極上の圧縮応力膜によりチャネル領域に負荷される応力が、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域上の圧縮応力膜によって減殺されるといったことがない。このため、ゲート電極、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域上に圧縮応力膜を備えた従来のnMOSFETに比べて、チャネル領域に大きな応力を負荷することができる。 In the case where the nMOSFET of the present invention has the configuration (1), since the compressive stress film does not exist on the gate sidewall and the source / drain region, the stress applied to the channel region by the compressive stress film on the gate electrode. However, it is not diminished by the compressive stress film on the gate sidewall and the source / drain region. For this reason, compared with the conventional nMOSFET provided with the compressive stress film on the gate electrode, the gate sidewall, and the source / drain region, a large stress can be applied to the channel region.
本発明のnMOSFETが上記(2)の構成をとる場合においては、ゲート電極上に引張応力膜が存在しないため、ゲートサイドウォール、ソース/ドレイン領域上に存在する引張応力膜によりチャネル領域に負荷される応力が、ゲート電極上の引張応力膜によって減殺されるといったことがない。このため、ゲート電極、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域上に引張応力膜を備えた従来のnMOSFETに比べて、チャネル領域に大きな応力を負荷することができる。 When the nMOSFET of the present invention has the configuration (2), since there is no tensile stress film on the gate electrode, the channel region is loaded by the tensile stress film existing on the gate sidewall and the source / drain region. Stress is not diminished by the tensile stress film on the gate electrode. For this reason, compared with the conventional nMOSFET provided with the tensile stress film | membrane on a gate electrode, a gate side wall, and a source / drain area | region, a big stress can be loaded to a channel area | region.
本発明のnMOSFETが上記(3)の構成をとる場合においては、ゲート電極上に存在する圧縮応力膜と、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域のうち少なくとも一方の上に存在する引張応力膜との相乗作用により、チャネル領域により大きな応力を負荷することができる。なお、上記(3)の場合においては、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域のうち少なくとも一方の上方に、引張応力膜に加えて圧縮応力膜が積層されていても良い。 In the case where the nMOSFET of the present invention has the configuration (3), a compressive stress film existing on the gate electrode and a tensile stress film existing on at least one of the gate sidewall and the source / drain region. Due to the synergistic action, a larger stress can be applied to the channel region. In the case of (3) above, a compressive stress film may be laminated in addition to the tensile stress film above at least one of the gate sidewall and the source / drain region.
上記(1)又は(3)の場合においては、nMOSFETのチャネル領域は引っ張られて伸びている。本発明の圧縮応力膜の材料としては、炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物、これらの珪化物(炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物)の水素添加物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物、これらの酸化物(アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物)の窒素添加物などが挙げられる。 In the case of (1) or (3) above, the channel region of the nMOSFET is pulled and extended. Materials for the compressive stress film of the present invention include carbon silicide, oxygen silicide, nitrogen silicide, hydrogenated products of these silicides (carbon silicide, oxygen silicide, nitrogen silicide), aluminum oxide, hafnium. Examples thereof include oxides, tantalum oxides, zirconium oxides, silicon oxides, and nitrogen additives of these oxides (aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, silicon oxide).
上記(2)の場合においては、nMOSFETのチャネル領域は引っ張られて伸びている。本発明の引張応力膜の材料としては、炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物、これらの珪化物(炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物)の水素添加物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物、これらの酸化物(アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物)の窒素添加物などが挙げられる。 In the case of (2) above, the channel region of the nMOSFET is stretched by being pulled. Materials for the tensile stress film of the present invention include carbon silicide, oxygen silicide, nitrogen silicide, hydrogenated products of these silicides (carbon silicide, oxygen silicide, nitrogen silicide), aluminum oxide, hafnium. Examples thereof include oxides, tantalum oxides, zirconium oxides, silicon oxides, and nitrogen additives of these oxides (aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, silicon oxide).
なお、本発明では引張応力膜となるか、又は圧縮応力膜となるかは、成膜方法、成膜条件(例えば、温度、圧力、プラズマパワーなど)や材料組成(例えば、主成分、不純物成分など)等の総合的な条件によって決まる。従って、同一の元素を含有していても、上記条件により引張応力膜としたり、圧縮応力膜とすることができる。 In the present invention, whether it is a tensile stress film or a compressive stress film depends on the film formation method, film formation conditions (for example, temperature, pressure, plasma power, etc.) and material composition (for example, main component, impurity component). Etc.). Therefore, even if the same element is contained, a tensile stress film or a compressive stress film can be obtained depending on the above conditions.
(pMOSFET)
本発明のpMOSFET(pチャネル型MOSFET)は、半導体基板と、半導体基板上に設けられ金属シリサイドから構成されるゲート電極と、半導体基板とゲート電極間に設けられたゲート絶縁膜とを有する。また、このゲート電極及びゲート絶縁膜の両側面にゲートサイドウォールと、半導体基板内のゲート電極を挟んだ両側に設けられたソース/ドレイン領域とを有する。(PMOSFET)
The pMOSFET (p-channel MOSFET) of the present invention includes a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the semiconductor substrate and made of metal silicide, and a gate insulating film provided between the semiconductor substrate and the gate electrode. In addition, gate sidewalls are provided on both side surfaces of the gate electrode and the gate insulating film, and source / drain regions are provided on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate.
このpMOSFETは、下記(A)、(B)又は(C)のように構成されている。
(A)ゲート電極上のみに引張応力膜を有し、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域上には引張応力膜が形成されていない。
(B)ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域のうち少なくとも一方の上にのみ圧縮応力膜を有し、ゲート電極上には圧縮応力膜が形成されていない。
(C)ゲート電極上に引張応力膜と、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域のうち少なくとも一方の上に圧縮応力膜とを有する。This pMOSFET is configured as shown in (A), (B), or (C) below.
(A) A tensile stress film is provided only on the gate electrode, and no tensile stress film is formed on the gate sidewall and the source / drain regions.
(B) A compressive stress film is provided only on at least one of the gate sidewall and the source / drain region, and no compressive stress film is formed on the gate electrode.
(C) A tensile stress film is formed on the gate electrode, and a compressive stress film is formed on at least one of the gate sidewall and the source / drain region.
すなわち、本発明のpMOSFETとしては、上記(A)の構成をとる場合、上記(B)の構成をとる場合、上記(C)の構成をとる場合の3つの実施態様があり、本発明のpMOSFETは上記(A)〜(C)の構成の中の何れか一つの構成を有する。 That is, the pMOSFET of the present invention has three embodiments in the case of adopting the configuration (A), the configuration (B), and the configuration (C). Has one of the configurations (A) to (C).
本発明のpMOSFETが上記(A)の構成をとる場合においては、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域上に引張応力膜が存在しないため、ゲート電極上の引張応力膜によりチャネル領域に負荷される応力が、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域上の引張応力膜によって減殺されるといったことがない。このため、ゲート電極、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域上に引張応力膜を備えた従来のpMOSFETに比べて、チャネル領域に大きな応力を負荷することができる。 In the case where the pMOSFET of the present invention has the configuration (A) described above, there is no tensile stress film on the gate sidewall and the source / drain region, so the stress applied to the channel region by the tensile stress film on the gate electrode. Is not diminished by the tensile stress film on the gate sidewalls and the source / drain regions. For this reason, compared with the conventional pMOSFET provided with the tensile stress film | membrane on a gate electrode, a gate side wall, and a source / drain area | region, a big stress can be loaded to a channel area | region.
本発明のpMOSFETが上記(B)の構成をとる場合においては、ゲート電極上に圧縮応力膜が存在しないため、ゲートサイドウォール、ソース/ドレイン領域上に存在する圧縮応力膜によりチャネル領域に負荷される応力が、ゲート電極上の圧縮応力膜によって減殺されるといったことがない。このため、ゲート電極、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域上に圧縮応力膜を備えた従来のpMOSFETに比べて、チャネル領域に大きな応力を負荷することができる。 In the case where the pMOSFET of the present invention has the configuration (B), since there is no compressive stress film on the gate electrode, the channel region is loaded by the compressive stress film existing on the gate sidewall and source / drain regions. The stress is not reduced by the compressive stress film on the gate electrode. For this reason, compared with the conventional pMOSFET provided with the compressive stress film on the gate electrode, the gate sidewall, and the source / drain region, a larger stress can be applied to the channel region.
本発明のpMOSFETが上記(C)の構成をとる場合においては、ゲート電極上に存在する引張応力膜と、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域のうち少なくとも一方の上に存在する圧縮応力膜との相乗作用により、チャネル領域により大きな応力を負荷することができる。なお、上記(C)の場合においては、ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域の少なくとも一方の上方に、圧縮応力膜に加えて引張応力膜が積層されていても良い。 When the pMOSFET of the present invention has the configuration (C), a tensile stress film existing on the gate electrode and a compressive stress film existing on at least one of the gate sidewall and the source / drain region Due to the synergistic action, a larger stress can be applied to the channel region. In the case of (C) above, a tensile stress film may be laminated in addition to the compressive stress film above at least one of the gate sidewall and the source / drain region.
上記(A)又は(C)の場合においては、pMOSFETのチャネル領域は圧縮されて縮んでいる。本発明の引張応力膜の材料としては、炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物、これらの珪化物(炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物)の水素添加物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物、これらの酸化物(アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物)の窒素添加物などが挙げられる。 In the case of (A) or (C) above, the channel region of the pMOSFET is compressed and contracted. Materials for the tensile stress film of the present invention include carbon silicide, oxygen silicide, nitrogen silicide, hydrogenated products of these silicides (carbon silicide, oxygen silicide, nitrogen silicide), aluminum oxide, hafnium. Examples thereof include oxides, tantalum oxides, zirconium oxides, silicon oxides, and nitrogen additives of these oxides (aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, silicon oxide).
上記(B)の場合においては、pMOSFETのチャネル領域は圧縮されて縮んでいる。本発明の圧縮応力膜の材料としては、炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物、これらの珪化物(炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物)の水素添加物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物、これらの酸化物(アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物)の窒素添加物などが挙げられる。 In the case of (B) above, the channel region of the pMOSFET is compressed and contracted. Materials for the compressive stress film of the present invention include carbon silicide, oxygen silicide, nitrogen silicide, hydrogenated products of these silicides (carbon silicide, oxygen silicide, nitrogen silicide), aluminum oxide, hafnium. Examples thereof include oxides, tantalum oxides, zirconium oxides, silicon oxides, and nitrogen additives of these oxides (aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, silicon oxide).
なお、本発明では引張応力膜となるか、又は圧縮応力膜となるかは、成膜方法、成膜条件(例えば、温度、圧力、プラズマパワーなど)や材料組成(例えば、主成分、不純物成分など)等の総合的な条件によって決まる。従って、同一の元素を含有していても、上記条件により引張応力膜としたり、圧縮応力膜とすることができる。 In the present invention, whether it is a tensile stress film or a compressive stress film depends on the film formation method, film formation conditions (for example, temperature, pressure, plasma power, etc.) and material composition (for example, main component, impurity component). Etc.). Therefore, even if the same element is contained, a tensile stress film or a compressive stress film can be obtained depending on the above conditions.
また、本発明の半導体装置は、nMOSFETとpMOSFETを備えていても良い。この場合、nMOSFETは上記(1)〜(3)の何れの構成であっても良く、pMOSFETは上記(A)〜(C)の何れの構成であっても良い。この半導体装置において、nMOSFETとpMOSFETは別々に作動しても、nMOSFETとpMOSFETからCMOSFETが構成されていても良い。 The semiconductor device of the present invention may include an nMOSFET and a pMOSFET. In this case, the nMOSFET may have any of the above configurations (1) to (3), and the pMOSFET may have any of the above configurations (A) to (C). In this semiconductor device, the nMOSFET and the pMOSFET may operate separately, or the nMOSFET and the pMOSFET may constitute a CMOSFET.
本発明のnMOSFET、pMOSFETのゲート電極を構成するシリサイドとしては、Ni,Cr,Cu,Ir,Rh,Ti,Zr,Hf,V,Ta,Nb,Mo及びWからなる群から選択された少なくとも一種の元素のシリサイドを用いることができる。具体的なシリサイドとしては例えば、NiSi,Ni2Si,Ni3Si,NiSi2,WSi2,TiSi2,VSi2,CrSi2,ZrSi2,NbSi2,MoSi2,TaSi2,CoSi,CoSi2,PtSi,Pt2Si,Pd2Siなどを挙げることができる。また、このシリサイド中には、不純物などの微量成分を含んでいても良い。The silicide constituting the gate electrode of the nMOSFET or pMOSFET of the present invention is at least one selected from the group consisting of Ni, Cr, Cu, Ir, Rh, Ti, Zr, Hf, V, Ta, Nb, Mo and W. The silicide of these elements can be used. Specific examples of the silicide include NiSi, Ni 2 Si, Ni 3 Si, NiSi 2 , WSi 2 , TiSi 2 , VSi 2 , CrSi 2 , ZrSi 2 , NbSi 2 , MoSi 2 , TaSi 2 , CoSi, CoSi 2 , PtSi,
本発明のnMOSFET、pMOSFETのゲート絶縁膜としては例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、金属酸化物、金属シリケート、金属酸化物もしくは金属シリケートに窒素が導入された高誘電率絶縁膜などを用いることができる。なお、「高誘電率絶縁膜」とは半導体装置においてゲート絶縁膜として広く利用されているSiO2よりも比誘電率(SiO2の場合は約3.6)が大きな絶縁膜のことを表す。典型的には、高誘電率絶縁膜の比誘電率としては数十〜数千のものを挙げることができる。高誘電率絶縁膜としては例えば、HfSiO,HfSiON,HfZrSiO,HfZrSiON,ZrSiO,ZrSiON,HfAlO,HfAlON,HfZrAlO,HfZrAlON,ZrAlO,ZrAlONなどを用いることができる。As the gate insulating film of the nMOSFET or pMOSFET of the present invention, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a metal oxide, a metal silicate, a metal oxide, or a high dielectric constant insulating film in which nitrogen is introduced into a metal silicate is used. Can do. The “high dielectric constant insulating film” refers to an insulating film having a relative dielectric constant (about 3.6 in the case of SiO 2 ) larger than that of SiO 2 widely used as a gate insulating film in a semiconductor device. Typically, the dielectric constant of the high dielectric constant insulating film can be several tens to thousands. As the high dielectric constant insulating film, for example, HfSiO, HfSiON, HfZrSiO, HfZrSiON, ZrSiO, ZrSiON, HfAlO, HfAlON, HfZrAlO, HfZrAlON, ZrAlO, ZrAlON, or the like can be used.
次に、本発明の実施例および参考例について図面を参照して詳細に説明する。なお、第1〜第5参考例はnMOSFETを有する半導体装置、第6、8〜10実施例および第6参考例はpMOSFETを有する半導体装置、第11、13〜15実施例および第7参考例はnMOSFETとpMOSFETを備えたCMOSFETを有する半導体装置について説明するものである。 Next, examples and reference examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The first to fifth reference examples are semiconductor devices having nMOSFETs, the sixth, eighth to tenth embodiments and sixth reference examples are semiconductor devices having pMOSFETs, the eleventh , thirteenth to fifteenth embodiments and the seventh reference example are A semiconductor device having a CMOSFET provided with an nMOSFET and a pMOSFET will be described.
(第1参考例)
図2は、第1参考例のnMOSFETを備えた半導体装置を示す断面図である。このnMOSFETは、シリコン基板1の素子分離領域2により分離された領域上に、ゲート絶縁膜3を介して形成されたゲート電極14を有し、このゲート電極14は金属シリサイド層から構成されている。また、ゲート電極14の両サイドにはゲートサイドウォール9が形成されており、基板1のゲート電極14を挟んだ両側の表面領域内にはソース・ドレイン領域を構成するn型不純物層10が形成されている。このn型不純物層10上にはシリサイド層12が形成されており、これらの構成要素からnチャネル型電界効果トランジスタが構成されている。更に、本参考例では、ゲートサイドウォール9とゲート電極14上部からなる凹部に圧縮応力を有する圧縮応力膜15が形成されている。この構成は、上記「nMOSFET」に記載の(1)の構成に相当する。また、シリコン基板1上は全面的に層間絶縁膜13、31により被覆されている。
(First Reference Example)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a semiconductor device including the nMOSFET of the first reference example. This nMOSFET has a
次に、本参考例における効果について説明する。図3は、図2のゲート電極上部の膜15が圧縮応力を有する場合(本参考例)と引張応力を有する場合(従来技術)で、チャネル領域に加わる応力を比較した計算結果である。なお、この計算に用いた図2のトランジスタのゲート長は30nmであり、その他の部分の寸法は45nm世代のトランジスタに典型的なものとした。また、応力計算には有限要素法を用いた構造解析ツール(ソフト名:ANSYS)を用いた。
Next, the effect in this reference example will be described. FIG. 3 shows calculation results comparing the stress applied to the channel region when the
なお、図3おいて、縦軸のチャネル応力はチャネル領域に負荷される応力を表しており、無応力の場合をゼロ、引張応力の場合を正、圧縮応力の場合を負で表してある。図3より、本参考例ではゲート電極上に圧縮応力膜を有することによりチャネル領域が引っ張られ、従来技術よりも本参考例の方がチャネル領域に強い引張応力がかかっていることが分かる。これにより、チャネル領域が引張方向に大きく歪み、nMOSFETのチャネル領域における電子移動度を大きく向上させることができる。 In FIG. 3, the channel stress on the vertical axis represents the stress applied to the channel region, with zero when no stress, positive when tensile stress, and negative when compressive stress. As can be seen from FIG. 3, in this reference example, the channel region is pulled by having the compressive stress film on the gate electrode, and in this reference example, a stronger tensile stress is applied to the channel region than in the prior art. Thereby, the channel region is greatly strained in the tensile direction, and the electron mobility in the channel region of the nMOSFET can be greatly improved.
なお、本参考例における実試料での効果は、例えば、特開2000−9664号公報に記載されているように、収束電子回折法を用いて確認することが可能である。この方法は、収束した電子をゲート絶縁膜直下のSi基板に照射し得られた回折図形からSi結晶格子の歪み量と応力を求めるもので、約10nmの空間分解能で特定部位の歪みを測定することができる。本参考例における試料と、そのゲート電極上部の圧縮応力膜15を除去した試料の、収束電子回折法により測定したSi結晶格子の歪み量を比較することで、本参考例における実試料での効果を確認することができる。
The effect of the actual sample in this reference example can be confirmed by using a convergent electron diffraction method as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-9664. This method obtains the strain and stress of the Si crystal lattice from the diffraction pattern obtained by irradiating the focused electrons onto the Si substrate directly under the gate insulating film, and measures the strain at a specific site with a spatial resolution of about 10 nm. be able to. By comparing the strain amount of the Si crystal lattice measured by the focused electron diffraction method between the sample in this reference example and the sample from which the
また、図4(a)〜(k)は、第1参考例のnMOSFETの製造工程を示した断面図である。まず、シリコン基板1の表面領域にSTI(Shallow Trench Isolation)技術を用いて素子分離領域2を形成した。続いて、素子分離されたシリコン基板の表面上にゲート絶縁膜3を形成した。このゲート絶縁膜3としては、例えば、窒素、ハフニウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、タンタルなどを含有する高誘電率絶縁膜、酸化珪素膜、又はこれらの積層構造とすることができる。
4A to 4K are cross-sectional views showing the manufacturing process of the nMOSFET of the first reference example. First, the
次に、図4(a)に示すようにゲート絶縁膜上に厚さ80nmのpoly−Si膜4を形成した。このpoly−Si膜4には必要に応じn型不純物元素をイオン注入してもよい。この後、図4(b)に示すように厚さ10nmのシリコン酸化膜5、厚さ100nmのpoly−Si膜6及び厚さ50nmのシリコン酸化膜7からなる積層膜を形成した。
Next, as shown in FIG. 4A, a poly-
この積層膜を、図4(c)に示すように、リソグラフィー技術およびRIE(Reactive Ion Etching)技術を用いてゲート電極及びゲート絶縁膜等の形状に加工した。引き続いてイオン注入を行い、ゲート電極をマスクとしてエクステンション拡散層領域8を自己整合的に形成した。
As shown in FIG. 4C, the laminated film was processed into shapes such as a gate electrode and a gate insulating film using a lithography technique and an RIE (Reactive Ion Etching) technique. Subsequently, ion implantation was performed, and the extension
さらに、図4(d)に示すように、全面にシリコン窒化膜とシリコン酸化膜を順次堆積した。この後、エッチバックすることによってゲート電極の互いに対向する両側面にゲートサイドウォール9を形成した。この状態で再度、イオン注入を行い、活性化アニールを経てn型不純物拡散層(ソース/ドレイン領域)10を形成した。 Further, as shown in FIG. 4D, a silicon nitride film and a silicon oxide film were sequentially deposited on the entire surface. Then, gate sidewalls 9 were formed on both side surfaces of the gate electrode facing each other by etching back. In this state, ion implantation was performed again, and an n-type impurity diffusion layer (source / drain region) 10 was formed through activation annealing.
次に、図4(e)に示すように、スパッタにより金属膜11を全面に堆積し、サリサイド技術によりゲート電極、ゲート側壁膜、及びSTIをマスクとして、ソース/ドレイン領域上のみに厚さ約40nmのシリサイド層12を形成した(図4(f))。本参考例では、このシリサイド層12はコンタクト抵抗を最も低くすることができるNiモノシリサイド(NiSi)とした。なお、シリサイド層には、Niシリサイドの代わりにCoシリサイドやTiシリサイドを用いても良い。
Next, as shown in FIG. 4 (e), a
さらに、図4(g)に示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって全面にシリコン酸化膜の層間絶縁膜13を形成した。次に、図4(h)に示すように、この層間絶縁膜13をCMP技術によって平坦化し、さらに、層間絶縁膜のエッチバックを行うことでゲート電極材料となるpoly−Si4を露出させた。
Further, as shown in FIG. 4G, an
次に、図4(i)に示すように、poly−Si4をシリサイド化させるため、全面にNi膜(図示していない)を堆積した。この後、熱処理を行うことによりpoly−SiとNiを十分に反応させてシリサイド化させた。次に、熱処理においてシリサイド化反応をしなかった余剰のNi膜をウェットエッチング除去することによって、Niフルシリサイド電極14を形成した。
Next, as shown in FIG. 4I, a Ni film (not shown) was deposited on the entire surface in order to silicide poly-Si4. Thereafter, heat treatment was performed to sufficiently react poly-Si and Ni to form a silicide. Next, the Ni
次に、図4(j)に示すように、圧縮応力膜15をゲートサイドウォール9とNiフルシリサイド電極14とで形成される凹部および層間絶縁膜13上に堆積させた。なお、本参考例では、圧縮応力膜15は圧縮応力を有する絶縁膜で、主として、プラズマ化学気相成長法によって成膜された窒化珪素膜である。この圧縮応力膜15の材料としては、炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物、これらの珪化物(炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物)の水素添加物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物、これらの酸化物(アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物)の窒素添加物などが挙げられる。これらの材料を用いることにより、圧縮応力膜はより大きな圧縮応力を有することができる。
Next, as shown in FIG. 4J, the
次に、図4(k)に示すように、層間絶縁膜13上の圧縮応力膜15をCMP技術によって除去する。このようにゲート電極14上部以外の圧縮応力膜15を除去可能な理由は、ゲート電極14と圧縮応力膜15との境界面51がゲートサイドウォール9の最上部(半導体基板を基準にして最も高い部分)52よりも低いためである。最後に、全面に層間絶縁膜31を積層することによって図2に示す構造を得ることができる。この後、コンタクト孔を開口し、コンタクトプラグを形成した後、その上に必要な配線を形成した。
Next, as shown in FIG. 4K, the
(第2参考例)
図5は、第2参考例によるnMOSFETを備えた半導体装置の構成を示す断面図である。この参考例においては、第1参考例とは異なり、ソース/ドレイン領域上に形成されたシリサイド層12上やサイドウォール9上に、チャネル領域に引張歪みを与えるための、引っ張り応力を有する引張応力膜16が存在し、ゲート電極14上には引張応力膜16が存在しない。すなわち、本参考例の半導体装置の構成は、上記「nMOSFET」に記載の(2)の構成に相当する。第2参考例のnMOSFETでは、ゲート電極14上に引張応力膜16が存在する場合に比べてチャネル領域に圧縮歪みが印加されない。従って、チャネル領域を大きく歪ませることが可能で、nMOSFETのチャネル領域における電子移動度を向上させることができる。
(Second reference example)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an nMOSFET according to the second reference example. In this reference example, unlike the first reference example, a tensile stress having a tensile stress for applying a tensile strain to the channel region on the
図6(a)〜(d)は第2参考例のnMOSFETの製造工程を示した断面図である。なお、ソース/ドレイン拡散層の形成工程までは第1参考例と同様の工程(図4(a)〜(f))であるので説明を省略し、次工程(図6(a))から説明する。 6A to 6D are cross-sectional views showing the manufacturing process of the nMOSFET of the second reference example. Since the steps up to the formation of the source / drain diffusion layers are the same as those in the first reference example (FIGS. 4A to 4F), the description thereof will be omitted, and the description will be given from the next step (FIG. 6A). To do.
図6(a)に示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって全面に引張応力を有する引張応力膜16を形成した。この引張応力膜16は主として、プラズマ化学気相成長法によって成膜された窒化珪素膜である。
As shown in FIG. 6A, a
さらに、この後、図6(b)に示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によってシリコン酸化膜の層間絶縁膜13を形成した。この層間絶縁膜13をCMP技術によって図6(c)に示すように平坦化し、さらに、層間絶縁膜のエッチバックを行うことでゲート電極となるpoly−Si4を露出させた。
Thereafter, as shown in FIG. 6B, a silicon oxide
次に、図6(d)に示すように、全面にNi膜(図示していない)を堆積させた。この後、熱処理によりpoly−SiとNiを十分に反応させてシリサイド化を行った。この後、熱処理においてシリサイド化反応を行わなかった余剰のNi膜をウェットエッチング除去することによって、Niフルシリサイド電極14を形成した。最後に、層間絶縁膜31を積層することによって、図5に示す構造を得ることができた。この後、コンタクト孔を開口し、コンタクトプラグを形成した後、その上に必要な配線を形成した。
Next, as shown in FIG. 6D, a Ni film (not shown) was deposited on the entire surface. Then, silicidation was performed by sufficiently reacting poly-Si and Ni by heat treatment. Thereafter, the Ni
(第3参考例)
図7は、第3参考例を示す断面図である。本参考例は、第2参考例の1変更例となっており、第2参考例ではゲート電極14上部及び層間絶縁膜13上に存在しなかった圧縮応力を有する圧縮応力膜15がこれらの部位上に追加されている点が第2参考例と異なる。すなわち、本参考例の半導体装置の構成は、上記「nMOSFET」に記載の(3)の構成に相当する。本参考例では、ゲート電極14上に圧縮応力を有する圧縮応力膜15が存在する。また、ゲート電極14と圧縮応力膜15との境界面51がゲートサイドウォール9の最上部52よりも低いため、圧縮応力膜15により最終的にチャネル領域に印加される応力の向きは基板を引き伸ばす引張方向となる。従って、第2参考例に比べて更にチャネル領域を大きく歪ませることが可能となり、nMOSFETのチャネル領域における電子移動度を更に向上させることができる。
(Third reference example)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a third reference example. This reference example, has a 1 change of the second reference example, site
図8は、第3参考例のnMOSFETの製造工程を示した断面図である。フルシリサイドゲート電極14の形成工程までは第2参考例と同様の工程(図4(a)〜(f)、図6(a)〜(d))であるので説明を省略し、次工程(図8)から説明する。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nMOSFET of the third reference example. The process up to the formation process of the full
図8に示すように、ゲートサイドウォール9とフルシリサイド電極14とで形成される凹部及び層間絶縁膜13上に、圧縮応力膜15を堆積した。圧縮応力膜15は圧縮応力を有する絶縁膜で、主として、プラズマ化学気相成長法によって成膜された窒化珪素膜である。最後に、層間絶縁膜31を積層することにより図7に示す構造を得ることができた。この後、コンタクト孔を開口し、コンタクトプラグを形成した後、その上に必要な配線を形成した。
As shown in FIG. 8, a
(第4参考例)
図9は、第4参考例を示す断面図である。本参考例は、第3参考例の1変更例となっている。すなわち、本参考例の半導体装置の構成は、上記「nMOSFET」に記載の(3)の構成に相当する。本参考例と第3参考例の相違点は、圧縮応力膜15のゲート電極14直上以外の部分が除去されている点である。第3参考例では、ゲート電極14直上以外の部分に存在する圧縮応力膜15はチャネル領域に圧縮歪みを与え、場合によっては引張応力膜16の効果を減殺する可能性がある。これに対して、本参考例ではゲート電極14直上以外の圧縮応力膜15は除去されているため、チャネル領域に圧縮歪みが加わらない。したがって、第3参考例に比べて本参考例のほうがチャネル領域を大きく歪ませることが可能となり、nMOSFETのチャネル領域における電子移動度をより向上させることができる。
(4th reference example)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a fourth reference example. This reference example is one modification of the third reference example. That is, the configuration of the semiconductor device of this reference example corresponds to the configuration (3) described in the above “nMOSFET”. The difference between the present reference example and the third reference example is that portions other than the portion immediately above the
図10は、第4参考例のnMOSFETの製造工程を示した断面図である。圧縮応力膜15の形成工程までは第3参考例と同様の工程(図4(a)〜(f)、図6(a)〜(d)、図8)であるので説明を省略し、次工程(図10)から説明する。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nMOSFET of the fourth reference example. The process up to the formation of the
図10に示すように、層間絶縁膜13上の圧縮応力膜15をCMP技術によって除去した。このようにゲート電極14上部以外の圧縮応力膜15を除去可能な理由は、ゲート電極14と圧縮応力膜15との境界面51がゲートサイドウォール9の最上部52よりも低いためである。最後に、全面に層間絶縁膜31を積層することにより図9に示す構造を得ることができた。この後、コンタクト孔を開口し、コンタクトプラグを形成した後、その上に必要な配線を形成した。
As shown in FIG. 10, the
(第5参考例)
図11は、第5参考例を示す断面図である。本参考例は、第3参考例の1変更例となっている。本参考例と第3参考例との相違点は、層間絶縁膜13上に存在する膜が応力緩和膜15aとされており、応力を有していない点である。すなわち、本参考例の半導体装置の構成は、上記「nMOSFET」に記載の(3)の構成に相当する。なお、この応力緩和膜15aは内部に応力を有さない点で、層間絶縁膜など他の応力を有さない膜と同等のものである。この応力緩和膜15aの存在は、後述するように特開2000−9664号公報に記載の方法によって確認することができる。
(5th reference example)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a fifth reference example. This reference example is one modification of the third reference example. The difference between the present reference example and the third reference example is that the film existing on the
第3参考例では、ゲート電極14の直上以外の部分に存在する圧縮応力を有する(層間絶縁膜13上に存在する)圧縮応力膜15はチャネル領域に圧縮歪みを与えることとなる。これに対して、本参考例ではゲート電極14直上以外の部分(ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域上の部分)には、引張応力膜16と応力緩和膜15aしか存在しないためチャネル領域に圧縮歪みが加わらない。したがって、第3参考例に比べて本参考例のほうがチャネル領域を大きく歪ませることが可能となり、nMOSFETのチャネル領域における電子移動度をより向上させることができる。
In the third reference example, the
図12は、第5参考例のnMOSFETの製造工程を示した断面図である。圧縮応力膜15の形成工程までは第3参考例と同様の工程(図4(a)〜(f)、図6(a)〜(d)、図8)であるので説明を省略し、次工程(図12)から説明する。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the nMOSFET of the fifth reference example. The process up to the formation of the
図12に示すように、圧縮応力膜を形成した後、シリコン、ゲルマニウム、アルゴン又はキセノンなどのイオンを用いて圧縮応力膜にイオン注入Iimを行った。ここで、イオン注入の注入エネルギーを、イオンの到達深さが層間絶縁膜13上の圧縮応力膜15の厚み程度となるように(ゲートサイドウォールで挟まれた部分にまでイオンが到達しないように)調節した。また、イオン注入量を圧縮応力膜15の応力が十分に緩和する程度までとなるように調節した。
As shown in FIG. 12, after forming the compressive stress film, ion implantation Iim was performed on the compressive stress film using ions such as silicon, germanium, argon, or xenon. Here, the implantation energy of the ion implantation is set so that the ion arrival depth is about the thickness of the
このようにイオン注入条件を調節することによって、ゲートサイドウォールで挟まれた部分に圧縮応力膜15b、また、この圧縮応力膜の上に応力緩和膜15aを形成することができる。なお、ゲート電極14上の圧縮応力膜15bは、ゲートサイドウォール9とフルシリサイド電極14とで形成される凹部に形成されているため、層間絶縁膜13上に比べて膜厚が厚くなっている。従って、本参考例のようにイオン注入条件を設定すれば、ゲート電極14上のゲートサイドウォール9で挟まれた部分の圧縮応力膜15bの圧縮応力を緩和させずに、層間絶縁膜13上に存在する膜15aのみ応力緩和を行うことが可能である。
By adjusting the ion implantation conditions in this manner, the
なお、本参考例における応力緩和膜15aの存在及びその効果は例えば、特開2000−9664号公報に記載の収束電子回折法を用いることにより確認することが可能である。すなわち、本参考例の試料と、膜15aに相当する部分の応力緩和を行なっていない試料とを、収束電子回折法により測定する。そして、Si結晶格子の歪み量を比較することで、本参考例における実試料での効果を確認することができる。
The existence and effect of the
最後に、全面に層間絶縁膜31を積層することによって、図11に示す構造を得ることができた。この後、コンタクト孔を開口し、コンタクトプラグを形成した後、その上に必要な配線を形成した。
Finally, the structure shown in FIG. 11 could be obtained by laminating the
(第6実施例)
図13は、第6実施例によるpMOSFETの構成を示す断面図である。このpMOSFETでは、シリコン基板1の素子分離領域2により分離された領域上には、ゲート絶縁膜3を介して形成されたゲート電極14を有し、このゲート電極14は金属シリサイド層から構成されている。また、ゲート電極14の両サイドにはゲートサイドウォール9が形成されており、基板1のゲート電極14を挟んだ両側の表面領域内にはソース・ドレイン領域を構成するp型不純物層17が形成されている。このp型不純物層17上にはシリサイド層12が形成されており、これらの構成要素からpチャネル型電界効果トランジスタが構成されている。更に、本実施例では、ゲート電極14上部に引張応力を有する引張応力膜18が形成されている。すなわち、本実施例の半導体装置の構成は、上記「pMOSFET」に記載の(A)の構成に相当する。また、シリコン基板1上は全面的に層間絶縁膜13、31により被覆されている。(Sixth embodiment)
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of the pMOSFET according to the sixth embodiment. This pMOSFET has a
この引張応力膜18の材料としては、炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物、これらの珪化物(炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物)の水素添加物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物、これらの酸化物(アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物)の窒素添加物などが挙げられる。これらの材料を用いることにより、引張応力膜は大きな引張応力を有することができる。
Materials for the
次に、本実施例における効果について、以下に説明する。第6実施例は、第1参考例と引張応力膜18の応力の向きが逆なだけであり、効果の大きさ・程度は第1参考例と同じとなっている。すなわち、引張応力を有する引張応力膜18がチャネル領域に圧縮歪みを与えるため、pMOSFETのチャネル領域におけるホール移動度が大きく向上する。なお、本実施例における実試料での効果は、第1参考例と同様に、例えば、特開2000−9664号公報に記載の方法によって確認することができる。
Next, effects of the present embodiment will be described below. The sixth embodiment, the orientation of the stress of the first reference example and the
次に、第6実施例のpMOSFETを備えた半導体装置の製造方法について説明する。本実施例の製造方法は、第1参考例とMOSFETの極性が異なるだけであるため、詳細な製造手順は省略する。なお、引張応力膜18は引張応力を有する絶縁膜で、主として、熱化学気相成長法または原子層堆積法によって成膜された窒化珪素膜である。この引張応力膜18の材料としては、第2参考例において、引張応力膜16を形成するのに採用可能であるとして挙げられたものを適宜、用いることができる。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device including the pMOSFET of the sixth embodiment will be described. Since the manufacturing method of the present embodiment is different from the first reference example only in the polarity of the MOSFET, a detailed manufacturing procedure is omitted. The
(第6参考例)
図14は、第6参考例によるpMOSFETの構成を示す断面図である。この参考例においては第6実施例とは異なり、ソース/ドレイン領域上に形成されたシリサイド層12上やゲートサイドウォール9上に、チャネル領域に圧縮歪みを与えるための圧縮応力膜19が存在し、ゲート電極14上には圧縮応力膜19が存在しない。すなわち、本参考例の半導体装置の構成は、上記「pMOSFET」に記載の(B)の構成に相当する。
(Sixth reference example)
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of a pMOSFET according to a sixth reference example. In this reference example, unlike the sixth embodiment, there is a
本参考例では、ゲート電極14上に圧縮応力膜19が存在する場合に比べて、チャネル領域に引張歪みが印加されない。従って、チャネル領域を大きく歪ませることが可能となり、pMOSFETのチャネル領域における正孔移動度を向上させることができる。
In this reference example, a tensile strain is not applied to the channel region as compared with the case where the
次に、第6参考例のpMOSFETを備えた半導体装置の製造方法について説明する。本参考例は、第2参考例とMOSFETの極性が異なるだけであるため、詳細な製造手順は省略する。第6参考例では、圧縮応力膜19は圧縮応力を有する絶縁膜で、主として、熱化学気相成長法または原子層堆積法によって成膜された窒化珪素膜である。圧縮応力膜19の材料としては、第1参考例において、圧縮応力膜15を形成するのに採用可能であるとして挙げられたものを適宜、用いることができる。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device including the pMOSFET of the sixth reference example will be described. Since this reference example differs from the second reference example only in the polarity of the MOSFET, a detailed manufacturing procedure is omitted. In the sixth reference example, the
(第8実施例)
図15は、第8実施例を示す断面図である。本実施例は、第6参考例の1変更例となっている。本実施例では、ゲート電極14上及び層間絶縁膜13上に、第6参考例では存在しなかった引張応力を有する引張応力膜18が追加されている。すなわち、本実施例の半導体装置の構成は、上記「pMOSFET」に記載の(C)の構成に相当する。
(Eighth embodiment)
FIG. 15 is a sectional view showing an eighth embodiment. This embodiment is a modification of the sixth reference example. In this embodiment, a
本実施例では、ゲート電極14上に引張応力を有する引張応力膜18が存在するため、第6参考例に比べてチャネル領域を大きく歪ませることが可能となる。この結果、pMOSFETのチャネル領域における正孔移動度をより向上させることができる。
In this embodiment, since the
次に、第8実施例のpMOSFETを備えた半導体装置の製造方法について説明する。本実施例は、第3参考例とMOSFETの極性が異なるだけであるため、詳細な製造手順は省略する。なお、引張応力膜18は引張応力を有する絶縁膜で、主として、熱化学気相成長法または原子層堆積法によって成膜された窒化珪素膜である。引張応力膜18の材料としては、第2参考例において、引張応力膜16を形成するのに採用可能であるとして挙げられたものを適宜、用いることができる。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device including the pMOSFET of the eighth embodiment will be described. Since the present embodiment differs from the third reference example only in the polarity of the MOSFET, a detailed manufacturing procedure is omitted. The
(第9実施例)
図16は、第9実施例を示す断面図である。本実施例は、第8実施例の1変更例となっている。すなわち、本実施例の半導体装置の構成は、上記「pMOSFET」に記載の(C)の構成に相当する。本実施例と第8実施例との相違点は、引張応力膜18のゲート電極14直上以外の部分が除去されている点である。実施例8では、ゲート電極14直上以外の部分に存在する引張応力を有する引張応力膜18はチャネル領域に引張歪みを与え、場合によっては圧縮応力膜19の効果を減殺する可能性がある。これに対して本実施例ではゲート電極14直上以外の引張応力膜18は除去されているため、チャネル領域に引張歪みが加わらない。したがって、第8実施例に比べて本実施例のほうがチャネル領域を大きく歪ませることが可能となり、pMOSFETのチャネル領域における正孔移動度を更に向上させることができる。(Ninth embodiment)
FIG. 16 is a sectional view showing a ninth embodiment. This embodiment is a modification of the eighth embodiment. That is, the configuration of the semiconductor device of this example corresponds to the configuration of (C) described in the above “pMOSFET”. The difference between this embodiment and the eighth embodiment is that the portions other than the portion directly above the
次に、第9実施例のpMOSFETを備えた半導体装置の製造方法について説明する。本実施例は、第4参考例とMOSFETの極性が異なるだけなので、詳細な製造手順は省略する。引張応力膜18は引張応力を有する絶縁膜で、主として、熱化学気相成長法または原子層堆積法によって成膜された窒化珪素膜である。引張応力膜18の材料としては、第2参考例において、引張応力膜16を形成するのに採用可能であるとして挙げられたものを適宜、用いることができる。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device including the pMOSFET of the ninth embodiment will be described. Since this embodiment is different from the fourth reference example only in the polarity of the MOSFET, a detailed manufacturing procedure is omitted. The
(第10実施例)
図17は、第10実施例を示す断面図である。本実施例は、第8実施例の1変更例となっている。本実施例と第8実施例との相違点は、層間絶縁膜13上に存在する膜が応力緩和膜18aとされており、応力を有していない点である。すなわち、本実施例の半導体装置の構成は、上記「pMOSFET」に記載の(C)の構成に相当する。(Tenth embodiment)
FIG. 17 is a sectional view showing the tenth embodiment. This embodiment is a modification of the eighth embodiment. The difference between this embodiment and the eighth embodiment is that the film existing on the
第8実施例では、ゲート電極14の直上以外の部分に存在する引張応力を有する引張応力膜18はチャネル領域に引張歪みを与えることとなっている。これに対して、本実施例ではゲート電極14直上以外の部分(ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域上の部分)には、圧縮応力膜19と応力緩和膜18aしか存在しない。このため、チャネル領域に引張歪みが加わらない。したがって、第8実施例に比べて本実施例のほうがチャネル領域を大きく歪ませることが可能となり、pMOSFETのチャネル領域におけるホール移動度をより向上させることができる。
In the eighth embodiment, the
次に、第10実施例のpMOSFETを備えた半導体装置の製造方法について説明する。本実施例は第5参考例とMOSFETの極性が異なるだけであるため、詳細な製造手順は省略する。なお、引張応力膜18bは引張応力を有する絶縁膜で、主として、熱化学気相成長法または原子層堆積法によって成膜された窒化珪素膜である。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device including the pMOSFET of the tenth embodiment will be described. Since this embodiment differs from the fifth reference example only in the polarity of the MOSFET, a detailed manufacturing procedure is omitted. The
(第11実施例)
図18は、第11実施例による、nMOSFETとpMOSFETを備えたCMOSFETの構成を示す断面図である。図18に示すように、このnMOSFETは、シリコン基板1の素子分離領域2により分離された領域上に、ゲート絶縁膜3を介して形成されたゲート電極14を有し、このゲート電極14は金属シリサイド層から構成されている。また、ゲート電極14の両サイドにはゲートサイドウォール9が形成されており、基板1のゲート電極14を挟んだ両側の表面領域内にはソース・ドレイン領域を構成するn型不純物層10が形成されている。このn型不純物層10上にはシリサイド層12が形成されており、これらの構成要素からnチャネル型電界効果トランジスタ20が構成されている。(Eleventh embodiment)
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a configuration of a CMOSFET including an nMOSFET and a pMOSFET according to the eleventh embodiment. As shown in FIG. 18, this nMOSFET has a
同様にして、pMOSFETでは、シリコン基板1の素子分離領域2により分離された領域上に、ゲート絶縁膜3を介して形成されたゲート電極14を有し、このゲート電極14は金属シリサイド層から構成されている。また、ゲート電極14の両サイドにはゲートサイドウォール9が形成されており、基板1のゲート電極14を挟んだ両側の表面領域内にはソース・ドレイン領域を構成するp型不純物層17が形成されている。このp型不純物層17上にはシリサイド層12が形成されており、これらの構成要素からpチャネル型電界効果トランジスタ30が構成されている。
Similarly, the pMOSFET has a
また、本実施例では、nMOSFETのゲート電極14上部に圧縮応力を有する圧縮応力膜15が形成され、pMOSFETのゲート電極14上部に引張応力を有する引張応力膜18が形成されている。すなわち、本実施例の半導体装置の構成は、上記「nMOSFET」に記載の(1)と、上記「pMOSFET」に記載の(A)の構成に相当する。また、シリコン基板1上は全面的に層間絶縁膜13、31により被覆されている。
In this embodiment, a
次に、本実施例における効果について説明する。nMOSFETでは、第1参考例と同様、ゲート電極上部の圧縮応力を有する圧縮応力膜15がチャネル領域に引張応力を与えるため、チャネル領域が引張方向に歪み、電子移動度を向上させることができる。また、pMOSFETでは、第6実施例と同様、ゲート電極上部の引張応力を有する引張応力膜18がチャネル領域に圧縮応力を与えるため、チャネル領域が圧縮方向に歪み、ホール移動度を向上させることができる。本実施例では、これらの相乗効果によってCMOSFET全体として優れた移動特性を有することができる。
Next, the effect in a present Example is demonstrated. In the nMOSFET, as in the first reference example, the
次に、第11実施例のCMOSFETを備えた半導体装置の製造方法について説明する。図19〜22は、第11実施例のCMOSFETを備えた半導体装置の製造工程を示した断面図である。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device including the CMOSFET of the eleventh embodiment will be described. 19 to 22 are cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device provided with the CMOSFET of the eleventh embodiment.
まず、シリコン基板1の表面領域にSTI(Shallow Trench Isolation)技術を用いて素子分離領域2を形成した。続いて、素子分離されたシリコン基板の表面にゲート絶縁膜3を形成した。このゲート絶縁膜3としては例えば、窒素、ハフニウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム若しくはタンタルなどを含有する高誘電率絶縁膜、酸化珪素膜又はこれらの積層構造とすることができる。
First, the
次に、図19(a)に示すように、ゲート絶縁膜3上に厚さ80nmのpoly−Si膜4を形成した。なお、このpoly−Si膜4には必要に応じて不純物元素をイオン注入しても良い。その後、図19(b)に示すように、厚さ10nmのシリコン酸化膜5、厚さ100nmのpoly−Si膜6及び厚さ50nmのシリコン酸化膜7からなる積層膜を形成した。この後、図19(c)に示すように、この積層膜をリソグラフィー技術及びRIE(Reactive Ion Etching)技術を用いてゲート電極の形状に加工した。
Next, as shown in FIG. 19A, a poly-
次に、引き続いてゲート電極をマスクとして各ゲート電極の両側にそれぞれn型不純物、p型不純物のイオン注入を行い、エクステンション拡散層領域8を自己整合的に形成した。更に、図19(d)に示すように、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜を順次堆積し、その後、エッチバックすることによって、各ゲート電極の両側面にゲートサイドウォール9を形成した。この状態で再度、各ゲート電極及びゲートサイドウォールの両側にそれぞれn型不純物、p型不純物のイオン注入を行い、活性化アニールを経てn型不純物拡散層10、p型不純物拡散層17を形成した。
Next, using the gate electrode as a mask, ion implantation of n-type impurity and p-type impurity was performed on both sides of each gate electrode to form the extension
次に、図20(a)に示すように、スパッタにより金属膜11を全面に堆積し、ゲート電極、ゲートサイドウォール及びSTIをマスクとしてサリサイド技術によりソース・ドレイン拡散層上のみに厚さ約40nmのシリサイド層12を形成した(図20(b))。このシリサイド層12としては、コンタクト抵抗を最も低くすることができるNiモノシリサイド(NiSi)とした。なお、シリサイド層12としては、Niシリサイドの代わりにCoシリサイドやTiシリサイドを用いても良い。
Next, as shown in FIG. 20A, a
さらに、図20(c)に示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によってシリコン酸化膜の層間絶縁膜13を形成した。次に、図20(d)に示すように、この層間絶縁膜13をCMP技術によって平坦化した。この後、層間絶縁膜のエッチバックを行うことでpoly−Si4を露出させた。
Further, as shown in FIG. 20C, an
次に、図21(a)に示すように、Ni膜(図示していない)を堆積させた。この後、熱処理を行うことによりpoly−SiとNiを十分に反応させてシリサイド化を行った。この後、熱処理によりシリサイド化反応を行わなかった余剰のNi膜をウェットエッチング除去することによって、Niフルシリサイド電極14を形成した。
Next, as shown in FIG. 21A, a Ni film (not shown) was deposited. Thereafter, heat treatment was performed to sufficiently react poly-Si and Ni to perform silicidation. Thereafter, the Ni
次に、図21(b)に示すように、ゲートサイドウォール9とNiフルシリサイド電極14とで形成される凹部及び層間絶縁膜13上に、圧縮応力膜15を堆積させた。この圧縮応力膜15は圧縮応力を有する絶縁膜で、主としてプラズマ化学気相成長法によって成膜された窒化珪素膜である。圧縮応力膜15の材料としては、炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物、これらの珪化物(炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物)の水素添加物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物、これらの酸化物(アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物)の窒素添加物などを挙げることができる。
Next, as shown in FIG. 21B, a
次に、図21(c)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて圧縮応力膜15のエッチングマスクとなるレジスト膜41を形成した。次に、ドライエッチングにより、pチャネル型電界効果トランジスタ30上に堆積された圧縮応力膜15を除去し、図22(a)に示す構造を得た。
Next, as shown in FIG. 21C, a resist
次に、レジスト膜41を除去し、図22(b)に示すように、引張応力を有する引張応力膜18を成膜した。ここで、引張応力膜18は引張応力を有する絶縁膜で、主として熱化学気相成長法又は原子層堆積法によって成膜された窒化珪素膜である。引張応力膜18の材料としては、第6実施例において引張応力膜18を形成するのに採用可能であるとして挙げられたものを適宜、用いることができる。
Next, the resist
次に、図22(c)に示すように、CMP技術によって層間絶縁膜13上の圧縮応力膜15及び引張応力膜18を除去した。最後に、層間絶縁膜31を積層することによって図18に示す構造を得ることができた。この後、コンタクト孔を開口し、コンタクトプラグを形成した後、その上に必要な配線を形成した。
Next, as shown in FIG. 22C, the
なお、本実施例の上記製造方法の説明では、圧縮応力膜15を堆積させた後、引張応力膜18を堆積させることとしたが、これらの膜の成膜順序を入れ替えて、引張応力膜18を堆積させた後、圧縮応力膜15を堆積させるといった変更が可能であることは自明である。
In the description of the manufacturing method of this embodiment, the
(第7参考例)
図23は、第7参考例によるCMOSFETを備えた半導体装置の構成を示す断面図である。この参考例では、第11実施例とは逆に、nチャネル型電界効果トランジスタ20のシリサイド層12及びサイドウォール9上に引張応力を有する引張応力膜16、pチャネル型電界効果トランジスタ30のシリサイド層12及びゲートサイドウォール9上に圧縮応力を有する圧縮応力膜19が存在する。また、両電界効果トランジスタ20及び30のゲート電極14上には膜16及び19が存在しない。すなわち、本参考例の半導体装置の構成は、上記「nMOSFET」に記載の(2)と、上記「pMOSFET」に記載の(B)の構成に相当する。
( Seventh reference example)
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including a CMOSFET according to a seventh reference example. In this reference example, contrary to the eleventh embodiment, a
この第7参考例では、nチャネル型電界効果トランジスタ20のゲート電極14上に引張応力膜16が存在する場合に比べてチャネル領域に圧縮歪みが印加されない。従って、チャネル領域を大きく歪ませることが可能となり、nMOSFETのチャネル領域における電子移動度をより向上させることができる。
In the seventh reference example, compressive strain is not applied to the channel region as compared with the case where the
また、pチャネル型電界効果トランジスタのゲート電極14上に圧縮応力膜19が存在する場合に比べてチャネル領域に引張歪みが印加されない。従って、チャネル領域を大きく歪ませることが可能で、pMOSFETのチャネル領域における正孔移動度をより向上させることができる。
Further, a tensile strain is not applied to the channel region as compared with the case where the
図24〜26は、第7参考例のCMOSFETを備えた半導体装置の製造工程を示した断面図である。ソース/ドレイン拡散層の製造工程までは第11実施例と同様の工程(図19(a)〜(d)、図20(a)〜(d))であるので説明を省略し、次工程(図24)から説明する。 24 to 26 are cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the semiconductor device including the CMOSFET of the seventh reference example. The steps up to the manufacturing process of the source / drain diffusion layer are the same as those in the eleventh embodiment (FIGS. 19A to 19D and FIGS. 20A to 20D), so the description is omitted and the next step ( A description will be given from FIG.
まず、図24(a)に示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって全面に引張応力を有する引張応力膜16を形成した。この引張応力膜16は主として、プラズマ化学気相成長法によって成膜された窒化珪素膜である。
First, as shown in FIG. 24A, a
次に、図24(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて引張応力膜16のエッチングマスクとなるレジスト膜43を形成した。次に、ドライエッチングにより、pチャネル型電界効果トランジスタ30上に存在する引張応力膜16を除去した。
Next, as shown in FIG. 24B, a resist
次に、レジスト膜43を除去し(図24(c))、圧縮応力を有する圧縮応力膜19を成膜した(図25(a))。ここで、この圧縮応力膜19は、圧縮応力を有する絶縁膜で、主として、熱化学気相成長法または原子層堆積法によって成膜された窒化珪素膜である。圧縮応力膜19の材料としては、第1参考例において圧縮応力膜15を形成するのに採用可能であるとして挙げられたものを適宜、用いることができる。
Next, the resist
次に、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて、pチャネル型電界効果トランジスタ30上を覆うように圧縮応力膜19のエッチングマスクとなるレジスト膜44を形成した(図25(b))。そして、次にドライエッチングによりnチャネル型電界効果トランジスタ20上に存在する圧縮応力膜19を除去した。引き続いて、レジスト膜44を除去することで図25(c)に示す構造を得ることができた。
Next, a resist
さらに、図26(a)に示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、シリコン酸化膜の層間絶縁膜13を形成した。次に、図26(b)に示すように、CMP技術によってこの層間絶縁膜13を平坦化し、更に層間絶縁膜のエッチバックを行うことでゲート電極のpoly−Si4を露出させた。
Furthermore, as shown in FIG. 26A, an
次に、図26(c)に示すように、全面にNi膜(図示していない)を堆積させた。この後、熱処理を行うことによりpoly−SiとNiを十分に反応させてシリサイド化を行った。この熱処理においてシリサイド化反応を行わなかった余剰のNi膜をウェットエッチング除去することによって、Niフルシリサイド電極14を形成した。最後に、層間絶縁膜31を積層させて図23に示す構造を得た。この後、コンタクト孔を開口し、コンタクトプラグを形成した後、その上に必要な配線を形成した。
Next, as shown in FIG. 26C, a Ni film (not shown) was deposited on the entire surface. Thereafter, heat treatment was performed to sufficiently react poly-Si and Ni to perform silicidation. The Ni
(第13実施例)
図27は、第13実施例を示す断面図である。本実施例は、第7参考例の1変更例となっている。本実施例では、nMOSFET領域20のゲート電極14上及び層間絶縁膜13上に第7参考例では存在しなかった圧縮応力を有する圧縮応力膜15が存在している。すなわち、本実施例の半導体装置の構成は、上記「nMOSFET」に記載の(3)と、上記「pMOSFET」に記載の(C)の構成に相当する。このため、本実施例では、第7参考例と比べてチャネル領域を大きく歪ませることが可能となり、nMOSFETのチャネル領域における電子移動度をより向上させることができる。
(Thirteenth embodiment)
FIG. 27 is a sectional view showing a thirteenth embodiment. This embodiment is a modification of the seventh reference example. In this embodiment, a
また、pMOSFET領域30のゲート電極14上及び層間絶縁膜13上に第7参考例では存在しなかった引張応力を有する引張応力膜18が存在している。このため、本実施例では、第7参考例と比べてチャネル領域を大きく歪ませることが可能となり、pMOSFETのチャネル領域における正孔移動度をより向上させることができる。
Further, a
図28、図29は、第13実施例のCMOSFETを備えた半導体装置の製造工程を示した断面図である。フルシリサイドゲート電極14の形成工程までは第7参考例と同様の工程(図19(a)〜(d)、図20(a)〜(d)、図24(a)〜(c)、図25(a)〜(c)、図26(a)〜(c))であるので説明を省略し、次工程(図28)から説明する。
28 and 29 are cross-sectional views showing the manufacturing process of a semiconductor device provided with the CMOSFET of the thirteenth embodiment. Processes up to the formation process of the full
図28(a)に示すように、全面に圧縮応力膜15を堆積した。この圧縮応力膜15は圧縮応力を有する絶縁膜で、主として、プラズマ化学気相成長法によって成膜された窒化珪素膜である。次に、図28(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて圧縮応力膜15のエッチングマスクとなるレジスト膜43を形成した。
As shown in FIG. 28A, a
次に、ドライエッチングによりpチャネル型電界効果トランジスタ30上に存在する圧縮応力膜15を除去し、図28(c)に示す構造を得た。次に、図29(a)に示すように、レジスト膜43を除去し、引張応力膜18を成膜した。ここで、引張応力膜18は、引張応力を有する絶縁膜で、主として、熱化学気相成長法または原子層堆積法によって成膜された窒化珪素膜である。引張応力膜18の材料としては、第6実施例において、引張応力膜18を形成するのに採用可能であるとして挙げられたものを適宜、用いることができる。
Next, the
次に、公知のフォトリソグラフィ技術を用いて引張応力膜18のエッチングマスクとなるレジスト膜44を、pチャネル型電界効果トランジスタ30上を覆うように形成した(図29(b))。次に、ドライエッチングによりnチャネル型電界効果トランジスタ20上に存在する引張応力膜18を除去した。引き続いてレジスト膜44を除去することで図29(c)に示す構造を得た。最後に、層間絶縁膜31を積層することによって、図27に示す構造を得ることができた。この後、コンタクト孔を開口し、コンタクトプラグを形成した後、その上に必要な配線を形成した。
Next, a resist
(第14実施例)
図1は、第14実施例を示す断面図である。本実施例は、第13実施例の1変更例となっている。本実施例と第13実施例との相違点は、圧縮応力膜15及び引張応力膜18のゲート電極14の直上以外の部分が除去されている点である。すなわち、本実施例の半導体装置の構成は、上記「nMOSFET」に記載の(3)と、上記「pMOSFET」に記載の(C)の構成に相当する。(14th embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing a fourteenth embodiment. This embodiment is a modification of the thirteenth embodiment. The difference between this embodiment and the thirteenth embodiment is that the portions other than the portion immediately above the
第13実施例では、nチャネル型電界効果トランジスタ20のゲート電極14直上以外の部分に存在する圧縮応力膜15はチャネル領域に圧縮歪みを与え、場合によっては引張応力膜16の効果を減殺する可能性がある。これに対して、本実施例ではゲート電極14の直上以外の部分では圧縮応力膜15が除去されているため、チャネル領域に圧縮歪みが加わらないようになっている。したがって、第13実施例に比べて本実施例ではチャネル領域を大きく歪ませることが可能となり、nMOSFETのチャネル領域における電子移動度をより向上させることができる。
In the thirteenth embodiment, the
また、第13実施例では、pチャネル型電界効果トランジスタ30のゲート電極14直上以外の部分に存在する引張応力膜18はチャネル領域に引張歪みを与え、場合によっては圧縮応力膜19の効果を減殺する可能性がある。これに対して、本実施例ではゲート電極14の直上以外の部分の引張応力膜18が除去されているため、チャネル領域に引張歪みが加わらないようになっている。したがって、第13実施例に比べて本実施例のほうがチャネル領域を大きく歪ませることが可能となり、pMOSFETのチャネル領域における正孔移動度をより向上させることができる。
In the thirteenth embodiment, the
図30は、第14実施例のCMOSFETを備えた半導体装置の製造工程を示した断面図である。引張応力膜18の形成工程までは第3参考例と同様の工程(図19(a)〜(d)、図20(a)〜(d)、図24(a)〜(c)、図25(a)〜(c)、図26(a)〜(c)、図28(a)〜(c)、図29(a)〜(c))であるので説明を省略し、次工程(図30)から説明する。
FIG. 30 is a cross-sectional view showing a process for manufacturing a semiconductor device including the CMOSFET of the fourteenth embodiment. Up to the process of forming the
図30に示すように、CMP技術によって、層間絶縁膜13上の圧縮応力膜15及び引張応力膜18を除去した。最後に、層間絶縁膜31を積層し、図1に示す構造を得た。この後、コンタクト孔を開口し、コンタクトプラグを形成した後、その上に必要な配線を形成した。
As shown in FIG. 30, the
(第15実施例)
図31は、第15実施例を示す断面図である。本実施例は、第13実施例の1変更例となっている。本実施例と第13実施例との相違点は、層間絶縁膜13上に存在する膜がそれぞれ応力緩和膜18a、応力緩和膜15aとされており、応力緩和膜15a及び18aが応力を有していない点である。すなわち、本実施例の半導体装置の構成は、上記「nMOSFET」に記載の(3)と、上記「pMOSFET」に記載の(C)の構成に相当する。(15th embodiment)
FIG. 31 is a sectional view showing the fifteenth embodiment. This embodiment is a modification of the thirteenth embodiment. The difference between this embodiment and the thirteenth embodiment is that the films existing on the
第13実施例では、nチャネル型電界効果トランジスタ20上のゲート電極14直上以外の部分に存在する圧縮応力を有する圧縮応力膜15はチャネル領域に圧縮歪みを与えることとなり、場合によっては引張応力膜16の効果を減殺する可能性がある。これに対して、この変更例によれば応力緩和膜15aの応力は緩和されているためチャネル領域に圧縮歪みが加わらない。
In the thirteenth embodiment, the
また、第13実施例では、pチャネル型電界効果トランジスタ30のゲート電極14直上以外の部分に存在する引張応力を有する引張応力膜18はチャネル領域に引張歪みを与えることとなり、場合によっては圧縮応力膜19の効果を減殺する可能性がある。これに対して、この変更例ではゲート電極14の直上以外の部分に存在する応力緩和膜18aの応力が緩和されているため、チャネル領域に引張歪みが加わらない。
In the thirteenth embodiment, the
したがって、第13実施例に比べて本実施例のほうが、nMOSFET20及びpMOSFET30のチャネル領域を大きく歪ませることが可能となる。この結果、nMOSFETのチャネル領域における電子移動度及びpMOSFETのチャネル領域におけるホール移動度をより向上させることができる。
Therefore, the channel region of the
図32は、本発明の第15実施例のCMOSFETを備えた半導体装置の製造工程を示した断面図である。圧縮応力膜15及び引張応力膜18の形成工程までは第13実施例と同様の工程(図19(a)〜(d)、図20(a)〜(d)、図24(a)〜(c)、図25(a)〜(c)、図26(a)〜(c)、図28(a)〜(c)、図29(a)〜(c))であるので説明を省略し、次工程(図32)から説明する。
FIG. 32 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device provided with the CMOSFET of the fifteenth embodiment of the present invention. Steps similar to those of the thirteenth embodiment up to the steps of forming the
上記工程の後、図32に示すように、シリコン、ゲルマニウム、アルゴン又はキセノンなどのイオンを用いて圧縮応力膜15及び引張応力膜18にイオン注入を行った。ここで、このイオン注入のエネルギーは、イオンの到達深さが層間絶縁膜13上の圧縮応力膜15及び引張応力膜18の厚み程度となるようにした。また、イオン注入量は圧縮応力膜15及び引張応力膜18の応力が十分に緩和する程度までとした。
After the above steps, as shown in FIG. 32, ions were implanted into the
ここで、ゲート電極14上部の圧縮応力膜15及び引張応力膜18は、ゲートサイドウォール9とNiフルシリサイド電極14とで形成される凹部に形成されている。このため、層間絶縁膜13上に比べて膜厚が厚くなっている。従って、本実施例のようにイオン注入条件を設定することによって、ゲート電極14の直上に存在する圧縮応力膜15及び引張応力膜18の応力は緩和させずに、層間絶縁膜13上の圧縮応力膜15及び引張応力膜18のみ応力緩和を行うことが可能となる。最後に、全面に層間絶縁膜31を積層することによって、図32に示す構造を得ることができた。この後、コンタクト孔を開口し、コンタクトプラグを形成した後、その上に必要な配線を形成した。
Here, the
なお、第11、13〜15実施例および第7参考例では、nMOSFETが(1)の構成、pMOSFETが(A)の構成をとる半導体装置、nMOSFETが(2)の構成、pMOSFETが(B)の構成をとる半導体装置、又はnMOSFETが(3)の構成、pMOSFETが(C)の構成をとる半導体装置を説明した。しかし、本発明の半導体装置はこれに限定されるわけではない。すなわち、本発明の半導体装置がnMOSFETとpMOSFETを有する場合、nMOSFETは(1)〜(3)の何れの構成をとっても良く、pMOSFETは(A)〜(C)の何れの構成をとっても良い。 In the eleventh and thirteenth to fifteenth embodiments and the seventh reference example , the nMOSFET has the configuration (1), the pMOSFET has the configuration (A), the nMOSFET has the configuration (2), and the pMOSFET has the configuration (B). The semiconductor device having the configuration of (2) or the semiconductor device in which the nMOSFET has the configuration of (3) and the pMOSFET has the configuration of (C) has been described. However, the semiconductor device of the present invention is not limited to this. That is, when the semiconductor device of the present invention includes an nMOSFET and a pMOSFET, the nMOSFET may take any of the configurations (1) to (3), and the pMOSFET may take any of the configurations (A) to (C).
以上、本発明の実施例および参考例を説明したが、nチャネル型MOSFETを作製する場合、半導体基板として面方位が(100)のシリコン半導体基板を用い、かつゲート長方向が<100>となるようにすることが好ましい。このような構成をとることによって単位応力に対する電子移動度の向上率が向上するため、同じ大きさの応力印加膜を用いた場合であっても、より高い駆動電流を実現できる。 As described above, the embodiments and reference examples of the present invention have been described. When an n-channel MOSFET is manufactured, a silicon semiconductor substrate having a plane orientation of (100) is used as the semiconductor substrate, and the gate length direction is <100>. It is preferable to do so. By adopting such a configuration, the improvement rate of the electron mobility with respect to the unit stress is improved. Therefore, even when a stress application film having the same size is used, a higher driving current can be realized.
また、pチャネル型MOSFETを作製する場合、半導体基板として面方位が(100)のシリコン半導体基板を用い、かつゲート長方向が<110>となるように構成することが好ましい。このような構成をとることによって単位応力に対するホール移動度の向上率が向上するため、同じ大きさの応力印加膜を用いた場合であっても、より高いトランジスタ性能の向上を実現できる。 In the case of manufacturing a p-channel MOSFET, it is preferable to use a silicon semiconductor substrate with a plane orientation of (100) as the semiconductor substrate and a gate length direction of <110>. By adopting such a configuration, the improvement rate of the hole mobility with respect to the unit stress is improved. Therefore, even when a stress applying film having the same size is used, higher transistor performance can be realized.
以上、実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術的範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 While the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the technical scope of the present invention.
この出願は、2007年2月7日に出願された日本出願の特願2007−027882を基礎とする優先権を主張し、その開示範囲の全てをここに取り込む。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2007-027882 filed on Feb. 7, 2007, the entire disclosure of which is incorporated herein.
Claims (4)
前記半導体基板上に設けられ、金属シリサイドから構成されるゲート電極と、
前記半導体基板とゲート電極間に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート電極の互いに対向する両側面に設けられたゲートサイドウォールと、
前記半導体基板内の、前記ゲート電極を挟んだ両側に設けられたソース/ドレイン領域と、
を有し、
下記(A)又は(C)のように構成されたpチャネル型MOSFETを備え、
前記ゲート電極と引張応力膜との境界面が、前記ゲートサイドウォールの最上部よりも低いことを特徴とする半導体装置。
(A)前記ゲート電極上のみに引張応力膜を有する。
(C)前記ゲート電極上に引張応力膜と、前記ゲートサイドウォール及びソース/ドレイン領域のうち少なくとも一方の上に圧縮応力膜とを有する。 A semiconductor substrate;
A gate electrode provided on the semiconductor substrate and made of metal silicide;
A gate insulating film provided between the semiconductor substrate and the gate electrode;
Gate sidewalls provided on opposite sides of the gate electrode;
Source / drain regions provided on both sides of the semiconductor substrate across the gate electrode;
Have
A p-channel MOSFET configured as shown in (A) or (C) below is provided,
A semiconductor device, wherein a boundary surface between the gate electrode and the tensile stress film is lower than an uppermost portion of the gate sidewall.
(A) A tensile stress film is provided only on the gate electrode.
(C) A tensile stress film is formed on the gate electrode, and a compressive stress film is formed on at least one of the gate sidewall and the source / drain region.
前記pチャネル型MOSFETは、ゲート長方向が<110>となるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor substrate is a silicon semiconductor substrate having a plane orientation of (100),
The semiconductor device according to claim 1, wherein the p-channel MOSFET is configured such that a gate length direction is <110>.
請求項1または2に記載の半導体装置と、
を有することを特徴とする半導体装置。 an n-channel MOSFET;
A semiconductor device according to claim 1 or 2,
A semiconductor device comprising:
炭素珪化物、酸素珪化物、窒素珪化物、これらの珪化物の水素添加物、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、ジルコニウム酸化物、珪素酸化物及びこれらの酸化物の窒素添加物からなる群から選択された少なくとも一種の物質を含むことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の半導体装置。 At least one of the compressive stress film and the tensile stress film is
From carbon silicide, oxygen silicide, nitrogen silicide, hydrogenation of these silicides, aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, silicon oxide and nitrogen additions of these oxides the semiconductor device according to any one of claim 1 to 3, characterized in that it comprises at least one substance selected from the group consisting.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08321612A (en) * | 1995-05-26 | 1996-12-03 | Ricoh Co Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
JP2005005633A (en) * | 2003-06-16 | 2005-01-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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---|---|---|---|---|
JPH08321612A (en) * | 1995-05-26 | 1996-12-03 | Ricoh Co Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
JP2005005633A (en) * | 2003-06-16 | 2005-01-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2006059980A (en) * | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Renesas Technology Corp | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
JP2006165335A (en) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
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