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JP2005051178A - Semiconductor device and method for manufacturing the semiconductor device - Google Patents

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JP2005051178A
JP2005051178A JP2003284266A JP2003284266A JP2005051178A JP 2005051178 A JP2005051178 A JP 2005051178A JP 2003284266 A JP2003284266 A JP 2003284266A JP 2003284266 A JP2003284266 A JP 2003284266A JP 2005051178 A JP2005051178 A JP 2005051178A
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insulating film
gate insulating
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Naoki Kasai
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a plurality of transistors different in film thickness and type on the same substrate. <P>SOLUTION: An underlayer substrate is isolated into first, second and third regions for forming first, second and third transistors, respectively, to form a first insulating film in the first to third regions. Thereafter, the first insulating film in the second and third regions is selectively removed. Next, a high dielectric constant film is formed on the entire substrate, to remove the high dielectric constant film formed in the first and second regions. Gate electrodes are formed on the first to third regions, respectively. In this manner, a semiconductor device provided with the first to third transistors on one substrate is formed. In this semiconductor device, a gate insulating film of the first transistor is thicker than that of the second transistor. Further, the gate insulating film of the third transistor is composed of the material identical to that of the second transistor, and also is constructed of a laminated film containing an interface gate insulating film of an identical film thickness and the high dielectric constant film having a higher dielectric constant than the interface gate insulating film. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。更に、具体的には、1の半導体装置内に、ゲート絶縁膜の膜種、膜厚の異なる複数のトランジスタを備える半導体装置及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a semiconductor device including a plurality of transistors having different types of gate insulating films and different film thicknesses in one semiconductor device, and a manufacturing method thereof.

近年、半導体集積回路の微細化技術の進歩に伴い、素子の寸法は縮小され、1チップ内に、1千万個以上のトランジスタを集積することが可能となっている。また、これに伴い、従来、複数の半導体装置を用いて実現していた機能を、1の半導体装置で実現できるようになっている。このように、1の装置に多種の機能を備える半導体装置は、SoC(System on Chip)と呼ばれ、近年、広く用いられるようになっている。   In recent years, with the progress of miniaturization technology of semiconductor integrated circuits, the dimensions of elements have been reduced, and it is possible to integrate 10 million or more transistors in one chip. As a result, functions that have been conventionally realized by using a plurality of semiconductor devices can be realized by a single semiconductor device. Thus, a semiconductor device having various functions in one device is called SoC (System on Chip) and has been widely used in recent years.

このように、複数の機能を実現するSoCにおいて、その入出力回路部は、外部の電圧に直接接続し、この電圧により直接駆動する必要がある。従って、入出力回路部に用いられるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor;電界効果トランジスタ)には、高耐圧性が要求される。このため、入出力回路部のMISFETにおいては、ある程度、膜厚の厚いゲート絶縁膜が必要となる。具体的に、例えば、3.3V系の入出力回路用MISFETでは、6.0nm〜10nm程度の厚いゲート絶縁膜が用いられている。   As described above, in the SoC that realizes a plurality of functions, the input / output circuit section needs to be directly connected to an external voltage and directly driven by this voltage. Therefore, high voltage resistance is required for a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) used in the input / output circuit section. For this reason, in the MISFET of the input / output circuit portion, a gate insulating film that is thick to some extent is required. Specifically, for example, in a 3.3V input / output circuit MISFET, a thick gate insulating film of about 6.0 nm to 10 nm is used.

一方、ロジック回路部では、消費電力を低減するため、駆動電圧の低電圧化が図られている。また、同時に、駆動電圧の低電圧化による駆動電流の低下を防止するため、ロジック回路部において用いるMISFETのゲート絶縁膜は、薄膜化が進められている。   On the other hand, in the logic circuit portion, the drive voltage is lowered in order to reduce power consumption. At the same time, the gate insulating film of the MISFET used in the logic circuit portion is being made thinner in order to prevent a decrease in the drive current due to a lower drive voltage.

また、SoCのロジック回路部に使用されるMISFETは、比較的高速の動作を要求される低消費電力版(LOP;Low Operating Power)と、待機電力の低い低待機電力版(LSTP;Low Stand-by Power)等に分類される。ITRS(The International Technology Roadmap for Semiconductor;国際半導体技術ロードマップ)によれば、65nm技術世代において、LOP用MISFETのゲート絶縁膜のEOT(シリコン酸化膜換算膜厚)は、1.0nm〜1.4nm、LSTP用MISFETのゲート絶縁膜のEOTは、1.2nm〜1.6nmが目標値として推奨されている。一方、LOP用MISFETのゲート絶縁膜の許容リーク電流は、EOTが最も大きな値となる場合に、700pA、LSTP用MISFETのゲート絶縁膜の許容リーク電流は、1pAが、目標値として推奨されている。   The MISFET used in the SoC logic circuit section includes a low power consumption version (LOP) that requires a relatively high speed operation and a low standby power version (LSTP) that has a low standby power. by Power). According to ITRS (The International Technology Roadmap for Semiconductor), the EOT (silicon oxide equivalent film thickness) of the gate insulating film of the MISFET for LOP is 1.0 nm to 1.4 nm in the 65 nm technology generation. The target value of the EOT of the gate insulating film of the LSTP MISFET is recommended to be 1.2 nm to 1.6 nm. On the other hand, the allowable leakage current of the gate insulating film of the LOP MISFET is 700 pA when the EOT has the largest value, and the allowable leakage current of the gate insulating film of the MISTP MISFET is 1 pA as the target value. .

ゲート絶縁膜としては、従来、SiO膜が多用されてきたが、SiO膜は、膜厚が2nm以下となると、リーク電流の問題を無視できなくなる。このため、膜厚2nm以下が要求される、65nm技術世代の、LOP用、LSTP用MISFETにおいては、SiO膜単層では、ゲート絶縁膜として用いることはできない。一方、SiON膜をゲート絶縁膜とする場合、膜厚1nm程度を確保できれば、LOP用MISFETでの許容リーク電流の目標値は達成することができる。 Conventionally, a SiO 2 film has been frequently used as the gate insulating film. However, when the film thickness of the SiO 2 film is 2 nm or less, the problem of leakage current cannot be ignored. For this reason, in a 65 nm technology generation MISFET for LOP and LSTP that requires a film thickness of 2 nm or less, a single SiO 2 film cannot be used as a gate insulating film. On the other hand, when the SiON film is a gate insulating film, the target value of the allowable leakage current in the LOP MISFET can be achieved if a film thickness of about 1 nm can be secured.

しかし、LSTP用MISFETにおいては、ゲート絶縁膜として、SiON膜を用いると、EOTを目標値1.2nm〜1.6nm程度とした場合、同時に、許容リーク電流の目標値1pAを達成することはできない。従って、物理的な膜厚をより厚く形成して、トンネル電流を防止しつつ、トランジスタ電流を決定する実効的な膜厚を、十分に小さくして消費電力の増大を抑えることができる高誘電率膜を用いることが必須となる(例えば、特許文献1参照)。   However, in the LSTP MISFET, when the SiON film is used as the gate insulating film, the target value of 1 pA of the allowable leak current cannot be achieved at the same time when the EOT is set to the target value of about 1.2 nm to 1.6 nm. . Therefore, it is possible to suppress the increase in power consumption by making the physical film thickness thicker and preventing the tunnel current, while reducing the effective film thickness to determine the transistor current sufficiently. It is essential to use a film (see, for example, Patent Document 1).

ところで、ゲート絶縁膜のEOTは、ゲート絶縁膜が積層膜で構成される場合、各膜のEOTの和である。即ち、界面ゲート絶縁膜と、高誘電率膜との積層膜を用いる場合には、界面ゲート絶縁膜のEOTと、高誘電率膜のEOTの和が、ゲート絶縁膜全体のEOTとなる。ここで、高誘電率膜をゲート絶縁膜に用いる場合には、界面ゲート絶縁膜は、製造上必須の膜である。そして、例えば、リーク電流防止のため、比誘電率k=20、膜厚3nmの高誘電率膜を用いる場合、この高誘電率膜のEOTは、0.6nmである。従って、例えば、上述のような、65nm技術世代のEOTを達成するためには、界面ゲート絶縁膜のEOTは、LOP用MISFET、LSTP用MISFET、それぞれにおいて、0.4〜0.8nm、0.6〜1.0nmとする必要がある。   Incidentally, the EOT of the gate insulating film is the sum of the EOTs of the respective films when the gate insulating film is formed of a laminated film. That is, in the case of using a laminated film of the interface gate insulating film and the high dielectric constant film, the sum of the EOT of the interface gate insulating film and the EOT of the high dielectric constant film becomes the EOT of the entire gate insulating film. Here, when a high dielectric constant film is used as the gate insulating film, the interface gate insulating film is an essential film for manufacturing. For example, when a high dielectric constant film having a relative dielectric constant k = 20 and a film thickness of 3 nm is used to prevent leakage current, the EOT of this high dielectric constant film is 0.6 nm. Therefore, for example, in order to achieve EOT of the 65 nm technology generation as described above, the EOT of the interface gate insulating film is 0.4 to 0.8 nm, 0.00 mm in the MISFET for LOP and MISFET for LSTP, respectively. It is necessary to be 6 to 1.0 nm.

しかし、界面ゲート絶縁膜をEOT1nm以下に形成することは、技術的に困難である。また、上述のように、1nm以下の界面ゲート絶縁膜を形成しても、1nm以下の界面ゲート絶縁膜に、リーク電流防止のため、高誘電率膜を積層する必要がある。しかし、1nm以下の界面ゲート絶縁膜と高誘電率膜との積層構造のゲート絶縁膜を用いる場合、トランジスタの実効移動度は、シリコン酸窒化膜単層のゲート絶縁膜を用いたトランジスタの実効移動度に比較して、非常に小さくなってしまうため問題である。   However, it is technically difficult to form the interface gate insulating film with an EOT of 1 nm or less. Further, as described above, even when an interface gate insulating film having a thickness of 1 nm or less is formed, a high dielectric constant film needs to be laminated on the interface gate insulating film having a thickness of 1 nm or less to prevent leakage current. However, when a gate insulating film having a laminated structure of an interfacial gate insulating film of 1 nm or less and a high dielectric constant film is used, the effective mobility of the transistor is the effective mobility of the transistor using a single-layered silicon oxynitride gate insulating film. This is a problem because it becomes very small compared to the degree.

また、膜厚6nmのSiO膜上に、3nmの高誘電率膜を堆積した構造のゲート絶縁膜においては、リーク電流が、局所的に大きいことが判っている(例えば、非特許文献1参照)。 Further, it has been found that in a gate insulating film having a structure in which a high dielectric constant film of 3 nm is deposited on a 6 nm thick SiO 2 film, the leakage current is locally large (for example, see Non-Patent Document 1). ).

特開2002−110812号公報JP 2002-110812 A 第49回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集 820頁 28P−A−1049th Applied Physics Related Conference Lecture Proceedings 820 pages 28P-A-10

従って、この発明は、以上の問題を解決し、1の半導体装置内に、要求される機能に応じた、異なる膜種、膜厚のゲート絶縁膜を有するトランジスタを形成し、かつ、各トランジスタにおいて、許容されるリーク電流に応じてリーク電流を抑え、更に、実効移動度の低下を抑えるように改良した半導体装置及びその製造方法を提供するものである。   Therefore, the present invention solves the above problems, and forms transistors having gate insulating films having different film types and film thicknesses in accordance with required functions in one semiconductor device. An object of the present invention is to provide an improved semiconductor device and a method for manufacturing the same that suppress the leak current according to the allowable leak current and further suppress the decrease in effective mobility.

この発明に係る半導体装置は、第1のゲート絶縁膜と、第1のゲート電極とを含む第1のトランジスタと、
第2のゲート絶縁膜と、第2のゲート電極とを含む第2のトランジスタと、
を備え、
前記第1のゲート絶縁膜は、第1の絶縁膜からなり、
前記第2のゲート絶縁膜は、前記第1の絶縁膜より膜厚の薄い界面ゲート絶縁膜と、前記界面ゲート絶縁膜より誘電率の高い高誘電率膜と、を含むものである。
A semiconductor device according to the present invention includes a first transistor including a first gate insulating film and a first gate electrode;
A second transistor including a second gate insulating film and a second gate electrode;
With
The first gate insulating film comprises a first insulating film,
The second gate insulating film includes an interface gate insulating film having a smaller thickness than the first insulating film and a high dielectric constant film having a dielectric constant higher than that of the interface gate insulating film.

また、この発明の半導体装置の製造方法は、下層基板を、それぞれ、第1のトランジスタ、第2のトランジスタを形成するための、第1、第2の領域に分離する分離工程と、
前記第1、第2の領域に、第1の絶縁膜を形成する第1の絶縁膜形成工程と、
前記第2の領域に形成された前記第1の絶縁膜を、選択的に除去する第1の絶縁膜除去工程と、
前記基板全体に、高誘電率膜を形成する高誘電率膜形成工程と、
前記第1の領域に形成された高誘電率膜を除去する高誘電率膜除去工程と、
前記第1、第2の領域に、それぞれ、ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を備えるものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: separating a lower layer substrate into first and second regions for forming a first transistor and a second transistor;
A first insulating film forming step of forming a first insulating film in the first and second regions;
A first insulating film removing step for selectively removing the first insulating film formed in the second region;
A high dielectric constant film forming step of forming a high dielectric constant film on the entire substrate;
A high dielectric constant film removing step of removing the high dielectric constant film formed in the first region;
A gate electrode forming step of forming a gate electrode in each of the first and second regions;
Is provided.

この発明によれば、1の半導体装置内に、膜厚の厚い絶縁膜をゲート絶縁膜とするトランジスタと、膜厚の薄い絶縁膜をゲート絶縁膜とするトランジスタと、膜厚の薄い絶縁膜と、その上に積層された誘電率の高い高誘電率膜との積層膜からなるゲート絶縁膜を有するトランジスタとが形成されている。したがって、この半導体装置に形成された各トランジスタは、用途に応じて、それぞれに必要なEOTを確保しつつ、許容リーク電流の目標値を達成することができる。   According to the present invention, in one semiconductor device, a transistor having a thick insulating film as a gate insulating film, a transistor having a thin insulating film as a gate insulating film, a thin insulating film, Then, a transistor having a gate insulating film made of a laminated film with a high dielectric constant film laminated thereon is formed. Therefore, each transistor formed in this semiconductor device can achieve the target value of the allowable leakage current while ensuring the necessary EOT according to the application.

また、この発明によれば、膜厚の厚い絶縁膜を形成した後、ある領域において、この絶縁膜を選択的に除去し、除去した部分に、高誘電率膜を形成する。更に、一部分の高誘電率膜を除去する。これにより、膜厚の厚い絶縁膜、膜厚の薄い絶縁膜、膜厚の薄い絶縁膜と高誘電率膜との積層膜、を、それぞれゲート絶縁膜とする3種類のトランジスタを半導体装置内に形成することができる。従って、用途に応じてトランジスタを容易に形成することができ、かつ、各トランジスタにおいて、それぞれに必要なEOT及び、許容リーク電流の目標値を達成することができる。   Further, according to the present invention, after forming a thick insulating film, the insulating film is selectively removed in a certain region, and a high dielectric constant film is formed in the removed portion. Further, a part of the high dielectric constant film is removed. As a result, three types of transistors, each having a thick insulating film, a thin insulating film, and a laminated film of a thin insulating film and a high dielectric constant film as gate insulating films, are formed in the semiconductor device. Can be formed. Therefore, the transistors can be easily formed according to the application, and each transistor can achieve the necessary EOT and the target value of the allowable leakage current.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.

実施の形態.
図1は、この発明の実施の形態におけるSoC100を説明するための断面模式図である。
図1に示すように、SoC100は、Si基板2に、入出力回路用の電界効果トランジスタ(MISFET;Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)110(以下、入出力用MISFET110、とする)と、LSTP(低待機電圧;Low Stand-by Power)用のMISFET120(以下、LSTP用MISFET120、とする)と、LOP(低消費電力;Low Operating Power)用の電界効果トランジスタ(MISFET;Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)130(以下、LOP用MISFET130、とする)と、を含んで構成される。
Embodiment.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining SoC 100 in the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the SoC 100 has a field effect transistor (MISFET; Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) 110 (hereinafter referred to as an input / output MISFET 110) and an LSTP (low power) on an Si substrate 2. MISFET 120 for standby voltage (Low Stand-by Power) (hereinafter referred to as MISFET 120 for LSTP) and field effect transistor (MISFET) 130 for LOP (Low Operating Power) (Hereinafter referred to as LOP MISFET 130).

入出力用、LOP用、LSTP用MISFET110、120、130は、P型のSi基板2の、素子分離領域(STI;Shallow Trench Isolation)4により分離された各領域に、それぞれ、形成されている。
素子分離領域4により分離された各領域において、Si基板2には、n型の不純物が注入された拡散層6が形成されている。
The input / output, LOP, and LSTP MISFETs 110, 120, and 130 are formed in respective regions of the P-type Si substrate 2 separated by an element isolation region (STI; Shallow Trench Isolation) 4.
In each region isolated by the element isolation region 4, a diffusion layer 6 into which an n-type impurity is implanted is formed in the Si substrate 2.

入出力用MISFET110においては、Si基板2の拡散層6に挟まれたチャネル領域上には、ゲート絶縁膜として、表面が窒化されたSiO膜(熱酸化膜)10が形成されている。SiO膜10の膜厚は、約7.0nmである。また、LSTP用MISFET120、LOP用MISFET130においては、それぞれ、チャネル領域上に、SiON膜12が形成されている。SiON膜12のEOT(シリコン酸化膜換算膜厚)は、約1.0nmである。LSTP用MISFET120においては、ゲート絶縁膜として、SiON膜12上に、HfO膜14が形成され、HfO膜14上に、SiN膜16が形成されている。即ち、LSTP用MISFET120においては、ゲート絶縁膜は、界面ゲート絶縁膜の役割を果たすSiON膜12と、高誘電率膜であるHfO膜14と、上層ゲート絶縁膜であるSiN膜16との積層構造となっている。ここで、HfO膜は、約2.0nm、EOTは、約0.4nmであり、SiON膜16のEOTは、約0.2nmである。また、LOP用MISFET130のゲート絶縁膜は、SiON膜12単層で構成されている。 In the input / output MISFET 110, an SiO 2 film (thermal oxide film) 10 having a nitrided surface is formed as a gate insulating film on the channel region sandwiched between the diffusion layers 6 of the Si substrate 2. The thickness of the SiO 2 film 10 is about 7.0 nm. In each of the LSTP MISFET 120 and the LOP MISFET 130, the SiON film 12 is formed on the channel region. The EOT (silicon oxide film equivalent film thickness) of the SiON film 12 is about 1.0 nm. In the LSTP MISFET 120, an HfO 2 film 14 is formed on the SiON film 12 and a SiN film 16 is formed on the HfO 2 film 14 as a gate insulating film. That is, in the LSTP MISFET 120, the gate insulating film is a laminate of the SiON film 12 serving as an interface gate insulating film, the HfO 2 film 14 that is a high dielectric constant film, and the SiN film 16 that is an upper gate insulating film. It has a structure. Here, the HfO 2 film is about 2.0 nm, the EOT is about 0.4 nm, and the EOT of the SiON film 16 is about 0.2 nm. The gate insulating film of the LOP MISFET 130 is composed of a single layer of SiON film 12.

また、入出力用、LSTP用、LOP用MISFET110、120、130のそれぞれにおいて、各ゲート絶縁膜上に、ゲート電極20が形成されている。また、ゲート電極20の側壁部には、サイドウォール22が形成されている。また、各ゲート電極20の表面と、Si基板2の拡散層6表面の、ゲート電極20及びサイドウォール22が形成されていない部分とは、シリサイド化され、それぞれに、CoSi層24が形成されている。   In each of the input / output, LSTP, and LOP MISFETs 110, 120, and 130, a gate electrode 20 is formed on each gate insulating film. A sidewall 22 is formed on the side wall of the gate electrode 20. Further, the surface of each gate electrode 20 and the portion of the surface of the diffusion layer 6 of the Si substrate 2 where the gate electrode 20 and the sidewalls 22 are not formed are silicided, and a CoSi layer 24 is formed on each of them. Yes.

また、各ゲート絶縁膜、ゲート電極20、サイドウォール22を埋め込むようにして、Si基板2上に、層間絶縁膜30が形成されている。層間絶縁膜30には、その表面から、拡散層6表面の各CoSi層24に達するコンタクトプラグ32が形成され、各コンタクトプラグ32上には、金属配線34が形成されている。   Further, an interlayer insulating film 30 is formed on the Si substrate 2 so as to embed each gate insulating film, the gate electrode 20 and the sidewalls 22. In the interlayer insulating film 30, contact plugs 32 reaching from the surface to the CoSi layers 24 on the surface of the diffusion layer 6 are formed, and metal wirings 34 are formed on the contact plugs 32.

このように構成されたSoC100において、入出力用MISFET110のゲート絶縁膜は、膜厚約7.0nmのSiO膜10により構成されている。これにより、入出力用MISFET110においては、外部から直接入力される電圧等、高圧の電圧に対して耐久性が強くなっている。また、LSTP用MISFET120において、ゲート絶縁膜は、SiON膜12と、HfO膜14と、SiN膜16との積層構造となっている。この各膜のEOTは、それぞれ、約1.0nm、約0.4nm、約0.2nmであり、ゲート絶縁膜全体で、約1.6nmと、比較的薄くなっている。また、高誘電率膜であるHfO膜14をゲート絶縁膜として用いることにより、リーク電流は、1pA以下に抑えられている。また、LOP用MISFET130のゲート絶縁膜は、EOT約1.0nmのSiON膜12により構成されている。これにより、低消費電力のトランジスタが実現されている。また、SiON膜を用いることにより、リーク電流を、EOT=1.4nmにおける65nm技術世代の目標値である700pA以下に抑えることはできないものの、LOPの中でも、高速用途のリーク電流の目標値である10nA以下には抑えることができる。 In the SoC 100 configured as described above, the gate insulating film of the input / output MISFET 110 is configured by the SiO 2 film 10 having a thickness of about 7.0 nm. As a result, the input / output MISFET 110 has high durability against high voltage such as a voltage directly input from the outside. In the LSTP MISFET 120, the gate insulating film has a laminated structure of the SiON film 12, the HfO 2 film 14, and the SiN film 16. The EOT of each film is about 1.0 nm, about 0.4 nm, and about 0.2 nm, respectively, and the entire gate insulating film is relatively thin, about 1.6 nm. Further, by using the HfO 2 film 14 which is a high dielectric constant film as a gate insulating film, the leakage current is suppressed to 1 pA or less. The gate insulating film of the MISFET 130 for LOP is composed of the SiON film 12 having an EOT of about 1.0 nm. Thereby, a transistor with low power consumption is realized. In addition, by using the SiON film, the leak current cannot be suppressed to 700 pA or less, which is the target value of the 65 nm technology generation at EOT = 1.4 nm, but it is the target value of the leak current for high-speed applications among LOPs. It can be suppressed to 10 nA or less.

図2は、この発明の実施の形態におけるSoC100の製造方法を説明するためのフロー図である。また、図3〜図5は、SoC100の各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
以下、図1〜図5を用いて、この発明の実施の形態におけるSoC100の製造方法について詳細に説明する。
FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of manufacturing SoC 100 in the embodiment of the present invention. 3 to 5 are schematic cross-sectional views for explaining the states of the SoC 100 in each manufacturing process.
Hereinafter, the manufacturing method of SoC100 in embodiment of this invention is demonstrated in detail using FIGS.

まず、図3に示すように、Si基板2に、素子分離領域4を形成し(ステップS2)、Si基板2を、それぞれ、入出力用MISFET110、LSTP用MISFET120、LOP用MISFET130を形成する領域に分離する。以下、簡略化のため、入出力用MISFET110、LSTP用MISFET120、LOP用MISFET130を形成する各領域を、それぞれ、入出力用領域、LSTP用領域、LOP用領域と称することとする。また、全ての領域を含んで、かつ、Si基板2と、その時点において既にSi基板2上方に積層された各膜とを含んで、全体を、基板と称することとする。   First, as shown in FIG. 3, the element isolation region 4 is formed on the Si substrate 2 (step S2), and the Si substrate 2 is formed in regions where the input / output MISFET 110, the LSTP MISFET 120, and the LOP MISFET 130 are formed, respectively. To separate. Hereinafter, for the sake of simplification, the regions forming the input / output MISFET 110, the LSTP MISFET 120, and the LOP MISFET 130 are referred to as an input / output region, an LSTP region, and an LOP region, respectively. Further, the entire substrate including the entire region and including the Si substrate 2 and each film already laminated on the Si substrate 2 at that time is referred to as a substrate.

図3に示すように、Si基板2上の、各領域に、SiO膜40を形成する(ステップS4)。ここでは、熱酸化により、SiO膜40を形成する。SiO膜40は、後に、入出力用MISFET110のゲート絶縁膜であるSiO膜10となる膜であるが、現段階での膜厚は、約6.9nmであり、また、この段階では、LSTP用、LOP用領域にも形成されている。 As shown in FIG. 3, the SiO 2 film 40 is formed in each region on the Si substrate 2 (step S4). Here, the SiO 2 film 40 is formed by thermal oxidation. The SiO 2 film 40 is a film that will later become the SiO 2 film 10 that is the gate insulating film of the input / output MISFET 110. The film thickness at this stage is about 6.9 nm, and at this stage, It is also formed in the LSTP and LOP areas.

次に、図4に示すように、入出力用領域を覆うレジストマスク42を、リソグラフィ技術により形成する(ステップS6)。その後、レジストマスク42をマスクとして、LSTP用領域及びLOP用領域のSiO膜40を除去する(ステップS8)。 Next, as shown in FIG. 4, a resist mask 42 covering the input / output region is formed by a lithography technique (step S6). Thereafter, the SiO 2 film 40 in the LSTP region and the LOP region is removed using the resist mask 42 as a mask (step S8).

次に、レジストマスク42を除去する(ステップS10)。その後、図5に示すように、LSTP用領域、LOP用領域に、SiON膜12を形成する(ステップS12)。SiON膜12は、LSTP用MISFET120における界面ゲート絶縁膜となる膜であり、また、LOP用MISFET130におけるゲート絶縁膜となる膜である。SiON膜12は、プラズマ励起熱酸窒化によって、膜厚が、約1.0nmとなるように形成する。また、このとき、同時に、入出力用領域のSiO膜40の膜厚も増加し、EOT約7.0nmのSiO膜10となる。 Next, the resist mask 42 is removed (step S10). Thereafter, as shown in FIG. 5, the SiON film 12 is formed in the LSTP region and the LOP region (step S12). The SiON film 12 is a film serving as an interface gate insulating film in the LSTP MISFET 120 and is a film serving as a gate insulating film in the LOP MISFET 130. The SiON film 12 is formed by plasma-excited thermal oxynitridation so that the film thickness becomes about 1.0 nm. At the same time, the thickness of the SiO 2 film 40 in the input / output region is also increased, and the SiO 2 film 10 having an EOT of about 7.0 nm is obtained.

次に、図6に示すように、基板全面に、HfO膜14を形成する(ステップS14)。ここでは、CVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長)法を用いて、膜厚が、約2.0nmとなるように成膜する。このとき、HfO膜14のEOTは、約0.4nmである。尚、ここで形成するHfO膜14は、LSTP用MISFET120のゲート絶縁膜中の、高誘電率膜となる膜である。その後、微量の酸素を含む窒素雰囲気中で、約1000℃の熱処理を行う(ステップS16)。 Next, as shown in FIG. 6, the HfO 2 film 14 is formed on the entire surface of the substrate (step S14). Here, the film is formed using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method so that the film thickness becomes about 2.0 nm. At this time, the EOT of the HfO 2 film 14 is about 0.4 nm. The HfO 2 film 14 formed here is a film to be a high dielectric constant film in the gate insulating film of the LSTP MISFET 120. Thereafter, heat treatment is performed at about 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere containing a small amount of oxygen (step S16).

次に、HfO膜14上に、SiN膜16を形成する(ステップS18)。ここでは、CVD法を用いて、SiN膜16の膜厚が約0.4nmとなるように成膜する。SiN膜16のEOTは、約0.2nmである。なお、ここで形成するSiN膜16は、LSTP用MISFET120のゲート絶縁膜中で、上層ゲート膜となる材料膜である。 Next, the SiN film 16 is formed on the HfO 2 film 14 (step S18). Here, the SiN film 16 is formed using the CVD method so that the film thickness is about 0.4 nm. The EOT of the SiN film 16 is about 0.2 nm. The SiN film 16 formed here is a material film that becomes an upper gate film in the gate insulating film of the LSTP MISFET 120.

次に、図7に示すように、リソグラフィ技術により、LSTP用領域を覆うレジストマスク44を形成する(ステップS20)。その後、レジストマスク44をマスクとして、ドライエッチングにより、入出力用領域及びLOP用領域の、SiN膜16と、HfO膜14の一部とを除去する(ステップS22)。 Next, as shown in FIG. 7, a resist mask 44 that covers the LSTP region is formed by lithography (step S20). Thereafter, using the resist mask 44 as a mask, the SiN film 16 and a part of the HfO 2 film 14 in the input / output region and the LOP region are removed by dry etching (step S22).

次に、図8に示すように、レジストマスク44を除去する(ステップS24)。さらに、ウェットエッチングにより、入出力用領域及びLOP用領域に残るHfO膜14を、選択的に除去する(ステップS26)。なお、ここで、先に形成した、SiN膜16は、レジストマスク44形成のためのリソグラフィ工程、特に、現像工程や、あるいは、レジストマスク44を除去する工程の際、必要な部分のHfO膜14が、同時にエッチングされるのを抑える役割を果たす。 Next, as shown in FIG. 8, the resist mask 44 is removed (step S24). Further, the HfO 2 film 14 remaining in the input / output region and the LOP region is selectively removed by wet etching (step S26). Here, the previously formed SiN film 16 is a necessary part of the HfO 2 film in the lithography process for forming the resist mask 44, particularly in the development process or the process of removing the resist mask 44. 14 serves to suppress simultaneous etching.

次に、図9に示すように、基板全面に、ポリシリコン膜46を形成し(ステップS28)、更に、ポリシリコン膜46上に、CVD法により、膜厚20nmのSiO膜48を形成する(ステップS30)。ポリシリコン膜46は、後の加工により、ゲート電極20となる材料膜である。 Next, as shown in FIG. 9, a polysilicon film 46 is formed on the entire surface of the substrate (step S28), and a 20 nm thick SiO 2 film 48 is formed on the polysilicon film 46 by CVD. (Step S30). The polysilicon film 46 is a material film that becomes the gate electrode 20 by subsequent processing.

次に、図10に示すように、SiO膜48上のゲート電極20を形成する部分にレジストマスク50を形成する(ステップS32)。その後、レジストマスク50をマスクとして、まず、SiO膜48に、ドライエッチングによる、異方性エッチングを施す(ステップS34)。 Next, as shown in FIG. 10, a resist mask 50 is formed on the portion of the SiO 2 film 48 where the gate electrode 20 is to be formed (step S32). Thereafter, using the resist mask 50 as a mask, anisotropic etching is first performed on the SiO 2 film 48 by dry etching (step S34).

次に、図11に示すように、レジストマス50を除去し(ステップS36)、SiO膜48をマスクとして、ポリシリコン膜46及びHfO膜14を、異方性エッチングする(ステップS38)。これにより、各領域に、ゲート電極20が形成される。 Next, as shown in FIG. 11, the resist mass 50 is removed (step S36), and the polysilicon film 46 and the HfO 2 film 14 are anisotropically etched using the SiO 2 film 48 as a mask (step S38). Thereby, the gate electrode 20 is formed in each region.

次に、イオン注入法により、Si基板2表面に、ヒ素イオンを注入する(ステップS40)。ここでは、ゲート電極20がマスクとなり、p型のSi基板2表面に、浅く、n型の拡散層が形成される。   Next, arsenic ions are implanted into the surface of the Si substrate 2 by ion implantation (step S40). Here, a shallow n-type diffusion layer is formed on the surface of the p-type Si substrate 2 using the gate electrode 20 as a mask.

次に、図12に示すように、ゲート電極20の側面に、サイドウォール22を形成する(ステップS42)。ここでは、まず、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜を堆積した後、異方性エッチバックを行う。これにより、ゲート電極20側面にのみ、シリコン酸化膜と、シリコン窒化膜が残り、サイドウォール22が形成される。また、このエッチバックの際に、入出力用領域のSiO膜10と、LSTP用領域及びLOP用領域のSiON膜12とが、同時にエッチバックされ、SiO膜10及びSiON膜12の表面に露出している部分は除去される。 Next, as shown in FIG. 12, sidewalls 22 are formed on the side surfaces of the gate electrode 20 (step S42). Here, first, after depositing a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film, anisotropic etch back is performed. As a result, the silicon oxide film and the silicon nitride film remain only on the side surface of the gate electrode 20 and the sidewalls 22 are formed. In addition, at the time of this etch back, the SiO 2 film 10 in the input / output region and the SiON film 12 in the LSTP region and the LOP region are etched back at the same time, so that the surface of the SiO 2 film 10 and the SiON film 12 is formed. The exposed part is removed.

再び、Si基板2表面に、イオン注入法により、ヒ素イオンを注入する(ステップS44)。ここでは、ゲート電極20とサイドウォール22とがマスクとなり、Si基板2の表面が露出する部分において、拡散層6の比較的不純物濃度の高い部分が形成される。その後、熱処理を行う(ステップS46)。これにより、Si基板2に注入された、砒素が活性化され、各領域に、拡散層6が形成される。次に、CoSi層24を、ゲート電極20表面と、Si基板2の表面に露出している部分とに、自己整合的に形成する(ステップS48)。   Again, arsenic ions are implanted into the surface of the Si substrate 2 by ion implantation (step S44). Here, the gate electrode 20 and the sidewall 22 serve as a mask, and a portion having a relatively high impurity concentration in the diffusion layer 6 is formed in the portion where the surface of the Si substrate 2 is exposed. Thereafter, heat treatment is performed (step S46). Thereby, arsenic implanted into the Si substrate 2 is activated, and a diffusion layer 6 is formed in each region. Next, the CoSi layer 24 is formed in a self-aligned manner on the surface of the gate electrode 20 and the portion exposed on the surface of the Si substrate 2 (step S48).

その後、通常の工程により、各ゲート絶縁膜、ゲート電極20、サイドウォール22を埋め込むようにして、Si基板2上に層間絶縁膜30を形成し、更に、層間絶縁膜30に、表面から、CoSi層24に達するコンタクトプラグ32を形成する。更に、コンタクトプラグ32上に、銅などからなる金属配線34を形成する。このような工程を繰り返し、多層配線を形成することにより、半導体装置が形成される。   Thereafter, an interlayer insulating film 30 is formed on the Si substrate 2 so as to embed each gate insulating film, the gate electrode 20 and the sidewalls 22 by a normal process. Further, the interlayer insulating film 30 is coated with CoSi from the surface. A contact plug 32 reaching the layer 24 is formed. Further, a metal wiring 34 made of copper or the like is formed on the contact plug 32. Such a process is repeated to form a multilayer wiring, thereby forming a semiconductor device.

以上説明したように、この実施の形態によれば、膜厚、膜種のそれぞれ異なるMISFET110、120、130が、同一基板上に形成されている。具体的に、入出力用MISFET110には、膜厚約6.5nmのSiO膜10単層からなるゲート絶縁膜が形成されている。従って、このMISFET110を、SoC100において、外部と、直接接続する必要がある場合等、比較的高い電圧に対する耐久性が要求される部分に利用することができる。また、LSTP用MISFET120のゲート絶縁膜は、EOT約1.0nmのSiON膜12と、EOT約0.4nmのHfO膜14と、EOT約0.2nmのSiN膜16との積層膜により構成されている。このゲート絶縁膜においては、高誘電率膜であるHfO膜14を用いることにより、実際の膜厚は厚く形成してトンネル電流を防止しつつ、トランジスタ電流を決定する実効的な膜厚を十分に小さくして、消費電力の増大を抑えている。従って、このLSTP用MISFET120を、SoC100において、待機電力を低くする必要がある部分に利用することができる。また、LOP用MISFET130のゲート絶縁膜は、EOT約1nmのSiON膜12により構成されている。従って、このMISFET130を、ある程度のリーク電流は抑えつつ、より高速の動作が要求される部分に利用することができる。このように、この実施の形態のSoC100によれば、様々な機能に応じて、膜厚、膜種の異なるゲート絶縁膜が実現することができる。 As described above, according to this embodiment, the MISFETs 110, 120, and 130 having different film thicknesses and film types are formed on the same substrate. Specifically, the input / output MISFET 110 is formed with a gate insulating film made of a single layer of SiO 2 film 10 having a film thickness of about 6.5 nm. Therefore, the MISFET 110 can be used in a portion where durability against a relatively high voltage is required in the SoC 100, such as when it is necessary to directly connect to the outside. The gate insulating film of the LSTP MISFET 120 is composed of a laminated film of a SiON film 12 with an EOT of about 1.0 nm, a HfO 2 film 14 with an EOT of about 0.4 nm, and a SiN film 16 with an EOT of about 0.2 nm. ing. In this gate insulating film, by using the HfO 2 film 14 which is a high dielectric constant film, the actual film thickness is formed thick to prevent the tunnel current, and the effective film thickness for determining the transistor current is sufficient. To keep power consumption from increasing. Accordingly, the LSTP MISFET 120 can be used in the SoC 100 where the standby power needs to be lowered. The gate insulating film of the LOP MISFET 130 is composed of the SiON film 12 having an EOT of about 1 nm. Therefore, the MISFET 130 can be used in a portion where higher speed operation is required while suppressing a certain amount of leakage current. As described above, according to the SoC 100 of this embodiment, gate insulating films having different film thicknesses and film types can be realized according to various functions.

また、この実施の形態のSoCによれば、入出力用MISFET110においてゲート絶縁膜は、SiO膜単層で厚いゲート絶縁膜を用い、HfO膜との積層構造とはしていない。従って、SiO膜上に、高誘電率膜が積層された場合に、局所的に大きくなるリーク電流の問題を避けることができる。 Further, according to the SoC of this embodiment, in the MISFET 110 for input / output, the gate insulating film is a single layer of SiO 2 film and is thick and does not have a laminated structure with the HfO 2 film. Therefore, it is possible to avoid the problem of a leak current that locally increases when a high dielectric constant film is laminated on the SiO 2 film.

また、LOP用MISFET130においても、SiON膜12単層のゲート絶縁膜とし、HfO膜との積層構造としていない。従って、より、高速動作に対応できるようEOTを薄く確保しつつ、積層構造となることによる実効移動度の低下を避けることができる。また、65nm技術世代のLOP用MISFET130に要求される、EOT及びリーク電流の許容値をもクリアすることができる。 The LOP MISFET 130 is also a single gate insulating film of the SiON film 12 and does not have a laminated structure with the HfO 2 film. Therefore, it is possible to avoid a decrease in effective mobility due to the laminated structure while securing a thin EOT so as to cope with higher speed operation. Further, the allowable values of EOT and leakage current required for the 65 nm technology generation LOP MISFET 130 can be cleared.

また、LSTP用MISFET120においては、SiON膜12上に、HfO膜を積層したゲート絶縁膜を用いる。これにより、膜厚は、LOP用MISFET130より厚くなるものの、ある程度、EOTを薄くし、消費電流の低下を図りつつ、高いレベルで、リーク電流を小さく抑えることができる。また、65nm技術世代のLSTP用MISFET120に要求される、EOT及びリーク電流の許容値をもクリアすることができる。 In the LSTP MISFET 120, a gate insulating film in which an HfO 2 film is stacked on the SiON film 12 is used. As a result, although the film thickness is thicker than that of the LOP MISFET 130, the leak current can be suppressed to a small level at a high level while reducing the EOT to some extent and reducing the current consumption. Further, the allowable values of EOT and leakage current required for the LSTP MISFET 120 of the 65 nm technology generation can be cleared.

また、この実施の形態によれば、ゲート絶縁膜は、まずSiO膜を形成して、選択的にこれを除去した後、SiON膜12を形成し、HfO膜、SiN膜を形成した後、選択的に、HfO膜、SiN膜を除去することにより形成される。従って、複雑な工程を必要とせず、膜厚、膜種の異なるトランジスタを、同一基板に容易に形成することができ、半導体装置の生産性の向上を図ることができる。 Further, according to this embodiment, after the SiO 2 film is first formed and removed selectively, the SiON film 12 is formed, and the HfO 2 film and the SiN film are formed. Alternatively, it is formed by removing the HfO 2 film and the SiN film. Therefore, a complicated process is not required, and transistors having different film thicknesses and film types can be easily formed over the same substrate, so that the productivity of the semiconductor device can be improved.

なお、この実施の形態においては、1の基板に入出力用MISFET110、LSTP用MISFET120、LOP用MISFET130を有する場合について説明した。しかし、この発明において、それぞれのトランジスタは、入出力用、LSTP用、LOP用に限られるものではない。これらは、それぞれ、ゲート絶縁膜の膜種、膜厚に合わせて、適切な用途に用いるものであれば、他の用途に用いるものであってもよい。   In this embodiment, the case where the input / output MISFET 110, the LSTP MISFET 120, and the LOP MISFET 130 are provided on one substrate has been described. However, in the present invention, each transistor is not limited to input / output, LSTP, and LOP. These may be used for other purposes as long as they are used for appropriate purposes according to the film type and film thickness of the gate insulating film.

また、この実施の形態においては、便宜上、1の基板に、それぞれ、1つずつ入出力用、LSTP用、LOP用MISFET110、120、130を形成する場合について説明した。しかし、この発明においては、1つずつのトランジスが形成されているものに限るものではなく、必要に応じて、必要個数のトランジスタをそれぞれ形成するものであればよい。   Further, in this embodiment, the case where the input / output, LSTP, and LOP MISFETs 110, 120, and 130 are formed one by one on one substrate has been described for convenience. However, the present invention is not limited to one in which each transistor is formed, and may be any one that forms a necessary number of transistors as required.

また、この実施の形態においては、入出力用MISFET110における厚い絶縁膜を、SiO膜10とし、LSTP用MISFET120における薄い界面ゲート絶縁膜及びLOP用MISFET130における薄いゲート絶縁膜を、SiON膜12とした。また、LSTP用MISFET120における上層ゲート絶縁膜としては、SiN膜16を用いた。しかし、この発明において、ゲート絶縁膜の材料は、これに限るものではない。これらのゲート絶縁膜の材料は、それぞれ、例えば、SiO(シリコン酸化膜)膜、SiN(シリコン窒化膜)膜、SiON(シリコン酸窒化膜)膜等から選択することができる。また、例えば、SiO膜、SiN膜、SiON膜のいずれか2つ、あるいは、これら全ての膜を積層した積層構造とするものであってもよい。 In this embodiment, the thick insulating film in the input / output MISFET 110 is the SiO 2 film 10, the thin interface gate insulating film in the LSTP MISFET 120 and the thin gate insulating film in the LOP MISFET 130 are the SiON film 12. . Further, the SiN film 16 was used as the upper gate insulating film in the LSTP MISFET 120. However, in the present invention, the material of the gate insulating film is not limited to this. The material of these gate insulating films can be selected from, for example, a SiO 2 (silicon oxide film) film, a SiN (silicon nitride film) film, a SiON (silicon oxynitride film) film, and the like. Further, for example, any two of SiO 2 film, SiN film, and SiON film, or a laminated structure in which all of these films are laminated may be used.

また、実施の形態においては、SiO膜40除去後に、LSTP用、LOP用領域のそれぞれに、SiON膜12を形成する場合について説明した。しかし、この発明は、これに限るものではなく、例えば、SiON膜12を形成せず、Si基板2上に形成された自然酸化膜をそのまま利用するもの等であってもよい。 In the embodiment, the case where the SiON film 12 is formed in each of the LSTP region and the LOP region after the SiO 2 film 40 is removed has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the natural oxide film formed on the Si substrate 2 may be used as it is without forming the SiON film 12.

また、この実施の形態においては、HfO膜14上に、上層ゲート絶縁膜として、SiN膜16を形成する場合について説明した。しかし、この発明は、これに限るものではなく、上層ゲート絶縁膜を形成せずに、HfO膜14上に、直接ゲート電極20を形成するものであってもよい。 In this embodiment, the case where the SiN film 16 is formed as the upper gate insulating film on the HfO 2 film 14 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the gate electrode 20 may be formed directly on the HfO 2 film 14 without forming the upper gate insulating film.

また、この実施の形態においては、高誘電率膜として、HfO膜14を用いる場合について説明した。しかし、この発明において、高誘電率膜は、HfO膜に限るものではない。高誘電率膜としては、SiO膜、SiN膜、SiON膜等、入出力用、LOP用ゲート絶縁膜よりも誘電率の高いものであればよい。例えば、他の高誘電率膜として、HfxAl1-xy(ハフニウムアルミネイト)膜、Al(アルミナ)膜、La(酸化ランタン)、Pr(酸化プラセオヂウム)、Y(酸化イットリウム)、Ta(酸化タンタル)、Nb(酸化ニオブ)、TiO(酸化チタン)、CeO(酸化セリウム)等、他の金属酸化物、また、それらの固溶体、また、これらの金属酸化物と、SiOとの固溶体、あるいは、(BaSr)TiO(チタン酸ストロンチウムバリウム)等のチタン酸等を用いることができる。 In this embodiment, the case where the HfO 2 film 14 is used as the high dielectric constant film has been described. However, in the present invention, the high dielectric constant film is not limited to the HfO 2 film. The high dielectric constant film may be any film having a higher dielectric constant than the gate insulating film for input / output and LOP, such as a SiO 2 film, a SiN film, and a SiON film. For example, as other high dielectric constant films, Hf x Al 1-x O y (hafnium aluminate) film, Al 2 O 3 (alumina) film, La 2 O 2 (lanthanum oxide), Pr 2 O 3 (praseodium oxide) ), Y 2 O 3 (yttrium oxide), Ta 2 O 5 (tantalum oxide), Nb 2 O 5 (niobium oxide), TiO 2 (titanium oxide), CeO 2 (cerium oxide), and other metal oxides, Further, a solid solution thereof, a solid solution of these metal oxides and SiO 2 , or titanic acid such as (BaSr) TiO 3 (strontium barium titanate) can be used.

また、この発明において、各膜の形成方法は、この実施の形態において説明した方法に限るものではない。これらの形成方法は、その膜の材料等を考慮して、適切な方法により形成するものであればよい。   In the present invention, the method of forming each film is not limited to the method described in this embodiment. Any of these forming methods may be used as long as it is formed by an appropriate method in consideration of the material of the film.

また、この発明において、各膜の膜厚あるいはEOTは、この実施の形態において説明した膜厚に限るものではない。これらは、要求されるトランジスタの機能や、用いる膜の材料等を考慮して、適切な膜厚とすればよい。
例えば、入出力回路部は、3.3Vに対応する場合を示した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、2.5Vや、1.8Vに対応するものなどであってもよい。この場合、それぞれのEOTは、5.0nm、3.0nm程度である。
In the present invention, the film thickness or EOT of each film is not limited to the film thickness described in this embodiment. These may have appropriate film thicknesses in consideration of required transistor functions, film materials to be used, and the like.
For example, the input / output circuit unit corresponds to 3.3V. However, the present invention is not limited to this, and may be, for example, one corresponding to 2.5V or 1.8V. In this case, each EOT is about 5.0 nm and 3.0 nm.

なお、例えば、この実施の形態において、入出力用MISFET110、LSTP用MISFET120、LOP用MISFET130は、それぞれ、この発明の第1、第2、第3のトランジスタに該当し、各MISFET110、120、130の各ゲート絶縁膜、各ゲート電極20が、それぞれ、第1、第2、第3のゲート絶縁膜、及び、第1、第2、第3のゲート電極に該当する。また、例えば、この実施の形態における入出力用MISFETのゲート絶縁膜であるSiO膜10は、この発明の第1の絶縁膜に該当し、LOP用MISFET130のゲート絶縁膜であるSiON膜12は、この発明の第3の絶縁膜に該当する。また、例えば、LSTP用MISFET120のSiON膜12は、この発明の界面ゲート絶縁膜に該当し、HfO膜14は、高誘電率膜に該当し、SiN膜16は、上層ゲート絶縁膜に該当する。 For example, in this embodiment, the input / output MISFET 110, the LSTP MISFET 120, and the LOP MISFET 130 correspond to the first, second, and third transistors of the present invention, respectively. Each gate insulating film and each gate electrode 20 correspond to the first, second, and third gate insulating films and the first, second, and third gate electrodes, respectively. Further, for example, the SiO 2 film 10 which is the gate insulating film of the input / output MISFET in this embodiment corresponds to the first insulating film of the present invention, and the SiON film 12 which is the gate insulating film of the LOP MISFET 130 is This corresponds to the third insulating film of the present invention. For example, the SiON film 12 of the LSTP MISFET 120 corresponds to the interface gate insulating film of the present invention, the HfO 2 film 14 corresponds to the high dielectric constant film, and the SiN film 16 corresponds to the upper gate insulating film. .

また、例えば、この実施の形態において、ステップS2、S4を実行することにより、それぞれ、この発明の分離工程、第1の絶縁膜形成工程が実行され、ステップS6〜S10を実行することにより、第1の絶縁膜除去工程が実行される。また、例えば、ステップS12、S14、S18を実行することにより、それぞれ、この発明の第2の絶縁膜形成工程、高誘電率膜形成工程、上層ゲート絶縁膜形成工程が実行される。また、例えば、この実施の形態において、ステップS20〜S26を実行することにより、この発明の高誘電率膜除去工程が実行され、ステップS32〜S38を実行することにより、ゲート電極形成工程が実行される。   In addition, for example, in this embodiment, by performing steps S2 and S4, the separation process and the first insulating film forming process of the present invention are respectively performed, and by performing steps S6 to S10, the first process is performed. 1 is performed. Further, for example, by executing steps S12, S14, and S18, the second insulating film forming step, the high dielectric constant film forming step, and the upper gate insulating film forming step of the present invention are executed, respectively. Further, for example, in this embodiment, the high dielectric constant film removing process of the present invention is executed by executing steps S20 to S26, and the gate electrode forming process is executed by executing steps S32 to S38. The

この発明の実施の形態におけるSoC100の構造を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the structure of SoC100 in embodiment of this invention. この発明の実施の形態におけるSoCの製造方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of SoC in embodiment of this invention. この発明の実施の形態におけるSoC100の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the state in the manufacture process of SoC100 in embodiment of this invention. この発明の実施の形態におけるSoC100の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the state in the manufacture process of SoC100 in embodiment of this invention. この発明の実施の形態におけるSoC100の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the state in the manufacture process of SoC100 in embodiment of this invention. この発明の実施の形態におけるSoC100の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the state in the manufacture process of SoC100 in embodiment of this invention. この発明の実施の形態におけるSoC100の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the state in the manufacture process of SoC100 in embodiment of this invention. この発明の実施の形態におけるSoC100の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the state in the manufacture process of SoC100 in embodiment of this invention. この発明の実施の形態におけるSoC100の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the state in the manufacture process of SoC100 in embodiment of this invention. この発明の実施の形態におけるSoC100の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the state in the manufacture process of SoC100 in embodiment of this invention. この発明の実施の形態におけるSoC100の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the state in the manufacture process of SoC100 in embodiment of this invention. この発明の実施の形態におけるSoC100の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the state in the manufacture process of SoC100 in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 SoC
110 入出力用MISFET
120 LSTP用MISFET
130 LOP用MISFET
2 Si基板
4 素子分離領域
6 拡散層
10 SiO
12 SiON膜
14 HfO
16 SiN膜
20 ゲート絶縁膜
22 サイドウォール
24 CoSi層
30 層間絶縁膜
32 コンタクトプラグ
34 金属配線
40 SiO
42 レジストマスク
44 レジストマスク
46 ポリシリコン膜
48 SiO
50 レジストマスク
100 SoC
110 MISFET for input / output
120 LSTP MISFET
130 MISFET for LOP
2 Si substrate 4 Element isolation region 6 Diffusion layer 10 SiO 2 film 12 SiON film 14 HfO 2 film 16 SiN film 20 Gate insulating film 22 Side wall 24 CoSi layer 30 Interlayer insulating film 32 Contact plug 34 Metal wiring 40 SiO 2 film 42 Resist Mask 44 Resist mask 46 Polysilicon film 48 SiO 2 film 50 Resist mask

Claims (13)

第1のゲート絶縁膜と、第1のゲート電極とを含む第1のトランジスタと、
第2のゲート絶縁膜と、第2のゲート電極とを含む第2のトランジスタと、
を備え、
前記第1のゲート絶縁膜は、第1の絶縁膜からなり、
前記第2のゲート絶縁膜は、前記第1の絶縁膜より膜厚の薄い界面ゲート絶縁膜と、前記界面ゲート絶縁膜より誘電率の高い高誘電率膜と、を含むことを特徴とする半導体装置。
A first transistor including a first gate insulating film and a first gate electrode;
A second transistor including a second gate insulating film and a second gate electrode;
With
The first gate insulating film comprises a first insulating film,
The second gate insulating film includes an interface gate insulating film having a smaller thickness than the first insulating film, and a high dielectric constant film having a dielectric constant higher than that of the interface gate insulating film. apparatus.
前記第2のゲート絶縁膜は、更に、前記高誘電率膜上に、上層ゲート絶縁膜を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second gate insulating film further includes an upper gate insulating film on the high dielectric constant film. 前記界面ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜換算膜厚が、1.0nm程度であり、
前記高誘電率ゲート絶縁膜は、等価酸化膜換算膜厚が、0.6nm程度であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
The interface gate insulating film has a silicon oxide equivalent film thickness of about 1.0 nm,
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the high dielectric constant gate insulating film has an equivalent oxide equivalent film thickness of about 0.6 nm.
前記第1の絶縁膜は、等価酸化膜換算膜厚が、3.0〜7.0nm程度であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film has an equivalent oxide equivalent film thickness of about 3.0 to 7.0 nm. 前記界面ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜、シリコン酸化膜とシリコン酸窒化膜との積層膜、あるいは、シリコン窒化膜とシリコン酸窒化膜との積層膜であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。   The interface gate insulating film is a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a stacked film of a silicon oxide film and a silicon nitride film, a stacked film of a silicon oxide film and a silicon oxynitride film, or a silicon nitride film 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a laminated film of silicon oxynitride film. 前記第1の絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜、シリコン酸化膜とシリコン酸窒化膜との積層膜、あるいは、シリコン窒化膜とシリコン酸窒化膜との積層膜であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体装置。   The first insulating film is a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a stacked film of a silicon oxide film and a silicon nitride film, a stacked film of a silicon oxide film and a silicon oxynitride film, or silicon nitride 6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a laminated film of a film and a silicon oxynitride film. 前記半導体装置は、更に、第3のゲート絶縁膜と、第3のゲート電極とを含む第3のトランジスタを備え、
前記第3のゲート絶縁膜は、前記界面ゲート絶縁膜と、同じ材料、かつ、同じ膜厚であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の半導体装置。
The semiconductor device further includes a third transistor including a third gate insulating film and a third gate electrode,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the third gate insulating film has the same material and the same thickness as the interface gate insulating film.
下層基板を、それぞれ、第1のトランジスタ、第2のトランジスタを形成するための、第1、第2の領域に分離する分離工程と、
前記第1、第2の領域に、第1の絶縁膜を形成する第1の絶縁膜形成工程と、
前記第2の領域に形成された前記第1の絶縁膜を、選択的に除去する第1の絶縁膜除去工程と、
前記基板全体に、高誘電率膜を形成する高誘電率膜形成工程と、
前記第1の領域に形成された高誘電率膜を除去する高誘電率膜除去工程と、
前記第1、第2の領域に、それぞれ、ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A separation step of separating the lower layer substrate into first and second regions for forming a first transistor and a second transistor, respectively;
A first insulating film forming step of forming a first insulating film in the first and second regions;
A first insulating film removing step for selectively removing the first insulating film formed in the second region;
A high dielectric constant film forming step of forming a high dielectric constant film on the entire substrate;
A high dielectric constant film removing step of removing the high dielectric constant film formed in the first region;
A gate electrode forming step of forming a gate electrode in each of the first and second regions;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
下層基板を、それぞれ、第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、第3のトランジスタ、を形成するための、第1、第2、第3の領域に分離する分離工程と、
前記第1、第2、第3の領域に、第1の絶縁膜を形成する第1の絶縁膜形成工程と、
前記第2、第3の領域に形成された前記第1の絶縁膜を、選択的に除去する第1の絶縁膜除去工程と、
前記基板全体に、高誘電率膜を形成する高誘電率膜形成工程と、
前記第1、第3の領域に形成された高誘電率膜を除去する高誘電率膜除去工程と、
前記第1、第2、第3の領域に、それぞれ、ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A separation step of separating the lower substrate into first, second, and third regions for forming a first transistor, a second transistor, and a third transistor, respectively;
A first insulating film forming step of forming a first insulating film in the first, second, and third regions;
A first insulating film removing step for selectively removing the first insulating film formed in the second and third regions;
A high dielectric constant film forming step of forming a high dielectric constant film on the entire substrate;
A high dielectric constant film removing step of removing the high dielectric constant film formed in the first and third regions;
A gate electrode forming step of forming a gate electrode in each of the first, second, and third regions;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の絶縁膜形成工程は、熱酸化により行うことを特徴とする請求項8または9に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the first insulating film forming step is performed by thermal oxidation. 前記第1の絶縁膜除去工程の後、前記高誘電率膜形成工程前に、前記第2及び/または第3の領域に、前記第1の絶縁膜より薄い第2の絶縁膜を形成する第2の絶縁膜形成工程を備えることを特徴とする請求項8から10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   After the first insulating film removing step and before the high dielectric constant film forming step, a second insulating film that is thinner than the first insulating film is formed in the second and / or third region. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising two insulating film forming steps. 前記第2の絶縁膜は、プラズマ励起熱酸窒化により形成することを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the second insulating film is formed by plasma-excited thermal oxynitridation. 前記高誘電率膜形成工程の後、前記高誘電率膜上に、上層ゲート絶縁膜を形成する上層ゲート絶縁膜形成工程を備えることを特徴とする請求項8から12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   13. The semiconductor according to claim 8, further comprising an upper gate insulating film forming step of forming an upper gate insulating film on the high dielectric constant film after the high dielectric constant film forming step. Device manufacturing method.
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