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JP2006108439A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2006108439A
JP2006108439A JP2004293936A JP2004293936A JP2006108439A JP 2006108439 A JP2006108439 A JP 2006108439A JP 2004293936 A JP2004293936 A JP 2004293936A JP 2004293936 A JP2004293936 A JP 2004293936A JP 2006108439 A JP2006108439 A JP 2006108439A
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JP
Japan
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film
oxide film
gate insulating
silicon
semiconductor device
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Application number
JP2004293936A
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Japanese (ja)
Inventor
Woo-Sik Kim
雨植 金
Hiroyuki Ito
伊藤 浩之
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Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

【課題】 ゲートリーク電流および閾値電圧が低く、CMOS構造を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】 NMOSFETは、シリコン酸化膜10と、ハフニウムシリケート膜11とからなるゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上に形成されたN型ポリシリコン膜15を有するゲート電極とを備える。また、PMOSFETは、シリコン酸化膜12と、ハフニウムシリケート膜13と、アルミニウム酸化膜14とからなるゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上に形成されたP型ポリシリコン膜16を有するゲート電極とを備える。アルミニウム酸化膜14の膜厚は2nm以下であることが好ましい。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a low gate leakage current and a threshold voltage and having a CMOS structure.
An NMOSFET includes a gate insulating film made of a silicon oxide film, a hafnium silicate film, and a gate electrode having an N-type polysilicon film formed on the gate insulating film. The PMOSFET includes a gate insulating film made of a silicon oxide film 12, a hafnium silicate film 13, and an aluminum oxide film 14, and a gate electrode having a P-type polysilicon film 16 formed on the gate insulating film. Is provided. The thickness of the aluminum oxide film 14 is preferably 2 nm or less.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は半導体装置に関し、より詳細には、CMOS構造を有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a CMOS structure.

近年、半導体集積回路装置における高集積化が大きく進展しており、MOS(Metal Oxide Semiconductor)型半導体装置ではトランジスタなどの素子の微細化、高性能化が図られている。特に、MOS構造を構成する要素の一つであるゲート絶縁膜に関しては、上記トランジスタの微細化、高速動作および低電圧化に対応すべく薄膜化が急速に進んでいる。   In recent years, high integration in semiconductor integrated circuit devices has greatly advanced, and in MOS (Metal Oxide Semiconductor) type semiconductor devices, elements such as transistors are miniaturized and high performance is achieved. In particular, with regard to the gate insulating film which is one of the elements constituting the MOS structure, the thinning is rapidly progressing to cope with the miniaturization, high speed operation and low voltage of the transistor.

ゲート絶縁膜を構成する材料としては、従来よりシリコン酸化膜が用いられてきた。一方、ゲート電極の微細化に伴いゲート絶縁膜の薄膜化が進むと、キャリア(電子および正孔)がゲート絶縁膜を直接トンネリングすることによって生じるトンネル電流、すなわちゲートリーク電流が増大するようになる。しかしながら、シリコン酸化膜を用いた場合には、トンネル電流によるゲートリーク電流が許容値を超えてしまうことから、SiO膜に代わる新たな材料の採用が急務となっている。 Conventionally, a silicon oxide film has been used as a material constituting the gate insulating film. On the other hand, when the gate insulating film becomes thinner with the miniaturization of the gate electrode, the tunnel current generated by the carriers (electrons and holes) directly tunneling through the gate insulating film, that is, the gate leakage current increases. . However, when a silicon oxide film is used, the gate leakage current due to the tunnel current exceeds an allowable value, and therefore, it is urgent to adopt a new material in place of the SiO 2 film.

そこで、シリコン酸化膜に代えて、より比誘電率の高い材料をゲート絶縁膜として使用する研究が行われている。高誘電率の絶縁膜(以下、High−k膜という。)としては、現在、ハフニウム酸化膜、ハフニウムアルミネート膜およびハフニウムシリケート膜などが検討されている。これらの膜は比誘電率がシリコン酸化膜(比誘電率3.9)よりも高いので、電気的膜厚(シリコン酸化膜換算膜厚)を一定とするならば、SiO膜よりも物理的膜厚を厚くすることができる。したがって、High−k膜を使用することによってリーク電流を抑制することが可能となる。 In view of this, research has been conducted on using a material having a higher relative dielectric constant as the gate insulating film instead of the silicon oxide film. Currently, hafnium oxide films, hafnium aluminate films, hafnium silicate films, and the like have been studied as high dielectric constant insulating films (hereinafter referred to as high-k films). Since these films have a relative dielectric constant higher than that of the silicon oxide film (relative dielectric constant 3.9), if the electrical film thickness (silicon oxide film equivalent film thickness) is constant, the film is more physically than the SiO 2 film. The film thickness can be increased. Therefore, the leakage current can be suppressed by using the High-k film.

一方、従来のCMOSFET(Complementary Metal OxideSemiconductor)では、シリコン基板上に、閾値電圧が高いトランジスタと閾値電圧が低いトランジスタとを同時に作製するために、N型トランジスタにはN型ポリシリコンを、P型トランジスタにはP型ポリシリコンをそれぞれ使用するデュアルゲート構造が採られてきた(例えば、特許文献1参照。)。   On the other hand, in a conventional CMOSFET (Complementary Metal Oxide Semiconductor), a transistor having a high threshold voltage and a transistor having a low threshold voltage are simultaneously formed on a silicon substrate. Has adopted a dual gate structure using P-type polysilicon (see, for example, Patent Document 1).

特開2000−174138号公報JP 2000-174138 A

しかしながら、High−k膜を用いてデュアルゲート構造のCMOSFETを作製すると、N型トランジスタとP型トランジスタの閾値電圧の差が0.2V程度まで小さくなるという問題があった(フェルミレベルピニング現象)。このため、例えば、ハフニウムシリケート膜をゲート絶縁膜として用いた場合には、閾値電圧を低くするために、P型トランジスタのチャネル側にカウンタードーピングをしなければならなかった。   However, when a dual-gate CMOSFET is manufactured using a High-k film, there is a problem that the difference in threshold voltage between the N-type transistor and the P-type transistor is reduced to about 0.2 V (Fermi level pinning phenomenon). For this reason, for example, when a hafnium silicate film is used as a gate insulating film, counter doping must be performed on the channel side of the P-type transistor in order to reduce the threshold voltage.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、ゲートリーク電流および閾値電圧が低く、CMOS構造を有する半導体装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems. That is, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a low gate leakage current and a low threshold voltage and having a CMOS structure.

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.

本発明の半導体装置は、シリコン基板上にNMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置において、NMOSFETは、シリコン基板の上に形成されたシリコン酸化膜と、このシリコン酸化膜の上に形成された第1の金属酸化膜とからなるゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上に形成されたN型ポリシリコン膜を有するゲート電極とを備え、PMOSFETは、シリコン基板の上に形成されたシリコン酸化膜と、このシリコン酸化膜の上に形成された第1の金属酸化膜と、この第1の金属酸化膜の上に形成された第2の金属酸化膜とからなるゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上に形成されたP型ポリシリコン膜を有するゲート電極とを備え、第1の金属酸化膜がハフニウムを含む酸化膜であることを特徴とするものである。   The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device having a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET on a silicon substrate. The NMOSFET is formed on a silicon oxide film formed on the silicon substrate, and on the silicon oxide film. A gate insulating film made of the formed first metal oxide film and a gate electrode having an N-type polysilicon film formed on the gate insulating film, and the PMOSFET is formed on the silicon substrate. A gate insulating film comprising: a silicon oxide film; a first metal oxide film formed on the silicon oxide film; and a second metal oxide film formed on the first metal oxide film; And a gate electrode having a P-type polysilicon film formed on the gate insulating film, wherein the first metal oxide film is an oxide film containing hafnium. It is an feature.

本発明の半導体装置において、第1の金属酸化膜は、ハフニウム酸化膜およびハフニウムシリケート膜のいずれか一方とすることができる。   In the semiconductor device of the present invention, the first metal oxide film can be either a hafnium oxide film or a hafnium silicate film.

また、本発明の半導体装置において、第2の金属酸化膜はアルミニウム酸化膜とすることができる。この場合、アルミニウム酸化膜は2nm以下の膜厚であることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, the second metal oxide film can be an aluminum oxide film. In this case, the aluminum oxide film is preferably 2 nm or less in thickness.

この発明は以上説明したように、NMOSFETのゲート絶縁膜が、シリコン酸化膜と第1の金属酸化膜とからなり、PMOSFETのゲート絶縁膜が、シリコン酸化膜と、第1の金属酸化膜と、第2の金属酸化膜とからなるので、閾値電圧およびゲートリーク電流の低いCMOSFETとすることができる。   As described above, according to the present invention, the gate insulating film of the NMOSFET includes the silicon oxide film and the first metal oxide film, and the gate insulating film of the PMOSFET includes the silicon oxide film, the first metal oxide film, Since it consists of a 2nd metal oxide film, it can be set as CMOSFET with a low threshold voltage and a gate leak current.

本発明は、シリコン基板上にNMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置において、NMOSFETのゲート絶縁膜が、シリコン酸化膜と第1の金属酸化膜とがこの順に積層された構造からからなり、PMOSFETのゲート絶縁膜が、シリコン酸化膜、第1の金属酸化膜および第2の金属酸化膜がこの順に積層された構造からなることを特徴とする。ここで、第1の金属酸化膜は高誘電率絶縁膜(High−k膜)である。特に、本発明においては、第1の金属酸化膜は、ハフニウム酸化膜およびハフニウムシリケート膜などのハフニウムを含む酸化膜であることが好ましい。また、第2の金属酸化膜はアルミニウム酸化膜であることが好ましい。この場合、比誘電率を考慮すると、アルミニウム酸化膜の膜厚は2nm以下であることが好ましい。一方、シリコン酸化膜の膜厚は、PMOSFETおよびNMOSFETのいずれも0.5nm以下であることが好ましい。   According to the present invention, in a semiconductor device including a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET on a silicon substrate, the gate insulating film of the NMOSFET has a structure in which a silicon oxide film and a first metal oxide film are stacked in this order. The gate insulating film of the PMOSFET has a structure in which a silicon oxide film, a first metal oxide film, and a second metal oxide film are stacked in this order. Here, the first metal oxide film is a high dielectric constant insulating film (High-k film). In particular, in the present invention, the first metal oxide film is preferably an oxide film containing hafnium, such as a hafnium oxide film and a hafnium silicate film. The second metal oxide film is preferably an aluminum oxide film. In this case, considering the relative dielectric constant, the thickness of the aluminum oxide film is preferably 2 nm or less. On the other hand, the thickness of the silicon oxide film is preferably 0.5 nm or less for both the PMOSFET and the NMOSFET.

図1は、本発明の半導体装置の断面図の一例である。   FIG. 1 is an example of a cross-sectional view of a semiconductor device of the present invention.

図1において、シリコン基板1の素子領域の周囲には素子分離絶縁膜2が形成されている。また、素子領域内には、N型拡散層領域3、P型拡散層領域4、P型エクステンション領域5、N型エクステンション領域6、P型ソース・ドレイン領域7、N型ソース・ドレイン領域8およびニッケルシリサイド膜9が形成されている。   In FIG. 1, an element isolation insulating film 2 is formed around the element region of the silicon substrate 1. Further, in the element region, an N-type diffusion layer region 3, a P-type diffusion layer region 4, a P-type extension region 5, an N-type extension region 6, a P-type source / drain region 7, an N-type source / drain region 8 and A nickel silicide film 9 is formed.

チャネル上に形成されたNMOSFETのゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜10と、この上に形成された第1の金属酸化膜としてのハフニウムシリケート膜11とからなる。ここで、シリコン酸化膜10は下地界面層である。   The gate insulating film of the NMOSFET formed on the channel is composed of a silicon oxide film 10 and a hafnium silicate film 11 as a first metal oxide film formed thereon. Here, the silicon oxide film 10 is a base interface layer.

一方、PMOSFETのゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜12と、第1の金属酸化膜としてのハフニウムシリケート膜13と、第2の金属酸化膜としてのアルミニウム酸化膜14とが積層された構造からなる。ここで、シリコン酸化膜12は下地界面層である。   On the other hand, the gate insulating film of the PMOSFET has a structure in which a silicon oxide film 12, a hafnium silicate film 13 as a first metal oxide film, and an aluminum oxide film 14 as a second metal oxide film are laminated. Here, the silicon oxide film 12 is a base interface layer.

シリコン基板のチャネル領域上に直接High−k膜を形成すると、シリコン基板とゲート絶縁膜との界面特性が悪くなってキャリアの移動度が低下する。High−k膜とシリコン基板との界面に下地界面層を設けることによって、界面特性を良好にすることができる。尚、本発明においては、シリコン酸化膜の他に、シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜などを下地界面層として用いてもよい。   When a high-k film is formed directly on the channel region of a silicon substrate, the interface characteristics between the silicon substrate and the gate insulating film are deteriorated, and the carrier mobility is lowered. By providing the base interface layer at the interface between the high-k film and the silicon substrate, the interface characteristics can be improved. In the present invention, in addition to the silicon oxide film, a silicon nitride film or a silicon oxynitride film may be used as the underlying interface layer.

また、図1において、N型ゲート電極は、N型ポリシリコン膜15および金属シリサイド膜9からなる。一方、P型ゲート電極は、P型ポリシリコン膜16およびニッケルシリサイド膜9からなる。そして、各ゲート電極の側壁には、サイドウォールとしてのシリコン窒化膜17が形成されている。   In FIG. 1, the N-type gate electrode includes an N-type polysilicon film 15 and a metal silicide film 9. On the other hand, the P-type gate electrode is composed of a P-type polysilicon film 16 and a nickel silicide film 9. A silicon nitride film 17 as a sidewall is formed on the sidewall of each gate electrode.

ハフニウムシリケート膜の上にN型またはP型のポリシリコン膜を形成すると、フェルミレベルピニング現象の結果、いずれのポリシリコン膜もシリコンの伝導帯に近い有効ゲート電極仕事関数を持つ。一方、アルミニウム酸化膜の上にN型またはP型のポリシリコン膜を形成すると、いずれのポリシリコン膜もシリコンの価電子帯に近い有効ゲート電極仕事関数を持つ。   When an N-type or P-type polysilicon film is formed on the hafnium silicate film, as a result of the Fermi level pinning phenomenon, any polysilicon film has an effective gate electrode work function close to the conduction band of silicon. On the other hand, when an N-type or P-type polysilicon film is formed on the aluminum oxide film, any polysilicon film has an effective gate electrode work function close to the valence band of silicon.

図2は、ゲート絶縁膜の種類によるポリシリコンゲート電極のフラットバンド電圧の変化を示したものである。図より、NMOSFETではハフニウムシリケート膜が、PMOSFETではアルミニウム酸化膜がそれぞれゲート絶縁膜として適している。しかしながら、PMOSFETのゲート絶縁膜として、シリコン酸化膜とアルミニウム酸化膜のみからなる積層膜を用いた場合には、アルミニウム酸化膜の比誘電率が低いために十分なゲート電極を得ることができない。   FIG. 2 shows changes in the flat band voltage of the polysilicon gate electrode depending on the type of the gate insulating film. From the figure, a hafnium silicate film is suitable as the gate insulating film for the NMOSFET and an aluminum oxide film is suitable for the PMOSFET. However, when a laminated film composed only of a silicon oxide film and an aluminum oxide film is used as the gate insulating film of the PMOSFET, a sufficient gate electrode cannot be obtained because the relative dielectric constant of the aluminum oxide film is low.

本発明によれば、NMOSFETにシリコン酸化膜とハフニウムシリケート膜との積層膜を、PMOSFETにシリコン酸化膜、ハフニウムシリケート膜およびアルミニウム酸化膜からなる積層膜を、それぞれゲート絶縁膜として用いるので、閾値電圧およびゲートリーク電流の低いCMOSFETを得ることができる。   According to the present invention, since the stacked film of the silicon oxide film and the hafnium silicate film is used for the NMOSFET and the stacked film made of the silicon oxide film, the hafnium silicate film and the aluminum oxide film is used for the PMOSFET as the gate insulating film, the threshold voltage In addition, a CMOSFET having a low gate leakage current can be obtained.

次に、図3〜図9を用いて、本発明による半導体装置の製造方法の一例について説明する。尚、これらの図において、図1と同じ符号を付した部分は同じ部分であることを示している。   Next, an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In these drawings, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.

まず、図3(a)に示すように、シリコン基板1の所定の領域にシリコン酸化膜を埋め込み、STI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離領域2および犠牲酸化膜18を形成する。尚、本実施の形態においては、シリコン基板1の他に、歪シリコン基板またはシリコンゲルマニウム基板などの半導体基板を用いてもよい。   First, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film is embedded in a predetermined region of the silicon substrate 1, and an element isolation region 2 and a sacrificial oxide film 18 having an STI (Shallow Trench Isolation) structure are formed. In the present embodiment, a semiconductor substrate such as a strained silicon substrate or a silicon germanium substrate may be used in addition to the silicon substrate 1.

次に、レジスト19をマスクとして、シリコン基板1にP(リン)をイオン注入する(図3(b))。Pの注入は、拡散層の形成およびトランジスタの閾値電圧の調整を目的としており、複数回に渡って行われる。Pを注入した後はレジスト19を剥離し、さらに、同様の方法でシリコン基板にB(ボロン)を注入する。その後、熱処理により不純物を拡散させることによって、N型拡散層領域3およびP型拡散層領域4を形成する(図3(c))。   Next, P (phosphorus) ions are implanted into the silicon substrate 1 using the resist 19 as a mask (FIG. 3B). The implantation of P is performed a plurality of times for the purpose of forming a diffusion layer and adjusting the threshold voltage of the transistor. After the implantation of P, the resist 19 is removed, and B (boron) is implanted into the silicon substrate by the same method. Thereafter, the N-type diffusion layer region 3 and the P-type diffusion layer region 4 are formed by diffusing impurities by heat treatment (FIG. 3C).

拡散層領域を形成した後は、NHF水溶液を用いて犠牲酸化膜18を除去する。その後、シリコン酸化膜19をシリコン基板1の表面に形成する。さらに、シリコン酸化膜20の上に、ハフニウムシリケート膜21、アルミニウム酸化膜22を順に形成する(図4(a))。 After the diffusion layer region is formed, the sacrificial oxide film 18 is removed using an NH 4 F aqueous solution. Thereafter, a silicon oxide film 19 is formed on the surface of the silicon substrate 1. Further, a hafnium silicate film 21 and an aluminum oxide film 22 are sequentially formed on the silicon oxide film 20 (FIG. 4A).

次に、NMOS領域にあるアルミニウム酸化膜22を選択的に除去するために、図4(b)に示すように、PMOS領域にあるアルミニウム酸化膜22の上にレジスト23を形成する。アルミニウム酸化膜22の選択的な除去は、例えば、アルミニウム酸化膜21を形成した後に、950℃程度の温度で熱処理してから、フッ酸溶液でウェットエッチングを行うことによって実現できる。   Next, in order to selectively remove the aluminum oxide film 22 in the NMOS region, as shown in FIG. 4B, a resist 23 is formed on the aluminum oxide film 22 in the PMOS region. The selective removal of the aluminum oxide film 22 can be realized, for example, by forming the aluminum oxide film 21 and performing a heat treatment at a temperature of about 950 ° C. and then performing wet etching with a hydrofluoric acid solution.

図9は、ハフニウムシリケート膜とアルミニウム酸化膜について、フッ酸溶液によるエッチング後の膜厚を測定ポイントを変えて比較した一例である。図より、アルミニウム酸化膜の方がハフニウムシリケート膜よりもエッチングレートが速いことが分かる。すなわち、これを利用することによって、ハフニウムシリケート膜に対するアルミニウム酸化膜のエッチング選択比を大きくして、ハフニウムシリケート膜を実質的に除去することなしにアルミニウム酸化膜を選択的に除去することが可能となる。   FIG. 9 shows an example in which the hafnium silicate film and the aluminum oxide film are compared with each other at different measurement points after etching with a hydrofluoric acid solution. From the figure, it can be seen that the aluminum oxide film has a higher etching rate than the hafnium silicate film. That is, by using this, the etching selectivity of the aluminum oxide film to the hafnium silicate film can be increased, and the aluminum oxide film can be selectively removed without substantially removing the hafnium silicate film. Become.

アルミニウム酸化膜22を除去した後は、不要となったレジスト23を除去することによって、図4(c)の構造とすることができる。   After the aluminum oxide film 22 is removed, the resist 23 that is no longer needed is removed to obtain the structure of FIG.

次に、図5(a)に示すように、ポリシリコン膜24を形成した後、N型ゲート電極を形成するために、レジスト25をマスクとしてポリシリコン膜24中にPをイオン注入する。次いで、レジスト25を剥離した後、同様の方法によって、P型電極を形成するためにポリシリコン膜23にイオン注入する。その後、全面にシリコン酸化膜26を形成してから、レジスト27をマスクとしてシリコン酸化膜26を加工して図5(b)の構造とする。   Next, as shown in FIG. 5A, after the polysilicon film 24 is formed, P ions are implanted into the polysilicon film 24 using the resist 25 as a mask in order to form an N-type gate electrode. Next, after removing the resist 25, ions are implanted into the polysilicon film 23 by the same method to form a P-type electrode. Thereafter, a silicon oxide film 26 is formed on the entire surface, and then the silicon oxide film 26 is processed using the resist 27 as a mask to obtain the structure shown in FIG.

次に、レジスト27を剥離した後に、シリコン酸化膜26をマスクとしてN型ポリシリコン膜15およびP型ポリシリコン膜16を加工することによって、図6(a)に示すようにゲート電極を形成する。さらに、シリコン酸化膜26をマスクとして、ゲート電極下部のみにゲート絶縁膜が残るように、アルミニウム酸化膜22、ハフニウム酸化膜21およびシリコン酸化膜20をエッチングする。これにより、図6(b)に示すように、シリコン酸化膜10とハフニウムシリケート膜11からなるNMOSFETのゲート絶縁膜と、シリコン酸化膜12、ハフニウムシリケート膜13およびアルミニウム酸化膜14からなるPMOSFETのゲート絶縁膜とがそれぞれ形成される。尚、シリコン酸化膜26はエッチングによって消失する。   Next, after removing the resist 27, the N-type polysilicon film 15 and the P-type polysilicon film 16 are processed using the silicon oxide film 26 as a mask, thereby forming a gate electrode as shown in FIG. . Further, using the silicon oxide film 26 as a mask, the aluminum oxide film 22, the hafnium oxide film 21, and the silicon oxide film 20 are etched so that the gate insulating film remains only under the gate electrode. Thus, as shown in FIG. 6B, the gate insulating film of the NMOSFET composed of the silicon oxide film 10 and the hafnium silicate film 11, and the gate of the PMOSFET composed of the silicon oxide film 12, the hafnium silicate film 13 and the aluminum oxide film 14. An insulating film is formed. The silicon oxide film 26 disappears by etching.

次に、レジスト28およびP型ポリシリコン膜16をマスクとして、N型拡散層領域3にBをイオン注入する(図7(a))。同様に、レジスト(図示せず)およびN型ポリシリコン膜15をマスクとして、P型拡散層領域4にPをイオン注入する。これにより、P型エクステンション領域5およびN型エクステンション領域6が形成される(図7(b))。   Next, B is ion-implanted into the N-type diffusion layer region 3 using the resist 28 and the P-type polysilicon film 16 as a mask (FIG. 7A). Similarly, P is ion-implanted into the P-type diffusion layer region 4 using a resist (not shown) and the N-type polysilicon film 15 as a mask. Thereby, the P-type extension region 5 and the N-type extension region 6 are formed (FIG. 7B).

次に、図7(c)に示すように、シリコン窒化膜29をCVD法で全面に形成する。この後、反応性イオンエッチングによって、ゲート電極の側壁部を残してシリコン窒化膜29を除去する。これにより、サイドウォールとしてのシリコン窒化膜17が形成される。   Next, as shown in FIG. 7C, a silicon nitride film 29 is formed on the entire surface by the CVD method. Thereafter, the silicon nitride film 29 is removed by reactive ion etching, leaving the side wall of the gate electrode. Thereby, a silicon nitride film 17 as a sidewall is formed.

次に、図8(a)に示すように、レジスト30およびシリコン窒化膜17の形成されたゲート電極をマスクとして、N型拡散層領域3にBをイオン注入する。レジスト30を剥離した後、同様の方法でP型拡散層領域4にPをイオン注入する。その後、熱処理により不純物を活性化することによって、P型ソース・ドレイン領域7およびN型ソース・ドレイン領域8を形成する(図8(b))。   Next, as shown in FIG. 8A, B is ion-implanted into the N-type diffusion layer region 3 using the gate electrode on which the resist 30 and the silicon nitride film 17 are formed as a mask. After the resist 30 is removed, P ions are implanted into the P-type diffusion layer region 4 in the same manner. Thereafter, the P-type source / drain region 7 and the N-type source / drain region 8 are formed by activating the impurities by heat treatment (FIG. 8B).

次に、全面にニッケル膜(図示せず)およびチタンナイトライド膜(図示せず)を成膜した後、熱処理を行う。その後、チタンナイトライド膜および未反応のニッケル膜をエッチング除去して、ソース・ドレイン領域7,8並びにN型ポリシリコン膜15およびP型ポリシリコン膜16の上に選択的にニッケルシリサイド膜9を形成する(図8(c))。尚、ニッケル膜の代わりにコバルト膜などを成膜することによって、コバルトシリサイド膜などの他の金属シリサイド膜を形成してもよい。   Next, after forming a nickel film (not shown) and a titanium nitride film (not shown) on the entire surface, heat treatment is performed. Thereafter, the titanium nitride film and the unreacted nickel film are removed by etching, and the nickel silicide film 9 is selectively formed on the source / drain regions 7 and 8 and the N-type polysilicon film 15 and the P-type polysilicon film 16. It forms (FIG.8 (c)). Note that another metal silicide film such as a cobalt silicide film may be formed by forming a cobalt film or the like instead of the nickel film.

以上の工程によって、図1と同様の構造を得ることができる。この後は、層間絶縁膜を形成した後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法による平坦化を行ってからコンタクトおよび配線等を形成する。   Through the above steps, a structure similar to that shown in FIG. 1 can be obtained. Thereafter, after an interlayer insulating film is formed, planarization is performed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, and then contacts and wirings are formed.

尚、本実施の形態においては、ポリシリコンを用いてゲート電極を形成したが、本発明はこれに限られるものではない。本発明においては、ポリシリコンの他に、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウムまたはタングステンなどを用いてゲート電極を形成してもよい。ゲート電極を、タングステンなどの金属からなる層を含む積層構造とした場合には、ゲート電極の上部に金属シリサイド層を形成する必要はなくなる。また、本発明は、上記のデュアルゲートの他に、トリプルゲート、縦型トランジスタまたはFinトランジスタなどにも適用することが可能である。   In the present embodiment, the gate electrode is formed using polysilicon, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the gate electrode may be formed using germanium, silicon germanium, tungsten, or the like in addition to polysilicon. When the gate electrode has a stacked structure including a layer made of a metal such as tungsten, it is not necessary to form a metal silicide layer on the gate electrode. In addition to the above dual gate, the present invention can be applied to a triple gate, a vertical transistor, a Fin transistor, or the like.

本実施の形態にかかる半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device concerning this Embodiment. ゲート絶縁膜の種類によるポリシリコンゲート電極のフラットバンド電圧の変化を示した図である。It is the figure which showed the change of the flat band voltage of the polysilicon gate electrode by the kind of gate insulating film. (a)〜(c)は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning this Embodiment. (a)〜(c)は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning this Embodiment. (a)〜(b)は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。(A)-(b) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning this Embodiment. (a)〜(b)は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。(A)-(b) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning this Embodiment. (a)〜(c)は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning this Embodiment. (a)〜(c)は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device concerning this Embodiment. ハフニウムシリケート膜とアルミニウム酸化膜について、フッ酸溶液によるエッチング後の膜厚を比較した一例である。It is an example in which the film thickness after etching with a hydrofluoric acid solution is compared between a hafnium silicate film and an aluminum oxide film.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
2 素子分離絶縁膜
3 N型拡散層領域
4 P型拡散層領域
5 P型エクステンション領域
6 N型エクステンション領域
7 P型ソース・ドレイン領域
8 N型ソース・ドレイン領域
9 ニッケルシリサイド膜
10,12,20,26 シリコン酸化膜
11,13,21 ハフニウムシリケート膜
14,22 アルミニウム酸化膜
15 N型ポリシリコン膜
16 P型ポリシリコン膜
17,29 シリコン窒化膜
18 犠牲酸化膜
19,23,25,27,28,30 レジスト
24 ポリシリコン膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Element isolation insulating film 3 N type diffused layer area | region 4 P type diffused layer area | region 5 P type extension area | region 6 N type extension area | region 7 P type source / drain area | region 8 N type source / drain area | region 9 Nickel silicide film 10, 12, 20, 26 Silicon oxide film 11, 13, 21 Hafnium silicate film 14, 22 Aluminum oxide film 15 N-type polysilicon film 16 P-type polysilicon film 17, 29 Silicon nitride film 18 Sacrificial oxide film 19, 23, 25, 27, 28, 30 Resist 24 Polysilicon film

Claims (4)

シリコン基板上にNMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置において、
前記NMOSFETは、前記シリコン基板の上に形成されたシリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜の上に形成された第1の金属酸化膜とからなるゲート絶縁膜と、
該ゲート絶縁膜の上に形成されたN型ポリシリコン膜を有するゲート電極とを備え、
前記PMOSFETは、前記シリコン基板の上に形成されたシリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜の上に形成された第1の金属酸化膜と、該第1の金属酸化膜の上に形成された第2の金属酸化膜とからなるゲート絶縁膜と、
該ゲート絶縁膜の上に形成されたP型ポリシリコン膜を有するゲート電極とを備え、
前記第1の金属酸化膜は、ハフニウムを含む酸化膜であることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device comprising a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET on a silicon substrate,
The NMOSFET includes a gate insulating film formed of a silicon oxide film formed on the silicon substrate and a first metal oxide film formed on the silicon oxide film,
A gate electrode having an N-type polysilicon film formed on the gate insulating film,
The PMOSFET includes a silicon oxide film formed on the silicon substrate, a first metal oxide film formed on the silicon oxide film, and a first metal oxide film formed on the first metal oxide film. A gate insulating film composed of two metal oxide films;
A gate electrode having a P-type polysilicon film formed on the gate insulating film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal oxide film is an oxide film containing hafnium.
前記第1の金属酸化膜は、ハフニウム酸化膜およびハフニウムシリケート膜のいずれか一方である請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal oxide film is one of a hafnium oxide film and a hafnium silicate film. 前記第2の金属酸化膜はアルミニウム酸化膜である請求項1または2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second metal oxide film is an aluminum oxide film. 前記アルミニウム酸化膜は2nm以下の膜厚である請求項3に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3, wherein the aluminum oxide film has a thickness of 2 nm or less.
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