JP2009277909A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、応力記憶技術を用いて高性能化されたMISトランジスタを備える半導体装置の製造方法に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor device, and more particularly to a technique effective when applied to a manufacturing method of a semiconductor device including a MIS transistor enhanced in performance using a stress memory technique.
大容量の情報を高速に処理、記憶する半導体装置には、複数のMIS(Metal Insulator Semiconductor)型電界効果トランジスタ(以下、単にMISトランジスタ)が搭載され、例えば論理回路やメモリアレイなどを構成している。これらMISトランジスタは半導体基板上に形成され、微細化による高集積化によって、半導体装置の高性能化を実現している。 A semiconductor device that processes and stores a large amount of information at high speed includes a plurality of MIS (Metal Insulator Semiconductor) type field effect transistors (hereinafter simply referred to as MIS transistors), and constitutes, for example, a logic circuit or a memory array. Yes. These MIS transistors are formed on a semiconductor substrate and realize high performance of a semiconductor device by high integration by miniaturization.
一般的に、MISトランジスタは、金属(Metal)または金属級の導電性を有する半導体からなるゲート電極、絶縁膜(Insulator)からなるゲート絶縁膜、および、半導体(Semiconductor)からなるチャネル領域の積層構造を有する。更に、チャネル領域に導通するためのソース領域とドレイン領域とを有する構造を基本としている。特に、ゲート絶縁膜を介したゲート電極からの電界効果によって、チャネル領域に形成される反転層の極性によって、それぞれ、キャリアが電子であるnチャネル型MISトランジスタ(以下、単にn型MISトランジスタ)、または、キャリアが正孔(ホール)であるpチャネル型MISトランジスタ(以下、単にp型MISトランジスタ)と呼ばれる。 In general, a MIS transistor has a stacked structure of a gate electrode made of a metal or a metal-class conductive semiconductor, a gate insulating film made of an insulating film, and a channel region made of a semiconductor. Have Further, the structure has a source region and a drain region for conducting to the channel region. In particular, due to the electric field effect from the gate electrode through the gate insulating film, depending on the polarity of the inversion layer formed in the channel region, an n-channel MIS transistor (hereinafter simply referred to as an n-type MIS transistor) in which carriers are electrons Alternatively, it is called a p-channel MIS transistor (hereinafter simply referred to as a p-type MIS transistor) in which carriers are holes.
近年、半導体装置において、処理速度の高速化や、より低い電圧での駆動力向上などといったMISトランジスタのパフォーマンスの向上を目的として、素子に応力(ストレス)を印加する技術が提案されている。n型MISトランジスタに対しては引張(テンサイル、tensile)応力を印加することで特性が向上し、一方、p型MISトランジスタに対しては圧縮(コンプレッシブ、compressive)応力を印加することで特性が向上することが分かっている。より具体的には、上記の応力によってチャネル領域における格子が歪み、キャリア移動度が上昇する。これによって、同じ電圧でもソース・ドレイン間により大きな電流が流れ、駆動力が向上する。 2. Description of the Related Art In recent years, in semiconductor devices, a technique for applying stress to a device has been proposed for the purpose of improving the performance of a MIS transistor, such as an increase in processing speed and an improvement in driving power at a lower voltage. The characteristics of n-type MIS transistors are improved by applying tensile stress, while the characteristics of p-type MIS transistors are improved by applying compressive stress. It is known to improve. More specifically, the lattice in the channel region is distorted by the above stress, and the carrier mobility is increased. As a result, a large current flows between the source and the drain even at the same voltage, and the driving force is improved.
例えば、特開2005−286341号公報(特許文献1)には、素子上に形成したストレスコントロール膜に対し、選択的にイオン注入を施すことで、その領域のストレスコントロール膜の応力を緩和させる技術などが開示されている。これにより、素子の導電型(n型、p型の別など)や動作の役割(アナログ、デジタルの別など)によって、適切な機械的ストレスを印加、および除去できる。 For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2005-286341 (Patent Document 1) discloses a technique for relaxing stress of a stress control film in a region by selectively performing ion implantation on a stress control film formed on an element. Etc. are disclosed. Thus, appropriate mechanical stress can be applied and removed depending on the conductivity type (n-type, p-type, etc.) of the element and the role of operation (analog, digital, etc.).
また、例えば、特開2005−294360号公報(特許文献2)には、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタを覆うようにして形成した、応力を有するダイレクト窒化膜に対し、選択的に反応抑制元素を注入する技術などが開示されている。これにより、ゲート電極およびソース・ドレイン領域上に形成したNiSi(ニッケルシリサイド)膜のダイシリサイド化を抑制することで、耐熱性を向上させるとともに、ダイレクト窒化膜の応力を緩和できる。 Further, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-294360 (Patent Document 2), a reaction suppressing element is selectively applied to a direct nitride film having stress formed so as to cover a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor. Techniques for injection are disclosed. Thereby, by suppressing the disilation of the NiSi (nickel silicide) film formed on the gate electrode and the source / drain regions, the heat resistance can be improved and the stress of the direct nitride film can be relieved.
また、例えば、特開2007−134718号公報(特許文献3)には、半導体デバイスに応力層の応力を記憶させる技術などが開示されている。これにより、応力層を除去しても、FET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)への応力作用を維持できる。 Further, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-134718 (Patent Document 3) discloses a technique for storing a stress of a stress layer in a semiconductor device. Thereby, even if a stress layer is removed, the stress effect | action to FET (Field Effect Transistor: Field effect transistor) can be maintained.
また、例えば、特開2007−311796号公報(特許文献4)には、FETの上に形成したシリコン・ナイトライド・キャップに対してアニール工程を施すことで、ソースおよびドレイン金属シリサイド層を相変換させる技術などが開示されている。これにより、内因性応力を加えられたシリサイドを有するCMOS(Complementary MOS)デバイスを形成できる。
応力膜(ストレッサー)によってMISトランジスタに応力を印加する技術に対し、MISトランジスタ自体に応力を記憶させる技術は、SMT(Stress Memorization Technique)技術などと称される。本発明者の検討によれば、SMT技術を用いて応力を記憶させたMISトランジスタに対し、更に、応力膜によって所望の応力を印加することで、より効果的にMISトランジスタの駆動力を向上できる。 In contrast to the technique of applying stress to the MIS transistor using a stress film, the technique of storing the stress in the MIS transistor itself is called SMT (Stress Memorization Technique) technique. According to the study of the present inventor, the driving force of the MIS transistor can be more effectively improved by applying a desired stress to the MIS transistor in which the stress is stored using the SMT technique, by a stress film. .
本発明者が検討したSMT技術では、まず、ゲート電極の多結晶シリコン(ポリシリコン、poly−Si)が非晶質(アモルファス)の状態で、MISトランジスタの上に高い応力を持つ膜(例えば窒化シリコン膜)を堆積する。続いて、その応力膜の応力が印加された状態で熱処理(アニール)することによって、多結晶シリコンが結晶化する際にゲート電極に応力を記憶させる。 In the SMT technology examined by the present inventors, first, a film having high stress (for example, nitriding) is formed on the MIS transistor in a state where the polycrystalline silicon (polysilicon, poly-Si) of the gate electrode is amorphous. A silicon film is deposited. Subsequently, heat treatment (annealing) is performed in a state where the stress of the stress film is applied, whereby the stress is stored in the gate electrode when the polycrystalline silicon is crystallized.
上記のように、n型MISトランジスタとp型MISトランジスタとによって、特性を向上させるために必要な応力の方向(引張であるか圧縮であるか)は逆である。更に、特性を向上させる効果のある応力と逆の応力がそれぞれのトランジスタに印加された場合(例えば、p型MISトランジスタに引張応力が印加された場合など)、特性が劣化することが分かっている。そこで、本発明者は、MISトランジスタの極性によって、記憶させる応力を変える技術を検討した。以下でその方法を説明する。 As described above, the direction of stress (tensile or compressive) necessary to improve the characteristics is reversed between the n-type MIS transistor and the p-type MIS transistor. Furthermore, it is known that the characteristics deteriorate when a stress opposite to the stress that improves the characteristics is applied to each transistor (for example, when a tensile stress is applied to the p-type MIS transistor). . Therefore, the present inventor examined a technique for changing the memorized stress depending on the polarity of the MIS transistor. The method will be described below.
まず、MISトランジスタのソース・ドレイン領域をイオン注入により形成した後、キャップ酸化膜を形成し、その上に、引張応力を作用させる窒化シリコン膜を堆積する。続いて、p型MISトランジスタ上のみ、その窒化シリコン膜を異方性のドライエッチングにより除去した後、熱処理を施す。ここで、窒化シリコン膜の異方性エッチングの際には、キャップ酸化膜をエッチングストッパとして機能させる。その後、残りの窒化シリコン膜を等方性のウェットエッチングにより除去する。このようにして、p型MISトランジスタにとって特性を劣化させる引張応力を作用させずに、n型MISトランジスタのみを高性能化できる。 First, after the source / drain regions of the MIS transistor are formed by ion implantation, a cap oxide film is formed, and a silicon nitride film for applying a tensile stress is deposited thereon. Subsequently, only on the p-type MIS transistor, the silicon nitride film is removed by anisotropic dry etching, and then heat treatment is performed. Here, in the anisotropic etching of the silicon nitride film, the cap oxide film functions as an etching stopper. Thereafter, the remaining silicon nitride film is removed by isotropic wet etching. In this way, only the n-type MIS transistor can be improved in performance without applying a tensile stress that degrades the characteristics of the p-type MIS transistor.
しかし、本発明者の更なる検討により、上記の方法によるSMT技術は課題を有することが明らかになった。即ち、p型MISトランジスタ上の応力膜を選択的に除去するためには異方性エッチングを施すことが望ましいが、その副作用や加工精度などの観点から、正常な異方性エッチングが困難であることが分かった。より詳細に、以下で説明する。 However, further studies by the inventor have revealed that the SMT technique based on the above method has problems. That is, in order to selectively remove the stress film on the p-type MIS transistor, it is desirable to perform anisotropic etching, but normal anisotropic etching is difficult from the viewpoint of side effects and processing accuracy. I understood that. This will be described in more detail below.
本発明者が検討したSMT技術では、MISトランジスタのゲート電極に応力を記憶させるため、当該ゲート電極を形成した後に応力膜を形成し、応力を記憶させるための工程を施す。ここで、ゲート電極は基板上における段差部である。従って、ゲート電極を覆うようにして形成した応力膜に異方性エッチングを施すと、ゲート電極の側壁に応力膜が残ってしまう。これは、上記の例では、p型MISトランジスタ上に引張応力を作用する応力膜が残存してしまうことになり、結果として特性が劣化する原因となる。 In the SMT technique studied by the present inventor, in order to store the stress in the gate electrode of the MIS transistor, a stress film is formed after the gate electrode is formed, and a process for storing the stress is performed. Here, the gate electrode is a stepped portion on the substrate. Therefore, when anisotropic etching is performed on the stress film formed so as to cover the gate electrode, the stress film remains on the side wall of the gate electrode. In the above example, this means that a stress film that applies tensile stress remains on the p-type MIS transistor, resulting in deterioration of characteristics.
側壁に残った応力膜を除去し終えるまで異方性エッチングを施し続けることで、この課題を回避できる。しかしながら、このようなオーバーエッチングを施すと、エッチングストッパであるキャップ酸化膜がエッチングされ、下地のソース・ドレイン領域などもエッチングが施されてしまう。ソース・ドレイン領域がエッチングにより削られた場合、ソース・ドレイン領域の抵抗値が上昇し、結果として、MISトランジスタの動作速度が低下する。また、オーバーエッチングによりエッチングされたソース・ドレイン領域は、削られた分だけ浅くなり、リーク電流が増加する。その結果、待機電力が増加する。 This problem can be avoided by continuing the anisotropic etching until the stress film remaining on the side wall is completely removed. However, when such over-etching is performed, the cap oxide film serving as an etching stopper is etched, and the underlying source / drain regions and the like are also etched. When the source / drain region is etched away, the resistance value of the source / drain region increases, and as a result, the operation speed of the MIS transistor decreases. In addition, the source / drain regions etched by over-etching become shallower by the amount removed, and the leakage current increases. As a result, standby power increases.
また、上記のオーバーエッチングの影響を低減するためには、エッチングストッパであるキャップ酸化膜を、より厚く形成することが効果的である。しかしながら、キャップ酸化膜はMISトランジスタと応力膜の間に形成しているから、そのキャップ酸化膜を厚く形成することで、応力膜がMISトランジスタにもたらす応力の作用を低減させてしまう。これは、上記の例では、n型MISトランジスタに作用させる引張応力が緩和され、期待した特性向上の効果が得られなくなることを意味する。 In order to reduce the influence of the over-etching, it is effective to form a cap oxide film as an etching stopper thicker. However, since the cap oxide film is formed between the MIS transistor and the stress film, when the cap oxide film is formed thick, the action of stress caused by the stress film on the MIS transistor is reduced. This means that in the above example, the tensile stress acting on the n-type MIS transistor is relaxed and the expected effect of improving the characteristics cannot be obtained.
そこで、本発明者の別の検討では、異方性エッチングではなく、等方性のウェットエッチングを施すことで、p型MISトランジスタ上の応力膜を除去する方法を試みた。このようなウェットエッチングであれば、薄いキャップ酸化膜でも十分にエッチングストッパとして機能し得る。そして、このような等方性エッチングであれば、ゲート電極の側壁に応力膜が残ることもない。しかしながら、等方性エッチングでは、応力膜が横方向にもエッチングされるために、例えばSRAM(Static Random Access Memory)セルなどの微細パターンの加工が困難であることが分かった。 Therefore, in another study by the present inventor, an attempt was made to remove the stress film on the p-type MIS transistor by performing isotropic wet etching instead of anisotropic etching. With such wet etching, even a thin cap oxide film can sufficiently function as an etching stopper. And if it is such isotropic etching, a stress film will not remain on the side wall of the gate electrode. However, it has been found that in isotropic etching, the stress film is also etched in the lateral direction, so that it is difficult to process a fine pattern such as an SRAM (Static Random Access Memory) cell.
また、本発明者の更に別の検討では、p型MISトランジスタ上の応力膜を除去せずに、熱処理を施してゲート電極を結晶化し、引張応力を記憶させる方法を試みた。これにより、p型MISトランジスタに対しての異方性エッチングのダメージや、加工精度などの課題は回避できる。しかしながら、p型MISトランジスタに対しても引張応力が記憶された状態となり、性能の向上が望めない。また、引張応力が記憶された状態では、後のSMT工程によってp型MISトランジスタに圧縮応力を記憶することは困難であり、また、圧縮応力を作用させる応力膜を堆積したとしても、その影響は低減されてしまう。 Further, in another study by the present inventor, an attempt was made to crystallize the gate electrode by performing heat treatment without removing the stress film on the p-type MIS transistor and to store the tensile stress. As a result, problems such as the anisotropic etching damage to the p-type MIS transistor and processing accuracy can be avoided. However, the tensile stress is also stored in the p-type MIS transistor, and improvement in performance cannot be expected. In the state where the tensile stress is stored, it is difficult to store the compressive stress in the p-type MIS transistor by the subsequent SMT process. Even if a stress film that applies the compressive stress is deposited, the effect is not affected. It will be reduced.
以上のように、SMT技術においては、MISトランジスタに選択的に応力を記憶させることによる半導体装置の高性能化と、加工によるダメージを回避することによる半導体装置の性能維持とは、トレードオフの関係にあることが、本発明者の検討によって明らかになった。 As described above, in the SMT technology, there is a trade-off relationship between improving the performance of a semiconductor device by selectively storing stress in the MIS transistor and maintaining the performance of the semiconductor device by avoiding damage due to processing. This has been clarified by the study of the present inventor.
そこで、本発明の目的は、MISトランジスタを備える半導体装置の性能を向上させる技術を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for improving the performance of a semiconductor device including a MIS transistor.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願においては、複数の発明が開示されるが、そのうちの一実施例の概要を簡単に説明すれば以下の通りである。 In the present application, a plurality of inventions are disclosed. An outline of one embodiment of the inventions will be briefly described as follows.
半導体基板の主面上のうち、第1領域に第1ゲート電極を形成し、第2領域に第2ゲート電極を形成し、各ゲート電極の側方下部に、それぞれ、第1導電型ソース・ドレイン領域および第2導電型ソース・ドレイン領域を形成する。続いて、半導体基板の主面と両ゲート電極とを覆うようにして、圧縮応力または引張応力を作用するような第1応力膜を形成する。その後、第2領域の第1応力膜にイオン注入を施すことで応力を緩和させる。その後、熱処理を施すことで両ゲート電極を結晶化してから、第1応力膜を除去する。両ゲート電極を結晶化する工程では、第1応力膜の応力を第1ゲート電極に記憶させる。 A first gate electrode is formed in the first region and a second gate electrode is formed in the second region on the main surface of the semiconductor substrate, and a first conductivity type source, A drain region and a second conductivity type source / drain region are formed. Subsequently, a first stress film that applies compressive stress or tensile stress is formed so as to cover the main surface of the semiconductor substrate and both gate electrodes. Thereafter, the stress is relaxed by performing ion implantation on the first stress film in the second region. Thereafter, both gate electrodes are crystallized by heat treatment, and then the first stress film is removed. In the step of crystallizing both gate electrodes, the stress of the first stress film is stored in the first gate electrode.
本願において開示される複数の発明のうち、上記一実施例により得られる効果を代表して簡単に説明すれば以下のとおりである。 Of the plurality of inventions disclosed in the present application, effects obtained by the above-described embodiment will be briefly described as follows.
即ち、MISトランジスタを備える半導体装置の性能を向上させることができる。 That is, the performance of the semiconductor device including the MIS transistor can be improved.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges. Also, components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted as much as possible. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態1の半導体装置の製造方法を、図1〜図8を用いて詳しく説明する。図1〜図8は、本実施の形態1の製造工程中にある半導体装置の要部断面図である。本実施の形態1の半導体装置の製造工程中においては、基板として、単結晶シリコンを主体とする半導体であり、ドナー不純物よりもアクセプタ不純物を多く含み、多数キャリアが正孔(ホール)であるような、ウェハ状のシリコン基板(半導体基板)1を用いる。このような半導体基板および半導体領域の導電極性を、以下、単にp型(第2導電型)と記す。即ち、半導体領域に導入してp型となる不純物は、アクセプタ不純物である。また、シリコン基板1は、アクセプタ不純物よりもドナー不純物を多く含み、多数キャリアが電子であっても良い。このような半導体基板および半導体領域の導電極性を、以下、単にn型(第1導電型)と記す。即ち、半導体領域に導入してn型となる不純物は、ドナー不純物である。図では、上記のシリコン基板1の要部断面を拡大して示している。
(Embodiment 1)
A method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8 are fragmentary cross-sectional views of the semiconductor device during the manufacturing process of the first embodiment. During the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment, the substrate is a semiconductor mainly composed of single crystal silicon, contains more acceptor impurities than donor impurities, and majority carriers are holes. In addition, a wafer-like silicon substrate (semiconductor substrate) 1 is used. Hereinafter, the conductivity polarity of the semiconductor substrate and the semiconductor region is simply referred to as p-type (second conductivity type). That is, the impurity that is introduced into the semiconductor region and becomes p-type is an acceptor impurity. Further, the
本実施の形態1では、シリコン基板1上のnMIS領域(第1領域)Rnにn型MISトランジスタ(第1電界効果トランジスタ)を有し、pMIS領域(第2領域)Rpにp型MISトランジスタ(第2電界効果トランジスタ)を有する半導体装置の製造方法を説明する。
In the first embodiment, the nMIS region (first region) Rn on the
図1に示すように、シリコン基板1の主面s1に分離部2を形成する。まず、例えば、シリコン基板1の主面s1にフォトリソグラフィ法および異方性エッチング法により、浅い溝を形成する。フォトリソグラフィ法とは、フォトレジスト膜の塗布、露光および現像などの工程により、フォトレジスト膜に所望のレジストパターンを形成する一連の工程である。このようなフォトレジスト膜をマスクとして、露出した領域に異方性エッチングやイオン注入を施すことができる。以後、フォトリソグラフィ法に関しては同様である。
As shown in FIG. 1, the
続いて、この浅い溝の内部を含むシリコン基板1上に化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法などによって、酸化シリコンなどの絶縁膜を堆積する。その後、浅い溝の外部の不要な酸化シリコン膜を、化学的機械的研磨(Chemical and Mechanical Polishing:CMP)法などによって研磨、除去することで、浅い溝の内部に酸化シリコン膜を埋め込んだ構造を形成する。このようにして、STI(Shallow Trench Isolation)構造の分離部2を形成する。この分離部2を形成することにより、例えばnMIS領域RnやpMIS領域Rpなどのように、様々な素子を形成する領域(活性領域)がシリコン基板1の主面s1上に規定される。
Subsequently, an insulating film such as silicon oxide is deposited on the
続いて、nMIS領域Rnにおいて、シリコン基板1の主面s1にp型の半導体領域であるpウェル3pを形成する。また、pMIS領域Rpにおいて、シリコン基板1の主面s1にn型の半導体領域であるnウェル3nを形成する。これには、フォトリソグラフィ法、イオン注入法、および、熱処理工程などにより形成する。より具体的には以下の通りである。
Subsequently, in the nMIS region Rn, a p-
まず、シリコン基板1上に形成したフォトレジスト膜を、各ウェル3n,3pを形成したい領域が開口された形状にフォトリソグラフィ法などによってパターニングする。その後、パターニングしたフォトレジスト膜をイオン注入マスクとして、主面s1にイオン注入を施す。例えば、pウェル3pを形成する場合には、アクセプタとなる不純物イオン(例えばホウ素(B)イオンなど)を注入する。また、例えば、nウェル3nを形成する場合には、ドナーとなる不純物イオン(例えばリン(P)イオンやヒ素(As)イオンなど)を注入する。その後、熱処理を施すことで、注入された不純物イオンは拡散され、同時に活性化される。以下、半導体領域を形成する工程は同様である。なお、不純物イオンを拡散、活性化するための熱処理はここでは施さず、後の種々の工程で必要となる熱処理と同時に行っても良い。
First, the photoresist film formed on the
次に、図2に示すように、シリコン基板1のnMIS領域Rnの主面s1上に、ゲート絶縁膜GIを介して、nMIS用ゲート電極(第1ゲート電極)GEnを形成する。また、シリコン基板1のpMIS領域Rpの主面s1上に、ゲート絶縁膜GIを介して、pMIS用ゲート電極(第2ゲート電極)GEpを形成する。
Next, as shown in FIG. 2, an nMIS gate electrode (first gate electrode) GEn is formed on the main surface s1 of the nMIS region Rn of the
これには、まず、シリコン基板1の主面s1を熱酸化することにより、酸化シリコン膜を形成する。続いて、酸化シリコン膜を覆うようにして、例えばCVD法などにより、多結晶シリコン膜を形成する。その後、フォトリソグラフィ法やエッチング法などによって、酸化シリコン膜を所望の形状に加工する。これにより、nMIS領域RnにはnMIS用ゲート電極GEnを形成し、pMIS領域RpにはpMIS用ゲート電極GEpを形成する。両MIS用ゲート電極GEn,GEpともに、多結晶シリコン膜を加工して形成しており、形成された領域以外に、この時点では区別はない。その後、同様にして、酸化シリコン膜を両MIS用ゲート電極GEn,GEpと同様の平面形状に加工することで、ゲート絶縁膜GIを形成する。
For this purpose, first, a main surface s1 of the
続いて、pMIS領域Rpのシリコン基板1の主面s1をフォトレジスト膜などで覆い、ドナーとなる不純物イオンを注入することによって、nMIS領域Rnにn型の半導体領域であるn型エクステンション領域4nを形成する。続いて、アクセプタとなる不純物イオンを注入することによって、nMIS領域Rnにp型の半導体領域であるp型ハロー領域5pを形成する。このとき、nMIS領域Rnにおいては、nMIS用ゲート電極GEnがイオン注入マスクとなる。従って、nMIS領域Rnのシリコン基板1の主面s1のうち、nMIS用ゲート電極GEnの側方下部の領域に、n型エクステンション領域4nおよびp型ハロー領域5pが形成される。ここでは、p型ハロー領域5pは、n型エクステンション領域4nよりも深くなるように、かつ、pウェル3pよりもp型不純物濃度が高くなるようにして形成する。また、n型エクステンション領域4nとp型ハロー領域5pとはどちらを先に形成しても良い。
Subsequently, the main surface s1 of the
また、nMIS領域Rnのシリコン基板1の主面s1をフォトレジスト膜などで覆い、アクセプタとなる不純物イオンを注入することによって、pMIS領域Rpにp型の半導体領域であるp型エクステンション領域4pを形成する。続いて、ドナーとなる不純物イオンを注入することによって、pMIS領域Rpにn型の半導体領域であるn型ハロー領域5nを形成する。このとき、pMIS領域Rpにおいては、pMIS用ゲート電極GEpがイオン注入マスクとなる。従って、pMIS領域Rpのシリコン基板1の主面s1のうち、pMIS用ゲート電極GEpの側方下部の領域に、p型エクステンション領域4pおよびn型ハロー領域5nが形成される。ここでは、n型ハロー領域5nは、p型エクステンション領域4pよりも深くなるように、かつ、nウェル3nよりもn型不純物濃度が高くなるようにして形成する。また、p型エクステンション領域4pとn型ハロー領域5nとはどちらを先に形成しても良い。
Further, the main surface s1 of the
上記のエクステンション領域4n,4pは、MISトランジスタにおいて、後に形成するソース・ドレイン領域と、チャネル領域に形成される反転層との間でのキャリアの授受のために形成する領域であり、MISトランジスタに要求される特性によって、その深さや不純物濃度などの仕様が決まる。その仕様がソース・ドレイン領域と同程度である場合は、エクステンション領域4n,4pは形成しなくても良い。
In the MIS transistor, the
また、上記のハロー領域5n,5pは、チャネル領域の不純物濃度を局所的に増加し、空乏層の広がりを減少させることで、所謂短チャネル効果を低減するために形成する領域である。短チャネル効果を低減する必要がない場合には、ハロー領域5n,5pは形成しなくても良い。
The
上記の工程においては、n型エクステンション領域4nおよびp型ハロー領域5pを形成するためのnMIS領域Rnへの注入工程と、p型エクステンション領域4pおよびn型ハロー領域5nを形成するためのpMIS領域Rpへの注入工程とは、どちらを先に施しても良い。
In the above steps, an implantation step into the nMIS region Rn for forming the n-
続いて、nMIS用ゲート電極GEnの側壁と、pMIS用ゲート電極GEpの側壁とを覆うようにして、サイドウォールスペーサ6を形成する。
Subsequently,
これには、まず、両MIS用ゲート電極GEn,GEpを含むシリコン基板1の主面s1を覆うようにして、CVD法などにより酸化シリコン膜を形成する。その後、酸化シリコン膜に対し、全面的に異方性エッチングを施す(エッチバックする)。このとき、主面s1上の段差部である両MIS用ゲート電極GEn,GEpの側壁部には、他の領域よりも、酸化シリコン膜が見かけ上厚く形成されている。従って、上記のようなエッチバックにより、平坦な領域の酸化シリコン膜を除去し終えた段階で、両MIS用ゲート電極GEn,GEpの側壁には酸化シリコン膜が残る。この状態で異方性エッチングを止めることで、両MIS用ゲート電極GEn,GEpの側壁を覆うようにして、酸化シリコン膜からなるサイドウォールスペーサ6を形成できる。
For this, first, a silicon oxide film is formed by CVD or the like so as to cover the main surface s1 of the
次に、図3に示すように、シリコン基板1のnMIS領域Rnの主面s1のうち、nMIS用ゲート電極GEnの側方下部であり、サイドウォールスペーサ6の側方下部に、n型ソース・ドレイン領域(第1導電型ソース・ドレイン領域)sdnを形成する。
Next, as shown in FIG. 3, in the main surface s1 of the nMIS region Rn of the
これには、まず、pMIS領域Rpのシリコン基板1の主面s1を覆うようにして、フォトリソグラフィ法などによってパターニングしたフォトレジスト膜7を形成する。その後、フォトレジスト膜7をイオン注入マスクとして、nMIS領域Rnのシリコン基板1の主面s1に対して、ドナーとなる不純物イオンを注入する(イオン注入100)。このとき、nMIS領域Rnにおいては、nMIS用ゲート電極GEnおよびサイドウォールスペーサ6がイオン注入マスクとなる。従って、nMIS用ゲート電極GEnの側方下部の領域のうち、サイドウォールスペーサ6の更に側方における下部の主面s1に、n型ソース・ドレイン領域sdnを形成できる。n型ソース・ドレイン領域sdnは、n型エクステンション領域4nよりも深く、また、n型エクステンション領域4nよりも高い不純物濃度となるようにして形成する。その後、熱処理を施すことで、n型ソース・ドレイン領域sdnの不純物を拡散、または、活性化しても良いが、本実施の形態1の製造方法においては、本工程では熱処理を施さない方がより好ましい。その理由は、後に詳細を説明する。
For this, first, a
次に、図4に示すように、シリコン基板1のpMIS領域Rpの主面s1のうち、pMIS用ゲート電極GEpの側方下部であり、サイドウォールスペーサ6の側方下部に、p型ソース・ドレイン領域(第2導電型ソース・ドレイン領域)sdpを形成する。
Next, as shown in FIG. 4, in the main surface s1 of the pMIS region Rp of the
これには、まず、nMIS領域Rnのシリコン基板1の主面s1を覆うようにして、フォトリソグラフィ法などによってパターニングしたフォトレジスト膜8を形成する。その後、フォトレジスト膜8をイオン注入マスクとして、pMIS領域Rpのシリコン基板1の主面s1に対して、ドナーとなる不純物イオンを注入する(イオン注入200)。このとき、pMIS領域Rpにおいては、pMIS用ゲート電極GEpおよびサイドウォールスペーサ6がイオン注入マスクとなる。従って、pMIS用ゲート電極GEpの側方下部の領域のうち、サイドウォールスペーサ6の更に側方における下部の主面s1に、p型ソース・ドレイン領域sdpを形成できる。p型ソース・ドレイン領域sdpは、p型エクステンション領域4pよりも深く、また、p型エクステンション領域4pよりも高い不純物濃度となるようにして形成する。その後、熱処理を施すことで、p型ソース・ドレイン領域sdpの不純物を拡散、または、活性化しても良いが、本実施の形態1の製造方法においては、本工程では熱処理を施さない方がより好ましい。その理由は、後に詳細を説明する。
For this, first, a
以上の工程により、シリコン基板1上に、MISトランジスタの基本的な構成を形成したことになる。即ち、シリコン基板1上のnMIS領域Rnには、nMIS用ゲート電極GEn、ゲート絶縁膜GI、および、n型ソース・ドレイン領域sdnなどを基本構成として有するn型MISトランジスタ(第1電界効果トランジスタ)Qnを、pウェル3p内に形成した。また、シリコン基板1上のpMIS領域Rpには、pMIS用ゲート電極GEp、ゲート絶縁膜GI、および、p型ソース・ドレイン領域sdpなどを基本構成として有するp型MISトランジスタ(第2電界効果トランジスタ)Qpを、nウェル3n内に形成した。
Through the above steps, the basic structure of the MIS transistor is formed on the
次に、図5に示すように、シリコン基板1の主面s1と、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpとを一体的に覆うようにして、第1キャップ膜(第1保護膜)C1aを形成する。本実施の形態1の製造方法では、第1キャップ膜C1aとして、CVD法などによって形成した酸化シリコンを主体とする絶縁膜を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, the first cap film (first protective film) is formed so as to integrally cover the main surface s1 of the
その後、第1キャップ膜C1aを覆うようにして、第1応力膜N1aを形成する。即ち、第1応力膜N1aは、第1キャップ膜C1aを介して、シリコン基板1の主面s1と、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpとを一体的に覆うようにして形成することになる。本実施の形態1の製造方法では、第1応力膜N1aとして、プラズマCVD法などによって形成した窒化シリコンを主体とする絶縁膜を形成する。
Thereafter, a first stress film N1a is formed so as to cover the first cap film C1a. That is, the first stress film N1a is formed so as to integrally cover the main surface s1 of the
ここで、通常知られた方法として、窒化シリコン膜をプラズマCVD法などによって形成する際には、印加パワー、圧力、または、ガス種などを調整することによって、形成した窒化シリコン膜が有する圧縮応力や引張応力などの応力の方向や、その応力の大きさを任意に変えることができる。また、例えば、形成した窒化シリコン膜に対し、紫外(UV)線を照射することでも、その応力の大きさを調整できる。以下、応力膜として、所望の応力を有する窒化シリコン膜を形成する方法に関しては同様である。 Here, as a generally known method, when a silicon nitride film is formed by a plasma CVD method or the like, the compressive stress of the formed silicon nitride film is adjusted by adjusting applied power, pressure, gas type, or the like. The direction of stress such as tensile stress and the magnitude of the stress can be arbitrarily changed. For example, the magnitude of the stress can be adjusted by irradiating the formed silicon nitride film with ultraviolet (UV) rays. Hereinafter, the same applies to a method of forming a silicon nitride film having a desired stress as the stress film.
本実施の形態1の製造方法では、シリコン基板1に対して引張応力を作用するような第1応力膜N1aを形成する。ここで、シリコン基板1に対して引張応力を作用するような膜とは、当該膜を堆積したシリコン基板1面を上面としたときに、シリコン基板1を上に凸に歪ませるような応力を作用する膜である。一方、シリコン基板1に対して圧縮応力を作用するような膜とは、シリコン基板1を下に凸に歪ませるような応力を作用する膜である。
In the manufacturing method of the first embodiment, the first stress film N1a that applies a tensile stress to the
本実施の形態1の製造方法では、一例として、第1応力膜N1aは、引張応力の大きさが0.3〜1.7GPa程度となるようにして形成する。また、一例として、第1応力膜N1aは、厚さが20〜50nmとなるようにして形成する。 In the manufacturing method of the first embodiment, as an example, the first stress film N1a is formed so that the magnitude of the tensile stress is about 0.3 to 1.7 GPa. As an example, the first stress film N1a is formed to have a thickness of 20 to 50 nm.
上記のような引張応力を有する第1応力膜N1aは、n型MISトランジスタQnの特性を向上させ得るものであるが、p型MISトランジスタQpの特性に対しては、特性向上を妨げ得るものである。 The first stress film N1a having the tensile stress as described above can improve the characteristics of the n-type MIS transistor Qn. However, the first stress film N1a can hinder the improvement of the characteristics of the p-type MIS transistor Qp. is there.
そこで、本実施の形態1の製造方法では、図6(a)に示すように、pMIS領域Rpの第1応力膜N1aに対してイオン注入300を施すことで、pMIS領域Rpの第1応力膜N1aの引張応力を緩和する。これには、まず、nMIS領域Rnの第1応力膜N1aを覆うようにして、フォトリソグラフィ法などによってパターニングしたフォトレジスト膜9を形成する。その後、フォトレジスト膜9をイオン注入マスクとして、pMIS領域Rpの第1応力膜N1aに対してイオン注入300を施す。このようにして、pMIS領域Rpの第1応力膜N1aの引張応力を緩和できる。応力を緩和するために注入するイオンとしては、例えば、シリコン(Si)またはゲルマニウム(Ge)などを含むイオンを用いる。
Therefore, in the manufacturing method of the first embodiment, as shown in FIG. 6A, the first stress film in the pMIS region Rp is obtained by performing
続いて、熱処理を施すことで、多結晶シリコンからなるnMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpを結晶化する。ここで、nMIS領域RnにおいてnMIS用ゲート電極GEnを覆う第1応力膜N1aは、前工程でイオン注入300を施しておらず、引張応力を有している。そして、引張応力の作用を受けた状態で、nMIS用ゲート電極GEnを結晶化することで、その引張応力はnMIS用ゲート電極GEnに蓄えられる。即ち、本工程の熱処理によって、第1応力膜N1aと同様の応力を、nMIS用ゲート電極GEnに記憶させることができる。
Subsequently, heat treatment is performed to crystallize the nMIS gate electrode GEn and the pMIS gate electrode GEp made of polycrystalline silicon. Here, the first stress film N1a covering the nMIS gate electrode GEn in the nMIS region Rn is not subjected to the
一方、pMIS領域RpにおいてpMIS用ゲート電極GEpを覆う第1応力膜N1aは、前工程でイオン注入300を施したことで、引張応力が緩和された状態となっている。従って、pMIS用ゲート電極GEpは、第1応力膜N1aからの応力の作用を受けない状態で結晶化する。即ち、本工程の熱処理では、pMIS用ゲート電極GEpには有意な応力は記憶されない。
On the other hand, the first stress film N1a covering the pMIS gate electrode GEp in the pMIS region Rp is in a state in which the tensile stress is relaxed by performing the
なお、厳密には、pMIS領域Rpの第1応力膜N1aは、イオン注入300によって引張応力を緩和しているものの、完全に緩和しない限り、わずかな引張応力を残し得る。しかしながら、特別なイオン種や、特に高いエネルギーでのイオン注入などによらず、通常の工程で用いられるイオン注入300を施せば、わずかに残ったとしても問題にならない程度に、第1応力膜の引張応力を緩和できる。以下、問題とならない程度の応力にまで緩和した状態を含めて、有意な応力が作用しない状態として記述する。
Strictly speaking, although the first stress film N1a in the pMIS region Rp has relaxed the tensile stress by the
また、本工程の熱処理は、上記で形成した両ソース・ドレイン領域sdn,sdpの拡散、または、活性化のための熱処理と共有させる方が、より好ましい。なぜなら、これにより、製造工程を簡略化できるからである。なお、ソース・ドレイン領域sdn,sdpを拡散、または、活性化するとは、熱処理を施すことにより、注入された不純物イオンを所望の領域(深さなど)まで拡散させ、また、母材となる半導体結晶と共有結合を形成させてキャリアを生じさせる(活性化)ことである。 Further, it is more preferable that the heat treatment of this step is shared with the heat treatment for diffusing or activating both the source / drain regions sdn and sdp formed above. This is because the manufacturing process can be simplified. Note that the diffusion or activation of the source / drain regions sdn and sdp means that the implanted impurity ions are diffused to a desired region (depth, etc.) by performing heat treatment, and the semiconductor serving as a base material It is to form a covalent bond with a crystal to generate a carrier (activation).
このように、本実施の形態1の製造方法では、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpを結晶化するための熱処理によって、同時に、ソース・ドレイン領域sdn,sdpを拡散、または、活性化する。例えば、スパイクアニール法によって950〜1150℃程度の熱処理を施すことで、ソース・ドレイン領域sdn,sdpを拡散、または、活性化する。このような条件での熱処理によって、多結晶シリコンからなる両ゲート電極GEn,GEpは結晶化する。 As described above, in the manufacturing method according to the first embodiment, the source / drain regions sdn and sdp are simultaneously diffused or activated by the heat treatment for crystallizing the nMIS gate electrode GEn and the pMIS gate electrode GEp. To do. For example, the source / drain regions sdn and sdp are diffused or activated by performing heat treatment at about 950 to 1150 ° C. by spike annealing. By heat treatment under such conditions, both gate electrodes GEn, GEp made of polycrystalline silicon are crystallized.
その後、第1応力膜N1a、および、第1キャップ膜C1aを除去することで、図6(b)に示すような構造を形成する。第1応力膜N1aを除去しても、nMIS用ゲート電極GEnに記憶された引張応力は失われず、シリコン基板1に作用し続ける。従って、本実施の形態1の製造方法により、引張応力が記憶されたnMIS用ゲート電極GEnを有するn型MISトランジスタQnと、有意な応力を持たないpMIS用ゲート電極GEpを有するp型MISトランジスタQpとを形成できる。
Thereafter, by removing the first stress film N1a and the first cap film C1a, a structure as shown in FIG. 6B is formed. Even if the first stress film N1a is removed, the tensile stress stored in the nMIS gate electrode GEn is not lost and continues to act on the
更に、上記のように、本実施の形態1の製造方法では、選択的なイオン注入300を施すことで、pMIS領域Rpの第1応力膜N1aの応力を緩和する。従って、異方性エッチングにより、pMIS領域Rpの第1応力膜N1aを除去する必要がない。これにより、オーバーエッチングによるダメージを生じさせることなく、p型MISトランジスタQpへの引張応力を緩和できる。以上のように、本実施の形態1の製造方法によれば、SMT技術において、加工によるダメージを回避しつつ、MISトランジスタに選択的に応力を記憶させることができる。結果として、MISトランジスタを備える半導体装置の性能を向上させることができる。
Furthermore, as described above, in the manufacturing method of the first embodiment, the stress of the first stress film N1a in the pMIS region Rp is relaxed by performing the
また、本実施の形態1の製造方法では、選択的に第1応力膜N1aを除去する必要が無く、全面的に除去すれば良い。従って、nMIS用ゲート電極GEnの結晶化により引張応力を記憶させた後の工程では、第1応力膜N1aに対して全面的に等方性エッチングを施すことで、第1応力膜N1aを除去できる。本実施の形態1の製造方法では、一例として、熱燐酸を用いた等方的なウェットエッチングにより第1応力膜N1aを除去する。 Further, in the manufacturing method of the first embodiment, it is not necessary to selectively remove the first stress film N1a, and it may be removed entirely. Therefore, in the step after storing the tensile stress by crystallization of the nMIS gate electrode GEn, the first stress film N1a can be removed by performing isotropic etching on the entire surface of the first stress film N1a. . In the manufacturing method of the first embodiment, as an example, the first stress film N1a is removed by isotropic wet etching using hot phosphoric acid.
ここで、本実施の形態1の製造方法では、シリコン基板1と第1応力膜N1aとの間に第1キャップ膜C1aを形成している。この第1キャップ膜C1aとしては、第1応力膜N1aを除去する等方性エッチングにおけるエッチング速度が、第1応力膜N1aと比較して遅いような膜を形成する。例えば、上記図5を用いた説明では、第1キャップ膜C1aとして酸化シリコン膜を形成した。この酸化シリコン膜である第1キャップ膜C1aは、上記の熱燐酸による等方性エッチングにおいて、窒化シリコン膜である第1応力膜N1aよりもエッチング速度が遅い。従って、第1応力膜N1aをウェットエッチングする際のエッチングストップ膜として機能する。
Here, in the manufacturing method of the first embodiment, the first cap film C1a is formed between the
nMIS用ゲート電極GEnに引張応力を記憶させることだけを考えれば、第1キャップ膜C1aを形成しなくても良いが、本実施の形態1の製造方法では、第1応力膜N1aに対する等方性エッチングに対するエッチングストップ膜として、第1キャップ膜C1aを形成する方が、より好ましい。これにより、両MISトランジスタQn,Qpへのエッチングのダメージをより低減でき、MISトランジスタQn,Qpにおけるリーク電流やソース・ドレイン抵抗を低減できる。結果として、MISトランジスタを備える半導体装置の性能をより向上させることができる。 The first cap film C1a may not be formed if only the tensile stress is stored in the nMIS gate electrode GEn. However, in the manufacturing method according to the first embodiment, the first stress film N1a isotropic. It is more preferable to form the first cap film C1a as an etching stop film for etching. Thereby, the etching damage to both MIS transistors Qn and Qp can be further reduced, and the leakage current and source / drain resistance in the MIS transistors Qn and Qp can be reduced. As a result, the performance of the semiconductor device including the MIS transistor can be further improved.
更に、本実施の形態1の製造方法における第1キャップ膜C1aの厚さは、本発明者が検討した方法におけるキャップ膜よりも薄く形成して良い。なぜなら、本発明者が検討した方法では、応力膜を選択的に除去するため、異方的なドライエッチングのエッチングストップ膜としてキャップ膜を形成する必要がある。これに対し、本実施の形態1の製造方法では、等方的なウェットエッチングによって第1応力膜N1aを除去すれば良く、エッチングストップ膜としての第1キャップ膜C1aに与えるダメージはより弱い。従って、第1キャップ膜C1aはより薄く形成できる。本実施の形態1の製造方法では、例えば、5〜10nmの膜厚となるように、第1キャップ膜C1aを形成する。 Furthermore, the thickness of the first cap film C1a in the manufacturing method of the first embodiment may be formed thinner than the cap film in the method studied by the present inventors. This is because, in the method studied by the present inventors, it is necessary to form a cap film as an etching stop film for anisotropic dry etching in order to selectively remove the stress film. On the other hand, in the manufacturing method of the first embodiment, the first stress film N1a may be removed by isotropic wet etching, and the damage given to the first cap film C1a as the etching stop film is weaker. Therefore, the first cap film C1a can be formed thinner. In the manufacturing method of the first embodiment, for example, the first cap film C1a is formed so as to have a film thickness of 5 to 10 nm.
このように、応力膜と素子との間に形成するエッチングストップ膜をより薄く形成することで、応力膜の応力を、より効率的に、素子に作用させることができる。即ち、本実施の形態1の製造方法によれば、nMIS用ゲート電極GEnに対し、より強く、第1キャップ膜C1aの上に形成する第1応力膜N1aの引張応力を作用させることができる。従って、nMIS用ゲート電極GEnには、より効率的に、第1応力膜N1aの引張応力を記憶させることができる。更に、これは、第1キャップ膜C1aを薄く形成できることによる効果であるが、本実施の形態1の製造方法では、等方性エッチングのストップ膜として第1キャップ膜C1aを形成するため、MISトランジスタQn,Qpへのダメージを懸念することなく、第1キャップ膜C1aをより薄く形成できる。従って、本実施の形態1の製造方法によれば、SMT技術において、加工によるダメージを回避しつつ、MISトランジスタに選択的に応力を記憶させることができる。結果として、MISトランジスタを備える半導体装置の性能をより向上させることができる。 Thus, by forming the etching stop film formed between the stress film and the element thinner, the stress of the stress film can be applied to the element more efficiently. That is, according to the manufacturing method of the first embodiment, the tensile stress of the first stress film N1a formed on the first cap film C1a can be applied to the nMIS gate electrode GEn more strongly. Accordingly, the tensile stress of the first stress film N1a can be stored more efficiently in the nMIS gate electrode GEn. Further, this is an effect due to the fact that the first cap film C1a can be formed thin. However, in the manufacturing method of the first embodiment, the first cap film C1a is formed as a stop film for isotropic etching. The first cap film C1a can be formed thinner without worrying about damage to Qn and Qp. Therefore, according to the manufacturing method of the first embodiment, in the SMT technique, stress can be selectively stored in the MIS transistor while avoiding damage due to processing. As a result, the performance of the semiconductor device including the MIS transistor can be further improved.
本実施の形態1の製造方法では、窒化シリコン膜からなる第1応力膜N1aを熱燐酸によるウェットエッチングで除去した後、酸化シリコン膜からなる第1キャップ膜C1aを、例えば、フッ酸(弗化水素、HF)によるウェットエッチングで除去する。酸化シリコン膜のフッ酸によるウェットエッチングは、下地のシリコン基板1やMIS用ゲート電極GEn,GEpに対して、十分に大きい選択比がとれる。
In the manufacturing method of the first embodiment, the first stress film N1a made of a silicon nitride film is removed by wet etching using hot phosphoric acid, and then the first cap film C1a made of a silicon oxide film is made of, for example, hydrofluoric acid (fluoride). Hydrogen, HF) is removed by wet etching. The wet etching of the silicon oxide film with hydrofluoric acid has a sufficiently large selection ratio with respect to the
続く工程では、以上で形成した両MISトランジスタQn,Qpの各端子に対し、電気的に接続するための配線を形成する。 In the subsequent process, wirings for electrical connection are formed for the terminals of both MIS transistors Qn and Qp formed as described above.
図7に示すように、シリコン基板1の主面s1に露出したシリコンの領域である、両ソース・ドレイン領域sdn,sdpおよび両MIS用ゲート電極GEn,GEp上に、金属シリサイド層10を形成する。金属シリサイド層10としては、例えば、ニッケルシリサイドを主体とする導体膜を形成する。ここでは、所謂サリサイドプロセスにより、自己整合的に、上記の領域に金属シリサイド層10を形成する。より具体的には、まず、スパッタリング法などにより金属膜(例えばニッケル)をシリコン基板1の主面s1上に形成する。続いて、熱処理を施すことで、シリコンと金属との界面においてシリサイド化反応を起こさせる。これにより、金属シリサイド膜が形成される。その後、化合しなかった余分な金属膜を除去することで、パターニングすることなく、自己整合的に、上記の領域に金属シリサイド層10を形成できる。
As shown in FIG. 7, a
その後、シリコン基板1の主面s1を覆うようにして、エッチングストッパ11と層間絶縁膜12とを順に形成する。エッチングストッパ11と層間絶縁膜12とは、所定の異方性エッチングに対して、異なるエッチング速度を有する絶縁膜の組み合わせを選択する。例えば、エッチングストッパ11は窒化シリコンを主体とする絶縁膜とし、層間絶縁膜12は酸化シリコンを主体とする絶縁膜として、それぞれCVD法などによって形成する。エッチングストッパ11は、少なくともシリコン基板1の主面s1上に形成した構成を薄く覆うように形成し、層間絶縁膜12は、同構成を十分に埋め込むように厚く形成する。
Thereafter, an
その後、層間絶縁膜12およびエッチングストッパ11を貫通するようにして、金属シリサイド層10に達するようなコンタクトホール13を形成する。コンタクトホール13は、フォトリソグラフィ法および異方性エッチング法などにより形成する。ここでは、エッチングストッパ11と層間絶縁膜12との異方性エッチングに対する速度の差を利用して、所謂SAC(Self Align Contact)法によってコンタクトホール13を形成する。
Thereafter, a
次に、図8に示すように、コンタクトホール13の内側を埋めるように、例えばタングステン(W)を主体とする導体膜を埋め込むことで、コンタクトプラグ14を形成する。これには、まず、例えばスパッタリング法などにより、コンタクトホール13を埋め込むようにしてタングステン膜を形成する。そして、余分なタングステン膜をエッチングまたはCMP法などにより除去することで、コンタクトプラグ14を形成する。なお、タングステン膜を堆積する前に、バリア膜として、例えば窒化チタンなどを形成しても良い。このようにして形成したコンタクトプラグ14は、MISトランジスタQn,Qpの各端子に電気的に接続している。
Next, as shown in FIG. 8, a
続いて、コンタクトプラグ14に所望の導通をとるための配線を形成する。まず、層間絶縁膜12の上に、酸化シリコン膜からなる絶縁膜15を形成する。その後、フォトリソグラフィ法および異方性エッチング法などにより、絶縁膜15に所望の配線パターンを有する配線溝16を形成する。その後、配線溝16を埋め込むようにして、例えば銅(Cu)を主体とする導体膜を形成する。続いて、余分な銅をCMP法などにより除去することで、配線溝16を埋め込むような導体配線17を形成する。
Subsequently, a wiring for taking a desired conduction is formed in the
続く工程では、上記図7、図8の工程を繰り返すことで、更に多層の配線層の形成を繰り返すことで、所望の配線パターンを有する多層配線層を形成する。 In the subsequent process, by repeating the processes of FIGS. 7 and 8, the multilayer wiring layer having a desired wiring pattern is formed by repeating the formation of multilayer wiring layers.
以上のようにして、引張応力を記憶したn型MISトランジスタQnと、有意な応力を記憶していないp型MISトランジスタQpを、同一シリコン基板1上に形成する。特に、本実施の形態1の製造方法によれば、加工によるダメージを回避しつつ、MISトランジスタに選択的に応力を記憶させることができる。結果として、MISトランジスタを備える半導体装置の性能をより向上させることができる。
As described above, the n-type MIS transistor Qn storing tensile stress and the p-type MIS transistor Qp storing no significant stress are formed on the
また、上記で説明した本実施の形態1の製造方法では、上記図5の工程で、引張応力を有する第1応力膜N1aを形成し、上記図6の工程で、pMIS領域Rpの第1応力膜N1aにイオン注入を施して応力を緩和した。これにより、pMIS用ゲート電極GEpの結晶化の際には有意な引張応力を記憶させず、nMIS用ゲート電極GEnのみに引張応力を記憶させることができた。これは、本実施の形態1の製造方法のうち、n型MISトランジスタQnの特性を向上させることに主眼を置いたSMT技術である。なぜなら、引張応力は、n型MISトランジスタQnの特性を向上させるのに適しているからである。 In the manufacturing method of the first embodiment described above, the first stress film N1a having a tensile stress is formed in the step of FIG. 5, and the first stress in the pMIS region Rp is formed in the step of FIG. Ion implantation was performed on the film N1a to relax the stress. As a result, no significant tensile stress was stored in the crystallization of the pMIS gate electrode GEp, and only the nMIS gate electrode GEn could be stored. This is an SMT technique that focuses on improving the characteristics of the n-type MIS transistor Qn in the manufacturing method of the first embodiment. This is because the tensile stress is suitable for improving the characteristics of the n-type MIS transistor Qn.
一方、本実施の形態1の他の製造方法では、上記の製造工程を入れ替えて、p型MISトランジスタQpの特性を向上させるSMT技術とすることも可能である。より具体的には、上記図5の工程では、圧縮応力を有する第1応力膜N1aを形成し、上記図6の工程で、nMIS領域Rnの第1応力膜N1aにイオン注入を施して応力を緩和する。これにより、各MIS用ゲート電極GEn,GEpを結晶化する工程では、nMIS用ゲート電極GEnには有意な圧縮応力を記憶させず、pMIS用ゲート電極GEpに圧縮応力を記憶させることができる。圧縮応力はp型MISトランジスタQpの特性を向上させるのに適しているから、上記のようにして、n型MISトランジスタQnに影響を及ぼすことなく、p型MISトランジスタQpの特性を向上できる。 On the other hand, in another manufacturing method of the first embodiment, it is possible to replace the manufacturing process described above to obtain an SMT technique that improves the characteristics of the p-type MIS transistor Qp. More specifically, the first stress film N1a having a compressive stress is formed in the process of FIG. 5, and the stress is applied by performing ion implantation on the first stress film N1a in the nMIS region Rn in the process of FIG. ease. Thus, in the step of crystallizing the MIS gate electrodes GEn and GEp, no significant compressive stress is stored in the nMIS gate electrode GEn, and the compressive stress can be stored in the pMIS gate electrode GEp. Since the compressive stress is suitable for improving the characteristics of the p-type MIS transistor Qp, the characteristics of the p-type MIS transistor Qp can be improved without affecting the n-type MIS transistor Qn as described above.
(実施の形態2)
本実施の形態2の半導体装置の製造方法を、図9〜図11を用いて詳しく説明する。本実施の形態2の製造方法は、上記図2を用いて説明した工程までは、上記実施の形態1と同様である。
(Embodiment 2)
A method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment will be described in detail with reference to FIGS. The manufacturing method of the second embodiment is the same as that of the first embodiment up to the steps described with reference to FIG.
続く工程では、図9に示すように、シリコン基板1のpMIS領域Rpの主面s1のうち、pMIS用ゲート電極GEpの側方下部であり、サイドウォールスペーサ6の側方下部に、p型ソース・ドレイン領域sdpを形成する。これには、上記図4のフォトレジスト膜8と同様にして形成したフォトレジスト膜18をイオン注入マスクとして、上記図4のイオン注入200と同様のイオン注入400を施すことで、上記図4の工程と同様にしてp型ソース・ドレイン領域sdp形成する。この段階で、pMIS用ゲート電極GEp、ゲート絶縁膜GI、および、p型ソース・ドレイン領域sdpなどを基本構成として有するp型MISトランジスタQpを、nウェル3n内に形成したことになる。
In the subsequent process, as shown in FIG. 9, a p-type source is formed on the main surface s <b> 1 of the pMIS region Rp of the
本実施の形態2の製造方法では、上記工程の後、熱処理を施すことで、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpを結晶化する。ここでは、特に、両ゲート電極GEn,GEpを結晶化するために最小限必要な条件であり、かつ、先に形成したp型ソース・ドレイン領域sdpを拡散させないような条件で熱処理を施す。その理由に関しては、後に詳細を説明する。より具体的には、例えば、スパイクアニール法によって800〜900℃程度の熱処理を施すことで、両ゲート電極GEn,GEpを結晶化する。この段階で両ゲート電極GEn,GEpを結晶化する理由に関しては、後に詳細を説明する。 In the manufacturing method according to the second embodiment, the nMIS gate electrode GEn and the pMIS gate electrode GEp are crystallized by performing heat treatment after the above-described steps. Here, in particular, the heat treatment is performed under conditions that are the minimum necessary conditions for crystallizing both the gate electrodes GEn and GEp and that do not diffuse the previously formed p-type source / drain regions sdp. The reason will be described later in detail. More specifically, for example, the gate electrodes GEn and GEp are crystallized by performing a heat treatment at about 800 to 900 ° C. by a spike annealing method. Details of the reason for crystallizing both gate electrodes GEn and GEp at this stage will be described later.
次に、図10に示すように、nMIS領域Rnに対してイオン注入500を施すことによって、前工程で結晶化したnMIS用ゲート電極GEnを非晶質化(アモルファス化)する。これには、まず、pMIS領域Rpのシリコン基板1の主面s1を覆うようにして、フォトリソグラフィ法などによってパターニングしたフォトレジスト膜19を形成する。その後、フォトレジスト膜19をイオン注入マスクとして、nMIS領域Rnに対してイオン注入500を施す。本工程でnMIS用ゲート電極GEnを非晶質化する理由に関しては、後に詳細を説明する。
Next, as shown in FIG. 10, by performing
本工程では、上記図9の工程で結晶化したnMIS用ゲート電極GEnを非晶質化することだけを考えれば、例えば、SiやGeなど、極性に依ることなくイオン種を選択し、イオン注入500を施せば良い。一方、本実施の形態2の製造方法では、本工程では、イオン注入500として、ドナーとなる不純物イオンを注入する方が、より好ましい。なぜなら、上記の態様でイオン注入500によってドナー不純物(例えばヒ素やリン)を注入することで、nMIS用ゲート電極GEnを非晶質化するのと同時に、n型ソース・ドレイン領域sdnを形成できるからである。即ち、本工程によって、シリコン基板1のnMIS領域Rnの主面s1のうち、nMIS用ゲート電極GEnの側方下部であり、サイドウォールスペーサ6の側方下部に、上記図3の工程で説明したものと同様のn型ソース・ドレイン領域sdnを形成する。このように、本実施の形態2の製造方法では、nMIS用ゲート電極GEnを非晶質化するためのイオン注入500は、n型ソース・ドレイン領域sdnを形成するためのイオン注入と同一工程とすることができ、結果として製造工程をより簡略化できる。
In this step, considering only that the nMIS gate electrode GEn crystallized in the step of FIG. 9 is made amorphous, for example, ion species such as Si and Ge are selected regardless of polarity, and ion implantation is performed. 500 may be applied. On the other hand, in the manufacturing method of the second embodiment, in this step, it is more preferable to implant impurity ions serving as donors as the
本図10の工程を終えた段階で、nMIS用ゲート電極GEn、ゲート絶縁膜GI、および、n型ソース・ドレイン領域sdnなどを基本構成として有するn型MISトランジスタQnを、pウェル3p内に形成したことになる。
10 is completed, an n-type MIS transistor Qn having an nMIS gate electrode GEn, a gate insulating film GI, an n-type source / drain region sdn, and the like as basic structures is formed in the p-
次に、図11に示すように、シリコン基板1の主面s1と、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpとを一体的に覆うようにして、第1キャップ膜(第1保護膜)C1bを形成する。その後、第1キャップ膜C1bを覆うようにして、引張応力を有する第1応力膜N1bを形成する。これら本実施の形態2の第1キャップ膜C1bおよび第1応力膜N1bは、それぞれ、上記実施の形態1の上記図5の工程で形成した第1キャップ膜C1aおよび第1応力膜N1aと同様にして形成する。その効果に関しても同様である。特に、本実施の形態2の製造方法においても、第1キャップ膜C1bを形成することの効果や、同第1キャップ膜C1bの膜厚に関する記載およびその効果などに関しては、上記実施の形態1の製造方法で形成した第1キャップ膜C1aの仕様および効果と同様であり、ここでの重複した説明は省略する。
Next, as shown in FIG. 11, the first cap film (first protective film) is formed so as to integrally cover the main surface s1 of the
続いて、熱処理を施すことで、上記図10の工程で非晶質化したnMIS用ゲート電極GEnを再度結晶化する。ここで、nMIS用ゲート電極GEnには、第1応力膜N1bの引張応力が作用している。そして、引張応力の作用を受けた状態で、nMIS用ゲート電極GEnを結晶化することで、その引張応力はnMIS用ゲート電極GEnに蓄えられる。即ち、本工程の熱処理によって、第1応力膜N1bと同様の引張応力を、nMIS用ゲート電極GEnに記憶させることができる。 Subsequently, by performing heat treatment, the nMIS gate electrode GEn made amorphous in the process of FIG. 10 is crystallized again. Here, the tensile stress of the first stress film N1b is applied to the nMIS gate electrode GEn. Then, the nMIS gate electrode GEn is crystallized under the action of the tensile stress, whereby the tensile stress is stored in the nMIS gate electrode GEn. That is, the tensile stress similar to that of the first stress film N1b can be stored in the nMIS gate electrode GEn by the heat treatment in this step.
一方、pMIS用ゲート電極GEpに対しては、上記図10の工程のイオン注入500を施しておらず、非晶質化していない。即ち、pMIS用ゲート電極GEpは、上記図9の工程の熱処理によって、応力の作用を受けずに結晶化されたまま、本図11の工程による第1応力膜N1bの形成および熱処理工程に至っている。このとき、既に結晶化しているpMIS用ゲート電極GEpに対して、第1応力膜N1bの応力を作用させた状態で熱処理をほどこしても、第1応力膜N1bの応力は記憶されない。即ち、本工程の熱処理を施しても、pMIS用ゲート電極GEpには有意な応力は記憶されない。
On the other hand, the pMIS gate electrode GEp has not been subjected to the
また、本工程の熱処理は、上記で形成した両ソース・ドレイン領域sdn,sdpの拡散、または、活性化のための熱処理と共有させる方が、より好ましい。なぜなら、これにより製造工程を簡略化できるからである。このように、本実施の形態2の製造方法では、nMIS用ゲート電極GEnを結晶化するための熱処理によって、同時に、ソース・ドレイン領域sdn,sdpを拡散、または、活性化する。例えば、スパイクアニール法によって950〜1150℃程度の熱処理を施すことで、ソース・ドレイン領域sdn,sdpを拡散、または、活性化する。このような条件での熱処理によって、非晶質化されたnMIS用ゲート電極GEnは結晶化する。 Further, it is more preferable that the heat treatment of this step is shared with the heat treatment for diffusing or activating both the source / drain regions sdn and sdp formed above. This is because the manufacturing process can be simplified. As described above, in the manufacturing method of the second embodiment, the source / drain regions sdn and sdp are simultaneously diffused or activated by the heat treatment for crystallizing the nMIS gate electrode GEn. For example, the source / drain regions sdn and sdp are diffused or activated by performing heat treatment at about 950 to 1150 ° C. by spike annealing. By the heat treatment under such conditions, the amorphized nMIS gate electrode GEn is crystallized.
その後、上記実施の形態1の上記図6で説明した工程と同様にして、第1応力膜N1bおよび第1キャップ膜C1bを除去する。第1応力膜N1bを除去しても、nMIS用ゲート電極GEnに記憶された引張応力は失われず、シリコン基板1に作用し続ける。従って、本実施の形態2の製造方法により、引張応力が記憶されたnMIS用ゲート電極GEnを有するn型MISトランジスタQnと、有意な応力を持たないpMIS用ゲート電極GEpを有するp型MISトランジスタQpとを形成できる。
Thereafter, the first stress film N1b and the first cap film C1b are removed in the same manner as in the process described in FIG. 6 of the first embodiment. Even if the first stress film N1b is removed, the tensile stress stored in the nMIS gate electrode GEn is not lost and continues to act on the
なお、本工程で、第1応力膜N1bを除去する方法やその効果、また、第1応力膜N1bの除去工程に対する、第1キャップ膜C1bを形成したことの効果、また、第1キャップ膜C1bの膜厚の効果などは、上記実施の形態1の説明と同様である。 In this step, the method and effect of removing the first stress film N1b, the effect of forming the first cap film C1b on the removing process of the first stress film N1b, and the first cap film C1b The effect of the film thickness is the same as that described in the first embodiment.
更に、上記のように、本実施の形態2の製造方法では、引張応力を記憶させるnMIS用ゲート電極GEnに対し、選択的にイオン注入500を施すことで、第1応力膜N1bを形成する直前に非晶質化しておく。このように、イオン注入500を選択的に施すことによって、引張応力を記憶したnMIS用ゲート電極GEnを選択的に形成できる。従って、本実施の形態2の製造方法によれば、第1応力膜N1bに対して、引張応力を記憶させない領域で応力膜を選択的に除去するといったような加工を施す必要がない。これにより、オーバーエッチングによるダメージを生じさせることなく、p型MISトランジスタQpへの引張応力を緩和できる。以上のように、本実施の形態2の製造方法によれば、SMT技術において、加工によるダメージを回避しつつ、MISトランジスタに選択的に応力を記憶させることができる。結果として、MISトランジスタを備える半導体装置の性能をより向上させることができる。
Further, as described above, in the manufacturing method of the second embodiment, the
続く工程では、上記実施の形態1と同様に、上記図7、図8で説明した工程を施すことで配線を形成する。 In the subsequent process, the wiring is formed by performing the processes described in FIGS. 7 and 8 as in the first embodiment.
以上のようにして、引張応力を記憶したn型MISトランジスタQnと、有意な応力を記憶していないp型MISトランジスタQpを、同一シリコン基板1上に形成する。特に、本実施の形態2の製造方法によれば、加工によるダメージを回避しつつ、MISトランジスタに選択的に応力を記憶させることができる。結果として、MISトランジスタを備える半導体装置の性能をより向上させることができる。
As described above, the n-type MIS transistor Qn storing tensile stress and the p-type MIS transistor Qp storing no significant stress are formed on the
また、本実施の形態2の製造方法において、上記図10のイオン注入500を、n型ソース・ドレイン領域sdnを形成するためのイオン注入工程と併用する場合、少なくともイオン注入500を施す前に、pMIS用ゲート電極GEpを結晶化しておく必要がある。更に、再度非晶質化されないように、pMIS用ゲート電極GEpを結晶化する前に、p型ソース・ドレイン領域sdpを形成するためのイオン注入400を施すことが望ましい。従って、p型ソース・ドレイン領域sdpに対しては、pMIS用ゲート電極GEpを結晶化するための熱処理と、後に形成するn型ソース・ドレイン領域sdnを拡散または活性化するための熱処理と、少なくとも2回の熱処理を施すことになる。
Further, in the manufacturing method of the second embodiment, when the
そこで、本実施の形態2の製造方法では、上記図9で説明したように、MIS用ゲート電極GEn,GEpを結晶化するための熱処理は、先に形成したp型ソース・ドレイン領域sdpを拡散させないような条件で熱処理を施す方が、より好ましい。なぜなら、この段階でp型ソース・ドレイン領域sdpを拡散させないようにして熱処理を施すことで、後のn型ソース・ドレイン領域sdnを拡散または活性化するための熱処理工程での、重複した拡散を防ぐことができるからである。これにより、所望の領域をこえたp型ソース・ドレイン領域sdpの拡散による短チャネル効果を低減することができる。結果として、MISトランジスタを備える半導体装置の性能をより向上させることができる。 Therefore, in the manufacturing method of the second embodiment, as described with reference to FIG. 9, the heat treatment for crystallizing the MIS gate electrodes GEn and GEp diffuses the p-type source / drain regions sdp formed previously. It is more preferable to perform the heat treatment under such a condition that the heat treatment is not performed. This is because, at this stage, heat treatment is performed so that the p-type source / drain region sdp is not diffused, so that the overlapping diffusion in the heat treatment step for diffusing or activating the n-type source / drain region sdn later is performed. This is because it can be prevented. Thereby, the short channel effect due to the diffusion of the p-type source / drain region sdp beyond the desired region can be reduced. As a result, the performance of the semiconductor device including the MIS transistor can be further improved.
また、上記で説明した本実施の形態2の製造方法では、上記図9の工程で、pMIS領域Rpのみ先にイオン注入400を施しておき、熱処理により両MIS用ゲート電極GEn,GEpを結晶化した。その後、上記図10の工程で、nMIS領域Rnにイオン注入500を施して、nMIS用ゲート電極GEnのみ非晶質化した。そして、上記図11の工程で、引張応力を有する第1応力膜N1bを形成し、熱処理によってnMIS用ゲート電極GEnを再度結晶化した。これにより、既に結晶化させていたpMIS用ゲート電極GEpには引張応力を記憶させず、nMIS用ゲート電極GEnのみに引張応力を記憶させることができた。これは、本実施の形態2の製造方法のうち、n型MISトランジスタQnの特性を向上させることに主眼を置いたSMT技術である。なぜなら、引張応力は、n型MISトランジスタQnの特性を向上させるのに適しているからである。
In the manufacturing method of the second embodiment described above, in the step of FIG. 9, only the pMIS region Rp is ion-implanted 400 first, and both MIS gate electrodes GEn and GEp are crystallized by heat treatment. did. Thereafter, in the step of FIG. 10,
一方、本実施の形態2の他の製造方法では、上記の製造工程を入れ替えて、p型MISトランジスタQpの特性を向上させるSMT技術とすることも可能である。より具体的には、上記図9の工程ではnMIS領域Rnに先にイオン注入400を施しておき、熱処理により両MIS用ゲート電極GEn,GEpを結晶化する。その後、上記図10の工程ではpMIS領域Rpにイオン注入500を施して、pMIS用ゲート電極GEpを非晶質化する。そして、上記図11の工程では圧縮応力を有する第1応力膜N1bを形成し、熱処理によって、pMIS用ゲート電極GEpを再度結晶化する。これにより、既に結晶化させていたnMIS用ゲート電極GEnには圧縮応力を記憶させず、pMIS用ゲート電極GEpのみに圧縮応力を記憶させることができる。圧縮応力はp型MISトランジスタQpの特性を向上させるのに適しているから、上記のようにして、n型MISトランジスタQnに影響を及ぼすことなく、p型MISトランジスタQpの特性を向上できる。
On the other hand, in another manufacturing method of the second embodiment, the SMT technique for improving the characteristics of the p-type MIS transistor Qp can be obtained by replacing the manufacturing steps described above. More specifically, in the step of FIG. 9,
(実施の形態3)
本実施の形態3の半導体装置の製造方法を、図12、図13を用いて詳しく説明する。本実施の形態3の製造方法は、上記図3を用いて説明した工程までは、上記実施の形態1と同様である。即ち、nMIS領域Rnにn型ソース・ドレイン領域sdnを形成し、先にn型MISトランジスタQnの基本構成を形成しておく。
(Embodiment 3)
A method for manufacturing the semiconductor device of the third embodiment will be described in detail with reference to FIGS. The manufacturing method of the third embodiment is the same as that of the first embodiment up to the steps described with reference to FIG. That is, the n-type source / drain region sdn is formed in the nMIS region Rn, and the basic configuration of the n-type MIS transistor Qn is formed first.
続く工程では、図12に示すように、シリコン基板1の主面s1と、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpとを一体的に覆うようにして、第1キャップ膜(第1保護膜)C1cを形成する。その後、第1キャップ膜C1cを覆うようにして、引張応力を有する第1応力膜N1cを形成する。これら本実施の形態3の第1キャップ膜C1cおよび第1応力膜N1cは、それぞれ、上記実施の形態1の上記図5の工程で形成した第1キャップ膜C1aおよび第1応力膜N1aと同様にして形成する。その効果に関しても同様である。特に、本実施の形態3の製造方法においても第1キャップ膜C1cを形成することの効果や、同第1キャップ膜C1cの膜厚に関する記載およびその効果などに関しても、上記実施の形態1の製造方法で説明した第1キャップ膜C1aの仕様および効果と同様であり、ここでの重複した説明は省略する。
In the subsequent process, as shown in FIG. 12, the main surface s1 of the
続いて、熱処理を施すことで、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpを結晶化する。ここで、両MIS用ゲート電極GEn,GEpには、第1応力膜N1cの引張応力が作用している。そして、引張応力の作用を受けた状態で、両MIS用ゲート電極GEn,GEpを結晶化することで、その引張応力は両ゲート電極GEn,GEpに蓄えられる。即ち、本工程の熱処理によって、第1応力膜N1cと同様の引張応力が、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpに記憶されたことになる。 Subsequently, heat treatment is performed to crystallize the nMIS gate electrode GEn and the pMIS gate electrode GEp. Here, the tensile stress of the first stress film N1c acts on both the MIS gate electrodes GEn and GEp. Then, the MIS gate electrodes GEn and GEp are crystallized under the action of the tensile stress, whereby the tensile stress is stored in both the gate electrodes GEn and GEp. That is, by the heat treatment in this step, the same tensile stress as that of the first stress film N1c is stored in the nMIS gate electrode GEn and the pMIS gate electrode GEp.
なお、本工程での熱処理は、上記実施の形態2の上記図9の熱処理工程と同様に、両ゲート電極GEn,GEpを結晶化するために最小限必要な条件であり、かつ、先に形成したn型ソース・ドレイン領域sdnを拡散させないような条件で熱処理を施す。その理由に関しても、上記実施の形態2の上記図9の熱処理工程に対する説明と同様である。即ち、n型ソース・ドレイン領域sdnなどを活性化するための熱処理は、後に再度必要となるから、そのときに、n型ソース・ドレイン領域sdnが余計に拡散し過ぎるのを防ぐためである。これにより、n型MISトランジスタQnの短チャネル効果を低減できる。より具体的には、例えば、スパイクアニール法によって800〜900℃程度の熱処理を施すことで、両ゲート電極GEn,GEpを結晶化する。 The heat treatment in this step is the minimum necessary condition for crystallizing both the gate electrodes GEn and GEp as in the heat treatment step of FIG. 9 of the second embodiment, and is formed first. The n-type source / drain region sdn is subjected to heat treatment under conditions that do not diffuse. The reason for this is also the same as the explanation for the heat treatment step of FIG. That is, the heat treatment for activating the n-type source / drain region sdn and the like is necessary again later, and at this time, the n-type source / drain region sdn is prevented from being excessively diffused. This can reduce the short channel effect of the n-type MIS transistor Qn. More specifically, for example, the gate electrodes GEn and GEp are crystallized by performing a heat treatment at about 800 to 900 ° C. by a spike annealing method.
その後、上記実施の形態1の上記図6で説明した工程と同様にして、第1応力膜N1cおよび第1キャップ膜C1cを除去する。第1応力膜N1cを除去しても、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpに記憶された引張応力は失われず、シリコン基板1に作用し続ける。
Thereafter, the first stress film N1c and the first cap film C1c are removed in the same manner as the process described in FIG. 6 of the first embodiment. Even if the first stress film N1c is removed, the tensile stress stored in the nMIS gate electrode GEn and the pMIS gate electrode GEp is not lost and continues to act on the
なお、本工程で、第1応力膜N1cを除去する方法やその効果、また、第1応力膜N1cの除去工程に対する、第1キャップ膜C1cを形成したことの効果、また、第1キャップ膜C1cの膜厚の効果などは、上記実施の形態1の説明と同様である。 In this step, the method and effect of removing the first stress film N1c, the effect of forming the first cap film C1c on the removing process of the first stress film N1c, and the first cap film C1c The effect of the film thickness is the same as that described in the first embodiment.
ここで、両MIS用ゲート電極GEn,GEpに記憶した引張応力は、n型MISトランジスタQnにとっては特性を向上させ得る応力であるが、p型MISトランジスタQpにとっては特性の向上を妨げ得る応力である。そこで、本実施の形態3の製造方法では、続く工程で、pMIS用ゲート電極GEpに記憶した応力を緩和する。より具体的に、以下で説明する。 Here, the tensile stress stored in the MIS gate electrodes GEn and GEp is a stress that can improve the characteristics for the n-type MIS transistor Qn, but is a stress that can hinder the improvement of the characteristics for the p-type MIS transistor Qp. is there. Therefore, in the manufacturing method of the third embodiment, the stress stored in the pMIS gate electrode GEp is relaxed in the subsequent process. More specific description will be given below.
続く工程では、図13に示すように、pMIS領域Rpに対してイオン注入600を施すことによって、前工程で結晶化した両MIS用ゲート電極GEn,GEpのうち、pMIS用ゲート電極GEpを非晶質化する。これには、まず、nMIS領域Rnのシリコン基板1の主面s1を覆うようにして、フォトリソグラフィ法などによってパターニングしたフォトレジスト膜20を形成する。その後、フォトレジスト膜20をイオン注入マスクとして、pMIS領域Rpに対してイオン注入600を施す。このようにしてpMIS用ゲート電極GEpを非晶質化することで、pMIS用ゲート電極GEpに記憶した引張応力を緩和する。その後、熱処理を施すことで、本工程で非晶質化したpMIS用ゲート電極GEpを再度結晶化する。この熱処理工程の段階では、応力膜などによる応力を作用させずに結晶化するため、pMIS用ゲート電極GEpには有意な応力は記憶されない。
In the subsequent process, as shown in FIG. 13, by performing
本工程では、上記図12の工程で結晶化したpMIS用ゲート電極GEpを非晶質化することだけを考えれば、例えば、SiやGeなど、極性に依ることなくイオン種を選択し、イオン注入600を施せば良い。一方、本実施の形態3の製造方法では、本工程では、イオン注入600として、アクセプタとなる不純物イオンを注入する方が、より好ましい。なぜなら、上記の態様でイオン注入600によってドナー不純物を注入することで、pMIS用ゲート電極GEpを非晶質化するのと同時に、p型ソース・ドレイン領域sdpを形成できるからである。即ち、本工程によって、シリコン基板1のpMIS領域Rpの主面s1のうち、pMIS用ゲート電極GEpの側方下部であり、サイドウォールスペーサ6の側方下部に、上記図4の工程で説明したものと同様のp型ソース・ドレイン領域sdpを形成する。このように、本実施の形態3の製造方法では、pMIS用ゲート電極GEpを非晶質化するためのイオン注入600は、p型ソース・ドレイン領域sdpを形成するためのイオン注入と同一工程とすることができ、結果として製造工程をより簡略化できる。
In this step, considering only that the pMIS gate electrode GEp crystallized in the step of FIG. 12 is made amorphous, for example, ion species such as Si and Ge are selected regardless of polarity, and ion implantation is performed. 600 may be applied. On the other hand, in the manufacturing method of the third embodiment, in this step, it is more preferable to implant impurity ions serving as acceptors as the
この工程で、pMIS用ゲート電極GEp、ゲート絶縁膜GI、および、p型ソース・ドレイン領域sdpなどを基本構成として有するp型MISトランジスタQpを、nウェル3n内に形成したことになる。
In this step, the p-type MIS transistor Qp having the pMIS gate electrode GEp, the gate insulating film GI, the p-type source / drain region sdp, and the like as basic structures is formed in the n-
また、本実施の形態3の製造方法のイオン注入600では、上記のようなアクセプタとなる不純物のほかに、SiまたはGeを含む不純物のイオン注入を施すことで、pMIS用ゲート電極GEpを非晶質化する方が、より好ましい。その理由を以下で説明する。
Further, in the
例えば、本工程のイオン注入600によって、pMIS用ゲート電極GEpを非晶質化するのと共に、p型ソース・ドレイン領域sdpを形成する場合、アクセプタとなる不純物としては、ホウ素(B)または二弗化ホウ素(BF2)などを用いる。これに対し、上記実施の形態2のイオン注入500(上記図10の工程)などでは、nMIS用ゲート電極GEnを非晶質化するのと共に、n型ソース・ドレイン領域sdnを形成する場合、例えば、ヒ素やリンなどのドナー不純物を注入する。上記実施の形態2のイオン注入500で用いるヒ素などに比べ、本実施の形態3のイオン注入600で用いるホウ素などは、原子量が小さい。そこで、本実施の形態3のイオン注入600では、アクセプタとなる不純物イオンに加え、原子量がより大きいSiやGeなどをイオン注入することで、pMIS用ゲート電極GEpを非晶質化し易くなる。これにより、より確実に、pMIS用ゲート電極GEpに記憶された引張応力を緩和できる。結果として、MISトランジスタを備える半導体装置の性能をより向上させることができる。
For example, when the pMIS gate electrode GEp is made amorphous by the
更に、本図13の工程でpMIS用ゲート電極GEpを再度結晶化するための熱処理は、上記で形成した両ソース・ドレイン領域sdn,sdpの拡散、または、活性化のための熱処理と共有させる方が、より好ましい。なぜなら、これにより製造工程を簡略化できるからである。このように、本実施の形態3の製造方法では、pMIS用ゲート電極GEpを結晶化するための熱処理によって、同時に、ソース・ドレイン領域sdn,sdpを拡散、または、活性化する。例えば、スパイクアニール法によって950〜1150℃程度の熱処理を施すことで、ソース・ドレイン領域sdn,sdpを拡散、または、活性化する。このような条件での熱処理によって、非晶質化されたpMIS用ゲート電極GEpは結晶化する。 Further, the heat treatment for recrystallization of the pMIS gate electrode GEp in the step of FIG. 13 is shared with the heat treatment for diffusion or activation of both the source / drain regions sdn and sdp formed above. Is more preferable. This is because the manufacturing process can be simplified. As described above, in the manufacturing method of the third embodiment, the source / drain regions sdn and sdp are simultaneously diffused or activated by the heat treatment for crystallizing the pMIS gate electrode GEp. For example, the source / drain regions sdn and sdp are diffused or activated by performing heat treatment at about 950 to 1150 ° C. by spike annealing. By the heat treatment under such conditions, the amorphized pMIS gate electrode GEp is crystallized.
続く工程では、上記実施の形態1と同様に、上記図7、図8で説明した工程を施すことで配線を形成する。 In the subsequent process, the wiring is formed by performing the processes described in FIGS. 7 and 8 as in the first embodiment.
以上のようにして、本実施の形態3の製造方法によって、引張応力を記憶したn型MISトランジスタQnと、有意な応力を記憶していないp型MISトランジスタQpとを、同一シリコン基板1上に形成できる。
As described above, the n-type MIS transistor Qn storing tensile stress and the p-type MIS transistor Qp storing no significant stress are formed on the
特に、本実施の形態3の製造方法では、引張応力を記憶したpMIS用ゲート電極GEpに対し、選択的にイオン注入600を施すことで、当該応力を緩和する。このように、イオン注入600を選択的に施すことによって、有意な応力を記憶させないpMIS用ゲート電極GEpを選択的に形成できる。従って、本実施の形態3の製造方法によれば、第1応力膜N1cに対して、引張応力を記憶させない領域で応力膜を選択的に除去するといったような加工を施す必要がない。これにより、オーバーエッチングによるダメージを生じさせることなく、p型MISトランジスタQpへの引張応力を緩和できる。以上のように、本実施の形態3の製造方法によれば、SMT技術において、加工によるダメージを回避しつつ、MISトランジスタに選択的に応力を記憶させることができる。結果として、MISトランジスタを備える半導体装置の性能をより向上させることができる。
In particular, in the manufacturing method of the third embodiment, the stress is relaxed by selectively performing
また、上記で説明した本実施の形態3の製造方法では、nMIS領域Rnのn型ソース・ドレイン領域sdnを先に形成しておく。続いて、上記図12の工程で引張応力を有する第1応力膜N1cを形成し、熱処理により両MIS用ゲート電極GEn,GEpを結晶化することで、引張応力を記憶させた。その後、上記図13の工程で、pMIS領域Rpにイオン注入600を施して、pMIS用ゲート電極GEpを非晶質化した。これにより、pMIS用ゲート電極GEpの応力を緩和し、nMIS用ゲート電極GEnのみに引張応力を記憶させることができた。これは、本実施の形態3の製造方法のうち、n型MISトランジスタQnの特性を向上させることに主眼を置いたSMT技術である。なぜなら、引張応力は、n型MISトランジスタQnの特性を向上させるのに適しているからである。
In the manufacturing method of the third embodiment described above, the n-type source / drain region sdn of the nMIS region Rn is formed first. Subsequently, a first stress film N1c having a tensile stress was formed in the process of FIG. 12, and the tensile stress was stored by crystallizing both the MIS gate electrodes GEn and GEp by heat treatment. Thereafter, in the step of FIG. 13,
一方、本実施の形態3の他の製造方法では、上記の製造工程を入れ替えて、p型MISトランジスタQpの特性を向上させるSMT技術とすることも可能である。より具体的には、pMIS領域Rpのp型ソース・ドレイン領域sdpを先に形成しておく。続いて、上記図12の工程で圧縮応力を有する第1応力膜N1cを形成し、熱処理により両MIS用ゲート電極GEn,GEpを結晶化することで、圧縮応力を記憶させる。その後、上記図13の工程で、nMIS領域Rnにイオン注入600を施して、nMIS用ゲート電極GEnを非晶質化する。これにより、nMIS用ゲート電極GEnの応力を緩和し、pMIS用ゲート電極GEpのみに圧縮応力を記憶させることができる。圧縮応力はp型MISトランジスタQpの特性を向上させるのに適しているから、上記のようにして、n型MISトランジスタQnに影響を及ぼすことなく、p型MISトランジスタQpの特性を向上できる。
On the other hand, in another manufacturing method of the third embodiment, the above-described manufacturing process can be replaced with the SMT technique for improving the characteristics of the p-type MIS transistor Qp. More specifically, the p-type source / drain region sdp of the pMIS region Rp is formed first. Subsequently, the first stress film N1c having a compressive stress is formed in the step of FIG. 12, and both the MIS gate electrodes GEn and GEp are crystallized by heat treatment to store the compressive stress. Thereafter, in the step of FIG. 13,
(実施の形態4)
本実施の形態4の半導体装置の製造方法を、図14〜図17を用いて詳しく説明する。本実施の形態4の製造方法は、上記図2を用いて説明した工程までは、上記実施の形態1と同様である。
(Embodiment 4)
A method of manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment will be described in detail with reference to FIGS. The manufacturing method of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment up to the steps described with reference to FIG.
続く工程では、図14に示すように、シリコン基板1のpMIS領域Rpの主面s1のうち、pMIS用ゲート電極GEpの側方下部であり、サイドウォールスペーサ6の側方下部に、p型ソース・ドレイン領域sdpを形成する。これには、上記実施の形態1の上記図4のフォトレジスト膜8と同様にして形成したフォトレジスト膜21をイオン注入マスクとして、上記図4のイオン注入200と同様のイオン注入700を施すことで、上記図4の工程と同様にしてp型ソース・ドレイン領域sdpを形成する。この段階で、pMIS用ゲート電極GEp、ゲート絶縁膜GI、および、p型ソース・ドレイン領域sdpなどを基本構成として有するp型MISトランジスタQpを、nウェル3n内に形成したことになる。
In the subsequent process, as shown in FIG. 14, the p-type source is formed on the main surface s <b> 1 of the pMIS region Rp of the
次に、図15に示すように、シリコン基板1の主面s1と、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpとを一体的に覆うようにして、第1キャップ膜(第1保護膜)C1dを形成する。本実施の形態4の第1キャップ膜C1dは、上記実施の形態1の上記図5の工程で形成した第1キャップ膜C1aと同様にして形成する。特に、本実施の形態4の製造方法においても第1キャップ膜C1dを形成することの効果や、同第1キャップ膜C1dの膜厚に関する記載およびその効果などに関しても、上記実施の形態1の製造方法で説明した第1キャップ膜C1aの仕様および効果と同様であり、ここでの重複した説明は省略する。
Next, as shown in FIG. 15, the first cap film (first protective film) is formed so as to integrally cover the main surface s1 of the
その後、第1キャップ膜C1dを覆うようにして、圧縮応力を有する第1応力膜N1dを形成する。即ち、第1応力膜N1dは、第1キャップ膜C1dを介して、シリコン基板1の主面s1と、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpとを一体的に覆うようにして形成することになる。本実施の形態4の第1応力膜N1dは、作用する応力の方向が引張応力ではなく圧縮応力であること以外は、上記実施の形態1の上記図5の工程で形成した第1応力膜N1aと同様にして形成する。なお、本実施の形態4の製造方法では、一例として、第1応力膜N1dは、圧縮応力の大きさが0.3〜1.7GPa程度となるようにして形成する。
Thereafter, a first stress film N1d having a compressive stress is formed so as to cover the first cap film C1d. That is, the first stress film N1d is formed so as to integrally cover the main surface s1 of the
続いて、熱処理を施すことで、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpを結晶化する。ここで、両MIS用ゲート電極GEn,GEpには、第1応力膜N1dの圧縮応力が作用している。そして、圧縮応力の作用を受けた状態で、両MIS用ゲート電極GEn,GEpを結晶化することで、その圧縮応力は両ゲート電極GEn,GEpに蓄えられる。即ち、本工程の熱処理によって、第1応力膜N1dと同様の圧縮応力が、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpに記憶されたことになる。 Subsequently, heat treatment is performed to crystallize the nMIS gate electrode GEn and the pMIS gate electrode GEp. Here, the compressive stress of the first stress film N1d acts on both the MIS gate electrodes GEn and GEp. Then, the MIS gate electrodes GEn and GEp are crystallized under the action of the compressive stress, whereby the compressive stress is stored in both the gate electrodes GEn and GEp. That is, the same compressive stress as that of the first stress film N1d is stored in the nMIS gate electrode GEn and the pMIS gate electrode GEp by the heat treatment in this step.
なお、本工程での熱処理は、上記実施の形態2の上記図9の熱処理工程と同様に、両ゲート電極GEn,GEpを結晶化するために最小限必要な条件であり、かつ、先に形成したp型ソース・ドレイン領域sdpを拡散させないような条件で熱処理を施す。その理由に関しても、上記実施の形態2の上記図9の熱処理工程に対する説明と同様である。即ち、p型ソース・ドレイン領域sdpなどを活性化するための熱処理は、後に再度必要となるから、そのときに、p型ソース・ドレイン領域sdpが余計に拡散し過ぎるのを防ぐためである。これにより、p型MISトランジスタQpの短チャネル効果を低減できる。より具体的には、例えば、スパイクアニール法によって800〜900℃程度の熱処理を施すことで、両ゲート電極GEn,GEpを結晶化する。 The heat treatment in this step is the minimum necessary condition for crystallizing both the gate electrodes GEn and GEp as in the heat treatment step of FIG. 9 of the second embodiment, and is formed first. The p-type source / drain region sdp is subjected to heat treatment under conditions that do not diffuse. The reason for this is also the same as the explanation for the heat treatment step of FIG. That is, the heat treatment for activating the p-type source / drain region sdp and the like is necessary again later, and at this time, the p-type source / drain region sdp is prevented from being excessively diffused. Thereby, the short channel effect of the p-type MIS transistor Qp can be reduced. More specifically, for example, the gate electrodes GEn and GEp are crystallized by performing a heat treatment at about 800 to 900 ° C. by a spike annealing method.
その後、上記実施の形態1の上記図6で説明した工程と同様にして、第1応力膜N1dおよび第1キャップ膜C1dを除去する。第1応力膜N1dを除去しても、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpに記憶された圧縮応力は失われず、シリコン基板1に作用し続ける。
Thereafter, the first stress film N1d and the first cap film C1d are removed in the same manner as the process described in FIG. 6 of the first embodiment. Even if the first stress film N1d is removed, the compressive stress stored in the nMIS gate electrode GEn and the pMIS gate electrode GEp is not lost and continues to act on the
なお、本工程で、第1応力膜N1dを除去する方法やその効果、また、第1応力膜N1dの除去工程に対する、第1キャップ膜C1dを形成したことの効果、また、第1キャップ膜C1dの膜厚の効果などは、上記実施の形態1の説明と同様である。 In this step, the method and the effect of removing the first stress film N1d, the effect of forming the first cap film C1d on the removing process of the first stress film N1d, and the first cap film C1d The effect of the film thickness is the same as that described in the first embodiment.
次に、図16に示すように、nMIS領域Rnに対してイオン注入800を施すことによって、前工程で結晶化したnMIS用ゲート電極GEnを非晶質化する。これには、まず、pMIS領域Rpのシリコン基板1の主面s1を覆うようにして、フォトリソグラフィ法などによってパターニングしたフォトレジスト膜22を形成する。その後、フォトレジスト膜22をイオン注入マスクとして、nMIS領域Rnに対してイオン注入800を施す。このようにして、nMIS用ゲート電極GEnを非晶質化し、nMIS用ゲート電極GEnに記憶された圧縮応力を緩和できる。
Next, as shown in FIG. 16, by performing
更に、本実施の形態4のイオン注入800において注入するイオン種などにおいても、上記実施の形態2の製造方法において上記図10を用いて説明したイオン注入500と同様である。即ち、本実施の形態4の製造方法では、イオン注入800によってnMIS用ゲート電極GEnを非晶質化するのと同時に、n型ソース・ドレイン領域sdnを形成する。その効果においても、上記実施の形態2の記載と同様である。
Further, the ion species implanted in the
本図16の工程を終えた段階で、nMIS用ゲート電極GEn、ゲート絶縁膜GI、および、n型ソース・ドレイン領域sdnなどを基本構成として有するn型MISトランジスタQnを、pウェル3p内に形成したことになる。
When the process of FIG. 16 is completed, an n-type MIS transistor Qn having the nMIS gate electrode GEn, the gate insulating film GI, the n-type source / drain region sdn and the like as basic structures is formed in the p-
次に、図17に示すように、シリコン基板1の主面s1と、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpとを一体的に覆うようにして、第2キャップ膜(第2保護膜)C2を形成する。その後、第2キャップ膜C2を覆うようにして、上記図15の工程の圧縮応力を有する第1応力膜N1dとは逆の応力であるような、引張応力を有する第2応力膜N2を形成する。これら本実施の形態4の第2キャップ膜C2および第2応力膜N2は、それぞれ、上記実施の形態1の上記図5の工程で形成した第1キャップ膜C1aおよび第1応力膜N1aと同様にして形成する。その効果に関しても同様である。特に、本実施の形態4の製造方法においても第2キャップ膜C2を形成することの効果や、同第2キャップ膜C2の膜厚に関する記載およびその効果などに関しても、上記実施の形態1の製造方法で説明した第1キャップ膜C1aの仕様および効果と同様であり、ここでの重複した説明は省略する。
Next, as shown in FIG. 17, the second cap film (second protective film) is formed so as to integrally cover the main surface s1 of the
続いて、熱処理を施すことで、上記図16の工程で非晶質化したnMIS用ゲート電極GEnを再度結晶化する。ここで、nMIS用ゲート電極GEnには、第2応力膜N2の引張応力が作用している。そして、引張応力の作用を受けた状態で、nMIS用ゲート電極GEnを結晶化することで、その引張応力はnMIS用ゲート電極GEnに蓄えられる。即ち、本工程の熱処理によって、第2応力膜N2と同様の引張応力を、nMIS用ゲート電極GEnに記憶させることができる。 Subsequently, by performing heat treatment, the nMIS gate electrode GEn made amorphous in the step of FIG. 16 is crystallized again. Here, the tensile stress of the second stress film N2 acts on the nMIS gate electrode GEn. Then, the nMIS gate electrode GEn is crystallized under the action of the tensile stress, whereby the tensile stress is stored in the nMIS gate electrode GEn. That is, the tensile stress similar to that of the second stress film N2 can be stored in the nMIS gate electrode GEn by the heat treatment in this step.
一方、pMIS用ゲート電極GEpに対しては、上記図16の工程のイオン注入800を施しておらず、非晶質化していない。即ち、pMIS用ゲート電極GEpは、上記図15の工程の熱処理によって、第1応力膜N1dからの圧縮応力の作用を記憶して結晶化されたまま、本図17の工程による第2応力膜N2の形成および熱処理工程に至っている。このとき、既に圧縮応力を記憶して結晶化しているpMIS用ゲート電極GEpに対して、第2応力膜N2の引張応力を作用させた状態で熱処理を施しても、第2応力膜N2の引張応力は記憶されない。即ち、本工程の熱処理を施しても、pMIS用ゲート電極GEpには圧縮応力が記憶されたまま、蓄積される。
On the other hand, the pMIS gate electrode GEp has not been subjected to the
また、本工程の熱処理は、上記で形成した両ソース・ドレイン領域sdn,sdpの拡散、または、活性化のための熱処理と共有させる方が、より好ましい。なぜなら、これにより製造工程を簡略化できるからである。このように、本実施の形態4の製造方法では、nMIS用ゲート電極GEnを結晶化するための熱処理によって、同時に、ソース・ドレイン領域sdn,sdpを拡散、または、活性化する。例えば、スパイクアニール法によって950〜1150℃程度の熱処理を施すことで、ソース・ドレイン領域sdn,sdpを拡散、または、活性化する。このような条件での熱処理によって、非晶質化されたnMIS用ゲート電極GEnは結晶化する。 Further, it is more preferable that the heat treatment of this step is shared with the heat treatment for diffusing or activating both the source / drain regions sdn and sdp formed above. This is because the manufacturing process can be simplified. Thus, in the manufacturing method of the fourth embodiment, the source / drain regions sdn and sdp are simultaneously diffused or activated by the heat treatment for crystallizing the nMIS gate electrode GEn. For example, the source / drain regions sdn and sdp are diffused or activated by performing heat treatment at about 950 to 1150 ° C. by spike annealing. By the heat treatment under such conditions, the amorphized nMIS gate electrode GEn is crystallized.
その後、上記実施の形態1の上記図6で説明した工程と同様にして、第2応力膜N2および第2キャップ膜C2を除去する。第2応力膜N2を除去しても、nMIS用ゲート電極GEnに記憶された引張応力は失われず、シリコン基板1に作用し続ける。従って、本実施の形態4の製造方法により、引張応力が記憶されたnMIS用ゲート電極GEnを有するn型MISトランジスタQnと、圧縮応力が記憶されたpMIS用ゲート電極GEpとを形成できる。
Thereafter, the second stress film N2 and the second cap film C2 are removed in the same manner as the process described in the first embodiment with reference to FIG. Even if the second stress film N2 is removed, the tensile stress stored in the nMIS gate electrode GEn is not lost and continues to act on the
なお、本工程で、第2応力膜N2を除去する方法やその効果、また、第2応力膜N2の除去工程に対する、第2キャップ膜C2を形成したことの効果、また、第2キャップ膜C2の膜厚の効果などは、上記実施の形態1の説明と同様である。 In this step, the method and the effect of removing the second stress film N2, the effect of forming the second cap film C2 on the removing process of the second stress film N2, and the second cap film C2 The effect of the film thickness is the same as that described in the first embodiment.
更に、上記のように、本実施の形態4の製造方法では、応力を作用させたいゲート電極に対し、イオン注入による非晶質化を施し、応力膜で覆った状態で結晶化させることで、応力膜と同様の応力を記憶させている。ここでは、イオン注入を選択的に施すことで、上記のような作り分けを可能にしており、例えば、作用する応力の異なる応力膜を選択的に形成する必要が無い。即ち、本実施の形態4の製造方法によれば、圧縮応力を有する第1応力膜N1dおよび引張応力を有する第2応力膜N2において、それ自体を選択的に形成する必要が無い。従って、第1応力膜N1dや第2応力膜N2自体を選択的に除去するといったような加工を施す必要が無い。これにより、オーバーエッチングによるダメージを生じさせることなく、引張応力を記憶したn型MISトランジスタQnと、圧縮応力を記憶したp型MISトランジスタQpとを形成できる。以上のように、本実施の形態4の製造方法によれば、SMT技術において、加工によるダメージを回避しつつ、MISトランジスタに選択的に応力を記憶させることができる。結果として、MISトランジスタを備える半導体装置の性能をより向上させることができる。 Furthermore, as described above, in the manufacturing method according to the fourth embodiment, the gate electrode to be subjected to stress is amorphized by ion implantation and crystallized in a state covered with a stress film. The stress similar to that of the stress film is stored. Here, the ion implantation is selectively performed to enable the above-described separation, and for example, there is no need to selectively form stress films having different acting stresses. That is, according to the manufacturing method of the fourth embodiment, it is not necessary to selectively form the first stress film N1d having compressive stress and the second stress film N2 having tensile stress. Therefore, there is no need to perform processing such as selectively removing the first stress film N1d or the second stress film N2 itself. Thereby, the n-type MIS transistor Qn storing tensile stress and the p-type MIS transistor Qp storing compressive stress can be formed without causing damage due to over-etching. As described above, according to the manufacturing method of the fourth embodiment, in the SMT technique, stress can be selectively stored in the MIS transistor while avoiding damage due to processing. As a result, the performance of the semiconductor device including the MIS transistor can be further improved.
続く工程では、上記実施の形態1と同様に、上記図7、図8で説明した工程を施すことで配線を形成する。 In the subsequent process, the wiring is formed by performing the processes described in FIGS. 7 and 8 as in the first embodiment.
以上のようにして、本実施の形態4の製造方法によって、引張応力を記憶したn型MISトランジスタQnと、圧縮応力を記憶したp型MISトランジスタQpとを、同一シリコン基板1上に形成できる。
As described above, the n-type MIS transistor Qn storing tensile stress and the p-type MIS transistor Qp storing compressive stress can be formed on the
また、本実施の形態4の製造方法の上記の説明では、p型MISトランジスタQpへの圧縮応力の記憶技術(上記図14、図15など)を先に施し、n型MISトランジスタQnへの引張応力の記憶技術(上記図16、図17など)を後に施す例を説明した。これらの工程は前後関係を入れ替えても良い。即ち、n型MISトランジスタQnへの引張応力の記憶技術を施した後、p型MISトランジスタQpへの圧縮応力の記憶技術を施しても良い。その場合でも、n型MISトランジスタQnとp型MISトランジスタQpとでは、作用させて性能を向上させ得る応力の方向が異なるから、第1応力膜N1dと第2応力膜N2との圧力は逆のものを形成する。 In the above description of the manufacturing method of the fourth embodiment, the compressive stress storage technique (FIG. 14, FIG. 15, etc.) applied to the p-type MIS transistor Qp is first applied, and the tension applied to the n-type MIS transistor Qn. The example in which the stress storage technique (FIG. 16, FIG. 17, etc.) is applied later has been described. These steps may be interchanged in context. That is, after applying the tensile stress storage technique to the n-type MIS transistor Qn, the compression stress storage technique to the p-type MIS transistor Qp may be applied. Even in such a case, the n-type MIS transistor Qn and the p-type MIS transistor Qp have different directions of stress that can be applied to improve the performance. Forming things.
(実施の形態5)
本実施の形態5の製造方法では、上記実施の形態1〜4の製造方法によって形成した、応力を記憶したMISトランジスタに対し、応力膜などを併せて作用させることで、より強固な応力を作用させる例を示す。図18〜図22の断面図を用いて説明する。本実施の形態5の製造方法は、上記実施の形態4の製造方法に続く工程であり、上記図17を用いて説明した工程に続く工程として説明する。
(Embodiment 5)
In the manufacturing method of the fifth embodiment, a stronger stress is applied by applying a stress film or the like to the MIS transistor storing the stress formed by the manufacturing method of the first to fourth embodiments. An example is shown. This will be described with reference to the cross-sectional views of FIGS. The manufacturing method of the fifth embodiment is a step following the manufacturing method of the fourth embodiment, and will be described as a step following the step described with reference to FIG.
続く工程では、図18に示すように、n型ソース・ドレイン領域sdn、p型ソース・ドレイン電極sdp、nMIS用ゲート電極GEn、および、pMIS用ゲート電極GEpの表面に、金属シリサイド層23を形成する。本実施の形態5の金属シリサイド層23は、上記実施の形態1の上記図7を用いて説明した金属シリサイド層10と同様にして形成する。
In the subsequent process, as shown in FIG. 18, a
ここで、上記実施の形態1の製造方法において、上記図7、図8を用いて説明したように、シリコン基板1の主面上に形成したMISトランジスタQn,Qpに対しては、抵抗率の低い金属シリサイド層などを介して、外部から電気的に接続するためのコンタクトプラグ14を形成する。コンタクトプラグ14は、層間絶縁膜12の中に形成することで互いを絶縁した。そのために、層間絶縁膜12には、コンタクトホール13を形成する必要があった。そして、上記図7を用いて示したように、層間絶縁膜12には、SAC法によって自己整合的にコンタクトホール13を形成することが望ましく、そのためのエッチングストッパ11を形成していた。本実施の形態5の製造方法においても、以下に示す点を除いて上記実施の形態1と同様に、配線を形成する。
Here, in the manufacturing method of the first embodiment, as described with reference to FIGS. 7 and 8, the resistivity of the MIS transistors Qn and Qp formed on the main surface of the
そこで、続く工程では、シリコン基板1の主面s1と、nMIS用ゲート電極GEnおよびpMIS用ゲート電極GEpとを一体的に覆うようにして、第3応力膜N3を形成する。次に、図19に示すように、第3応力膜N3を覆うようにして、層間絶縁膜24を形成する。
Therefore, in the subsequent process, the third stress film N3 is formed so as to integrally cover the main surface s1 of the
ここで、層間絶縁膜24は、上記実施の形態1の層間絶縁膜12と同様に、酸化シリコンを主体とする絶縁膜として、CVD法などによって形成する。また、第3応力膜N3は、上記実施の形態1のエッチングストッパ11と同様の目的で形成される絶縁膜である。即ち、第3応力膜N3を形成する目的の一つは、後に層間絶縁膜24に対してコンタクトホール(接続孔)CHを形成する際のエッチング停止層としての機能である。従って、第3応力膜N3は、層間絶縁膜24および第3応力膜N3に施す異方性エッチングにおけるエッチング速度が、層間絶縁膜24のエッチング速度と異なるような絶縁膜であることが望ましい。なぜなら、同一の異方性エッチングに対するエッチング速度の違いを利用することで、コンタクトホールCHをSAC法によって形成し易くなるからである。
Here, the
酸化シリコンからなる層間絶縁膜24に対し、上記のエッチング停止層としての機能を有する第3応力膜N3として、本実施の形態5では、CVD法などによって窒化シリコンを主体とする絶縁膜を形成する。
In the fifth embodiment, an insulating film mainly composed of silicon nitride is formed by the CVD method or the like as the third stress film N3 having the function as the etching stop layer with respect to the
その後、上記実施の形態1の上記図7と同様の方法で、層間絶縁膜24および第3応力膜N3(上記図7のエッチングストッパ11に該当)に対して、異方性エッチングを施すことで、n型ソース・ドレイン領域sdn、p型ソース・ドレイン領域sdp、nMIS用ゲート電極GEn、および、pMIS用ゲート電極GEpに達するようなコンタクトホール(接続孔)CHを形成する。続いて、上記実施の形態1の上記図7と同様の方法で、コンタクトホールCHの中を、例えばタングステンを主体とする導体膜で埋め込むことで、コンタクトプラグ25を形成する。
Thereafter, anisotropic etching is performed on the
ここで、本実施の形態5の製造方法では、第3応力膜N3として、シリコン基板1に対して引張応力を作用するような絶縁膜を形成する。即ち、本実施の形態5の第3応力膜N3は、引張応力を作用する窒化シリコン膜である。このような窒化シリコン膜は、例えば、上記実施の形態1の上記図5を用いて説明した第1応力膜N1aと同様の方法で形成する。
Here, in the manufacturing method of the fifth embodiment, an insulating film that applies a tensile stress to the
上記のように、第3応力膜N3において、単にエッチング停止層としての機能だけでなく、応力膜としての機能を持たせることで、より効率的にMISトランジスタに応力を作用させることができる。即ち、引張応力を有する第3応力膜N3を少なくともn型MISトランジスタQnを覆うようにして形成することで、n型MISトランジスタQnには、SMT技術によってnMIS用ゲート電極GEnに記憶した引張応力に加え、第3応力膜N3による引張応力を作用させている。 As described above, in the third stress film N3, not only a function as an etching stop layer but also a function as a stress film is provided, whereby stress can be applied to the MIS transistor more efficiently. That is, by forming the third stress film N3 having a tensile stress so as to cover at least the n-type MIS transistor Qn, the n-type MIS transistor Qn has a tensile stress stored in the nMIS gate electrode GEn by the SMT technique. In addition, the tensile stress by the third stress film N3 is applied.
これにより、本実施の形態5の製造方法によれば、n型MISトランジスタQnにより大きな引張応力を作用させ、n型MISトランジスタQnの特性をより向上させることができる。また、両MIS用ゲート電極GEn,GEpへのSMT技術においても、上記実施の形態1〜4の効果と同様に、加工によるダメージを回避しつつ、効果的に作用させることができる。結果として、MISトランジスタを備える半導体装置の性能をより向上させることができる。 Thereby, according to the manufacturing method of the fifth embodiment, a large tensile stress is applied to n-type MIS transistor Qn, and the characteristics of n-type MIS transistor Qn can be further improved. Also, in the SMT technique for both the MIS gate electrodes GEn and GEp, as in the effects of the first to fourth embodiments, it is possible to effectively operate while avoiding damage due to processing. As a result, the performance of the semiconductor device including the MIS transistor can be further improved.
一方、p型MISトランジスタQpにおいては、引張応力は特性の向上を妨げ得る。これに対して、例えば、上記実施の形態4の製造方法によって形成したp型MISトランジスタQpでは、pMIS用ゲート電極GEpには圧縮応力が記憶されている。従って、本実施の形態5の製造方法では、pMIS用ゲート電極GEpに記憶する圧縮応力の大きさと、第3応力膜N3が作用する引張応力の大きさとを調整することで、第3応力膜N3から作用される引張応力を緩和できる。 On the other hand, in the p-type MIS transistor Qp, the tensile stress can hinder the improvement of characteristics. On the other hand, for example, in the p-type MIS transistor Qp formed by the manufacturing method of the fourth embodiment, compressive stress is stored in the pMIS gate electrode GEp. Therefore, in the manufacturing method of the fifth embodiment, the third stress film N3 is adjusted by adjusting the magnitude of the compressive stress stored in the pMIS gate electrode GEp and the magnitude of the tensile stress applied by the third stress film N3. It is possible to relieve the tensile stress applied from
また、本実施の形態5の製造方法において、第3応力膜N3の引張応力をpMIS領域Rpでは緩和するなど、第3応力膜N3の引張応力を選択的に緩和する技術はより効果的である。その具体的な方法を、本実施の形態5の他の製造方法として、以下で詳しく説明する。 Further, in the manufacturing method of the fifth embodiment, a technique for selectively relaxing the tensile stress of the third stress film N3, such as relaxing the tensile stress of the third stress film N3 in the pMIS region Rp, is more effective. . The specific method will be described in detail below as another manufacturing method of the fifth embodiment.
図20は、上記図18に続く工程を示す断面図である。本実施の形態5の他の製造方法では、引張応力を有する第3応力膜N3を形成した後、層間絶縁膜24を形成する前に、pMIS領域Rpの第3応力膜N3に対してイオン注入900を施すことで、pMIS領域Rpの引張応力を緩和する。
20 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. In another manufacturing method of the fifth embodiment, after the third stress film N3 having a tensile stress is formed and before the interlayer insulating
これには、まず、nMIS領域Rnの第3応力膜N3を覆うようにして、フォトリソグラフィ法などによってパターニングしたフォトレジスト膜26を形成する。その後、フォトレジスト膜26をイオン注入マスクとして、pMIS領域Rpの第3応力膜N3に対してイオン注入900を施す。このようにして、pMIS領域Rpの第3応力膜N3の引張応力を緩和できる。応力を緩和するために注入するイオンとしては、例えば、シリコン(Si)またはゲルマニウム(Ge)などを含むイオンを用いる。
For this, first, a
上記のように、pMIS領域Rpの第3応力膜N3の引張応力を緩和することで、p型MISトランジスタQpには、第3応力膜N3の引張応力を作用させることなく、SMT技術によりpMIS用ゲート電極GEpに記憶した圧縮応力だけを作用させることができる。 As described above, by reducing the tensile stress of the third stress film N3 in the pMIS region Rp, the p-type MIS transistor Qp is not subjected to the tensile stress of the third stress film N3, and is applied to the pMIS by the SMT technology. Only the compressive stress stored in the gate electrode GEp can be applied.
これにより、本実施の形態5の他の製造方法によれば、p型MISトランジスタQpの特性の向上を妨げることなく、n型MISトランジスタQnの特性をより向上させることができる。また、両MIS用ゲート電極GEn,GEpへのSMT技術においても、上記実施の形態1〜4の効果と同様に、加工によるダメージを回避しつつ、効果的に作用させることができる。結果として、MISトランジスタを備える半導体装置の性能をより向上させることができる。 Thereby, according to another manufacturing method of the fifth embodiment, the characteristics of the n-type MIS transistor Qn can be further improved without hindering the improvement of the characteristics of the p-type MIS transistor Qp. Also, in the SMT technique for both the MIS gate electrodes GEn and GEp, as in the effects of the first to fourth embodiments, it is possible to effectively operate while avoiding damage due to processing. As a result, the performance of the semiconductor device including the MIS transistor can be further improved.
また、本実施の形態5の製造方法において、引張応力を有する第3応力膜N3はn型MISトランジスタQnを形成したnMIS領域Rnに形成し、p型MISトランジスタQpを形成するpMIS領域Rpには、圧縮応力を有する他の応力膜を形成する技術はより効果的である。その具体的な方法を、本実施の形態5の更に他の製造方法として、以下で詳しく説明する。 In the manufacturing method of the fifth embodiment, the third stress film N3 having tensile stress is formed in the nMIS region Rn where the n-type MIS transistor Qn is formed, and in the pMIS region Rp where the p-type MIS transistor Qp is formed. A technique for forming another stress film having a compressive stress is more effective. The specific method will be described in detail below as still another manufacturing method of the fifth embodiment.
図21は、上記図18に続く工程を示す断面図である。本実施の形態5の更に他の製造方法では、引張応力を有する第3応力膜N3を形成した後、層間絶縁膜24を形成する前に、更に、以下の工程を有する。まず、pMIS領域Rpの第3応力膜N3を除去する。これには、まず、nMIS領域Rnの第3応力膜N3を覆うようにして、フォトリソグラフィ法などによってパターニングしたフォトレジスト膜27を形成する。その後、フォトレジスト膜27をエッチングマスクとして、例えば異方性エッチングなどを施すことにより、pMIS領域Rpの第3応力膜N3を除去する。その後、フォトレジスト膜27を除去する。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. In still another manufacturing method according to the fifth embodiment, after forming the third stress film N3 having tensile stress, the process further includes the following steps before forming the
次に、図22に示すように、pMIS領域Rpにおいて、シリコン基板1の主面s1とpMIS用ゲート電極GEpとを一体的に覆うようにして、第4応力膜N4を形成する。これには、まず、シリコン基板1の主面s1全面に、第4応力膜N4を形成する。その後、第4応力膜N4のうち、nMIS領域Rnを覆う部分を、フォトリソグラフィ法および異方性エッチング法などにより選択的に除去する。
Next, as shown in FIG. 22, in the pMIS region Rp, the fourth stress film N4 is formed so as to integrally cover the main surface s1 of the
本実施の形態5の更に他の製造方法において、第4応力膜N4としては、例えば窒化シリコンを主体とする絶縁膜を形成する。この窒化シリコン膜からなる第4応力膜N4は、上記図19などを用いて説明した第3応力膜N3と同様に、酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜24にコンタクトホールCHを形成する際のエッチング停止層として機能する。
In still another manufacturing method of the fifth embodiment, as the fourth stress film N4, for example, an insulating film mainly composed of silicon nitride is formed. The fourth stress film N4 made of the silicon nitride film is etched when the contact hole CH is formed in the
また、本実施の形態5の更に他の製造方法において、第4応力膜N4としては、シリコン基板1に対して圧縮応力を作用するような、窒化シリコンを主体とする絶縁膜を形成する。圧縮応力を有する窒化シリコンを主体とする絶縁膜である第4応力膜N4は、例えば、上記実施の形態4の上記図15で説明した第1応力膜N1dなどと同様にして形成する。
Further, in still another manufacturing method of the fifth embodiment, as the fourth stress film N4, an insulating film mainly composed of silicon nitride that acts on the
上記のようにして、pMIS領域Rpのシリコン基板1上に、圧縮応力を有する第4応力膜N4を形成することで、p型MISトランジスタQpには、より大きな圧縮応力を作用させることができる。即ち、pMIS用ゲート電極GEpに対して圧縮応力を記憶させているのに加え、圧縮応力を作用する第4応力膜N4を形成している。
As described above, by forming the fourth stress film N4 having a compressive stress on the
これにより、本実施の形態5の更に他の製造方法によれば、SMT技術によるゲート電極に記憶させる応力と、応力膜による応力とを、両極性のMISトランジスタQn,Qpの特性の向上にとって効果的であるように、作用させることができる。また、両MIS用ゲート電極GEn,GEpへのSMT技術においても、上記実施の形態1〜4の効果と同様に、加工によるダメージを回避しつつ、効果的に作用させることができる。結果として、MISトランジスタを備える半導体装置の性能をより向上させることができる。 Thereby, according to still another manufacturing method of the fifth embodiment, the stress stored in the gate electrode by the SMT technique and the stress by the stress film are effective for improving the characteristics of the bipolar MIS transistors Qn and Qp. Can be made to work. Also, in the SMT technique for both the MIS gate electrodes GEn and GEp, as in the effects of the first to fourth embodiments, it is possible to effectively operate while avoiding damage due to processing. As a result, the performance of the semiconductor device including the MIS transistor can be further improved.
また、上記では、本実施の形態5の製造方法では、特に第3応力膜N3として、シリコン基板1に対して引張応力を作用する絶縁膜を形成する例を示したが、応力の種別はその限りではない。例えば上記図18の工程では、第3応力膜N3として、シリコン基板1に対して圧縮応力を作用する絶縁膜を形成すれば、p型MISトランジスタQpに対してより大きな圧縮応力を作用させることができる。
In the above description, in the manufacturing method of the fifth embodiment, an example in which an insulating film that applies tensile stress to the
また、上記図18の工程で、圧縮応力を作用する第3応力膜N3を形成した場合、上記図20の工程では、nMIS領域Rnにイオン注入900を施して第3応力膜N3の圧縮応力を緩和させれば良い。これにより、n型MISトランジスタQnに対しては、SMT技術でnMIS用ゲート電極GEnに記憶させた引張応力のみを作用させることができる。
Further, when the third stress film N3 that acts on the compressive stress is formed in the process of FIG. 18, the
また、上記図18の工程で、圧縮応力を作用する第3応力膜N3を形成した場合、上記図21の工程では、圧縮応力を作用する第3応力膜N3をpMIS領域Rpに残すようにして除去し、nMIS領域Rnには、引張応力を作用する第4応力膜N4を形成れば良い。これにより、両極性のMISトランジスタQn,Qpの特性の向上にとって効果的であるように、応力を作用させることができる。 Further, when the third stress film N3 that acts on the compressive stress is formed in the process of FIG. 18, the third stress film N3 that acts on the compressive stress is left in the pMIS region Rp in the process of FIG. The fourth stress film N4 that exerts tensile stress may be formed in the nMIS region Rn by removing. Thereby, stress can be applied so as to be effective for improving the characteristics of the bipolar MIS transistors Qn and Qp.
また、上記では、本実施の形態5の製造方法は、上記実施の形態4の製造方法に続く工程として説明したが、上記実施の形態1〜3に続く工程として適用しても、同様の効果が得られる。 In the above description, the manufacturing method according to the fifth embodiment has been described as a process following the manufacturing method according to the fourth embodiment. Is obtained.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、例えば、パーソナルコンピュータやモバイル機器等において、情報処理を行なうために必要な半導体装置の産業分野に適用することができる。 The present invention can be applied, for example, to the industrial field of semiconductor devices necessary for performing information processing in personal computers, mobile devices, and the like.
1 シリコン基板(半導体基板)
2 分離部
3n nウェル
3p pウェル
4n n型エクステンション領域
4p p型エクステンション領域
5n n型ハロー領域
5p p型ハロー領域
6 サイドウォールスペーサ
7〜9,18〜22,26,27 フォトレジスト膜
10,23 金属シリサイド層
11 エッチングストッパ
12,24 層間絶縁膜
13 コンタクトホール
14,25 コンタクトプラグ
15 絶縁膜
16 配線溝
17 導体配線
C1a,C1b,C1c,C1d 第1キャップ膜(第1保護膜)
C2 第2キャップ膜(第2保護膜)
CH コンタクトホール(接続孔)
GEn nMIS用ゲート電極(第1ゲート電極)
GEp pMIS用ゲート電極(第2ゲート電極)
GI ゲート絶縁膜
N1a,N1b,N1c,N1d 第1応力膜
N2 第2応力膜
N3 第3応力膜
N4 第4応力膜
Rn nMIS領域(第1領域)
Rp pMIS領域(第2領域)
s1 主面
sdn n型ソース・ドレイン領域(第1導電型ソース・ドレイン領域)
sdp p型ソース・ドレイン領域(第2導電型ソース・ドレイン領域)
Qn n型MISトランジスタ(第1電界効果トランジスタ)
Qp p型MISトランジスタ(第2電界効果トランジスタ)
1 Silicon substrate (semiconductor substrate)
2
C2 Second cap film (second protective film)
CH Contact hole (connection hole)
Gate electrode for GEn nMIS (first gate electrode)
GEp pMIS gate electrode (second gate electrode)
GI gate insulating film N1a, N1b, N1c, N1d first stress film N2 second stress film N3 third stress film N4 fourth stress film Rn nMIS region (first region)
Rp pMIS region (second region)
s1 main surface sdn n-type source / drain region (first conductivity type source / drain region)
sdp p-type source / drain region (second conductivity type source / drain region)
Qn n-type MIS transistor (first field effect transistor)
Qp p-type MIS transistor (second field effect transistor)
Claims (32)
(a)前記半導体基板の第1領域の主面上に、第1ゲート電極を形成する工程と、
(b)前記半導体基板の第2領域の主面上に、第2ゲート電極を形成する工程と、
(c)前記半導体基板の第1領域の主面のうち前記第1ゲート電極の側方下部に、第1導電型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
(d)前記半導体基板の第2領域の主面のうち前記第2ゲート電極の側方下部に、第2導電型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
(e)前記半導体基板の主面と、前記第1および第2ゲート電極とを一体的に覆うようにして、前記半導体基板に対して圧縮応力または引張応力を作用するような第1応力膜を形成する工程と、
(f)前記第2領域の前記第1応力膜に対してイオン注入を施すことで、前記第2領域の前記第1応力膜の応力を緩和する工程と、
(g)熱処理を施すことで、前記第1および第2ゲート電極を結晶化する工程と、
(h)前記第1応力膜を除去する工程とを有し、
前記(g)工程の熱処理によって、前記第1応力膜と同様の応力を前記第1ゲート電極に記憶させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor having a first field effect transistor of a first conductivity type in a first region on a semiconductor substrate and a second field effect transistor of a second conductivity type opposite to the first conductivity type in a second region. A device manufacturing method comprising:
(A) forming a first gate electrode on the main surface of the first region of the semiconductor substrate;
(B) forming a second gate electrode on the main surface of the second region of the semiconductor substrate;
(C) forming a first conductivity type source / drain region at a lower side of the first gate electrode in a main surface of the first region of the semiconductor substrate;
(D) forming a second conductivity type source / drain region in a lower side portion of the second gate electrode in a main surface of the second region of the semiconductor substrate;
(E) A first stress film that applies compressive stress or tensile stress to the semiconductor substrate so as to integrally cover the main surface of the semiconductor substrate and the first and second gate electrodes. Forming, and
(F) relieving the stress of the first stress film in the second region by performing ion implantation on the first stress film in the second region;
(G) a step of crystallizing the first and second gate electrodes by performing a heat treatment;
(H) removing the first stress film;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the same stress as that of the first stress film is stored in the first gate electrode by the heat treatment in the step (g).
前記第1導電型はn型導電型であり、前記第2導電型はp型導電型であり、
前記(e)工程では、前記半導体基板に対して引張応力を作用するような前記第1応力膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The first conductivity type is an n-type conductivity type, the second conductivity type is a p-type conductivity type,
In the step (e), the first stress film that applies a tensile stress to the semiconductor substrate is formed.
前記(g)工程の熱処理によって、前記第1および第2ゲート電極を結晶化するのと同時に、前記(c)工程で形成した前記第1導電型ソース・ドレイン領域と、前記(d)工程で形成した前記第2導電型ソース・ドレイン領域とを、拡散または活性化することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
At the same time that the first and second gate electrodes are crystallized by the heat treatment in the step (g), the first conductivity type source / drain regions formed in the step (c), and the step (d) A method of manufacturing a semiconductor device, comprising diffusing or activating the formed second conductivity type source / drain region.
前記(d)工程を施した後、前記(e)工程を施す前に、更に、
(i)前記半導体基板の主面と、前記第1および第2ゲート電極とを一体的に覆うようにして、第1保護膜を形成する工程を有し、
前記(e)工程では、前記第1保護膜を覆うようにして前記第1応力膜を形成し、
前記(h)工程では、前記第1応力膜に対して全面的に等方性エッチングを施すことで、前記第1応力膜を除去し、
前記(i)工程では、前記(h)工程の等方性エッチングにおけるエッチング速度が、前記(e)工程で形成する前記第1応力膜と比較して遅いような、前記第1保護膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
After performing the step (d) and before performing the step (e),
(I) forming a first protective film so as to integrally cover the main surface of the semiconductor substrate and the first and second gate electrodes;
In the step (e), the first stress film is formed so as to cover the first protective film,
In the step (h), the first stress film is removed by subjecting the first stress film to isotropic etching entirely.
In the step (i), the first protective film is formed such that the etching rate in the isotropic etching in the step (h) is slower than the first stress film formed in the step (e). A method of manufacturing a semiconductor device.
前記(i)工程では、5〜10nmの膜厚となるようにして、前記第1保護膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
In the step (i), the first protective film is formed so as to have a film thickness of 5 to 10 nm.
(a)前記半導体基板の第1領域の主面上に、第1ゲート電極を形成する工程と、
(b)前記半導体基板の第2領域の主面上に、第2ゲート電極を形成する工程と、
(c)前記半導体基板の第2領域の主面のうち前記第2ゲート電極の側方下部に、第2導電型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
(d)熱処理を施すことで、前記第1および第2ゲート電極を結晶化する工程と、
(e)前記第1領域にイオン注入を施すことで、前記(d)工程で結晶化した前記第1ゲート電極を非晶質化する工程と、
(f)前記半導体基板の主面と、前記第1および第2ゲート電極とを一体的に覆うようにして、前記半導体基板に対して圧縮応力または引張応力を作用するような第1応力膜を形成する工程と、
(g)熱処理を施すことで、前記(e)工程で非晶質化した前記第1ゲート電極を再度結晶化する工程と、
(h)前記第1応力膜を除去する工程とを有し、
前記(g)工程の熱処理によって、前記第1応力膜と同様の応力を前記第1ゲート電極に記憶させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor having a first field effect transistor of a first conductivity type in a first region on a semiconductor substrate and a second field effect transistor of a second conductivity type opposite to the first conductivity type in a second region. A device manufacturing method comprising:
(A) forming a first gate electrode on the main surface of the first region of the semiconductor substrate;
(B) forming a second gate electrode on the main surface of the second region of the semiconductor substrate;
(C) forming a second conductivity type source / drain region at a lower side of the second gate electrode in a main surface of the second region of the semiconductor substrate;
(D) crystallizing the first and second gate electrodes by performing heat treatment;
(E) a step of making the first gate electrode crystallized in the step (d) amorphous by ion-implanting the first region;
(F) A first stress film that applies compressive stress or tensile stress to the semiconductor substrate so as to integrally cover the main surface of the semiconductor substrate and the first and second gate electrodes. Forming, and
(G) recrystallizing the first gate electrode made amorphous in the step (e) by performing heat treatment;
(H) removing the first stress film;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the same stress as that of the first stress film is stored in the first gate electrode by the heat treatment in the step (g).
前記第1導電型はn型導電型であり、前記第2導電型はp型導電型であり、
前記(f)工程では、前記半導体基板に対して引張応力を作用するような前記第1応力膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
The first conductivity type is an n-type conductivity type, the second conductivity type is a p-type conductivity type,
In the step (f), the first stress film that applies a tensile stress to the semiconductor substrate is formed.
前記(e)工程では第1導電型となる不純物のイオン注入を施すことで、前記第1ゲート電極を非晶質化するのと同時に、前記半導体基板の第1領域の主面のうち前記第1ゲート電極の側方下部に、第1導電型ソース・ドレイン領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
In the step (e), the first gate electrode is made amorphous by performing ion implantation of impurities of the first conductivity type, and at the same time, the first surface of the main surface of the first region of the semiconductor substrate. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first conductivity type source / drain region at a lateral lower portion of one gate electrode.
前記(g)工程の熱処理によって、前記第1ゲート電極を結晶化するのと同時に、前記(c)工程で形成した前記第2導電型ソース・ドレイン領域と、前記(e)工程で形成した前記第1導電型ソース・ドレイン領域とを、拡散または活性化することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8.
The first gate electrode is crystallized by the heat treatment in the step (g), and at the same time, the second conductivity type source / drain region formed in the step (c) and the step formed in the step (e). A method of manufacturing a semiconductor device, comprising diffusing or activating a first conductivity type source / drain region.
前記(d)工程の熱処理は、前記(g)工程の熱処理よりも低い温度で施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the heat treatment in the step (d) is performed at a lower temperature than the heat treatment in the step (g).
前記(e)工程を施した後、前記(f)工程を施す前に、更に、
(i)前記半導体基板の主面と、前記第1および第2ゲート電極とを一体的に覆うようにして、第1保護膜を形成する工程を有し、
前記(f)工程では、前記第1保護膜を覆うようにして前記第1応力膜を形成し、
前記(h)工程では、前記第1応力膜に対して全面的に等方性エッチングを施すことで、前記第1応力膜を除去し、
前記(i)工程では、前記(h)工程の等方性エッチングにおけるエッチング速度が、前記(f)工程で形成する前記第1応力膜と比較して遅いような、前記第1保護膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
After performing the step (e) and before performing the step (f),
(I) forming a first protective film so as to integrally cover the main surface of the semiconductor substrate and the first and second gate electrodes;
In the step (f), the first stress film is formed so as to cover the first protective film,
In the step (h), the first stress film is removed by subjecting the first stress film to isotropic etching entirely.
In the step (i), the first protective film is formed such that the etching rate in the isotropic etching in the step (h) is slower than the first stress film formed in the step (f). A method of manufacturing a semiconductor device.
前記(i)工程では、5〜10nmの膜厚となるようにして、前記第1保護膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11.
In the step (i), the first protective film is formed so as to have a film thickness of 5 to 10 nm.
(a)前記半導体基板の第1領域の主面上に、第1ゲート電極を形成する工程と、
(b)前記半導体基板の第2領域の主面上に、第2ゲート電極を形成する工程と、
(c)前記半導体基板の第1領域の主面のうち前記第1ゲート電極の側方下部に、第1導電型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
(d)前記半導体基板の主面と、前記第1および第2ゲート電極とを一体的に覆うようにして、前記半導体基板に対して圧縮応力または引張応力を作用するような第1応力膜を形成する工程と、
(e)熱処理を施すことで、前記第1および第2ゲート電極を結晶化する工程と、
(f)前記第1応力膜を除去する工程と、
(g)前記第2領域にイオン注入を施すことで、前記(e)工程で結晶化した前記第2ゲート電極を非晶質化する工程と、
(h)熱処理を施すことで、前記(g)工程で非晶質化した前記第2ゲート電極を再度結晶化する工程とを有し、
前記(e)工程の熱処理によって、前記第1応力膜と同様の応力を前記第1および第2ゲート電極に記憶させ、
前記(g)工程のイオン注入によって、前記第2ゲート電極に記憶された前記第1応力膜と同様の応力を緩和させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor having a first field effect transistor of a first conductivity type in a first region on a semiconductor substrate and a second field effect transistor of a second conductivity type opposite to the first conductivity type in a second region. A device manufacturing method comprising:
(A) forming a first gate electrode on the main surface of the first region of the semiconductor substrate;
(B) forming a second gate electrode on the main surface of the second region of the semiconductor substrate;
(C) forming a first conductivity type source / drain region at a lower side of the first gate electrode in a main surface of the first region of the semiconductor substrate;
(D) A first stress film that applies compressive stress or tensile stress to the semiconductor substrate so as to integrally cover the main surface of the semiconductor substrate and the first and second gate electrodes. Forming, and
(E) performing a heat treatment to crystallize the first and second gate electrodes;
(F) removing the first stress film;
(G) making the second gate electrode crystallized in the step (e) amorphous by ion-implanting the second region;
(H) re-crystallizing the second gate electrode made amorphous in the step (g) by performing heat treatment,
By the heat treatment in the step (e), the same stress as that of the first stress film is stored in the first and second gate electrodes,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein stress similar to that of the first stress film stored in the second gate electrode is relaxed by ion implantation in the step (g).
前記第1導電型はn型導電型であり、前記第2導電型はp型導電型であり、
前記(d)工程では、前記半導体基板に対して引張応力を作用するような前記第1応力膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13,
The first conductivity type is an n-type conductivity type, the second conductivity type is a p-type conductivity type,
In the step (d), the first stress film that forms a tensile stress on the semiconductor substrate is formed.
前記(g)工程では第2導電型となる不純物のイオン注入を施すことで、前記第2ゲート電極を非晶質化するのと同時に、前記半導体基板の第2領域の主面のうち前記第2ゲート電極の側方下部に、第2導電型ソース・ドレイン領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14,
In the step (g), the second gate electrode is made amorphous by performing ion implantation of an impurity having a second conductivity type, and at the same time, the first of the main surfaces of the second region of the semiconductor substrate. 2. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a second conductivity type source / drain region at a lateral lower portion of a two-gate electrode.
前記(h)工程の熱処理によって、前記第2ゲート電極を結晶化するのと同時に、前記(c)工程で形成した前記第1導電型ソース・ドレイン領域と、前記(g)工程で形成した前記第2導電型ソース・ドレイン領域とを、拡散または活性化することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 15,
At the same time that the second gate electrode is crystallized by the heat treatment in the step (h), the first conductivity type source / drain regions formed in the step (c) and the step formed in the step (g) A method of manufacturing a semiconductor device, comprising diffusing or activating a second conductivity type source / drain region.
前記(e)工程の熱処理は、前記(h)工程の熱処理よりも低い温度で施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 16,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the heat treatment in the step (e) is performed at a lower temperature than the heat treatment in the step (h).
前記(g)工程のイオン注入では、前記第2導電型となる不純物のほかに、SiまたはGeを含む不純物のイオン注入を施すことで、前記第2ゲート電極を非晶質化することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17.
In the ion implantation in the step (g), the second gate electrode is made amorphous by performing ion implantation of an impurity containing Si or Ge in addition to the impurity of the second conductivity type. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記(c)工程を施した後、前記(d)工程を施す前に、更に、
(i)前記半導体基板の主面と、前記第1および第2ゲート電極とを一体的に覆うようにして、第1保護膜を形成する工程を有し、
前記(d)工程では、前記第1保護膜を覆うようにして前記第1応力膜を形成し、
前記(f)工程では、前記第1応力膜に対して全面的に等方性エッチングを施すことで、前記第1応力膜を除去し、
前記(i)工程では、前記(f)工程の等方性エッチングにおけるエッチング速度が、前記(d)工程で形成する前記第1応力膜と比較して遅いような、前記第1保護膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 18.
After performing the step (c) and before performing the step (d),
(I) forming a first protective film so as to integrally cover the main surface of the semiconductor substrate and the first and second gate electrodes;
In the step (d), the first stress film is formed so as to cover the first protective film,
In the step (f), the first stress film is removed by subjecting the first stress film to isotropic etching entirely.
In the step (i), the first protective film is formed such that the etching rate in the isotropic etching in the step (f) is slower than the first stress film formed in the step (d). A method of manufacturing a semiconductor device.
前記(i)工程では、5〜10nmの膜厚となるようにして、前記第1保護膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 19,
In the step (i), the first protective film is formed so as to have a film thickness of 5 to 10 nm.
(a)前記半導体基板の第1領域の主面上に、第1ゲート電極を形成する工程と、
(b)前記半導体基板の第2領域の主面上に、第2ゲート電極を形成する工程と、
(c)前記半導体基板の第2領域の主面のうち前記第2ゲート電極の側方下部に、第2導電型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
(d)前記半導体基板の主面と、前記第1および第2ゲート電極とを一体的に覆うようにして、前記半導体基板に対して圧縮応力または引張応力を作用するような第1応力膜を形成する工程と、
(e)熱処理を施すことで、前記第1および第2ゲート電極を結晶化する工程と、
(f)前記第1応力膜を除去する工程と、
(g)前記第1領域にイオン注入を施すことで、前記(e)工程で結晶化した前記第1ゲート電極を非晶質化する工程と、
(h)前記半導体基板の主面と、前記第1および第2ゲート電極とを一体的に覆うようにして、前記半導体基板に対して圧縮応力または引張応力を作用するような第2応力膜を形成する工程と、
(i)熱処理を施すことで、前記(g)工程で非晶質化した前記第1ゲート電極を再度結晶化する工程と、
(j)前記第2応力膜を除去する工程とを有し、
前記(e)工程の熱処理によって、前記第1応力膜と同様の応力を前記第1および第2ゲート電極に記憶させ、
前記(g)工程のイオン注入よって、前記第1ゲート電極に記憶された前記第1応力膜と同様の応力を緩和させ、
前記(i)工程の熱処理によって、前記第2応力膜と同様の応力を前記第1ゲート電極に記憶させ、
前記(d)工程で形成する前記第1応力膜と、前記(h)工程で形成する前記第2応力膜とは、前記半導体基板に対して逆の応力を作用する応力膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor having a first field effect transistor of a first conductivity type in a first region on a semiconductor substrate and a second field effect transistor of a second conductivity type opposite to the first conductivity type in a second region. A device manufacturing method comprising:
(A) forming a first gate electrode on the main surface of the first region of the semiconductor substrate;
(B) forming a second gate electrode on the main surface of the second region of the semiconductor substrate;
(C) forming a second conductivity type source / drain region at a lower side of the second gate electrode in a main surface of the second region of the semiconductor substrate;
(D) A first stress film that applies compressive stress or tensile stress to the semiconductor substrate so as to integrally cover the main surface of the semiconductor substrate and the first and second gate electrodes. Forming, and
(E) performing a heat treatment to crystallize the first and second gate electrodes;
(F) removing the first stress film;
(G) a step of making the first gate electrode crystallized in the step (e) amorphous by ion-implanting the first region;
(H) A second stress film that applies compressive stress or tensile stress to the semiconductor substrate so as to integrally cover the main surface of the semiconductor substrate and the first and second gate electrodes. Forming, and
(I) recrystallizing the first gate electrode made amorphous in the step (g) by performing heat treatment;
(J) removing the second stress film,
By the heat treatment in the step (e), the same stress as that of the first stress film is stored in the first and second gate electrodes,
By the ion implantation in the step (g), the same stress as that of the first stress film stored in the first gate electrode is relieved,
By the heat treatment in the step (i), the same stress as that of the second stress film is stored in the first gate electrode,
The first stress film formed in the step (d) and the second stress film formed in the step (h) are stress films that exert reverse stress on the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1導電型はn型導電型であり、前記第2導電型はp型導電型であり、
前記(d)工程では、前記半導体基板に対して圧縮応力を作用するような前記第1応力膜を形成し、
前記(h)工程では、前記半導体基板に対して引張応力を作用するような前記第2応力膜を形成し、
前記(d)〜(j)工程によって、
前記第1ゲート電極には前記第2応力膜と同様の引張応力を記憶させ、
前記第2ゲート電極には前記第1応力膜と同様の圧縮応力を記憶させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 21,
The first conductivity type is an n-type conductivity type, the second conductivity type is a p-type conductivity type,
In the step (d), the first stress film is formed so as to act a compressive stress on the semiconductor substrate,
In the step (h), the second stress film that applies a tensile stress to the semiconductor substrate is formed,
By the steps (d) to (j),
The first gate electrode stores the same tensile stress as that of the second stress film,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second gate electrode stores a compressive stress similar to that of the first stress film.
前記(g)工程では第1導電型となる不純物のイオン注入を施すことで、前記第1ゲート電極を非晶質化するのと同時に、前記半導体基板の第1領域の主面のうち前記第1ゲート電極の側方下部に、第1導電型ソース・ドレイン領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 22,
In the step (g), the first gate electrode is made amorphous by performing ion implantation of impurities of the first conductivity type, and at the same time, the first surface of the main surface of the first region of the semiconductor substrate. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first conductivity type source / drain region at a lateral lower portion of one gate electrode.
前記(i)工程の熱処理によって、前記第1ゲート電極を結晶化するのと同時に、前記(c)工程で形成した前記第2導電型ソース・ドレイン領域と、前記(g)工程で形成した前記第1導電型ソース・ドレイン領域とを、拡散または活性化することを特徴とする半導体装置の製造方法。 24. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23.
The first gate electrode is crystallized by the heat treatment in the step (i), and at the same time, the second conductivity type source / drain region formed in the step (c) and the step formed in the step (g). A method of manufacturing a semiconductor device, comprising diffusing or activating a first conductivity type source / drain region.
前記(e)工程の熱処理は、前記(i)工程の熱処理よりも低い温度で施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 24,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the heat treatment in the step (e) is performed at a lower temperature than the heat treatment in the step (i).
前記(c)工程を施した後、前記(d)工程を施す前に、更に、
(k)前記半導体基板の主面と、前記第1および第2ゲート電極とを一体的に覆うようにして、第1保護膜を形成する工程を有し、
前記(d)工程では、前記第1保護膜を覆うようにして前記第1応力膜を形成し、
前記(f)工程では、前記第1応力膜に対して全面的に等方性エッチングを施すことで、前記第1応力膜を除去し、
前記(k)工程では、前記(f)工程の等方性エッチングにおけるエッチング速度が、前記(d)工程で形成する前記第1応力膜と比較して遅いような、前記第1保護膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 25,
After performing the step (c) and before performing the step (d),
(K) forming a first protective film so as to integrally cover the main surface of the semiconductor substrate and the first and second gate electrodes;
In the step (d), the first stress film is formed so as to cover the first protective film,
In the step (f), the first stress film is removed by subjecting the first stress film to isotropic etching entirely.
In the step (k), the first protective film is formed such that the etching rate in the isotropic etching in the step (f) is slower than the first stress film formed in the step (d). A method of manufacturing a semiconductor device.
前記(k)工程では、5〜10nmの膜厚となるようにして、前記第1保護膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 27. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 26.
In the step (k), the first protective film is formed so as to have a film thickness of 5 to 10 nm.
前記(g)工程を施した後、前記(h)工程を施す前に、更に、
(l)前記半導体基板の主面と、前記第1および第2ゲート電極とを一体的に覆うようにして、第2保護膜を形成する工程を有し、
前記(h)工程では、前記第2保護膜を覆うようにして前記第2応力膜を形成し、
前記(j)工程では、前記第2応力膜に対して全面的に等方性エッチングを施すことで、前記第2応力膜を除去し、
前記(l)工程では、前記(j)工程の等方性エッチングにおけるエッチング速度が、前記(h)工程で形成する前記第2応力膜と比較して遅いような、前記第2保護膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 28. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 27.
After performing the step (g) and before performing the step (h),
(L) forming a second protective film so as to integrally cover the main surface of the semiconductor substrate and the first and second gate electrodes;
In the step (h), the second stress film is formed so as to cover the second protective film,
In the step (j), the second stress film is removed by subjecting the second stress film to isotropic etching entirely.
In the step (l), the second protective film is formed such that the etching rate in the isotropic etching in the step (j) is slower than the second stress film formed in the step (h). A method of manufacturing a semiconductor device.
前記(l)工程では、5〜10nmの膜厚となるようにして、前記第2保護膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 28, wherein:
In the step (l), the second protective film is formed so as to have a film thickness of 5 to 10 nm.
(m)前記半導体基板の主面と、前記第1および第2ゲート電極とを一体的に覆うようにして、第3応力膜を形成する工程と、
(n)前記第3応力膜を覆うようにして層間絶縁膜を形成する工程と、
(o)前記層間絶縁膜および前記第3応力膜に対して異方性エッチングを施すことで、前記第1導電型ソース・ドレイン領域、前記第2導電型ソース・ドレイン領域、前記第1ゲート電極、および、前記第2ゲート電極に達するような接続孔を形成する工程と、
(p)前記接続孔を導体膜で埋め込む工程とを有し、
前記(m)工程では、前記(o)工程の異方性エッチングにおけるエッチング速度が、前記(n)工程で形成する前記層間絶縁膜のエッチング速度と異なるような絶縁膜であり、かつ、前記半導体基板に対して引張応力を作用するような絶縁膜によって、前記第3応力膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 30. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 29, further comprising:
(M) forming a third stress film so as to integrally cover the main surface of the semiconductor substrate and the first and second gate electrodes;
(N) forming an interlayer insulating film so as to cover the third stress film;
(O) By performing anisotropic etching on the interlayer insulating film and the third stress film, the first conductivity type source / drain region, the second conductivity type source / drain region, and the first gate electrode And forming a connection hole reaching the second gate electrode;
(P) burying the connection hole with a conductor film,
In the step (m), the etching rate in the anisotropic etching in the step (o) is an insulating film different from the etching rate of the interlayer insulating film formed in the step (n), and the semiconductor A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the third stress film is formed of an insulating film that exerts a tensile stress on a substrate.
前記(m)工程を施した後、前記(n)工程を施す前に、更に、
(q)前記第2領域の前記第3応力膜に対してイオン注入を施すことで、前記第2領域の前記第3応力膜の引張応力を緩和する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 30,
After performing the step (m) and before performing the step (n),
(Q) A step of relaxing the tensile stress of the third stress film in the second region by performing ion implantation on the third stress film in the second region. Production method.
前記(m)工程を施した後、前記(n)工程を施す前に、更に、
(r)前記第2領域の前記第3応力膜を除去する工程と、
(s)前記第2領域において、前記半導体基板の主面と前記第2ゲート電極とを一体的に覆うようにして、第4応力膜を形成する工程とを有し、
前記(s)工程では、前記(o)工程の異方性エッチングにおけるエッチング速度が、前記(n)工程で形成する前記層間絶縁膜のエッチング速度と異なるような絶縁膜であり、かつ、前記半導体基板に対して圧縮応力を作用するような絶縁膜によって、前記第4応力膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 31,
After performing the step (m) and before performing the step (n),
(R) removing the third stress film in the second region;
(S) forming a fourth stress film so as to integrally cover the main surface of the semiconductor substrate and the second gate electrode in the second region;
In the step (s), the etching rate in the anisotropic etching in the step (o) is an insulating film different from the etching rate of the interlayer insulating film formed in the step (n), and the semiconductor A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the fourth stress film is formed of an insulating film that exerts a compressive stress on a substrate.
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