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JP4592649B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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JP4592649B2
JP4592649B2 JP2006175509A JP2006175509A JP4592649B2 JP 4592649 B2 JP4592649 B2 JP 4592649B2 JP 2006175509 A JP2006175509 A JP 2006175509A JP 2006175509 A JP2006175509 A JP 2006175509A JP 4592649 B2 JP4592649 B2 JP 4592649B2
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Description

本発明は、シリコン基板とショットキー接合するシリサイドをソース及びドレインに用いたMISFETを有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a MISFET using a silicide that forms a Schottky junction with a silicon substrate as a source and a drain.

MOSFETにメタルゲートや高誘電体ゲート絶縁膜を適用するために、ダミーゲートを用いるプロセス(Rep1acement gate process, Damascene gate process)が提案されている(例えば、非特許文献1,2参照)。   In order to apply a metal gate or a high dielectric gate insulating film to the MOSFET, a process using a dummy gate (Rep1acement gate process, Damascene gate process) has been proposed (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).

ここでダミーゲートプロセスとは、将来ゲートを形成する領域に後で除去する使い捨てのゲートを形成し、これにセルフアラインでソース/ドレインを形成したのち、ダミーゲートを除去した後、ダミーゲートを除去して形成された溝にダマシンプロセスを用いて本来のゲートに置き換えるプロセスである。   Here, the dummy gate process means that a disposable gate to be removed later is formed in a region where a gate is to be formed in the future, a source / drain is formed by self-alignment, a dummy gate is removed, and then a dummy gate is removed. In this process, the original gate is replaced with a damascene process in the groove formed.

ダミーゲートプロセスを用いれば、高温熱処理の必要なソース/ドレインをゲートより先に形成してしまうので、ゲート形成後の熱工程を450℃以下に低温化できる。したがって、熱耐性に乏しいメタルゲート電極や高誘電体ゲート絶縁膜をMOSFETに適用することが容易になる。   If the dummy gate process is used, the source / drain that requires high-temperature heat treatment is formed before the gate, so that the thermal process after forming the gate can be lowered to 450 ° C. or lower. Therefore, it becomes easy to apply a metal gate electrode or a high dielectric gate insulating film with poor heat resistance to the MOSFET.

メタルゲート、high−kゲート絶縁膜を用いたダマシンゲート(またはリプレイスメントゲート)トランジスタの問題点は、
(1)ダミーゲート形成および除去のために工程数が大幅に増加してしまうこと、
(2)ゲート電界のフリンジ(しみだし)効果で短チャネル効果が劣化すること(例えば、非特許文献3参照)、
(3)用いられる多くのメタルゲートの仕事関数がシリコンのミッドギャップ付近に位置するため、その影響でしきい値電圧(絶対値)が上昇すること、
である。
A.Chatterjee et al., IEDM Tech. Dig., (1997), p.821 A. Yagishita et al., IEDM Tech Dig, (1998), p.785) Baohong Cheng et al., IEEE Transactions on ELECTRON DEVICES, Vol.46, No.7,(1999), p.1537)
The problem of a damascene gate (or replacement gate) transistor using a metal gate or high-k gate insulating film is
(1) The number of processes greatly increases for the formation and removal of dummy gates.
(2) The short channel effect is deteriorated by the fringe effect of the gate electric field (for example, see Non-Patent Document 3).
(3) Since the work function of many metal gates used is located in the vicinity of the silicon mid gap, the threshold voltage (absolute value) rises due to the influence.
It is.
A. Chatterjee et al., IEDM Tech. Dig., (1997), p.821 A. Yagishita et al., IEDM Tech Dig, (1998), p.785) Baohong Cheng et al., IEEE Transactions on ELECTRON DEVICES, Vol.46, No.7, (1999), p.1537)

上述したように、ダミーゲートの形成及び除去のために工程数が大幅に増加するという問題があった。また、ゲート電界のフリンジ(しみだし)効果で短チャネル効果が劣化するとういう問題があった。   As described above, there is a problem in that the number of processes is greatly increased for forming and removing the dummy gate. Further, there is a problem that the short channel effect is deteriorated due to the fringe effect of the gate electric field.

本発明の目的は、ゲート絶縁膜及びゲート電極にそれぞれ高誘電体膜及び金属を用いたMISFETの工程数の抑制を図り得る半導体装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of reducing the number of steps of a MISFET using a high dielectric film and a metal for a gate insulating film and a gate electrode, respectively.

また、本発明の別の目的は、ゲート絶縁膜に高誘電体膜を用いても短チャネル効果の抑制を図り得る半導体装置の製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of suppressing the short channel effect even when a high dielectric film is used as a gate insulating film.

[構成]
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
[Constitution]
The present invention is configured as follows to achieve the above object.

本発明に係わる半導体素子の製造方法は、シリコン基板上に、層間絶縁膜を形成する工程と、PMISFET及びNMISETのソース及びドレインの形成予定領域間の前記層間絶縁膜を選択的に除去して、ゲート溝を形成する工程と、前記ゲート溝の側壁に側壁絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート溝の底面に前記シリコン基板を露出させ、露出するシリコン基板の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート溝内にゲート電極を埋め込み形成する工程と、PMISFETのソース及びドレインの形成予定領域の前記層間絶縁膜を除去して、底部に前記シリコン基板の表面が露出するPMIS側ソース/ドレイン溝を形成する工程と、前記PMIS側ソース/ドレイン溝内に、第1の金属膜を埋め込み形成し、PMISFETのソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、前記シリコン基板と前記PMISFETのソース電極及びドレイン電極とを反応させて、該基板とショットキー接合するシリサイド膜を形成して、PMISFETのソース及びドレインを形成する工程と、NMISFETのソース及びドレインの形成予定領域の前記層間絶縁膜を除去して、底部に前記シリコン基板の表面が露出するNMIS側ソース/ドレイン溝を形成する工程と、前記NMIS側ソース/ドレイン溝内に、第1の金属膜と異なる材料からなる第2の金属膜を埋め込み形成し、NMISFETのソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、前記シリコン基板とNMISFETのソース電極及びドレイン電極とを反応させて、該基板とショットキー接合するシリサイド膜を形成して、NMISFETのソース及びドレインを形成する工程とを含む。   A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an interlayer insulating film on a silicon substrate, and selectively removing the interlayer insulating film between regions where the PMISFET and NMISET source and drain are to be formed, Forming a gate groove; forming a sidewall insulating film on a sidewall of the gate groove; exposing the silicon substrate to a bottom surface of the gate groove; and forming a gate insulating film on the exposed surface of the silicon substrate. And a step of embedding and forming a gate electrode in the gate trench, and removing the interlayer insulating film in a region where the source and drain of the PMISFET are to be formed, and exposing the surface of the silicon substrate at the bottom, the PMIS side source / drain Forming a trench, and embedding and forming a first metal film in the PMIS side source / drain trench, A step of forming an electrode and a drain electrode, and reacting the silicon substrate with the source electrode and the drain electrode of the PMISFET to form a silicide film that forms a Schottky junction with the substrate, thereby forming a source and a drain of the PMISFET. Removing the interlayer insulating film in the region where the source and drain of the NMISFET are to be formed, forming an NMIS side source / drain trench exposing the surface of the silicon substrate at the bottom, and the NMIS side source / drain A step of embedding and forming a second metal film made of a material different from the first metal film in the trench to form a source electrode and a drain electrode of the NMISFET, and a step of forming the silicon substrate and the source electrode and the drain electrode of the NMISFET React to form a silicide film that forms a Schottky junction with the substrate Te, and forming a source and a drain of NMISFET.

上記の半導体装置の製造方法において、前記ゲート電極及びゲート絶縁膜は、金属材料及び高誘電体で形成され、前記シリコン基板と前記金属膜との反応は、450℃以下の温度で行われることが好ましい。   In the semiconductor device manufacturing method, the gate electrode and the gate insulating film are formed of a metal material and a high dielectric material, and the reaction between the silicon substrate and the metal film is performed at a temperature of 450 ° C. or lower. preferable.

[作用]
本発明は、上記構成によって以下の作用・効果を有する。
[Action]
The present invention has the following operations and effects by the above configuration.

以上のようにすると、ダミーゲートの形成および除去が不要になるため、従来のダマシンゲートプロセスよりも工程数を大幅に削減できる。またソースおよびドレイン活性化のための高温熱工程(通常1000℃程度)を行う必要がないので製造が容易になる。さらに、pn接合でなくショットキー接合によるソースおよびドレインを用いているため、ゲート絶縁膜に高誘電体膜を用いていても短チャネル効果を防止できる。短チャネル効果が抑えられれば、チャネル濃度を薄くできるのでS−factor改善、しきい値電圧低減の効果も得られる。   As described above, since the dummy gate need not be formed and removed, the number of steps can be greatly reduced as compared with the conventional damascene gate process. Further, since it is not necessary to perform a high-temperature heat process (usually about 1000 ° C.) for activating the source and drain, the manufacturing becomes easy. Furthermore, since the source and drain are not pn junctions but Schottky junctions, the short channel effect can be prevented even if a high dielectric film is used for the gate insulating film. If the short channel effect is suppressed, the channel concentration can be reduced, so that the effect of improving the S-factor and reducing the threshold voltage can be obtained.

また、ソース/ドレイン材料として、NMOSとPMOSでそれぞれ異なるメタル材料を用いたため、以下のようなメリットが生じる。すなわち、ショットキー接触(接合)をソースおよびドレインに用いたトランジスタでは、電流駆動能力の低下を避けるために、Nチャネルに対しては小さな、またPチャネルに対しては大きな仕事関数を持つショットキー接触材料が必要であるが、NMOSに対しては仕事関数の小さな材料、PMOSに対しては仕事関数の大きな材料を用いることができるので、NMOS,PMOS両方の駆動電流を大きくすることが可能になる。また、ショットキー接触材料を選ぶことにより、NMOS,PMOSそれぞれのしきい値電圧を別々に制御できる。   Further, since different metal materials are used for the NMOS and PMOS as the source / drain materials, the following merits arise. That is, in a transistor using a Schottky contact (junction) for the source and drain, a Schottky having a small work function for the N channel and a large work function for the P channel is used in order to avoid a decrease in current driving capability. Although a contact material is required, a material with a low work function can be used for NMOS, and a material with a high work function can be used for PMOS, so that the drive current for both NMOS and PMOS can be increased. Become. Further, by selecting a Schottky contact material, the threshold voltages of the NMOS and PMOS can be controlled separately.

また、SOI−MOSFETのソース/ドレインにショットキー接合を適用することで、接触の特徴を活かしてSOI素子の欠点を補うことができ、また、SOIを利用することでショットキー接触のもつ欠点を取り除くことが出来る。すなわち、ソース/ドレインの双方におけるショットキー障壁の効果で、SOI−MOSFETの基板浮遊問題を抑制でき、また、SOI構造の採用により、ドレイン接触でのリーク電流を抑制できるため、トランジスタのオフ電流(消費電力)を小さくできる。   In addition, by applying a Schottky junction to the source / drain of the SOI-MOSFET, it is possible to make up for the defects of the SOI element by making use of the characteristics of the contact, and by using the SOI, the defects of the Schottky contact can be solved. It can be removed. That is, the substrate floating problem of SOI-MOSFET can be suppressed by the effect of the Schottky barrier in both the source and drain, and the leakage current at the drain contact can be suppressed by adopting the SOI structure, so that the transistor off-current ( (Power consumption) can be reduced.

本発明によれば、ダミーゲートを用いずに、ゲートとソース/ドレインとをセルフアラインで形成できるため、大幅な工程数削減効果がある。また、ソース/ドレイン活性化のための高温熱工程をやる必要がなく、製造が容易である。また、ショットキー接合によるメタルソースおよびメタルドレインを用いているため、DIBLがおさえられ、短チャネル効果を防止できる。   According to the present invention, since the gate and the source / drain can be formed by self-alignment without using a dummy gate, the number of steps can be greatly reduced. Further, it is not necessary to perform a high-temperature heat process for activating the source / drain, and the manufacturing is easy. Further, since the metal source and the metal drain by the Schottky junction are used, DIBL is suppressed and the short channel effect can be prevented.

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。   The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係わるNMOSFETの構成を示す断面図である。なお、図1は、ゲート長方向の断面を示している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of an NMOSFET according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a cross section in the gate length direction.

図1に示すように、半導体シリコン基板101の素子領域の周囲に素子分離絶縁膜102が形成されている。シリコン基板101上に、チャネル領域の周囲を覆うようにシリコン窒化膜からなる側壁絶縁膜107が形成されている。   As shown in FIG. 1, an element isolation insulating film 102 is formed around the element region of the semiconductor silicon substrate 101. A sidewall insulating film 107 made of a silicon nitride film is formed on the silicon substrate 101 so as to cover the periphery of the channel region.

側壁が側壁絶縁膜からなる溝の内部に、Ta25膜108,バリアメタルTiN膜109,Al膜110が埋め込み形成されている。Ta25膜108がゲート絶縁膜であり、バリアメタルTiN膜109及びAl膜110がメタルゲート電極111である。 A Ta 2 O 5 film 108, a barrier metal TiN film 109, and an Al film 110 are embedded in a trench whose side wall is made of a side wall insulating film. The Ta 2 O 5 film 108 is a gate insulating film, and the barrier metal TiN film 109 and the Al film 110 are metal gate electrodes 111.

素子分離絶縁膜102上に層間絶縁膜104が形成されている。側壁が側壁絶縁膜107及び層間絶縁膜からなる溝の底部のシリコン基板101上にシリサイドからなるショットキー接合・ソース/ドレイン115が形成されている。ショットキー接合・ソース/ドレイン115上にソース/ドレイン電極114が形成されている。   An interlayer insulating film 104 is formed on the element isolation insulating film 102. A Schottky junction / source / drain 115 made of silicide is formed on the silicon substrate 101 at the bottom of the trench whose side wall is made of the side wall insulating film 107 and the interlayer insulating film. A source / drain electrode 114 is formed on the Schottky junction / source / drain 115.

このNMOSFETは、シリコン基板との接合がpn接合でなくショットキー接合によるソースおよびドレインを用いたトランジスタ(Schottky barrier tunne1 transistor(SBTT))である。SBTTは、ソース及びドレイン領域の接合部分で、空乏層幅が小さい。また、ショットキー接合の障壁高さは、鏡像効果を除けば電界によって変化することはないため、DIBL(Drain-Induced Barrier Lowering)を避けることが出来る。したがって、このトランジスタ構造ではショートチャネル効果を抑制することができる。短チャネル効果が抑制されることにより、チャネル濃度を薄くできるのでS−factor改善、しきい値電圧低減の効果も得られる。   This NMOSFET is a transistor (Schottky barrier tunne1 transistor (SBTT)) in which the junction with the silicon substrate is not a pn junction but a Schottky junction. SBTT is a junction between the source and drain regions and has a small depletion layer width. In addition, the barrier height of the Schottky junction does not change with the electric field except for the mirror image effect, so that DIBL (Drain-Induced Barrier Lowering) can be avoided. Therefore, this transistor structure can suppress the short channel effect. By suppressing the short channel effect, the channel concentration can be reduced, so that the effects of S-factor improvement and threshold voltage reduction can also be obtained.

次に、このNMOSFETの製造方法について図2〜図5を参照して説明する。図2〜図5は、図1に示したNMOSFETの製造工程を示す工程断面図である。工程順に説明を行うと、まず、図2(a)に示すように、半導体シリコン基板101を用意する。次いで、図2(b)に示すように、STI(Shallow-trench-iso1ation)による素子分離を行うため、素子分離領域に深さ200nm程度の溝を形成し、溝にTEOS−SiO2 膜を埋め込み形成して素子分離絶縁膜102を形成する。 Next, a method for manufacturing this NMOSFET will be described with reference to FIGS. 2 to 5 are process cross-sectional views showing a manufacturing process of the NMOSFET shown in FIG. When described in the order of steps, first, as shown in FIG. 2A, a semiconductor silicon substrate 101 is prepared. Next, as shown in FIG. 2B, in order to perform element isolation by STI (Shallow-trench-iso1ation), a groove having a depth of about 200 nm is formed in the element isolation region, and a TEOS-SiO 2 film is embedded in the groove. Then, an element isolation insulating film 102 is formed.

次いで、図2(c)に示すように、シリコン基板101表面に5nm程度の熱酸化によりSiO2 膜103を形成した後、150nm程度のTEOS−SiO2 膜をLPCVD法により堆積して層間絶縁膜104を形成する。この層間絶縁膜は、後の工程でCMPのストッパーとして使用される。 Next, as shown in FIG. 2C, after a SiO 2 film 103 is formed on the surface of the silicon substrate 101 by thermal oxidation of about 5 nm, a TEOS-SiO 2 film of about 150 nm is deposited by LPCVD to form an interlayer insulating film. 104 is formed. This interlayer insulating film is used as a stopper for CMP in a later process.

次いで、図2(d)に示すように、EB直描やリソグラフィーによりMISFETのチャネル形成領域に開口を有するレジスト膜105を形成した後、レジスト膜105をマスクにソース及びドレインの形成予定領域間の層間絶縁膜104をエッチングして、ゲート溝106を形成する。   Next, as shown in FIG. 2D, a resist film 105 having an opening in the channel formation region of the MISFET is formed by EB direct drawing or lithography, and then the region between the source and drain formation scheduled regions is formed using the resist film 105 as a mask. The interlayer insulating film 104 is etched to form a gate groove 106.

次いで、図3(e)に示すように、レジスト膜105を除去した後、シリコン窒化膜の堆積,RIE法によるエッチングを行って、ゲート溝106の内側に側壁絶縁膜107を形成する。ここでチャネル領域に、トランジスタのしきい値電圧調整用のイオン注入を行う(図示せず)。このゲート溝106がゲート形成予定領域となる。   Next, as shown in FIG. 3E, after removing the resist film 105, a silicon nitride film is deposited and etched by the RIE method to form a sidewall insulating film 107 inside the gate groove 106. Here, ion implantation for adjusting the threshold voltage of the transistor is performed in the channel region (not shown). This gate groove 106 becomes a gate formation scheduled region.

本発明のトランジスタではソース/ドレインをショットキー接合にて低温で(例えば450℃以下で)形成する予定なので、ゲート形成後450℃以上の高温熱処理工程が存在しない。したがって、高誘電率膜や強誘電体膜(Ta25膜、TiO2 膜、Si34膜、(Ba,Sr)TiO3 ,HfO2 ,ZrO2 ,La23,Gd23,Y2O3,CaF2 ,CaSnF2 ,CeO2 ,YttriaStabi1ized Zirconia,Al23,ZrSiO4 ,HfSiO4 ,Gd2SiO5,2La23・3SiO2 、など)をゲート絶縁膜に使用することができ、またゲート電極にはメタル材料(TiN,WN,Al,W,Ru等)を使用することができる。 In the transistor of the present invention, since the source / drain is scheduled to be formed at a low temperature (for example, at 450 ° C. or lower) by a Schottky junction, there is no high-temperature heat treatment step at 450 ° C. or higher after the gate formation. Therefore, a high dielectric constant film or a ferroelectric film (Ta 2 O 5 film, TiO 2 film, Si 3 N 4 film, (Ba, Sr) TiO 3 , HfO 2 , ZrO 2 , La 2 O 3 , Gd 2 O 3, Y2O 3, used for CaF 2, CaSnF 2, CeO 2 , YttriaStabi1ized Zirconia, Al 2 O 3, ZrSiO 4, HfSiO 4, Gd 2 SiO 5, 2La 2 O 3 · 3SiO 2, etc.) of the gate insulating film In addition, a metal material (TiN, WN, Al, W, Ru, etc.) can be used for the gate electrode.

もしゲート形成後に800〜1000℃程度の高温工程が存在すると、メタルゲート原子がゲート絶縁膜中に拡散してゲート耐圧が劣化したり、High−k膜とシリコンの間の界面に誘電率の低い薄膜層が形成され、実効的なゲート絶縁膜厚が著しく増大してしまう。   If a high-temperature process of about 800 to 1000 ° C. exists after the gate is formed, the metal gate atoms diffuse into the gate insulating film to deteriorate the gate breakdown voltage, or the dielectric constant is low at the interface between the high-k film and silicon. A thin film layer is formed, and the effective gate insulating film thickness is significantly increased.

ここではゲート絶縁膜材料としてTa25膜、メタルゲート材料としてバリアメタルTiNとAlの積層構造を用いた場合を説明する。詳しく製造方法を述べると、図3(f)に示すように、例えばゲート溝106底部にシリコン基板101を露出させ、1nm以下のシリコン窒化膜(NO窒化オキシナイトライド膜)を形成する。その上にTa25膜(ゲート絶縁膜)108を約4nm,CVD法で成膜する。このときゲート絶縁膜の酸化膜換算膜厚は2nm以下となる。その後、バリアメタルとして例えば膜厚5nm程度のバリアメタルTiN膜109をCVD法にて形成し、例えば膜厚300nm程度のAl膜110をスパッタ法で堆積する。 Here, a case where a Ta 2 O 5 film is used as the gate insulating film material and a laminated structure of barrier metal TiN and Al is used as the metal gate material will be described. The manufacturing method will be described in detail. As shown in FIG. 3F, for example, the silicon substrate 101 is exposed at the bottom of the gate groove 106 to form a silicon nitride film (NO nitride oxynitride film) of 1 nm or less. A Ta 2 O 5 film (gate insulating film) 108 is formed thereon by a CVD method with a thickness of about 4 nm. At this time, the equivalent oxide thickness of the gate insulating film is 2 nm or less. Thereafter, a barrier metal TiN film 109 having a film thickness of, for example, about 5 nm is formed as a barrier metal by a CVD method, and an Al film 110 having a film thickness of, for example, about 300 nm is deposited by a sputtering method.

次いで、図3(g)に示すように、Al膜110,バリアメタルTiN膜109及びTa25膜108に対して順次CMPを行うことによって、ゲート溝106内にメタルゲート電極111を埋め込み形成する。 Next, as shown in FIG. 3G, the Al gate 110, the barrier metal TiN film 109, and the Ta 2 O 5 film 108 are sequentially subjected to CMP, so that the metal gate electrode 111 is embedded in the gate trench 106. To do.

次いで、図4(h)に示すように、リソグラフィー等により、素子領域に開口を有するレジスト膜112を形成した後、レジスト膜112をマスクに層間絶縁膜104及びSiO2 膜103をエッチングし、ソース/ドレイン溝113を形成する。 Next, as shown in FIG. 4H, a resist film 112 having an opening in the element region is formed by lithography or the like, and then the interlayer insulating film 104 and the SiO 2 film 103 are etched using the resist film 112 as a mask. / Drain trench 113 is formed.

層間絶縁膜104をエッチングする際、層間絶縁膜104を構成するシリコン窒化膜,Ta25膜108及びメタルゲート電極111がエッチングされず、選択的にSiO2 膜がエッチングされる条件で行うことにより、自己整合的にメタルゲート電極111を挟むようなソース/ドレイン溝113を形成することができる。 When the interlayer insulating film 104 is etched, the etching is performed under the condition that the silicon nitride film, the Ta 2 O 5 film 108 and the metal gate electrode 111 constituting the interlayer insulating film 104 are not etched and the SiO 2 film is selectively etched. Thus, the source / drain trench 113 sandwiching the metal gate electrode 111 in a self-aligning manner can be formed.

次いで、図4(i)に示すように、レジスト膜112を除去した後、ソース/ドレイン溝113内が埋め込まれるように、Er膜114を堆積する。次いで、図4(j)に示すように、CMPでEr膜114の表面を平坦化して、層間絶縁膜104の表面を露出させると共に、ソース/ドレイン溝113内にソース/ドレイン電極114を形成する。   Next, as shown in FIG. 4I, after removing the resist film 112, an Er film 114 is deposited so that the source / drain trench 113 is filled. Next, as shown in FIG. 4J, the surface of the Er film 114 is planarized by CMP to expose the surface of the interlayer insulating film 104, and the source / drain electrode 114 is formed in the source / drain trench 113. .

次いで、図5(k)に示すように、450℃以下の温度でアニールを行って、シリコン基板101とソース及びドレイン電極114とを反応させて、ErSi2 等のシリサイドからなるショットキー接合・ソース/ドレイン115を形成する。 Next, as shown in FIG. 5 (k), annealing is performed at a temperature of 450 ° C. or lower to cause the silicon substrate 101 to react with the source and drain electrodes 114, and Schottky junction / source made of silicide such as ErSi 2. / Drain 115 is formed.

ソースおよびドレイン形成後は通常のLSI製造プロセスと同様である。すなわち、図5(l)に示すように、TEOSーSiO2 膜からなる層間絶縁膜116をCVD法で形成し、ソース/ドレイン電極114及びメタルゲート電極111上にコンタクトホールを開孔し、Al配線(上層金属配線)117をデュアルダマシン法にて形成する。 After the formation of the source and drain, it is the same as a normal LSI manufacturing process. That is, as shown in FIG. 5L, an interlayer insulating film 116 made of a TEOS-SiO 2 film is formed by a CVD method, contact holes are formed on the source / drain electrodes 114 and the metal gate electrode 111, and Al A wiring (upper layer metal wiring) 117 is formed by a dual damascene method.

以上のようにすると、ダミーゲートの形成および除去が不要になるため、従来のダマシンゲートプロセスよりも工程数を大幅に削減できる。またソースおよびドレイン活性化のための高温熱工程(通常1000℃程度)を行う必要がないので製造が容易になる。   As described above, since the dummy gate need not be formed and removed, the number of steps can be greatly reduced as compared with the conventional damascene gate process. Further, since it is not necessary to perform a high-temperature heat process (usually about 1000 ° C.) for activating the source and drain, the manufacturing becomes easy.

さらに、pn接合でなくショットキー接合によるソース及びドレインを用いているため、high−kゲート絶縁膜を用いていても短チャネル効果を防止できる。短チャネル効果が抑えられれば、チャネル濃度を薄くできるのでS−factor改善、しきい値電圧低減の効果も得られる。   Furthermore, since the source and drain are not pn junction but Schottky junction, the short channel effect can be prevented even if a high-k gate insulating film is used. If the short channel effect is suppressed, the channel concentration can be reduced, so that the effect of improving the S-factor and reducing the threshold voltage can be obtained.

しかも、以下のようなダマシンゲートプロセスのメリットもそのまま存続する。すなわち、[1]ゲートをRIEでなくCMPで加工するため、ゲート絶縁膜にプラズマダメージが導入されない。[2]薄いゲート絶縁膜上でメタルゲートをRIE加工するのは大変困難であるが本発明のプロセスではその必要がない。[3]ゲート加工後、表面が完全平坦化されるため、以降の製造工程が容易になる。[4]ソースおよびドレインとゲートの位置はセルフアラインで形成される。   In addition, the following advantages of the damascene gate process continue to exist. That is, [1] Since the gate is processed by CMP instead of RIE, plasma damage is not introduced into the gate insulating film. [2] It is very difficult to RIE a metal gate on a thin gate insulating film, but this is not necessary in the process of the present invention. [3] Since the surface is completely flattened after the gate processing, the subsequent manufacturing process becomes easy. [4] The positions of the source, drain and gate are formed by self-alignment.

(第2の実施形態)
図6は、本発明の第2の実施形態に係わるCMOSFETの構成を示す断面図である。なお、図6は、ゲート長方向の断面を示している。図1と同一な部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the CMOSFET according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 shows a cross section in the gate length direction. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施形態では、NMOSとPMOSでショットキー接合・ソース/ドレインを構成する形成材料が異なる。すなわち、NMOSFET形成領域では、ソース/ドレイン電極114にErを用い、ショットキー接合・ソース/ドレイン115にErSi2 を用いている。PMOSFET形成領域では、ソース/ドレイン電極201にPtを用い、ショットキー接合・ソース/ドレイン202にPtSiを用いている。 In the present embodiment, the material forming the Schottky junction / source / drain is different between NMOS and PMOS. That is, in the NMOSFET formation region, Er is used for the source / drain electrode 114 and ErSi 2 is used for the Schottky junction / source / drain 115. In the PMOSFET formation region, Pt is used for the source / drain electrode 201 and PtSi is used for the Schottky junction / source / drain 202.

本実施形態ではソース/ドレイン材料として、NMOSとPMOSでそれぞれ異なるメタル材料を用いたため、以下のようなメリットが生じる。すなわち、ショットキー接触(接合)をソース及びドレインに用いたトランジスタでは、電流駆動能力の低下を避けるために、Nチャネルに対しては小さな、またPチャネルに対しては大きな仕事関数を持つショットキー接触材料が必要である。   In the present embodiment, different metal materials are used for the NMOS and PMOS as the source / drain materials, and the following merits arise. That is, in a transistor using a Schottky contact (junction) for the source and drain, a Schottky having a small work function for the N channel and a large work function for the P channel is used in order to avoid a decrease in current driving capability. Contact material is required.

本実施形態では、NMOSFETに対しては仕事関数の小さなエルビウムシリサイド(ErSi2 )、PMOSFETに対しては仕事関数の大きなPtSiを用いることができるので、NMOSFET,PMOSFET両方の駆動電流を大きくすることが可能になる。また、ショットキー接触材料を選ぶことにより、NMOSFET,PMOSFETそれぞれのしきい値電圧を別々に制御できる。   In this embodiment, erbium silicide (ErSi2) having a small work function can be used for NMOSFET, and PtSi having a large work function can be used for PMOSFET. Therefore, it is possible to increase both NMOSFET and PMOSFET drive currents. become. Further, by selecting the Schottky contact material, the threshold voltages of the NMOSFET and PMOSFET can be controlled separately.

次に、図6に示したCMOSFETの製造方法を説明する。図7〜図9は、図6に示したCMOSFETの製造工程を示す工程断面図である。   Next, a method for manufacturing the CMOSFET shown in FIG. 6 will be described. 7 to 9 are process cross-sectional views showing manufacturing steps of the CMOSFET shown in FIG.

図7(a)に示す構造は、第1の実施形態において図2(a)〜図3(e)を用いて説明した工程と同様な工程を経て形成されるで説明を省略する。   The structure shown in FIG. 7A is formed through the same processes as those described in the first embodiment with reference to FIGS. 2A to 3E, and the description thereof is omitted.

次いで、図7(b)に示すように、PMOSチャネル形成領域の表面に選択的にレジスト膜211を形成した後、NMOSチャネル形成領域に露出するシリコン基板101の表面にトランジスタしきい値電圧調整用のイオンを注入する。次いで、図7(c)に示すように、PMOSチャネル形成領域表面のレジスト膜211を除去した後、NMOSチャネル形成領域の表面にレジスト膜212を形成して、PMOSチャネル形成領域に露出するシリコン基板101表面にトランジスタしきい値電圧調整用のイオンを注入する。   Next, as shown in FIG. 7B, after a resist film 211 is selectively formed on the surface of the PMOS channel formation region, a transistor threshold voltage adjustment transistor is formed on the surface of the silicon substrate 101 exposed in the NMOS channel formation region. Ions are implanted. Next, as shown in FIG. 7C, after removing the resist film 211 on the surface of the PMOS channel formation region, a resist film 212 is formed on the surface of the NMOS channel formation region, and the silicon substrate exposed to the PMOS channel formation region Ions for adjusting the transistor threshold voltage are implanted into the surface 101.

本発明のトランジスタではソース/ドレインをショットキー接合にて低温で(例えば450℃以下で)形成する予定なので、ゲート形成後450℃以上の高温熱処理工程が存在しない。したがって、高誘電率膜や強誘電体膜(Ta25膜、TiO2 膜、Si34膜、(Ba,Sr)TiO3 ,HfO2 ,ZrO2 ,La23,Gd23,Y23,CaF2 ,CaSnF2 ,CeO2 ,YttriaStabi1ized Zirconia,Al2O3,ZrSiO4 ,HfSiO4 ,Gd2SiO5,2La23・3SiO2 、など)をゲート絶縁膜に使用することができ、またゲート電極にはメタル材料(TiN,WN,Al,W,Ru等)を使用することができる。 In the transistor of the present invention, since the source / drain is scheduled to be formed at a low temperature (for example, at 450 ° C. or lower) by a Schottky junction, there is no high-temperature heat treatment step at 450 ° C. or higher after the gate formation. Therefore, a high dielectric constant film or a ferroelectric film (Ta 2 O 5 film, TiO 2 film, Si 3 N 4 film, (Ba, Sr) TiO 3 , HfO 2 , ZrO 2 , La 2 O 3 , Gd 2 O 3, Y 2 O 3, CaF 2, CaSnF 2, CeO 2, YttriaStabi1ized Zirconia, used for Al2O 3, ZrSiO 4, HfSiO 4 , Gd 2 SiO 5, 2La 2 O 3 · 3SiO 2, etc.) of the gate insulating film In addition, a metal material (TiN, WN, Al, W, Ru, etc.) can be used for the gate electrode.

次いで、図7(d)に示すように、レジスト膜を除去した後、第1の実施形態と同様に、ゲート絶縁膜材料としてTa25膜108、バリアメタルTiN109とAl膜110とが積層されたメタルゲート電極111を形成する。 Next, as shown in FIG. 7D, after removing the resist film, a Ta 2 O 5 film 108, a barrier metal TiN 109 and an Al film 110 are stacked as a gate insulating film material, as in the first embodiment. The formed metal gate electrode 111 is formed.

次いで、図8(e)に示すように、NMOSチャネル形成領域の素子領域に開口部を有するレジスト膜213を形成した後、レジスト膜213をマスクに層間絶縁膜104を選択的にエッチングし、NMOS側ソース/ドレイン溝214を形成する。次いで、図7(f)に示すように、NMOS側ソース/ドレイン溝214内を埋め込むように、全面にEr膜114を堆積する。   Next, as shown in FIG. 8E, after forming a resist film 213 having an opening in the element region of the NMOS channel formation region, the interlayer insulating film 104 is selectively etched using the resist film 213 as a mask. Side source / drain trenches 214 are formed. Next, as shown in FIG. 7F, an Er film 114 is deposited on the entire surface so as to fill in the NMOS side source / drain trench 214.

次いで、図7(g)に示すように、Er膜114に対して化学的機械研磨を行って、層間絶縁膜104の表面を露出させて、ソース/ドレイン電極114を形成する。そして、例えば450℃以下の低温でシリサイド反応を起こさせて、ソース/ドレイン電極114とシリコン基板101との界面に、NMOS側ショットキー接合・ソース/ドレイン115を形成する。   Next, as shown in FIG. 7G, the Er film 114 is subjected to chemical mechanical polishing to expose the surface of the interlayer insulating film 104 to form the source / drain electrodes 114. Then, a silicide reaction is caused at a low temperature of 450 ° C. or lower, for example, to form an NMOS side Schottky junction / source / drain 115 at the interface between the source / drain electrode 114 and the silicon substrate 101.

次いで、図9(h)に示すように、PMOSチャネル形成領域の素子領域に開口部を有するレジスト膜215を形成した後、レジスト膜215をマスクに層間絶縁膜104を選択的にエッチングし、PMOS側ソース/ドレイン溝216を形成する。次いで、図9(i)に示すように、PMOS側ソース/ドレイン溝216内を埋め込むように、全面にPt膜201を堆積する。   Next, as shown in FIG. 9H, after forming a resist film 215 having an opening in the element region of the PMOS channel formation region, the interlayer insulating film 104 is selectively etched using the resist film 215 as a mask. Side source / drain trenches 216 are formed. Next, as shown in FIG. 9I, a Pt film 201 is deposited on the entire surface so as to fill in the PMOS side source / drain trench 216.

次いで、図9(j)に示すように、Pt膜201に対して化学的機械研磨を行って、層間絶縁膜の表面を露出させて、PMOS側ソース/ドレイン溝216内にソース/ドレイン電極201を形成する。そして、例えば450℃以下の低温でシリサイド反応を起こさせて、PMOS側ソース/ドレイン電極201とシリコン基板101との界面に、PMOS側ショットキー接合・ソース/ドレイン202を形成する。   Next, as shown in FIG. 9J, chemical mechanical polishing is performed on the Pt film 201 to expose the surface of the interlayer insulating film, and the source / drain electrode 201 is placed in the PMOS side source / drain trench 216. Form. Then, for example, a silicide reaction is caused at a low temperature of 450 ° C. or lower to form a PMOS-side Schottky junction / source / drain 202 at the interface between the PMOS-side source / drain electrode 201 and the silicon substrate 101.

ショットキー接合・ソース及びドレインの形成後は通常のLSI製造プロセスと同様である。すなわち、層間絶縁膜TEOSをCVDで堆積し、ソース/ドレイン電極114,201およびメタルゲート電極111上にコンタクトホールを開孔し、上層金属配線(例えばAl配線)117をデュアルダマシン法にて形成する。これらの断面図は第1の実施形態と同様であるから省略する。   After the formation of the Schottky junction / source and drain, it is the same as a normal LSI manufacturing process. That is, an interlayer insulating film TEOS is deposited by CVD, contact holes are formed on the source / drain electrodes 114 and 201 and the metal gate electrode 111, and an upper layer metal wiring (for example, Al wiring) 117 is formed by a dual damascene method. . Since these sectional views are the same as those in the first embodiment, they are omitted.

以上のようにすると、ダミーゲートの形成および除去が不要になるため、従来のダマシンゲートプロセスよりも工程数を大幅に削減できる。またソースおよびドレイン活性化のための高温熱工程(通常1000℃程度)を行う必要がないので製造が容易になる。   As described above, since the dummy gate need not be formed and removed, the number of steps can be greatly reduced as compared with the conventional damascene gate process. Further, since it is not necessary to perform a high-temperature heat process (usually about 1000 ° C.) for activating the source and drain, the manufacturing becomes easy.

さらに、pn接合でなくショットキー接合によるソースおよびドレインを用いているため、high−kゲート絶縁膜を用いていても短チャネル効果を防止できる。短チャネル効果が抑えられれば、チャネル濃度を薄くできるのでS−factor改善、しきい値電圧低減の効果も得られる。   Furthermore, since the source and drain are not pn junctions but Schottky junctions, the short channel effect can be prevented even if a high-k gate insulating film is used. If the short channel effect is suppressed, the channel concentration can be reduced, so that the effect of improving the S-factor and reducing the threshold voltage can be obtained.

しかも、本実施形態ではソース/ドレイン材料として、NMOSとPMOSでそれぞれ異なるメタル材料を用いたため、以下のようなメリットが生じる。すなわち、ショットキー接触(接合)をソースおよびドレインに用いたトランジスタでは、電流駆動能力の低下を避けるために、Nチャネルに対しては小さな、またPチャネルに対しては大きな仕事関数を持つショットキー接触材料が必要である。   Moreover, in the present embodiment, different metal materials are used for the NMOS and the PMOS as the source / drain materials, and the following merits arise. That is, in a transistor using a Schottky contact (junction) for the source and drain, a Schottky having a small work function for the N channel and a large work function for the P channel is used in order to avoid a decrease in current driving capability. Contact material is required.

本実施形態では、NMOSFETに対しては仕事関数の小さなエルビウムシリサイド(ErSi2 )、PMOSFETに対しては仕事関数の大きなPtSiを用いることができるので、NMOSFET,PMOSFET両方の駆動電流を大きくすることが可能になる。また、ショットキー接触材料を選ぶことにより、NMOSFET,PMOSFETそれぞれのしきい値電圧を別々に制御できる。 In this embodiment, erbium silicide (ErSi 2 ) having a small work function can be used for NMOSFET, and PtSi having a large work function can be used for PMOSFET. Therefore, the drive current of both NMOSFET and PMOSFET can be increased. It becomes possible. Further, by selecting the Schottky contact material, the threshold voltages of the NMOSFET and PMOSFET can be controlled separately.

なお、本実施形態においては、NMISソース/ドレインとPMISソース/ドレインと製造の順番を逆にしてもよい。   In the present embodiment, the order of manufacturing the NMIS source / drain and the PMIS source / drain may be reversed.

(第3の実施形態)
図10は、本発明の第3の実施形態に係わるNMOSFETの構成を示す断面図である。なお、図10は、ゲート長方向の断面を示している。図10において、図1と同一な部分には同一符号を付し、その説明を省略する。本実施形態の特徴は、支持シリコン基板301,埋め込み酸化膜302,及びシリコン層303からなるSOI基板300を用いている点である。その他の構成は第1の実施形態と同様であるから、製造方法の説明は省略する。本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果(メリット)が得られると共に、それ以外にも以下のようなメリットが得られる。すなわち、SOI−MOSFETのソース/ドレインにショットキー接合を適用することで、接触の特徴を活かしてSOI基板を用いた半導体素子の欠点を補うことができると共に、SOI基板を利用することでショットキー接触のもつ欠点を取り除くことが出来るのである。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of an NMOSFET according to the third embodiment of the present invention. FIG. 10 shows a cross section in the gate length direction. 10, parts that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted. A feature of this embodiment is that an SOI substrate 300 including a supporting silicon substrate 301, a buried oxide film 302, and a silicon layer 303 is used. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description of the manufacturing method is omitted. According to the present embodiment, the same advantages (merits) as in the first embodiment can be obtained, and the following merits can be obtained in addition to the effects (merits). That is, by applying a Schottky junction to the source / drain of the SOI-MOSFET, it is possible to compensate for the shortcomings of the semiconductor element using the SOI substrate by making use of the characteristics of the contact, and to use the SOI substrate for the Schottky. The faults of contact can be removed.

詳しく述べると、[1]ソース/ドレインの双方におけるショットキー障壁の効果で、SOI−MOSFETの基板浮遊問題を抑制できる、[2]SOI構造の採用により、ドレイン接触でのリーク電流を抑制できるため、トランジスタのオフ電流(消費電力)を小さくできる。   More specifically, [1] The substrate floating problem of SOI-MOSFET can be suppressed by the effect of the Schottky barrier in both the source and drain. [2] The leakage current at the drain contact can be suppressed by adopting the SOI structure. The off-state current (power consumption) of the transistor can be reduced.

(第4の実施形態)
図11は、本発明の第4の実施形態に係わるNMOSFETの構成を示す断面図である。なお、図11は、ゲート長方向の断面を示している。本実施形態の特徴は、ショットキー接合・ソース/ドレイン115が側壁絶縁膜107の下まで伸びて形成されていることにある。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of an NMOSFET according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 11 shows a cross section in the gate length direction. A feature of the present embodiment is that the Schottky junction / source / drain 115 is formed to extend under the sidewall insulating film 107.

本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果(メリット)が得られる。それ以外にも以下のようなメリットが得られる。すなわち、ゲート電極とソース/ドレインとの距離を短くすることにより、トランジスタの寄生抵抗を低減し、高い駆動能力を実現できる。   According to this embodiment, the same effect (merit) as the first embodiment can be obtained. In addition, the following advantages can be obtained. That is, by reducing the distance between the gate electrode and the source / drain, the parasitic resistance of the transistor can be reduced and high driving capability can be realized.

次に、図11に示すNMOSFETの製造工程を説明する。図12(a)に示す構造は、第1の実施形態において図2(a)〜図4(h)を用いて説明した工程を経て形成されるので、説明を省略する。その後の工程を順に説明すると、図12(b)に示すように、ソース/ドレイン溝113の底部に露出するシリコン基板を30nm程度CDEでエッチングすることにより、ゲート側壁の下にアンダーカット401を形成する。   Next, a manufacturing process of the NMOSFET shown in FIG. 11 will be described. Since the structure shown in FIG. 12A is formed through the steps described with reference to FIGS. 2A to 4H in the first embodiment, the description thereof is omitted. The subsequent steps will be described in order. As shown in FIG. 12B, the silicon substrate exposed at the bottom of the source / drain trench 113 is etched by about 30 nm by CDE to form an undercut 401 under the gate sidewall. To do.

次いで、図12(c)示すように、アンダーカット401が出来たソース/ドレイン溝113内を埋め込むようにEr膜を形成する。次いで、図12(d)に示すように、CMPでEr膜114の表面を平坦化して、層間絶縁膜104の表面を露出させると共に、ソース/ドレイン溝113内にソース/ドレイン電極114を形成する。そして、450℃以下の温度でアニールを行って、シリコン基板101とソース及びドレイン電極114とを反応させて、ErSi2 からなるショットキー接合・ソース/ドレイン115を形成する。   Next, as shown in FIG. 12C, an Er film is formed so as to fill the source / drain trench 113 in which the undercut 401 is formed. Next, as shown in FIG. 12D, the surface of the Er film 114 is flattened by CMP to expose the surface of the interlayer insulating film 104, and the source / drain electrodes 114 are formed in the source / drain trench 113. . Then, annealing is performed at a temperature of 450 ° C. or lower to cause the silicon substrate 101 to react with the source and drain electrodes 114 to form Schottky junction / source / drain 115 made of ErSi2.

本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果(メリット)が得られる。それ以外にも以下のようなメリットが得られる。すなわち、ゲートとソース/ドレインの問のオフセット量(またはオーバーラップ量)を制御することが出来るようになり、トランジスタの寄生抵抗を低減し、高い駆動能力を実現できる。なお、ソース/ドレインのシリサイド化反応時にシリコン基板が侵食される場合、上記のようなCDEを行わなくても、ゲート側壁下にソース/ドレインメタル材料が回り込むことがある。   According to this embodiment, the same effect (merit) as the first embodiment can be obtained. In addition, the following advantages can be obtained. That is, the offset amount (or overlap amount) between the gate and the source / drain can be controlled, the parasitic resistance of the transistor can be reduced, and high driving capability can be realized. If the silicon substrate is eroded during the source / drain silicidation reaction, the source / drain metal material may wrap around the gate sidewall without performing the CDE as described above.

(5の実施形態)
図13(a)〜図14(h)は、本発明の第5の実施形態に係わるNMOSFETの製造工程を示す工程断面図である。なお、図13(a)〜図14(h)ではゲート長方向の断面を示している。工程順に説明を行うと、まず、図13(a)に示すように、半導体シリコン基板101を用意する。次いで、図13(b)に示すように、STI(Shallow-trench-iso1ation)による素子分離を行うため、素子分離領域に深さ200nm程度の溝を形成し、溝にTEOS−SiO2 膜を埋め込み形成して素子分離絶縁膜102を形成する。そして、シリコン基板101の表面に熱酸化により5nm程度のSiO2 膜103を形成した後、全面に10nm程度のシリコン窒化膜501を形成する。次いで、図13(c)に示すように、シリコン窒化膜501上に、150nm程度の膜厚のTEOS−SiO2 膜をLPCVD法を用いて堆積し、層間絶縁膜104を形成する。
(Embodiment 5)
FIG. 13A to FIG. 14H are process sectional views showing the manufacturing process of the NMOSFET according to the fifth embodiment of the present invention. 13A to 14H show cross sections in the gate length direction. The description will be made in the order of steps. First, as shown in FIG. 13A, a semiconductor silicon substrate 101 is prepared. Next, as shown in FIG. 13B, in order to perform element isolation by STI (Shallow-trench-iso1ation), a groove having a depth of about 200 nm is formed in the element isolation region, and a TEOS-SiO 2 film is embedded in the groove. Then, an element isolation insulating film 102 is formed. Then, after a SiO2 film 103 of about 5 nm is formed on the surface of the silicon substrate 101 by thermal oxidation, a silicon nitride film 501 of about 10 nm is formed on the entire surface. Next, as shown in FIG. 13C, a TEOS-SiO 2 film having a thickness of about 150 nm is deposited on the silicon nitride film 501 by using the LPCVD method to form an interlayer insulating film 104.

次いで、図13(d)に示すように、EB直描やリソグラフィーによりチャネル形成領域に開口を有するレジスト膜105を形成し、ゲート形成予定領域の層間絶縁膜104をRIE法でエッチングし、ゲート溝106を形成する。このとき、シリコン窒化膜501が、RIEストッパーの役目を果たし、シリコン基板101がエッチングされるのを防ぐ。   Next, as shown in FIG. 13D, a resist film 105 having an opening in the channel formation region is formed by EB direct drawing or lithography, and the interlayer insulating film 104 in the gate formation scheduled region is etched by the RIE method. 106 is formed. At this time, the silicon nitride film 501 serves as an RIE stopper and prevents the silicon substrate 101 from being etched.

次いで、図14(e)に示すように、レジスト膜105を除去した後、シリコン窒化膜の堆積、RIE法によるエッチングを行うことで、ゲート溝106内側に例えばシリコン窒化膜からなる側壁絶縁膜107を形成する。側壁絶縁膜107形成のためのRIEの時、溝底部に露出するシリコン窒化膜501も同時に除去されるが、もし残留しているようであれば、ホットリン酸かRIEで除去する。   Next, as shown in FIG. 14E, after the resist film 105 is removed, a silicon nitride film is deposited and etched by the RIE method, whereby a sidewall insulating film 107 made of, for example, a silicon nitride film is formed inside the gate groove 106. Form. At the time of RIE for forming the sidewall insulating film 107, the silicon nitride film 501 exposed at the bottom of the trench is also removed at the same time, but if it remains, it is removed by hot phosphoric acid or RIE.

次いで、図14(f)に示すように、チャネル領域にトランジスタのしきい値電圧調整用のイオン注入を行ない(図示せず)、HF処理でSiO2 膜103を除去する。 Next, as shown in FIG. 14F, ion implantation for adjusting the threshold voltage of the transistor is performed in the channel region (not shown), and the SiO 2 film 103 is removed by HF treatment.

この後は他の実施形態と同様である。すなわち、図14(g)に示すように、ダマシンプロセスを用いて、ゲート絶縁膜材料のTa25膜108、バリアメタルTiN膜109とAl膜110との積層構造からなるメタルゲート電極111をゲート溝106に埋め込み形成する。 The subsequent steps are the same as in the other embodiments. That is, as shown in FIG. 14G, using a damascene process, a Ta 2 O 5 film 108 as a gate insulating film material, a metal gate electrode 111 having a laminated structure of a barrier metal TiN film 109 and an Al film 110 is formed. It is embedded in the gate trench 106.

そして、図14(h)に示すように、ソース/ドレイン溝を形成した後、ソース/ドレイン溝内にEr膜からなるソース/ドレイン電極114を埋め込み形成した後、450℃以下の温度でアニールすることによって、ソース/ドレイン電極114とシリコン基板101との界面に、ショットキー接合・ソース/ドレイン115を形成する。   Then, as shown in FIG. 14H, after forming the source / drain trench, the source / drain electrode 114 made of an Er film is buried in the source / drain trench, and then annealed at a temperature of 450 ° C. or lower. Thus, a Schottky junction / source / drain 115 is formed at the interface between the source / drain electrode 114 and the silicon substrate 101.

本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果(メリット)が得られる。それ以外にも以下のようなメリットが得られる。すなわち、層間絶縁膜104と5nm程度のSiO2 膜103との間に形成された10nm程度のシリコン窒化膜501により、ゲート形成予定領域の層間絶縁膜104をRIE法でエッチングし、ゲート溝106を形成するとき、シリコン窒化膜501が、RIEストッパーの役目を果たし、シリコン基板101がエッチングされたり、RIEダメージを受けたりするのを防ぐことができる。従って、MOS界面の特性が著しく改善する。 According to this embodiment, the same effect (merit) as the first embodiment can be obtained. In addition, the following advantages can be obtained. That is, the gate insulating region 104 is etched by the RIE method using the silicon nitride film 501 of about 10 nm formed between the interlayer insulating film 104 and the SiO 2 film 103 of about 5 nm, and the gate groove 106 is formed. When formed, the silicon nitride film 501 serves as an RIE stopper, and the silicon substrate 101 can be prevented from being etched or subjected to RIE damage. Therefore, the characteristics of the MOS interface are remarkably improved.

(第6の実施形態)
図15(a)〜(d)は、本発明の第6の実施形態に係わるNMOSFETの製造工程を示す工程断面図である。なお、図15(a)〜(d)ではゲート長方向の断面を示している。本実施形態では、メタルゲートをダマシン法ではなく、RIEプロセスで形成している。工程順に説明を行うと、まず、図15(a)に示すように、半導体シリコン基板101にSTI技術を用いた素子分離絶縁膜102を形成し、チャネル領域にトランジスタのしきい値電圧調整用のイオン注入を行う。そして、シリコン基板表面にゲート絶縁膜材料としてTa25膜108を形成する。
(Sixth embodiment)
15A to 15D are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the NMOSFET according to the sixth embodiment of the present invention. 15A to 15D show cross sections in the gate length direction. In this embodiment, the metal gate is formed not by the damascene method but by the RIE process. Description will be made in the order of processes. First, as shown in FIG. 15A, an element isolation insulating film 102 using STI technology is formed on a semiconductor silicon substrate 101, and a transistor for adjusting a threshold voltage of a transistor is formed in a channel region. Ion implantation is performed. Then, a Ta 2 O 5 film 108 is formed as a gate insulating film material on the silicon substrate surface.

次いで、図15(b)に示すように、メタルゲート材料としてバリアメタルTiN膜109とAl膜110とを順次堆積した後、EB直描やリソグラフィーとRIE法によりによりゲートパターンにパターニングし、メタルゲート電極111を形成する。次に、メタルゲート電極111の側面に例えばシリコン窒化膜による側壁絶縁膜107を形成する。次いで、図15(c)に示すように、200nm程度のTEOS−SiO2 膜を堆積した後、CMPで平坦化して、層間絶縁膜104を形成する。 Next, as shown in FIG. 15B, a barrier metal TiN film 109 and an Al film 110 are sequentially deposited as a metal gate material, and then patterned into a gate pattern by EB direct drawing, lithography and RIE, to form a metal gate. An electrode 111 is formed. Next, a sidewall insulating film 107 made of, for example, a silicon nitride film is formed on the side surface of the metal gate electrode 111. Next, as shown in FIG. 15C, a TEOS-SiO 2 film having a thickness of about 200 nm is deposited and then planarized by CMP to form an interlayer insulating film 104.

この後は他の実施形態と同様である。図15(d)に示すように、ソース/ドレイン領域の層間絶縁膜104をエッチング除去した後、ソース/ドレイン電極104及びショットキー接合・ソース/ドレイン115を形成する。   The subsequent steps are the same as in the other embodiments. As shown in FIG. 15D, after the interlayer insulating film 104 in the source / drain region is removed by etching, the source / drain electrode 104 and the Schottky junction / source / drain 115 are formed.

本実施形態によれば、ダミーゲートの形成および除去が不要になるため、ダマシンゲートプロセスよりも工程数を大幅に削減できる。またソースおよびドレイン活性化のための高温熱工程(通常1000℃程度)を行う必要がないので製造が容易になる。さらに、pn接合でなくショットキー接合によるソースおよびドレインを用いているため、high−kゲート絶縁膜を用いていても短チャネル効果を防止できる。短チャネル効果が抑えられれば、チャネル濃度を薄くできるのでS−factor改善、しきい値電圧低減の効果も得られる。当然、ソースおよびドレインとゲートの位置はセルフアラインで形成される。   According to this embodiment, since the formation and removal of the dummy gate are not required, the number of steps can be significantly reduced as compared with the damascene gate process. Further, since it is not necessary to perform a high-temperature heat process (usually about 1000 ° C.) for activating the source and drain, the manufacturing becomes easy. Furthermore, since the source and drain are not pn junctions but Schottky junctions, the short channel effect can be prevented even if a high-k gate insulating film is used. If the short channel effect is suppressed, the channel concentration can be reduced, so that the effect of improving the S-factor and reducing the threshold voltage can be obtained. Of course, the positions of the source and drain and the gate are formed by self-alignment.

(第7の実施形態)
第1の実施形態では、図1に示すNMOSFETの製造方法を図2〜5を用いて説明した。本発明では、図2〜5を用いて説明した製造方法と異なるNMISFETの製造方法を説明する。
(Seventh embodiment)
In the first embodiment, the manufacturing method of the NMOSFET shown in FIG. 1 has been described with reference to FIGS. In the present invention, an NMISFET manufacturing method different from the manufacturing method described with reference to FIGS.

図16,17は、本発明の第7の実施形態に係わるNMISFETの製造工程を示す工程断面図である。先ず、図16(a)に示す構造は、第1の実施形態において図2(a)〜図2(c)を用いて説明した工程を経て形成されるので、説明を省略する。次いで、図16(b)に示すように、MISFETのソース及びドレインが形成される領域に開口部を有するレジスト膜を形成した後、レジスト膜をマスクに層間絶縁膜104及びSiO2 膜103を選択的にエッチングし、ソース/ドレイン溝113を形成する。 16 and 17 are process cross-sectional views showing the manufacturing process of the NMISFET according to the seventh embodiment of the present invention. First, since the structure shown in FIG. 16A is formed through the steps described with reference to FIGS. 2A to 2C in the first embodiment, description thereof is omitted. Next, as shown in FIG. 16B, after forming a resist film having openings in regions where the source and drain of the MISFET are formed, the interlayer insulating film 104 and the SiO 2 film 103 are selected using the resist film as a mask. Etching is performed to form source / drain trenches 113.

次いで、図16(c)に示すように、ダマシン法を用いて、ソース/ドレイン溝内にシリコンと反応してシリサイドを形成するメタル材114を埋め込み形成する。次いで、図16(d)に示すように、メタル材114とシリコン基板101とを反応させてシリサイドからなるショットキー接合・ソース/ドレイン115を形成する。   Next, as shown in FIG. 16C, a metal material 114 that forms silicide by reacting with silicon in the source / drain trenches is buried in the source / drain trenches using the damascene method. Next, as shown in FIG. 16D, the metal material 114 and the silicon substrate 101 are reacted to form a Schottky junction / source / drain 115 made of silicide.

なお、図16(b)に示した工程において、ソース/ドレイン溝113の底部に露出するシリコン基板を30nm程度CDEでエッチングすることにより、ゲート側壁の下にアンダーカットを形成し、アンダーカットを埋め込むようにEr膜を埋め込み形成しても良い。すると、ショットキー接合・ソース/ドレイン115が後で経営する側壁絶縁膜107の下まで伸びて形成されるので、ゲート電極とソース/ドレインとの距離を短くすることにより、トランジスタの寄生抵抗を低減し、高い駆動能力を実現できる。   In the step shown in FIG. 16B, the silicon substrate exposed at the bottom of the source / drain trench 113 is etched by CDE by about 30 nm, thereby forming an undercut under the gate sidewall and embedding the undercut. In this way, an Er film may be embedded and formed. Then, since the Schottky junction / source / drain 115 is formed to extend below the side wall insulating film 107 to be managed later, the parasitic resistance of the transistor is reduced by shortening the distance between the gate electrode and the source / drain. In addition, high driving ability can be realized.

次いで、図17(e)に示すように、ショットキー接合・ソース/ドレイン115上のメタル材114及びソース/ドレイン115間の層間絶縁膜104上に開口を有するレジスト膜701を形成する。そして、レジスト膜701をマスクに層間絶縁膜104を選択的にエッチングし、ソース/ドレイン電極の対向する側面が露出するゲート溝106を形成する。   Next, as shown in FIG. 17E, a resist film 701 having an opening is formed on the metal material 114 on the Schottky junction / source / drain 115 and the interlayer insulating film 104 between the source / drain 115. Then, the interlayer insulating film 104 is selectively etched using the resist film 701 as a mask to form a gate groove 106 in which the opposite side surfaces of the source / drain electrodes are exposed.

次いで、図17(f)に示すように、レジスト膜701を除去した後、シリコン窒化膜の堆積,RIE法によるエッチングを行って、ゲート溝106の内側に側壁絶縁膜107を形成する。ここで必要で有ればチャネル領域のシリコン基板101に、SiO2 膜103を介して、トランジスタのしきい値電圧調整用のイオン注入を行う(図示せず)。 Next, as shown in FIG. 17 (f), after removing the resist film 701, a silicon nitride film is deposited and etched by RIE to form a sidewall insulating film 107 inside the gate groove 106. If necessary, ion implantation for adjusting the threshold voltage of the transistor is performed on the silicon substrate 101 in the channel region via the SiO 2 film 103 (not shown).

次いで、図17(g)に示すように、第1の実施形態と同様に、ゲート絶縁膜材料としてTa25膜108、バリアメタルTiN膜109とAl膜110とが積層されたメタルゲート電極111を形成する。 Next, as shown in FIG. 17G, similarly to the first embodiment, a metal gate electrode in which a Ta 2 O 5 film 108, a barrier metal TiN film 109 and an Al film 110 are stacked as a gate insulating film material. 111 is formed.

本実施形態では、ソース/ドレイン溝内に埋め込むメタル材は、第1の実施形態と異なり、シリコンと反応してシリサイドを形成するものであれば、任意の金属を用いることができる。第1の実施形態では、ゲート絶縁膜及びメタルゲート電極を形成した後に、ソース及びドレインを形成するために、450℃以下でシリサイドを形成するメタルをソース/ドレインに埋め込み形成しなければならなかった。本実施形態の場合、ソース/ドレインの形成後にゲート電極を形成するので、高い温度でシリサイドを形成するメタル材を用いることができる。   In this embodiment, unlike the first embodiment, any metal can be used as the metal material embedded in the source / drain trench as long as it forms silicide by reacting with silicon. In the first embodiment, after forming the gate insulating film and the metal gate electrode, a metal for forming silicide at 450 ° C. or less has to be embedded in the source / drain in order to form the source and drain. . In this embodiment, since the gate electrode is formed after the source / drain is formed, a metal material that forms silicide at a high temperature can be used.

また、ソース/ドレイン電極114が露出する溝を形成した後、溝の側壁に側壁絶縁膜を形成してゲート溝の形成を行うことによって、ソース/ドレインに対してゲート電極を自己整合的に形成することができる。   In addition, after forming a groove in which the source / drain electrode 114 is exposed, a gate insulating film is formed on the side wall of the groove to form a gate groove, thereby forming the gate electrode in a self-aligned manner with respect to the source / drain. can do.

(第8の実施形態)
第2の実施形態では、図6に示すCMOSFETの製造方法を図7〜9を用いて説明した。本発明では、図7〜9を用いて説明した製造方法と異なるCMISFETの製造方法を説明する。
(Eighth embodiment)
In the second embodiment, the method for manufacturing the CMOSFET shown in FIG. 6 has been described with reference to FIGS. In the present invention, a CMISFET manufacturing method different from the manufacturing method described with reference to FIGS.

図18〜図20は、本発明の第8の実施形態に係わるCMOSFETの製造工程を示す工程断面図である。まず、図18(a)に示す断面図は、図2(a)〜図2(b)を用いて説明した工程で形成されるので、その説明を省略する。   18 to 20 are process cross-sectional views showing the manufacturing process of the CMOSFET according to the eighth embodiment of the present invention. First, since the cross-sectional view shown in FIG. 18A is formed in the process described with reference to FIGS. 2A to 2B, description thereof is omitted.

次いで、図18(b)に示すように、NMOSソース/ドレイン形成領域に開口部を有するレジスト膜801を形成した後、レジスト膜801をマスクに層間絶縁膜104を選択的にエッチングし、NMOS側ソース/ドレイン溝802を形成する。次いで、図18(c)に示すように、NMOS側ソース/ドレイン溝802内を埋め込むように、全面にEr膜114を堆積する。   Next, as shown in FIG. 18B, after forming a resist film 801 having an opening in the NMOS source / drain formation region, the interlayer insulating film 104 is selectively etched using the resist film 801 as a mask. Source / drain trenches 802 are formed. Next, as shown in FIG. 18C, an Er film 114 is deposited on the entire surface so as to fill the NMOS side source / drain trench 802.

次いで、図18(d)に示すように、Er膜114に対して化学的機械研磨を行って、層間絶縁膜104の表面を露出させて、ソース/ドレイン電極114を形成する。そして、ソース/ドレイン電極114とシリコン基板101との界面に、NMOS側ショットキー接合・ソース/ドレイン115を形成する。   Next, as shown in FIG. 18D, the Er film 114 is subjected to chemical mechanical polishing to expose the surface of the interlayer insulating film 104 to form the source / drain electrodes 114. Then, an NMOS side Schottky junction / source / drain 115 is formed at the interface between the source / drain electrode 114 and the silicon substrate 101.

次いで、図19(e)に示すように、PMOSソース/ドレイン形成領域に開口部を有するレジスト膜803を形成した後、レジスト膜803をマスクに層間絶縁膜104を選択的にエッチングし、PMOS側ソース/ドレイン溝804を形成する。次いで、図19(f)に示すように、PMOS側ソース/ドレイン溝804内を埋め込むように、全面にPt膜201を堆積する。   Next, as shown in FIG. 19E, after forming a resist film 803 having an opening in the PMOS source / drain formation region, the interlayer insulating film 104 is selectively etched using the resist film 803 as a mask. Source / drain trenches 804 are formed. Next, as shown in FIG. 19F, a Pt film 201 is deposited on the entire surface so as to fill the PMOS side source / drain trench 804.

次いで、図19(g)に示すように、Pt膜201に対して化学的機械研磨を行って、層間絶縁膜の表面を露出させて、PMOS側ソース/ドレイン溝804内にソース/ドレイン電極201を形成する。そして、例えば450℃以下の低温でシリサイド反応を起こさせて、PMOS側ソース/ドレイン電極201とシリコン基板101との界面に、PMOS側ショットキー接合・ソース/ドレイン202を形成する。   Next, as shown in FIG. 19G, chemical mechanical polishing is performed on the Pt film 201 to expose the surface of the interlayer insulating film, and the source / drain electrode 201 is placed in the PMOS side source / drain trench 804. Form. Then, for example, a silicide reaction is caused at a low temperature of 450 ° C. or lower to form a PMOS-side Schottky junction / source / drain 202 at the interface between the PMOS-side source / drain electrode 201 and the silicon substrate 101.

次いで、図19(h)に示すように、ソース/ドレイン電極114,201の一部、及びソース/ドレイン115,202間の層間絶縁膜104上に開口を有するレジスト膜805を形成する。そして、レジスト膜805をマスクに、PMOS側及びNMOS側のソース/ドレイン電極114,201の対向する側面が露出するゲート溝806a,806bを形成する。次いで、図20(i)に示すように、シリコン窒化膜の堆積,RIE法によるエッチングを行って、ゲート溝106の内側に側壁絶縁膜807を形成する。   Next, as shown in FIG. 19H, a resist film 805 having an opening is formed on part of the source / drain electrodes 114 and 201 and the interlayer insulating film 104 between the source / drains 115 and 202. Then, using the resist film 805 as a mask, gate grooves 806a and 806b are formed in which the opposite side surfaces of the source / drain electrodes 114 and 201 on the PMOS side and NMOS side are exposed. Next, as shown in FIG. 20I, a sidewall insulating film 807 is formed inside the gate trench 106 by depositing a silicon nitride film and performing etching by the RIE method.

次いで、図20(j)に示すように、PMOSチャネル形成領域の表面に選択的にレジスト膜808を形成した後、NMOSチャネル形成領域のゲート溝806a底面に露出するシリコン基板101の表面にトランジスタしきい値電圧調整用のイオンを注入する。次いで、図20(k)に示すように、PMOSチャネル形成領域表面のレジスト膜808を除去した後、NMOSチャネル形成領域の表面にレジスト膜800を形成して、PMOSチャネル形成領域のゲート溝806b底面に露出するシリコン基板101表面にトランジスタしきい値電圧調整用のイオンを注入する。   Next, as shown in FIG. 20J, after a resist film 808 is selectively formed on the surface of the PMOS channel formation region, a transistor is formed on the surface of the silicon substrate 101 exposed on the bottom surface of the gate groove 806a in the NMOS channel formation region. Ions for threshold voltage adjustment are implanted. Next, as shown in FIG. 20 (k), after removing the resist film 808 on the surface of the PMOS channel formation region, a resist film 800 is formed on the surface of the NMOS channel formation region, and the bottom surface of the gate groove 806b in the PMOS channel formation region. Ions for adjusting the transistor threshold voltage are implanted into the exposed silicon substrate 101 surface.

次いで、図20(l)に示すように、第1の実施形態と同様に、ゲート絶縁膜材料としてTa2O5膜108、バリアメタルTiN膜109とAl膜110とが積層されたメタルゲート電極111を形成する。   Next, as shown in FIG. 20L, as in the first embodiment, a metal gate electrode 111 in which a Ta2O5 film 108, a barrier metal TiN film 109 and an Al film 110 are stacked as a gate insulating film material is formed. To do.

(第9の実施形態)
図21は、本発明の第9の実施形態に係わるNMISFETの構成を示す断面図である。図21において、図1と同一な部分には同一符号を付し、その説明を省略する。なお、図21は、ゲート長方向をの断面を示している。このNMISFETは、図21に示すように、ショットキー接合・ソース/ドレイン115とp型のチャネル領域2111との間に、N型のエクステンション領域2112が形成されている。なお、半導体基板として、Si支持基板2101とBOX酸化膜2102とSi半導体層(チャネル領域2111,エクステンション領域2112)とが積層されたSOI基板を用いている。
(Ninth embodiment)
FIG. 21 is a cross-sectional view showing the configuration of an NMISFET according to the ninth embodiment of the present invention. In FIG. 21, the same parts as those in FIG. FIG. 21 shows a cross section in the gate length direction. In this NMISFET, an N-type extension region 2112 is formed between a Schottky junction / source / drain 115 and a p-type channel region 2111 as shown in FIG. Note that an SOI substrate in which a Si support substrate 2101, a BOX oxide film 2102, and a Si semiconductor layer (channel region 2111, extension region 2112) are stacked is used as the semiconductor substrate.

ショットキー接合・ソース/ドレイン115とp型のチャネル領域2111との間にエクステンション層2112を形成する事により、ショットキー障壁(barrier)の高さを低減して、トランジスタの電流駆動力を向上させることができる。ただし、エクステンション層の不純物濃度には、上限があり、通常3×1019cm-3程度である。この濃度は、ソース・ドレインにErSiやPtSiを用いた場合に、ショットキー接合部でバリスティック(ballistic)伝導が起こる限界点である。また、この構造では、チャネル領域におけるエクステンション領域と反対導電型の不純物濃度が、エクステンション領域の不純物濃度と同程度かそれ以上に濃くなるため、エクステンション領域の不純物濃度が濃すぎると、しきい値電圧Vthが高くなりすぎてしまうためである。従って、望むしきい値電圧Vthの値によっては、上記濃度より低い濃度に抑える必要がありうる。又、エクステンション領域及びチャネル領域の濃度が濃すぎると、両者のpn接合耐圧が低下する問題もあり、この問題がエクステンション領域の上限を決めることもある。 By forming the extension layer 2112 between the Schottky junction / source / drain 115 and the p-type channel region 2111, the height of the Schottky barrier is reduced and the current driving capability of the transistor is improved. be able to. However, the impurity concentration of the extension layer has an upper limit and is usually about 3 × 10 19 cm −3 . This concentration is a limit point at which ballistic conduction occurs at the Schottky junction when ErSi or PtSi is used for the source and drain. Also, in this structure, the impurity concentration of the opposite conductivity type to the extension region in the channel region is about the same as or higher than the impurity concentration of the extension region, so if the impurity concentration of the extension region is too high, the threshold voltage This is because Vth becomes too high. Therefore, depending on the desired threshold voltage Vth, it may be necessary to suppress the concentration to a concentration lower than the above concentration. Further, if the concentration of the extension region and the channel region is too high, there is a problem that the pn junction breakdown voltage of the both decreases, and this problem may determine the upper limit of the extension region.

次に、図21に示すNMISFETの製造工程を図22(a)〜図25(m)を用いて説明する。工程順に説明を行なうと、まず、図22(a)に示すように、Si支持基板2101,BOX酸化膜2102,及びSi半導体層2103が積層された半導体SOI基板を用意する。   Next, the manufacturing process of the NMISFET shown in FIG. 21 will be described with reference to FIGS. Description will be made in the order of steps. First, as shown in FIG. 22A, a semiconductor SOI substrate in which a Si support substrate 2101, a BOX oxide film 2102, and a Si semiconductor layer 2103 are stacked is prepared.

次いで、図22(b)に示すように、STI(Shallow-trench-isolation)技術を用いた素子分離を行なうため、素子分離領域のSi半導体層2103を除去して深さ100nm程度の溝を形成し、この溝内にTEOS膜を埋め込み形成し、素子分離絶縁膜102を形成する。次に、Si半導体層2103の表面に5nm程度の熱酸化によりSiO2 膜103を形成する。そして、Si半導体層2103に後でソースおよびドレインとなるエクステンション領域の形成のためのイオン注入を行って、N型のエクステンション領域2112を形成する。例えば、Asを1×1019cm-3程度の濃度となるようにイオン注入する。 Next, as shown in FIG. 22B, in order to perform element isolation using an STI (Shallow-trench-isolation) technique, the Si semiconductor layer 2103 in the element isolation region is removed to form a trench having a depth of about 100 nm. Then, a TEOS film is embedded in the trench to form an element isolation insulating film 102. Next, a SiO 2 film 103 is formed on the surface of the Si semiconductor layer 2103 by thermal oxidation of about 5 nm. Then, ion implantation for forming extension regions to be a source and a drain later is performed on the Si semiconductor layer 2103 to form an N-type extension region 2112. For example, As is ion-implanted so as to have a concentration of about 1 × 10 19 cm −3 .

次いで、図22(c)に示すように、その上に150nm程度のTEOS膜をLPCVD法により堆積して、層間絶縁膜104を形成する。この層間絶縁膜104は、後にCMPのストッパーとして使用される。   Next, as shown in FIG. 22C, a TEOS film having a thickness of about 150 nm is deposited thereon by LPCVD to form an interlayer insulating film 104. This interlayer insulating film 104 is later used as a CMP stopper.

次いで、図22(d)に示すように、電子ビームの直描やリソグラフィーによりレジスト膜105を形成し、レジスト膜105をマスクにゲート形成予定領域の層間絶縁膜104をRIE(Reactive-ion-etching)法でエッチングし、ゲート溝106を形成する。   Next, as shown in FIG. 22D, a resist film 105 is formed by direct drawing of an electron beam or lithography, and the interlayer insulating film 104 in a gate formation scheduled region is formed by RIE (Reactive-ion-etching) using the resist film 105 as a mask. The gate trench 106 is formed by etching using the above method.

次いで、図23(e)に示すように、レジスト膜105を除去した後、ゲート溝106の内側に例えばシリコン窒化膜による側壁絶縁膜107を形成する。次いで、図23(f)に示すように、ここで先ほど全面に注入したn型のエクステンション領域2112を打ち消すように、逆導電型のイオン(ボロンなど)をイオン注入し、p型イオン注入領域2201を形成する。例えば、チャネル領域がp型半導体になるようにエクステンション領域よりも高濃度(>1×1019cm-3)のイオン注入を行う。このイオン注入で、トランジスタのしきい値電圧調整も同時に行なう。そして、図23(g)に示すように、p型イオン注入領域2201を活性化し、P型のチャネル領域2111を形成する。 Next, as shown in FIG. 23E, after removing the resist film 105, a sidewall insulating film 107 made of, for example, a silicon nitride film is formed inside the gate groove 106. Next, as shown in FIG. 23 (f), reverse conductivity type ions (boron or the like) are ion-implanted so as to cancel the n-type extension region 2112 previously implanted into the entire surface, and a p-type ion implantation region 2201 is obtained. Form. For example, ion implantation at a higher concentration (> 1 × 10 19 cm −3 ) than the extension region is performed so that the channel region becomes a p-type semiconductor. This ion implantation also adjusts the threshold voltage of the transistor. Then, as shown in FIG. 23G, the p-type ion implantation region 2201 is activated to form a P-type channel region 2111.

本実施形態のトランジスタではソース/ドレイン電極をエクステンション領域とショットキー接合するシリサイド電極の形成を低温(例えば450℃以下)で形成する(高濃度不純物を用いたDeep接合は形成しない)予定なので、ゲート形成後450℃以上の高温熱処理工程が存在しない。したがって、高誘電率膜や強誘電体膜(Ta25膜、TiO2 膜、Si34膜、(Ba,Sr)TiO3、HfO2 、ZrO2 、La23、Gd23、Y23、CaF2 、CaSn2 、CeO2 、Yttria Stabilized Zirconia、Al23、ZrSiO4、HfSiO4、Gd2SiO5、2La23・3SiO2、など)をゲート絶縁膜に使用することができ、またゲート電極にはメタル材料(TiN、WN、Al、W、Ru、Mo等)を使用することができる。 In the transistor of this embodiment, the formation of the silicide electrode for Schottky junction of the source / drain electrode with the extension region is planned to be formed at a low temperature (for example, 450 ° C. or less) (a deep junction using a high concentration impurity is not formed). There is no high temperature heat treatment step at 450 ° C. or higher after the formation. Therefore, a high dielectric constant film or a ferroelectric film (Ta 2 O 5 film, TiO 2 film, Si 3 N 4 film, (Ba, Sr) TiO 3 , HfO 2 , ZrO 2 , La 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Y 2 O 3 , CaF 2 , CaSn 2 , CeO 2 , Yttria Stabilized Zirconia, Al 2 O 3 , ZrSiO 4 , HfSiO 4 , Gd 2 SiO 5 , 2La 2 O 3 .3SiO 2 , etc.) Further, a metal material (TiN, WN, Al, W, Ru, Mo, etc.) can be used for the gate electrode.

もしゲート形成後に800〜1000℃程度の高温工程が存在すると、メタルゲート原子がゲート絶縁膜中に拡散してゲート耐圧が劣化したり、High−k膜とシリコンの間の界面に誘電率の低い薄膜層が形成されたり、実効的なゲート絶縁膜厚が著しく増大し素子性能が劣化してしまう。   If a high-temperature process of about 800 to 1000 ° C. exists after the gate is formed, the metal gate atoms diffuse into the gate insulating film to deteriorate the gate breakdown voltage, or the dielectric constant is low at the interface between the high-k film and silicon. A thin film layer is formed, an effective gate insulating film thickness is remarkably increased, and device performance is deteriorated.

本実施形態ではゲート絶縁膜材料としてTa25膜、メタルゲート材料としてバリアメタルTiNとWの積層構造を用いた場合を説明する。詳しく製造方法を述べると、図24(h)に示すように、例えばゲート溝106底部のSiO2 膜103を除去してチャネル領域2111を露出させる。そして、ゲート溝106底部に1nm以下のシリコン窒化膜(NO窒化オキシナイトライド膜)、及びTa25膜108を約4nm、CVD成膜する。このときゲート絶縁膜の酸化膜換算膜厚は1.5nm以下となる。その後、バリアメタルとして、例えば膜厚5nm程度のTiN膜109をCVDにて形成し、例えば膜厚300nm程度のW膜110を成膜する。 In the present embodiment, a case where a Ta 2 O 5 film is used as a gate insulating film material and a laminated structure of barrier metals TiN and W is used as a metal gate material will be described. The manufacturing method will be described in detail. As shown in FIG. 24H, for example, the SiO 2 film 103 at the bottom of the gate groove 106 is removed to expose the channel region 2111. Then, a silicon nitride film (NO nitride oxynitride film) having a thickness of 1 nm or less and a Ta 2 O 5 film 108 of about 4 nm are formed on the bottom of the gate trench 106 by CVD. At this time, the equivalent oxide thickness of the gate insulating film is 1.5 nm or less. Thereafter, a TiN film 109 having a thickness of, for example, about 5 nm is formed by CVD as a barrier metal, and a W film 110 having a thickness of, for example, about 300 nm is formed.

次いで、図24(i)に示すように、TiN膜109とW膜110の積層構造をCMP法により研磨して、ダマシン法によるTEOS膜104上のTiN膜109及びW膜110のパターニングを行って、メタルゲート電極111を形成する。   Next, as shown in FIG. 24I, the laminated structure of the TiN film 109 and the W film 110 is polished by CMP, and the TiN film 109 and the W film 110 on the TEOS film 104 are patterned by the damascene method. Then, the metal gate electrode 111 is formed.

その後、図24(j)に示すように、リソグラフィー等により素子領域に開口を有するレジスト膜2202を形成した後、レジスト膜2202をマスクにソース/ドレイン領域の層間絶縁膜104を選択的にエッチング除去し、ソース/ドレイン溝2203を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 24J, after forming a resist film 2202 having an opening in the element region by lithography or the like, the interlayer insulating film 104 in the source / drain region is selectively etched away using the resist film 2202 as a mask. Then, the source / drain trench 2203 is formed.

次いで、図25(k)に示すように、ソース/ドレイン溝2203内が埋め込まれるように、例えばErからなるソース/ドレイン電極114を堆積する。次いで、図25(l)に示すように、層間絶縁膜104上のソース/ドレイン電極114をCMP法により研磨して、ソース/ドレイン溝2203内にソース/ドレイン電極114を埋め込み形成する。さらに、図25(m)に示すように、低温で(例えば450℃以下で)シリサイド反応を起こさせて、シリサイドメタル(ErSi2 )を形成し、ショットキー接合ソース/ドレイン115を形成する。 Next, as shown in FIG. 25 (k), a source / drain electrode 114 made of, for example, Er is deposited so that the inside of the source / drain trench 2203 is filled. Next, as shown in FIG. 25L, the source / drain electrode 114 on the interlayer insulating film 104 is polished by CMP to bury and form the source / drain electrode 114 in the source / drain trench 2203. Further, as shown in FIG. 25 (m), a silicide reaction is caused at a low temperature (for example, at 450 ° C. or lower) to form silicide metal (ErSi 2 ), and Schottky junction source / drain 115 is formed.

ソースおよびドレインの形成後は通常のLSI製造プロセスと同様である。すなわち、層間絶縁膜TEOSをCVD法で堆積し、ソース/ドレインおよびゲート電極上にコンタクトホールを開孔し、上層金属配線(例えばCu配線)をデュアルダマシン法にて形成する。   After the formation of the source and drain, it is the same as a normal LSI manufacturing process. That is, an interlayer insulating film TEOS is deposited by a CVD method, contact holes are formed on the source / drain and gate electrodes, and an upper metal wiring (for example, Cu wiring) is formed by a dual damascene method.

以上のようにすると、従来のダマシンゲートで必要であった「ダミーゲートの形成および除去」が不要になるため、工程数を大幅に削減できる。またソースおよびドレインのDeep拡散層活性化のための高温熱工程(通常1000℃程度)を行なう必要がないので製造が容易になる。   As described above, since the “dummy gate formation and removal” required in the conventional damascene gate becomes unnecessary, the number of processes can be greatly reduced. Further, since it is not necessary to perform a high temperature heat process (usually about 1000 ° C.) for activating the deep diffusion layers of the source and drain, the manufacture becomes easy.

さらに、以下のようなダマシンゲートプロセスのメリットもそのまま存続する。すなわち、[1]ゲートをRIEでなくCMPで加工するため、ゲート絶縁膜にプラズマダメージが導入されない。[2]薄いゲート絶縁膜上でメタルゲートをRIE加工するのは大変困難であるが本発明のプロセスではその必要がない。[3]ゲート加工後、表面が完全平坦化されるため、以降の製造工程が容易になる。[4]ソースおよびドレインとゲートの位置はセルフアラインで形成される。   In addition, the following advantages of the damascene gate process will continue. That is, [1] Since the gate is processed by CMP instead of RIE, plasma damage is not introduced into the gate insulating film. [2] It is very difficult to RIE a metal gate on a thin gate insulating film, but this is not necessary in the process of the present invention. [3] Since the surface is completely flattened after the gate processing, the subsequent manufacturing process becomes easy. [4] The positions of the source, drain and gate are formed by self-alignment.

さらにまた、SOI−MOSFETのソース/ドレインにショットキー接合を適用することで、接触の特徴を活かしてSOI素子の欠点を補うことができ、また、SOIを利用することでショットキー接触のもつ欠点を取り除くことが出来る。詳しく述べると、[1]ソース/ドレインの双方におけるショットキー障壁の効果で、SOI−MOSFETの基板浮遊問題を抑制できる、[2]SOI構造の採用により、ドレイン接触でのリーク電流を抑制できるため、トランジスタのオフ電流(消費電力)を小さくできる。   Furthermore, by applying a Schottky junction to the source / drain of the SOI-MOSFET, it is possible to make use of the characteristics of the contact to make up for the defects of the SOI element, and by using the SOI, the defects of the Schottky contact. Can be removed. More specifically, [1] The substrate floating problem of SOI-MOSFET can be suppressed by the effect of the Schottky barrier in both the source and drain. [2] The leakage current at the drain contact can be suppressed by adopting the SOI structure. The off-state current (power consumption) of the transistor can be reduced.

(第10の実施形態)
本実施形態では、NMOSFETとPMOSFETとでショットキー接合・ソース/ドレインを構成する形成材料が異なるCMOSFETの製造方法について説明する。
(Tenth embodiment)
In the present embodiment, a description will be given of a method of manufacturing a CMOSFET in which the forming materials constituting the Schottky junction / source / drain are different between the NMOSFET and the PMOSFET.

次に、CMOSFETの製造方法を説明する。図26〜図28は、本発明の第10の実施形態に係わるCMOSFETの製造工程を示す工程断面図である。   Next, a method for manufacturing the CMOSFET will be described. 26 to 28 are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the CMOSFET according to the tenth embodiment of the present invention.

図23(a)〜図23(e)までは、第9の実施形態と同様なので説明を省略する。但し、nMOS、pMOS領域にそれぞれn型とp型のエクステンション領域2112a,2112bを形成しておく。その後の工程を順に説明すると、図26(a)に示すように、ゲート形成予定領域の層間絶縁膜104にゲート溝2601a,2601bを形成し、その内側に例えばシリコン窒化膜による側壁絶縁膜107を形成する。   Since FIGS. 23A to 23E are the same as those in the ninth embodiment, the description thereof is omitted. However, n-type and p-type extension regions 2112a and 2112b are formed in the nMOS and pMOS regions, respectively. The subsequent steps will be described in order. As shown in FIG. 26A, gate trenches 2601a and 2601b are formed in the interlayer insulating film 104 in the gate formation scheduled region, and a sidewall insulating film 107 made of, for example, a silicon nitride film is formed inside thereof. Form.

次いで、図26(b)に示すように、PMOSFET形成領域の表面を覆い、NMOSFET形成領域に開口を有するレジスト膜2602を形成した後、エクステンション領域2112aに導入されている不純物を打ち消すように、逆導電型のイオン注入を行い、ゲート溝2601aに底部に露出するエクステンション領域2112aにp型イオン注入領域2201aを形成する。例えば、チャネル領域がp型半導体になるように、n型エクステンション領域2112aよりも高濃度(>1×1019cm-3)のチャネルイオン注入を行なう。このイオン注入で、トランジスタのしきい値電圧調整も同時に行なう。 Next, as shown in FIG. 26B, a resist film 2602 covering the surface of the PMOSFET formation region and having an opening in the NMOSFET formation region is formed, and then the impurity introduced into the extension region 2112a is reversed. Conductive ion implantation is performed to form a p-type ion implantation region 2201a in the extension region 2112a exposed at the bottom of the gate groove 2601a. For example, channel ion implantation is performed at a higher concentration (> 1 × 10 19 cm −3 ) than the n-type extension region 2112a so that the channel region becomes a p-type semiconductor. This ion implantation also adjusts the threshold voltage of the transistor.

次いで、図26(c)に示すように、レジスト膜2602を除去した後、NMOSFET形成領域の表面を覆い、PMOSFET形成領域に開口を有するレジスト膜2603を形成した後、エクステンション領域2112bに導入されている不純物を打ち消すように、逆導電型のイオン注入を行い、ゲート溝2601bに底部に露出するエクステンション領域2112bにn型イオン注入領域2201bを形成する。例えば、チャネル領域がn型半導体になるように、p型エクステンション領域2112bよりも高濃度(>1×1019cm-3)のチャネルイオン注入を行なう。このイオン注入で、トランジスタのしきい値電圧調整も同時に行なう。 Next, as shown in FIG. 26C, after the resist film 2602 is removed, a resist film 2603 is formed which covers the surface of the NMOSFET formation region and has an opening in the PMOSFET formation region, and is then introduced into the extension region 2112b. In order to cancel the impurities, reverse conductivity type ion implantation is performed, and an n-type ion implantation region 2201b is formed in the extension region 2112b exposed at the bottom of the gate groove 2601b. For example, channel ion implantation is performed at a higher concentration (> 1 × 10 19 cm −3 ) than the p-type extension region 2112b so that the channel region becomes an n-type semiconductor. This ion implantation also adjusts the threshold voltage of the transistor.

次いで、図26(d)に示すように、レジスト膜2603を除去した後、イオン注入領域2201a,bに注入されたイオンの活性化を行う熱処理を行い、P型チャネル領域2111a、N型チャネル領域2111bを形成する。   Next, as shown in FIG. 26D, after removing the resist film 2603, heat treatment is performed to activate the ions implanted into the ion implantation regions 2201a and 2201b, so that the P-type channel region 2111a and the N-type channel region are obtained. 2111b is formed.

本発明のトランジスタではソース/ドレイン電極をエクステンション領域2112a,2112bとシリサイドの(ショットキー)接合にて低温で(例えば450℃以下で)形成する(高濃度不純物を用いたDeep接合は形成しない)予定なので、ゲート形成後450℃以上の高温熱処理工程が存在しない。したがって、高誘電率膜や強誘電体膜(Ta25膜、TiO2 膜、Si34膜、(Ba,Sr)TiO3 、HfO2 、ZrO2 、La23 、Gd23 、Y23、CaF2、CaSnF2、CeO2 、YttriaStabilizedZirconia、Al23、ZrSiO4、HfSiO4、Gd2SiO5、2La23・3SiO2 、など)をゲート絶縁膜に使用することができ、またゲート電極にはメタル材料(TiN、WN、Al、W、Ru、Mo等)を使用することができる。 In the transistor of the present invention, the source / drain electrodes are to be formed at a low temperature (for example, at 450 ° C. or less) by silicide (Schottky) junctions with the extension regions 2112a and 2112b (no deep junction using a high concentration impurity is formed). Therefore, there is no high-temperature heat treatment process at 450 ° C. or higher after gate formation. Therefore, a high dielectric constant film or a ferroelectric film (Ta 2 O 5 film, TiO 2 film, Si 3 N 4 film, (Ba, Sr) TiO 3 , HfO 2 , ZrO 2 , La 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Y 2 O 3 , CaF 2 , CaSnF 2 , CeO 2 , YttriaStabilizedZirconia, Al 2 O 3 , ZrSiO 4 , HfSiO 4 , Gd 2 SiO 5 , 2La 2 O 3 / 3SiO 2 , etc.) are used for the gate insulating film A metal material (TiN, WN, Al, W, Ru, Mo, etc.) can be used for the gate electrode.

ここでは第9の実施形態と同様に、ゲート絶縁膜材料としてTa2O5膜、メタルゲート材料としてバリアメタルTiNとWの積層構造を用いる。図27(e)に示すように、ゲート溝の内部に、Ta25膜108及び、TiN膜とW膜とが積層されたメタルゲート電極111を形成する。 Here, similarly to the ninth embodiment, a Ta2O5 film is used as a gate insulating film material, and a laminated structure of barrier metals TiN and W is used as a metal gate material. As shown in FIG. 27E, a Ta 2 O 5 film 108 and a metal gate electrode 111 in which a TiN film and a W film are stacked are formed inside the gate groove.

その後、図27(f)に示すように、リソグラフィー等によりNMOS側の素子領域に開口を有するレジスト膜2604を形成した後、レジスト膜2202をマスクにNMOSのソース/ドレイン領域の層間絶縁膜104を選択的にエッチング除去してNMOS側ソース及びドレイン溝2605aを形成する。次いで、図27(g)に示すように、NMOS側ソース及びドレイン溝2605a内にメタル材料、例えばEr膜114を堆積する。次いで、図27(h)に示すように、層間絶縁膜104上のEr膜114を除去した後、低温で(例えば450℃以下で)Er膜114とエクステンション領域2112aとのシリサイド反応を起こさせてシリサイドメタル(ErSi2 )を形成し、ショットキー接合ソース/ドレイン115を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 27F, after forming a resist film 2604 having an opening in the element region on the NMOS side by lithography or the like, the interlayer insulating film 104 in the NMOS source / drain region is formed using the resist film 2202 as a mask. An NMOS side source / drain trench 2605a is formed by selective etching. Next, as shown in FIG. 27G, a metal material, for example, an Er film 114 is deposited in the NMOS side source and drain trenches 2605a. Next, as shown in FIG. 27H, after removing the Er film 114 on the interlayer insulating film 104, a silicide reaction between the Er film 114 and the extension region 2112a is caused at a low temperature (for example, at 450 ° C. or lower). Silicide metal (ErSi 2 ) is formed, and Schottky junction source / drain 115 is formed.

その後、図28(i)に示すように、リソグラフィー等により、リソグラフィー等によりPMOS側の素子領域に開口を有するレジスト膜2606を形成した後、レジスト膜2202をマスクにPMOSのソース/ドレイン領域の層間絶縁膜104を選択的にエッチング除去してPMOS側ソース及びドレイン溝2605bを形成する。次いで、図28(j)に示すように、PMOS側ソース及びドレイン溝2605b内にメタル材料、例えばPt膜201を堆積する。次いで、図28(k)に示すように、層間絶縁膜104上のPt膜を除去した後、低温で(例えば450℃以下で)シリサイド反応を起こさせてシリサイドメタル(PtSi)を形成し、ショットキー接合ソース/ドレイン202bを形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 28 (i), a resist film 2606 having an opening in the element region on the PMOS side is formed by lithography or the like by lithography or the like, and then the layer between the PMOS source / drain regions is masked using the resist film 2202 as a mask. The insulating film 104 is selectively removed by etching to form a PMOS side source / drain trench 2605b. Next, as shown in FIG. 28J, a metal material, for example, a Pt film 201 is deposited in the PMOS-side source and drain trench 2605b. Next, as shown in FIG. 28 (k), after removing the Pt film on the interlayer insulating film 104, a silicide reaction is caused at a low temperature (for example, at 450 ° C. or lower) to form silicide metal (PtSi), and shot A key junction source / drain 202b is formed.

ソースおよびドレイン形成後は通常のLSI製造プロセスと同様である。すなわち、層間絶縁膜TEOSをCVDで堆積し、ソース/ドレインおよびゲート電極上にコンタクトホールを開孔し、上層金属配線(例えばCu配線)をデュアルダマシン法にて形成する。これらの断面図は第8の実施形態と同様であるから省略する。   After the formation of the source and drain, it is the same as a normal LSI manufacturing process. That is, an interlayer insulating film TEOS is deposited by CVD, contact holes are formed on the source / drain and gate electrodes, and an upper metal wiring (for example, Cu wiring) is formed by a dual damascene method. Since these sectional views are the same as those in the eighth embodiment, they are omitted.

以上のようにすると、従来のダマシンゲートで必要であった「ダミーゲートの形成および除去」が不要になるため、工程数を大幅に削減できる。またソースおよびドレインのDeep拡散層活性化のための高温熱工程(通常1000℃程度)を行なう必要がないので製造が容易になる。   As described above, since the “dummy gate formation and removal” required in the conventional damascene gate becomes unnecessary, the number of processes can be greatly reduced. Further, since it is not necessary to perform a high temperature heat process (usually about 1000 ° C.) for activating the deep diffusion layers of the source and drain, the manufacture becomes easy.

さらに、本実施形態ではソース/ドレイン材料として、NMOSとPMOSでそれぞれ異るメタル材料を用いたため、以下のようなメリットが生じる。すなわち、ショットキー接触(接合)をソースおよびドレインに用いたトランジスタでは、電流駆動能力の低下を避けるために、Nチャネルに対しては小さな、またPチャネルに対しては大きな仕事関数を持つショットキー接触材料が必要である。本実施例では、NMOSに対しては仕事関数の小さなエルビウムシリサイド(ErSi2)、PMOSに対しては仕事関数の大きなPtSiを用いることができるので、NMOS、PMOS両方の駆動電流を大きくすることが可能になる。また、ショットキー接触材料を選ぶことにより、NMOS、PMOSそれぞれのしきい値電圧を別々に制御できる。   Further, in this embodiment, different metal materials are used for the NMOS and PMOS as the source / drain materials, and the following merits arise. That is, in a transistor using a Schottky contact (junction) for the source and drain, a Schottky having a small work function for the N channel and a large work function for the P channel is used in order to avoid a decrease in current driving capability. Contact material is required. In this embodiment, erbium silicide (ErSi2) having a small work function can be used for NMOS, and PtSi having a large work function can be used for PMOS. Therefore, it is possible to increase both NMOS and PMOS drive currents. become. Further, by selecting a Schottky contact material, the threshold voltages of NMOS and PMOS can be controlled separately.

(第11の実施形態)
図29は、本発明の第11の実施形態に係わるNMOSFETの製造工程を示す工程断面図である。なお、図29では説明するためのゲート長方向の断面を示している。本実施例の特徴は、SOIでなく、バルクシリコン基板を用いている点である。その他は第9の実施形態と同様であるから、製造方法の詳細な説明は省略する。
(Eleventh embodiment)
FIG. 29 is a process sectional view showing a manufacturing process of the NMOSFET according to the eleventh embodiment of the present invention. Note that FIG. 29 shows a cross section in the gate length direction for explanation. A feature of this embodiment is that a bulk silicon substrate is used instead of SOI. The rest is the same as in the ninth embodiment, and a detailed description of the manufacturing method is omitted.

本実施例によれば、SOI起因のメリットを除けば第9の実施形態と同様の効果(メリット)が得られる。   According to this example, the same effect (merit) as in the ninth embodiment can be obtained except for the merit caused by SOI.

図29(d)では、メタルシリサイドの底面がエクステンション層2101の内部に含まれた構造を示している。このようにすると、接合リークを低減させることができる。   FIG. 29D shows a structure in which the bottom surface of the metal silicide is included in the extension layer 2101. In this way, junction leakage can be reduced.

(第12の実施形態)
図30〜32は、本発明の第12の実施形態に係わるNMOSFETの製造工程を示す工程断面図である。なお、図30〜32では説明するためのゲート長方向の断面を示している。本実施形態では、層間膜TEOSの下に10nm程度のシリコン窒化膜と5nm程度のSiO2 膜の積層膜を形成している。工程順に説明を行なうと、まず、図30(a)に示すように、Si支持基板2101,BOX酸化膜2102,及びSi半導体層2103が積層された半導体SOI基板を用意する。
(Twelfth embodiment)
30 to 32 are process sectional views showing the manufacturing process of the NMOSFET according to the twelfth embodiment of the present invention. 30 to 32 show a cross section in the gate length direction for explanation. In this embodiment, a laminated film of a silicon nitride film of about 10 nm and a SiO 2 film of about 5 nm is formed under the interlayer film TEOS. In the description in the order of steps, first, as shown in FIG. 30A, a semiconductor SOI substrate in which a Si support substrate 2101, a BOX oxide film 2102, and a Si semiconductor layer 2103 are stacked is prepared.

次いで、図30(b)に示すように、STI(Shallow-trench-isolation)技術を用いた素子分離を行なうため、素子分離領域のSi半導体層2103を除去して深さ100nm程度の溝を形成し、この溝内にTEOS膜を埋め込み形成し、素子分離絶縁膜102を形成する。次に、Si半導体層2103の表面に5nm程度の熱酸化によりSiO2 膜103を形成する。そして、Si半導体層2103に後でソースおよびドレインとなるエクステンション領域の形成のためのイオン注入を行って、N型のエクステンション領域2112を形成する。例えば、Asを1×1019cm-3程度の濃度となるようにイオン注入する。 Next, as shown in FIG. 30B, in order to perform element isolation using STI (Shallow-trench-isolation) technology, the Si semiconductor layer 2103 in the element isolation region is removed to form a trench having a depth of about 100 nm. Then, a TEOS film is embedded in the trench to form an element isolation insulating film 102. Next, a SiO 2 film 103 is formed on the surface of the Si semiconductor layer 2103 by thermal oxidation of about 5 nm. Then, ion implantation for forming extension regions to be a source and a drain later is performed on the Si semiconductor layer 2103 to form an N-type extension region 2112. For example, As is ion-implanted so as to have a concentration of about 1 × 10 19 cm −3 .

次いで、図30(c)に示すように、その上に酸化膜上に10nm程度のシリコン窒化膜3001を堆積した後、150nm程度のTEOS膜104をLPCVD法により堆積する。   Next, as shown in FIG. 30C, a silicon nitride film 3001 of about 10 nm is deposited on the oxide film, and then a TEOS film 104 of about 150 nm is deposited by LPCVD.

次いで、図30(d)に示すように、電子ビームの直描やリソグラフィーによりレジスト膜105を形成し、レジスト膜105をマスクにゲート形成予定領域の層間絶縁膜104をRIE(Reactive-ion-etching)法でエッチングし、ゲート溝106を形成する。このとき、シリコン窒化膜3001が、エッチングストッパーの役目を果たし、エクステンション領域2112がエッチングされるのを防ぐ。   Next, as shown in FIG. 30D, a resist film 105 is formed by direct drawing of an electron beam or lithography, and the interlayer insulating film 104 in a gate formation scheduled region is formed by RIE (Reactive-ion-etching) using the resist film 105 as a mask. The gate trench 106 is formed by etching using the above method. At this time, the silicon nitride film 3001 serves as an etching stopper and prevents the extension region 2112 from being etched.

次いで、図31(e)に示すように、レジスト膜105を除去した後、ゲート溝106の内側に例えばシリコン窒化膜による側壁絶縁膜107を形成する。そして、ここで先ほど全面に注入したn型のエクステンション領域2112を打ち消すように、逆導電型のイオン(ボロンなど)をイオン注入した後、p型イオン注入領域を活性化し、P型のチャネル領域2111を形成する。このイオン注入で、トランジスタのしきい値電圧調整も同時に行なう次いで、図31(f),(g)に示すように、チャネル領域2111上のSiO2 膜103をHFなどで除去した後、ダマシン法を用いて、ゲート溝106内に、Ta25膜108,TiN膜109及びW膜110(メタルゲート電極111)を形成する。 Next, as shown in FIG. 31 (e), after removing the resist film 105, a sidewall insulating film 107 made of, for example, a silicon nitride film is formed inside the gate groove 106. Then, reverse conductivity type ions (such as boron) are ion-implanted so as to cancel the n-type extension region 2112 implanted on the entire surface, and then the p-type ion implantation region is activated to form a P-type channel region 2111. Form. This ion implantation also adjusts the threshold voltage of the transistor at the same time. Next, as shown in FIGS. 31F and 31G, the SiO 2 film 103 on the channel region 2111 is removed with HF or the like, and then the damascene method is used. Is used to form a Ta 2 O 5 film 108, a TiN film 109, and a W film 110 (metal gate electrode 111) in the gate trench 106.

次いで、図32(h)に示すように、レジスト膜112をマスクにソース/ドレイン溝113を形成する。そして、図32(i)に示すように、レジスト膜112を除去した後、ダマシン法を用いてソース/ドレイン溝113内にEr膜114を形成する。そして、低温で(例えば450℃以下で)Er膜114とエクステンション領域2112aとのシリサイド反応を起こさせてシリサイドメタル(ErSi2 )を形成し、ショットキー接合ソース/ドレイン115を形成する。 Next, as shown in FIG. 32H, a source / drain trench 113 is formed using the resist film 112 as a mask. Then, as shown in FIG. 32 (i), after removing the resist film 112, an Er film 114 is formed in the source / drain trench 113 by using a damascene method. Then, silicide reaction between the Er film 114 and the extension region 2112a is caused at a low temperature (for example, at 450 ° C. or lower) to form silicide metal (ErSi 2 ), and Schottky junction source / drain 115 is formed.

本実施例によれば、第9の実施例と同様の効果(メリット)が得られる。それ以外にも以下のようなメリットが得られる。すなわち、層間膜TEOSの下に10nm程度のシリコン窒化膜と5nm程度のSiO2 膜の積層膜を形成しているため、ゲート形成予定領域のTEOSをRIE(Reactive-ion-etching)法でエッチングしゲート溝を形成するとき、シリコン窒化膜が、RIEストッパーの役目を果たし、シリコン基板がエッチングされたり、RIEダメージを受けたりするのを防ぐことができる。従って、MOS界面の特性が著しく改善する。 According to the present embodiment, the same effect (merit) as in the ninth embodiment can be obtained. In addition, the following advantages can be obtained. That is, since a laminated film of a silicon nitride film of about 10 nm and a SiO 2 film of about 5 nm is formed under the interlayer film TEOS, the TEOS in the gate formation scheduled region is etched by RIE (Reactive-ion-etching) method. When forming the gate trench, the silicon nitride film serves as an RIE stopper, and the silicon substrate can be prevented from being etched or subjected to RIE damage. Therefore, the characteristics of the MOS interface are remarkably improved.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ゲート絶縁膜の材料が高誘電体膜であり、ゲート電極の材料が金属であったが、ゲート絶縁膜の材料が高誘電体膜で、ゲート電極の材料は金属でなくても良い。また、ゲート電極の材料が金属で、ゲート絶縁膜の材料が高誘電体膜でなくても良い。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the above embodiment, the material of the gate insulating film is a high dielectric film and the material of the gate electrode is a metal. However, the material of the gate insulating film is a high dielectric film, and the material of the gate electrode is a metal. It is not necessary. Further, the material of the gate electrode may be a metal, and the material of the gate insulating film may not be a high dielectric film.

その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。   In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.

第1の実施形態に係わるNMOSFETの構成を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an NMOSFET according to the first embodiment. 図1に示したNMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of NMOSFET shown in FIG. 図1に示したNMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of NMOSFET shown in FIG. 図1に示したNMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of NMOSFET shown in FIG. 図1に示したNMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of NMOSFET shown in FIG. 第2の実施形態に係わるCMOSFETの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of CMOSFET concerning 2nd Embodiment. 図6に示したCMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of CMOSFET shown in FIG. 図6に示したCMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of CMOSFET shown in FIG. 図6に示したCMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of CMOSFET shown in FIG. 第3の実施形態に係わるNMOSFETの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of NMOSFET concerning 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係わるNMOSFETの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of NMOSFET concerning 4th Embodiment. 図11に示したNMOSFETの製造工程を示す工程断面図。FIG. 12 is a process cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the NMOSFET illustrated in FIG. 11. 第5の実施形態に係わるNMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of NMOSFET concerning 5th Embodiment. 第5の実施形態に係わるNMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of NMOSFET concerning 5th Embodiment. 第6の実施形態に係わるNMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of NMOSFET concerning 6th Embodiment. 第7の実施形態に係わるNMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of NMOSFET concerning 7th Embodiment. 第7の実施形態に係わるNMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of NMOSFET concerning 7th Embodiment. 第8の実施形態に係わるCMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of CMOSFET concerning 8th Embodiment. 第8の実施形態に係わるCMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of CMOSFET concerning 8th Embodiment. 第8の実施形態に係わるCMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of CMOSFET concerning 8th Embodiment. 第9の実施形態に係わるNMISFETの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of NMISFET concerning 9th Embodiment. 図21に示したNMISFETの製造工程を示す工程断面図。FIG. 22 is a process cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the NMISFET illustrated in FIG. 21. 図21に示したNMISFETの製造工程を示す工程断面図。FIG. 22 is a process cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the NMISFET illustrated in FIG. 21. 図21に示したNMISFETの製造工程を示す工程断面図。FIG. 22 is a process cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the NMISFET illustrated in FIG. 21. 図21に示したNMISFETの製造工程を示す工程断面図。FIG. 22 is a process cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the NMISFET illustrated in FIG. 21. 第10の実施形態に係わるCMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of CMOSFET concerning 10th Embodiment. 第10の実施形態に係わるCMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of CMOSFET concerning 10th Embodiment. 第10の実施形態に係わるCMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of CMOSFET concerning 10th Embodiment. 第11の実施形態に係わるNMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of NMOSFET concerning 11th Embodiment. 第12の実施形態に係わるNMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of NMOSFET concerning 12th Embodiment. 第12の実施形態に係わるNMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of NMOSFET concerning 12th Embodiment. 第12の実施形態に係わるNMOSFETの製造工程を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing process of NMOSFET concerning 12th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

101…シリコン基板
102…素子分離絶縁膜
103…SiO2 膜
104…層間絶縁膜
105…レジスト膜
106…ゲート溝
107…側壁絶縁膜
108…Ta2O5膜
109…バリアメタルTiN膜
110…Al膜
111…メタルゲート電極
112…レジスト膜
113…ソース/ドレイン溝
114…ソース/ドレイン電極
115…ショットキー接合・ソース/ドレイン
116…層間絶縁膜
117…Al配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Silicon substrate 102 ... Element isolation insulating film 103 ... SiO2 film 104 ... Interlayer insulating film 105 ... Resist film 106 ... Gate groove 107 ... Side wall insulating film 108 ... Ta2O5 film 109 ... Barrier metal TiN film 110 ... Al film 111 ... Metal gate Electrode 112 ... resist film 113 ... source / drain trench 114 ... source / drain electrode 115 ... Schottky junction / source / drain 116 ... interlayer insulating film 117 ... Al wiring

Claims (2)

シリコン基板上に、層間絶縁膜を形成する工程と、
PMISFET及びNMISETのソース及びドレインの形成予定領域間の前記層間絶縁膜を選択的に除去して、ゲート溝を形成する工程と、
前記ゲート溝の側壁に側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート溝の底面に前記シリコン基板を露出させ、露出するシリコン基板の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート溝内にゲート電極を埋め込み形成する工程と、
PMISFETのソース及びドレインの形成予定領域の前記層間絶縁膜を除去して、底部に前記シリコン基板の表面が露出するPMIS側ソース/ドレイン溝を形成する工程と、
前記PMIS側ソース/ドレイン溝内に、第1の金属膜を埋め込み形成し、PMISFETのソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記シリコン基板と前記PMISFETのソース電極及びドレイン電極とを反応させて、該基板とショットキー接合するシリサイド膜を形成して、PMISFETのソース及びドレインを形成する工程と、
NMISFETのソース及びドレインの形成予定領域の前記層間絶縁膜を除去して、底部に前記シリコン基板の表面が露出するNMIS側ソース/ドレイン溝を形成する工程と、
前記NMIS側ソース/ドレイン溝内に、第1の金属膜と異なる材料からなる第2の金属膜を埋め込み形成し、NMISFETのソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記シリコン基板とNMISFETのソース電極及びドレイン電極とを反応させて、該基板とショットキー接合するシリサイド膜を形成して、NMISFETのソース及びドレインを形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an interlayer insulating film on the silicon substrate;
A step of selectively removing the interlayer insulating film between the source and drain formation planned regions of the PMISFET and NMISSET to form a gate trench;
Forming a sidewall insulating film on the sidewall of the gate trench;
Exposing the silicon substrate to the bottom surface of the gate groove and forming a gate insulating film on the exposed surface of the silicon substrate;
Embedding and forming a gate electrode in the gate trench;
Removing the interlayer insulating film in the source and drain formation scheduled regions of the PMISFET, and forming a PMIS side source / drain trench in which the surface of the silicon substrate is exposed at the bottom;
Embedding and forming a first metal film in the PMIS side source / drain trench, and forming a source electrode and a drain electrode of the PMISFET;
Reacting the silicon substrate with the source and drain electrodes of the PMISFET to form a silicide film that forms a Schottky junction with the substrate to form the source and drain of the PMISFET;
Removing the interlayer insulating film in regions where NMISFET sources and drains are to be formed, and forming NMIS side source / drain trenches exposing the surface of the silicon substrate at the bottom;
Embedding and forming a second metal film made of a material different from the first metal film in the NMIS side source / drain trench, and forming a source electrode and a drain electrode of the NMISFET;
A step of reacting the silicon substrate with a source electrode and a drain electrode of an NMISFET to form a silicide film that forms a Schottky junction with the substrate to form a source and a drain of the NMISFET. Manufacturing method.
前記ゲート電極及びゲート絶縁膜は、金属材料及び高誘電体で形成され、前記シリコン基板と前記金属膜との反応は、450℃以下の温度で行われることを特徴とする請求項に記載の半導体装置の製造方法。 The gate electrode and the gate insulating film is formed of a metal material and the high dielectric, reaction between the silicon substrate and the metal film according to claim 1, characterized in that it is carried out at 450 ° C. below the temperature A method for manufacturing a semiconductor device.
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