JP2001024065A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JP2001024065A
JP2001024065A JP11191253A JP19125399A JP2001024065A JP 2001024065 A JP2001024065 A JP 2001024065A JP 11191253 A JP11191253 A JP 11191253A JP 19125399 A JP19125399 A JP 19125399A JP 2001024065 A JP2001024065 A JP 2001024065A
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mos transistor
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a gate electrode of each of MOS transistors is made of a metal or metallic compound, which can easily adjust threshold voltages of the transistors separately. SOLUTION: In the semiconductor device, a pMOS transistor and nMOS transistor are provided on an identical semiconductor substrate, and gate electrodes of the MOS transistors are made of a metal or metallic compound. A gate electrode 47 of the pMOS transistor and a gate electrode 42 of the nMOS transistor are made of materials having different work functions, respectively. The material of the gate electrode 47 of the pMOS transistor is larger in work function than that of the gate electrode 42 of the nMOS transistor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料を埋め込
むことによってゲート電極を形成する半導体装置に係
り、詳しくは複数種のMOSトランジスタのゲート電極
に対して仕事関数の異なる金属材料を埋め込むことによ
り、各MOSトランジスタ間のしきい値の制御を容易に
した、半導体装置とその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device in which a gate electrode is formed by embedding a metal material, and more particularly, by embedding a metal material having a different work function into a gate electrode of a plurality of types of MOS transistors. The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which facilitate control of a threshold value between MOS transistors.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOS(Metal Oxide Semiconductor )
型電界効果トランジスタ(以下、MOSFET)等を備
えた半導体装置では、いわゆる半導体製造におけるスケ
ーリングの法則にしたがい、素子サイズ等が微細化され
続けている。ところが、このような素子サイズの微細
化、縮小に伴い、短チャネル効果によるサブスレッショ
ルド領域特性の劣化や、寄生抵抗および寄生容量効果の
増大による素子の遅延時間の影響、消費電力の増大等の
問題が顕在化している。
2. Description of the Related Art MOS (Metal Oxide Semiconductor)
2. Description of the Related Art In a semiconductor device including a field-effect transistor (hereinafter, referred to as a MOSFET) and the like, the element size and the like continue to be miniaturized according to the so-called scaling law in semiconductor manufacturing. However, as the device size becomes smaller and smaller, problems such as deterioration of subthreshold region characteristics due to a short channel effect, influence of device delay time due to increase in parasitic resistance and parasitic capacitance effects, increase in power consumption, and the like. Has become apparent.

【0003】また、微細化に伴う問題の一つとして、シ
リコン酸化膜をゲート絶縁膜として用いることの限界が
挙げられている。すなわち、ゲート絶縁膜の薄膜化は素
子の性能を上げる一つの重要な技術となっているもの
の、例えば、3nm以下の膜厚のシリコン酸化膜でゲー
ト絶縁膜を形成した場合、ダイレクトトンネル電流によ
るトランジスタのリーク電流が生じ、実用性が損なわれ
てしまう。
One of the problems associated with miniaturization is the limitation of using a silicon oxide film as a gate insulating film. That is, although thinning of the gate insulating film is one of the important technologies for improving the performance of the device, for example, when the gate insulating film is formed of a silicon oxide film having a thickness of 3 nm or less, the transistor by the direct tunnel current is used. Leakage current is generated, and practicality is impaired.

【0004】このような不都合を回避するための対策の
一つとして、ゲート絶縁膜をシリコン酸化膜に比べ誘電
率の高い材料、すなわちTa2 5 やSiN等の高誘電
率材料によって形成し、実効酸化膜厚を低減させつつ、
ゲートリーク電流を低減させる方法が提案されている。
As one of measures for avoiding such inconvenience, a gate insulating film is formed of a material having a higher dielectric constant than a silicon oxide film, that is, a high dielectric material such as Ta 2 O 5 or SiN. While reducing the effective oxide film thickness,
A method for reducing a gate leak current has been proposed.

【0005】ところが、このような高誘電率材料からな
る高誘電体膜をゲート絶縁膜として用いた場合、例えば
ソース及びドレインをイオン注入した後のRTA(10
00℃、10秒)のような半導体基板を高温加熱する高
温熱プロセスを経ると、前記高誘電体膜がシリコンある
いはシリコン酸化膜と反応してしまい、これにより該高
誘電体膜が劣化し、ゲートリークおよび酸化膜信頼性等
について問題を生じてしまう。
However, when a high dielectric film made of such a high dielectric constant material is used as a gate insulating film, for example, RTA (10
(00 ° C., 10 seconds), a high-temperature heat process of heating the semiconductor substrate at a high temperature causes the high-dielectric film to react with silicon or a silicon oxide film, thereby deteriorating the high-dielectric film, Problems such as gate leak and oxide film reliability occur.

【0006】また、微細化に伴う問題の他の一つとし
て、ゲート電極の抵抗成分に起因する素子の遅延時間の
増大が挙げられる。すなわち、従来ではタングステンシ
リサイドやチタンシリサイド、コバルトシリサイド等の
高融点金属とシリコンとの化合物によってゲートの抵抗
を低減しているものの、0.13μm世代以降のデバイ
スではゲートのシート抵抗として5Ω/□以下が要求さ
れていることから、ゲート電極の一部または全部に金属
膜を用いることが必要となっている。
Another problem associated with miniaturization is an increase in the delay time of the device due to the resistance component of the gate electrode. That is, although the gate resistance is conventionally reduced by a compound of silicon and a refractory metal such as tungsten silicide, titanium silicide, or cobalt silicide, the device of 0.13 μm or later has a gate sheet resistance of 5Ω / □ or less. Is required, it is necessary to use a metal film for part or all of the gate electrode.

【0007】ゲート電極の全てに金属を用いる場合、通
常はゲート電極用の金属を成膜し、続いてこれをパター
ニングしてゲート電極を形成するが、金属膜のパターニ
ング(加工)をRIE(反応性イオンエッチング)によ
って行おうとすると、この金属膜と下地となるゲート絶
縁膜との間で十分に高い選択比をとることが難しく、良
好な状態にゲート電極を加工するのが困難である。
When a metal is used for all of the gate electrodes, usually, a metal for the gate electrode is formed and then patterned to form a gate electrode. The metal film is patterned (processed) by RIE (reaction). In this case, it is difficult to obtain a sufficiently high selectivity between the metal film and the underlying gate insulating film, and it is difficult to process the gate electrode in a good state.

【0008】また、MOSFETにおけるソース及びド
レイン領域においては、ゲートをマスクとしてセルフア
ラインでイオン注入を行い、その後、活性化のための高
温の熱プロセスを行うが、このような高温熱プロセスを
行うとゲート電極を構成する金属とゲート絶縁膜とが反
応し、ゲート絶縁膜の信頼性が劣化してしまう。
In the source and drain regions of the MOSFET, ions are implanted in a self-aligned manner using the gate as a mask, and then a high-temperature thermal process for activation is performed. The metal constituting the gate electrode reacts with the gate insulating film, and the reliability of the gate insulating film deteriorates.

【0009】近年、素子サイズの微細化を進めるうえ
で、前記した微細化に伴う問題を解決するため、埋め込
みゲート電極が提案されている。埋め込みゲート電極を
形成するには、まず、半導体基板上のゲート電極形成予
定領域にダミーのゲートパターン(以下、ダミーゲート
パターンと称する)を形成し、このダミーゲートパター
ンをマスクにして半導体基板の不純物活性領域をセルフ
アラインで形成する。次いで、層間絶縁膜を形成し、続
いて、ダミーゲートパターンを選択的に除去して形成さ
れた凹部の底部または底部にゲート絶縁膜を形成する。
その後、前記凹部内にゲート電極材料を埋め込み、CM
P法(化学的機械的研磨法)あるいはエッチバックを行
うことにより、埋め込みゲート電極を形成する。
In recent years, buried gate electrodes have been proposed in order to solve the above-described problems associated with the miniaturization of the element size. In order to form a buried gate electrode, first, a dummy gate pattern (hereinafter, referred to as a dummy gate pattern) is formed in a region where a gate electrode is to be formed on a semiconductor substrate. The active region is formed by self-alignment. Next, an interlayer insulating film is formed, and subsequently, a gate insulating film is formed at the bottom or at the bottom of the recess formed by selectively removing the dummy gate pattern.
Thereafter, a gate electrode material is buried in the recess, and CM
A buried gate electrode is formed by performing P method (chemical mechanical polishing method) or etch back.

【0010】したがって、このような埋め込みゲート電
極作製のプロセスにあっては、ゲート電極作製用の金属
膜の加工をRIEを用いることなく行うことから、良好
な状態にゲート電極を加工することができ、またソース
・ドレイン活性化のための高温熱プロセスを行った後
に、新たにゲート絶縁膜および埋め込みゲート電極を作
製することから、埋め込みゲート電極を構成する金属と
ゲート絶縁膜とが反応してゲート絶縁膜の信頼性が劣化
するといった不都合も回避することができる。
Therefore, in such a process of manufacturing a buried gate electrode, the processing of the metal film for manufacturing the gate electrode is performed without using RIE, so that the gate electrode can be processed in a good state. After performing a high-temperature thermal process for activating the source and drain, a new gate insulating film and a buried gate electrode are manufactured. Therefore, the metal constituting the buried gate electrode reacts with the gate insulating film to form a gate. Inconvenience such as deterioration of reliability of the insulating film can be avoided.

【0011】以下、図7〜図9を用いて、CMOSトラ
ンジスタの製造方法に従来の埋め込みゲート電極形成方
法を適用した場合の一例を説明する。なお、本例におい
ては、p型MOSトランジスタの製造プロセスとn型M
OSトランジスタの製造プロセスとがほとんど同じであ
るため、図7〜図9においてはp型MOSトランジスタ
の製造プロセスを省略し、n型MOSトランジスタの製
造プロセスのみを示す。
An example in which a conventional method of forming a buried gate electrode is applied to a method of manufacturing a CMOS transistor will be described with reference to FIGS. In this example, the p-type MOS transistor manufacturing process and the n-type M
Since the manufacturing process of the OS transistor is almost the same, the manufacturing process of the p-type MOS transistor is omitted in FIGS. 7 to 9 and only the manufacturing process of the n-type MOS transistor is shown.

【0012】まず、図7の(1)に示すように、n型ま
たはp型のシリコン基板(図示略)上に、トレンチ法や
LOCOS(Local Oxidation of Si )法などによって
シリコン酸化膜からなる素子分離層1を形成し、活性領
域とフィールド領域を区画する。次に、シリコン基板上
のn型MOSトランジスタとなる活性領域にp型半導体
ウェル2を形成し、シリコン基板上のp型MOSトラン
ジスタとなる活性領域にn型半導体ウェル(図示略)を
形成する。
First, as shown in FIG. 7A, an element made of a silicon oxide film is formed on an n-type or p-type silicon substrate (not shown) by a trench method, a LOCOS (Local Oxidation of Si) method or the like. An isolation layer 1 is formed to define an active region and a field region. Next, a p-type semiconductor well 2 is formed in an active region to be an n-type MOS transistor on the silicon substrate, and an n-type semiconductor well (not shown) is formed in an active region to be a p-type MOS transistor on the silicon substrate.

【0013】次いで、図7の(2)に示すように、エッ
チングによる下地保護のためシリコン基板表面にシリコ
ン酸化膜3を形成する。続いて、ダミーゲートパターン
電極形成用として、CVD法によりポリシリコンを厚さ
200nm程度に堆積し、ポリシリコン膜4を形成す
る。次いで、図7の(3)に示すように、ポリシリコン
膜4上にフォトリソグラフィと現像処理とによってフォ
トレジストパターン5を形成し、続いて、このレジスト
パターン5をマスクにしてポリシリコン膜4をRIE
(Reactivi Ion Etching)によって異方性エッチング
し、図7の(4)に示すように、ダミーゲートパターン
6を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, a silicon oxide film 3 is formed on the surface of the silicon substrate for protecting the underlayer by etching. Subsequently, polysilicon is deposited to a thickness of about 200 nm by a CVD method for forming a dummy gate pattern electrode, and a polysilicon film 4 is formed. Next, as shown in FIG. 7C, a photoresist pattern 5 is formed on the polysilicon film 4 by photolithography and development processing, and then the polysilicon film 4 is formed using the resist pattern 5 as a mask. RIE
Anisotropic etching is performed by (Reactivi Ion Etching) to form a dummy gate pattern 6 as shown in FIG.

【0014】次いで、図7の(5)に示すように、イオ
ン注入法によって低濃度不純物を拡散領域に注入し、L
DD構造における低濃度拡散領域7を形成する。例え
ば、n型MOSトタンジスタの領域には、打ち込みエネ
ルギー10keV、ドーズ量8×1014個/cm2 とす
る条件でヒ素をイオン注入して低濃度拡散領域7を形成
し、また、p型MOSトランジスタ領域には、打ち込み
エネルギー10keV、ドーズ量4×1014個/cm2
とする条件で2フッ化ホウ素(BF2 + )をイオン注入
して低濃度拡散領域(図示略)を形成する。
Next, as shown in FIG. 7 (5), low concentration impurities are implanted into the diffusion region by an ion implantation method.
The low concentration diffusion region 7 in the DD structure is formed. For example, in the region of the n-type MOS Totanjisuta, arsenic ions are implanted to form the lightly doped regions 7 under conditions of implantation energy 10 keV, and a dose of 8 × 10 14 pieces / cm 2, also, p-type MOS transistor The region has an implantation energy of 10 keV and a dose of 4 × 10 14 / cm 2.
Then, boron difluoride (BF 2 + ) is ion-implanted to form a low concentration diffusion region (not shown).

【0015】次いで、図8の(6)に示すように、RT
Aを例えば950℃で10秒間行い、前記低濃度拡散領
域7における不純物を拡散させる。このようなRTAに
よると、不純物は当然横方向にも拡散するため、RTA
後の低濃度拡散領域7はその一部がダミーゲートパター
ン6の直下にまで延び出た状態となる。
Next, as shown in FIG. 8 (6), RT
A is performed, for example, at 950 ° C. for 10 seconds to diffuse the impurities in the low concentration diffusion region 7. According to such an RTA, the impurities naturally diffuse in the lateral direction, so that the RTA
The later low concentration diffusion region 7 is partially extended to just below the dummy gate pattern 6.

【0016】次いで、CVD法によってシリコン基板上
にSiNまたはSiO2 を堆積成膜し、続いてこの膜を
エッチバックすることにより、図8の(7)に示すよう
に、ソース・ドレイン形成用のマスクとなるゲートサイ
ドウォール8を形成する。次いで、図8の(8)に示す
ように、イオン注入法によって高濃度不純物を拡散領域
に注入し、トランジスタのソース・ドレイン領域となる
高濃度不純物領域9を形成する。例えば、n型MOSト
ランジスタの領域には、打ち込みエネルギー50ke
V、ドーズ量3×1015個/cm2 の条件でヒ素をイオ
ン注入して高濃度不純物領域9を形成し、また、p型M
OSトランジスタ領域には、打ち込みエネルギー20k
eV、ドーズ量3×1015個/cm2 の条件で二フッ化
ホウ素をイオン注入して高濃度不純物領域(図示略)を
形成する。
Next, SiN or SiO 2 is deposited and deposited on the silicon substrate by the CVD method, and then this film is etched back, as shown in FIG. A gate sidewall 8 serving as a mask is formed. Next, as shown in FIG. 8 (8), a high concentration impurity is implanted into the diffusion region by an ion implantation method to form a high concentration impurity region 9 serving as a source / drain region of the transistor. For example, the implantation energy of 50 ke
V, arsenic is ion-implanted under the conditions of a dose of 3 × 10 15 / cm 2 to form a high-concentration impurity region 9.
In the OS transistor region, the implantation energy is 20 k
Boron difluoride is ion-implanted under conditions of eV and a dose of 3 × 10 15 / cm 2 to form a high-concentration impurity region (not shown).

【0017】次いで、図8の(9)に示すように、RT
Aを例えば1000℃で10秒間行い、前記高濃度拡散
領域9における不純物を活性化させる。次いで、図8の
(10)に示すように、ダミーゲートパターン6および
サイドウォール8を覆って層間絶縁膜10を形成する。
ここで、前記サイドウォール8としてSiNを用いた場
合、この層間絶縁膜10としてSiO2 を用いれば、サ
イドウォール8はソース・ドレインを形成するためのマ
スクとなるだけでなく、活性領域のコンタクトホール、
すなわちソース・ドレイン領域と上部メタル配線とを接
続するためのコンタクトホールを形成する際のエッチン
グ停止層となり、コンタクトホール内に埋め込まれる導
電材料とゲート電極の側壁との接触を防止するものとな
る。
Next, as shown in FIG. 8 (9), RT
A is performed, for example, at 1000 ° C. for 10 seconds to activate the impurities in the high concentration diffusion region 9. Next, as shown in (10) of FIG. 8, an interlayer insulating film 10 is formed to cover the dummy gate pattern 6 and the sidewalls 8.
Here, when SiN is used as the sidewall 8 and SiO 2 is used as the interlayer insulating film 10, the sidewall 8 not only functions as a mask for forming the source / drain, but also serves as a contact hole in the active region. ,
That is, it becomes an etching stop layer when forming a contact hole for connecting the source / drain region and the upper metal wiring, and prevents contact between the conductive material embedded in the contact hole and the side wall of the gate electrode.

【0018】次いで、CMP法によって層間絶縁膜10
を研磨し、図9の(11)に示すようにダミーゲートパ
ターン6の上面を露出させる。次いで、RIEやウエッ
トエッチングなどの、ダミーゲートパターン6と層間絶
縁膜10との間で選択比のとれるエッチング法によって
ダミーゲートパターン6を選択的にエッチングし、ダミ
ーゲートパターン6を除去する。続いて、ダミーゲート
パターン6の下に位置したシリコン酸化膜3を除去し、
これによって図9の(12)に示すようにダミーゲート
パターン6の形成箇所に凹部11を形成する。
Next, the interlayer insulating film 10 is formed by the CMP method.
Is polished to expose the upper surface of the dummy gate pattern 6 as shown in FIG. Next, the dummy gate pattern 6 is selectively etched by an etching method, such as RIE or wet etching, which can obtain a selectivity between the dummy gate pattern 6 and the interlayer insulating film 10, and the dummy gate pattern 6 is removed. Subsequently, the silicon oxide film 3 located under the dummy gate pattern 6 is removed,
As a result, the concave portion 11 is formed at the place where the dummy gate pattern 6 is formed, as shown in FIG.

【0019】次いで、例えばCVD法によってTa2
5 を堆積成膜し、図9の(13)に示すように前記凹部
11の底面および側面を覆った状態で層間絶縁膜10上
に絶縁膜12を形成する。なお、この絶縁膜12の形成
に代えて、例えば熱酸化法により凹部11の底面、すな
わちシリコン基板表面にSiO2 膜を形成してもよい。
Next, for example, Ta 2 O is formed by CVD.
5 is deposited, and an insulating film 12 is formed on the interlayer insulating film 10 so as to cover the bottom and side surfaces of the concave portion 11 as shown in FIG. Instead of forming the insulating film 12, a SiO 2 film may be formed on the bottom surface of the concave portion 11, that is, on the silicon substrate surface by, for example, a thermal oxidation method.

【0020】次いで、図9の(14)に示すように、C
VD法やスパッタ法等によって前記絶縁膜12上にゲー
ト電極材料を成膜し、ゲート電極膜13を形成する。こ
のゲート電極材料としては、W、Al、Cu、WN、T
iN、Ta等の金属あるいは金属窒化物、ポリシリコン
が用いられる。次いで、CMP法によって層間絶縁膜1
0上のゲート電極膜13および絶縁膜12を研磨し、図
9の(15)に示すように前記凹部11内にのみゲート
電極膜13および絶縁膜12を残すことにより、埋め込
みゲート電極13aおよびゲート絶縁膜12aを形成す
る。その後、層間絶縁膜(図示略)を積層し、さらに配
線とトランジスタ部とを接続するコンタクトを開孔して
通常の配線工程を終了し、半導体装置を得る。
Next, as shown in FIG.
A gate electrode material is formed on the insulating film 12 by a VD method, a sputtering method, or the like, and a gate electrode film 13 is formed. As the gate electrode material, W, Al, Cu, WN, T
A metal such as iN or Ta, a metal nitride, or polysilicon is used. Next, the interlayer insulating film 1 is formed by the CMP method.
The gate electrode film 13 and the insulating film 12 are polished and the gate electrode film 13 and the insulating film 12 are left only in the concave portion 11 as shown in FIG. An insulating film 12a is formed. Thereafter, an interlayer insulating film (not shown) is laminated, and further, a contact for connecting the wiring and the transistor portion is opened to complete a normal wiring process, thereby obtaining a semiconductor device.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法にあっては、例えばMOSFETにおけ
るnMOS領域とpMOS領域とに同一のゲート電極材
料を用いるため、それぞれのMOSFETのしきい値電
圧の制御を例えばシリコン基板に導入する不純物の濃度
等によって行わなければならず、したがってnMOSと
pMOSのしきい値電圧を共にしかも容易に調整するの
が困難であった。
However, in such a conventional method, since the same gate electrode material is used for the nMOS region and the pMOS region in the MOSFET, for example, the threshold voltage of each MOSFET is reduced. Control must be performed, for example, by the concentration of impurities introduced into the silicon substrate. Therefore, it has been difficult to easily and easily adjust both the threshold voltages of the nMOS and the pMOS.

【0022】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、同一基板上に複数のMO
Sトランジスタを有し、これらMOSトランジスタのゲ
ート電極を金属あるいは金属化合物からなる材料で形成
した半導体装置において、それぞれのトランジスタに対
してそのしきい値電圧を別々にしかも容易に調整した、
半導体装置とその製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a plurality of MOs on the same substrate.
In a semiconductor device having an S transistor and a gate electrode of these MOS transistors formed of a material made of a metal or a metal compound, the threshold voltage of each transistor is separately and easily adjusted.
An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明における請求項1
記載の半導体装置では、同一半導体基板上にpMOSト
ランジスタとnMOSトランジスタとを有し、これらM
OSトランジスタのゲート電極が金属あるいは金属化合
物からなる材料で形成された半導体装置において、pM
OSトランジスタのゲート電極とnMOSトランジスタ
のゲート電極とが仕事関数の異なる材料からなり、nM
OSトランジスタのゲート電極に比べ、pMOSトラン
ジスタのゲート電極の方が仕事関数の大きい材料によっ
て形成されていることを前記課題の解決手段とした。
Means for Solving the Problems Claim 1 of the present invention
In the described semiconductor device, a pMOS transistor and an nMOS transistor are provided on the same semiconductor substrate.
In a semiconductor device in which a gate electrode of an OS transistor is formed of a material made of a metal or a metal compound, pM
The gate electrode of the OS transistor and the gate electrode of the nMOS transistor are made of materials having different work functions.
The solution to the above problem is that the gate electrode of the pMOS transistor is formed of a material having a larger work function than the gate electrode of the OS transistor.

【0024】この半導体装置によれば、nMOSトラン
ジスタのゲート電極に比べ、pMOSトランジスタのゲ
ート電極の方を仕事関数の大きい材料によって形成して
いるので、nMOS、pMOSが共に、しきい値制御が
容易になる。
According to this semiconductor device, since the gate electrode of the pMOS transistor is formed of a material having a larger work function than the gate electrode of the nMOS transistor, threshold control of both the nMOS and the pMOS is easy. become.

【0025】請求項3記載の半導体装置では、同一半導
体基板上に同一の導電型である第1MOSトランジスタ
と第2MOSトランジスタとを有し、これらMOSトラ
ンジスタのゲート電極が金属あるいは金属化合物からな
る材料で形成された半導体装置において、第1MOSト
ランジスタと第2MOSトランジスタとは、それぞれの
ゲート電極が互いに仕事関数の異なる材料からなること
により、しきい値電圧が異なって形成されていることを
前記課題の解決手段とした。
According to a third aspect of the present invention, a first MOS transistor and a second MOS transistor of the same conductivity type are provided on the same semiconductor substrate, and the gate electrodes of these MOS transistors are made of a metal or a metal compound. In the formed semiconductor device, the first MOS transistor and the second MOS transistor have different threshold voltages because their gate electrodes are made of materials having different work functions. Means.

【0026】この半導体装置によれば、第1MOSトラ
ンジスタと第2MOSトランジスタとが、それぞれのゲ
ート電極が互いに仕事関数の異なる材料からなっている
ことにより、しきい値電圧が異なって形成されているの
で、しきい値電圧の制御が従来のごとく基板に導入する
不純物の濃度のみで行うことなく、ゲート電極の材料に
よって容易に調整可能となる。
According to this semiconductor device, the first MOS transistor and the second MOS transistor have different threshold voltages because their gate electrodes are made of materials having different work functions. In addition, the threshold voltage can be easily adjusted by the material of the gate electrode without controlling the threshold voltage only by the concentration of the impurity introduced into the substrate as in the related art.

【0027】請求項5記載の半導体装置の製造方法で
は、半導体基板上の、pMOSトランジスタ形成領域お
よびnMOSトランジスタ形成領域のそれぞれのゲート
形成予定領域にゲートパターンを形成する工程と、これ
らゲートパターンをマスクとして前記pMOSトランジ
スタ形成領域およびnMOSトランジスタ形成領域のそ
れぞれに不純物を注入し、電気的活性領域を形成する工
程と、電気的活性領域形成後、前記ゲートパターンの側
壁部に絶縁膜からなるサイドウォールを形成する工程
と、サイドウォール形成後、前記ゲートパターンを選択
的に除去する工程と、前記ゲートパターンを除去したこ
とによって形成された凹部の底部にゲート絶縁膜を形成
する工程と、前記nMOSトランジスタ形成領域の前記
凹部内に、該凹部内のゲート絶縁膜を覆って金属あるい
は金属化合物からなる第1の材料を埋め込んで、ゲート
電極を形成するとともに、前記pMOSトランジスタ形
成領域の前記凹部内に、該凹部内のゲート絶縁膜を覆っ
て金属あるいは金属化合物からなり前記第1の材料より
仕事関数の大きい第2の材料を埋め込んで、ゲート電極
を形成する工程と、を備えたことを前記課題の解決手段
とした。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of forming a gate pattern in each of a pMOS transistor formation region and an nMOS transistor formation region on a semiconductor substrate, and masking these gate patterns. Implanting impurities into each of the pMOS transistor formation region and the nMOS transistor formation region to form an electrically active region; and forming an electrically active region, and forming a sidewall made of an insulating film on a sidewall of the gate pattern. Forming, selectively removing the gate pattern after forming the sidewall, forming a gate insulating film at the bottom of a recess formed by removing the gate pattern, forming the nMOS transistor. Within the recess in the region, A first material made of a metal or a metal compound is buried to cover the gate insulating film to form a gate electrode, and a metal is formed in the recess in the pMOS transistor formation region by covering the gate insulating film in the recess. Alternatively, the present invention provides a means for solving the above-mentioned problem, comprising: embedding a second material made of a metal compound and having a higher work function than the first material to form a gate electrode.

【0028】この半導体装置の製造方法によれば、pM
OSトランジスタ形成領域の凹部内に、該凹部内のゲー
ト絶縁膜を覆って金属あるいは金属化合物からなる第2
の材料を埋め込んでゲート電極を形成するとともに、こ
の第2の材料をnMOSトランジスタ形成領域の凹部内
に埋め込んだ第1の材料より仕事関数の大きいものとす
るので、本方法では得られる半導体装置におけるnMO
SおよびpMOSのしきい値制御が容易になる。
According to this method of manufacturing a semiconductor device, pM
In the concave portion of the OS transistor formation region, a second metal or metal compound covering the gate insulating film in the concave portion is formed.
To form a gate electrode, and the second material has a higher work function than the first material embedded in the concave portion of the nMOS transistor formation region. nMO
Threshold control of S and pMOS becomes easy.

【0029】請求項7記載の半導体装置の製造方法で
は、半導体基板上の、第1MOSトランジスタ形成領域
および第2MOSトランジスタ形成領域のそれぞれのゲ
ート形成予定領域にゲートパターンを形成する工程と、
これらゲートパターンをマスクとして前記第1MOSト
ランジスタ形成領域および第2MOSトランジスタ形成
領域のそれぞれに不純物を注入し、電気的活性領域を形
成する工程と、電気的活性領域形成後、前記ゲートパタ
ーンの側壁部に絶縁膜からなるサイドウォールを形成す
る工程と、サイドウォール形成後、前記ゲートパターン
を選択的に除去する工程と、前記ゲートパターンを除去
したことによって形成された凹部の底部にゲート絶縁膜
を形成する工程と、前記第1MOSトランジスタ形成領
域の前記凹部内に、該凹部内のゲート絶縁膜を覆って金
属あるいは金属化合物からなる第1の材料を埋め込ん
で、ゲート電極を形成するとともに、前記第2MOSト
ランジスタ形成領域の前記凹部内に、該凹部内のゲート
絶縁膜を覆って金属あるいは金属化合物からなり前記第
1の材料と仕事関数の異なる第2の材料を埋め込んで、
ゲート電極を形成する工程と、を備えたことを前記課題
の解決手段とした。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a gate pattern in each of the first MOS transistor formation region and the second MOS transistor formation region on the semiconductor substrate is provided.
A step of implanting impurities into each of the first MOS transistor formation region and the second MOS transistor formation region using these gate patterns as masks to form an electrically active region; A step of forming a sidewall made of an insulating film, a step of selectively removing the gate pattern after the formation of the sidewall, and a step of forming a gate insulating film at the bottom of a concave portion formed by removing the gate pattern Forming a first electrode made of a metal or a metal compound in the concave portion of the first MOS transistor formation region so as to cover a gate insulating film in the concave portion, thereby forming a gate electrode, and forming the second MOS transistor A metal is formed in the recess in the formation region by covering the gate insulating film in the recess. Rui embed different second work function material and the first material consists of a metal compound,
And a step of forming a gate electrode.

【0030】この半導体装置の製造方法によれば、第2
MOSトランジスタ形成領域の凹部内に、該凹部内のゲ
ート絶縁膜を覆って金属あるいは金属化合物からなる第
2の材料を埋め込んでゲート電極を形成するとともに、
この第2の材料を第1MOSトランジスタ形成領域の凹
部内に埋め込んだ第1の材料と仕事関数の異なるものと
するので、しきい値電圧の制御を従来のごとく基板に導
入する不純物の濃度のみで行うことなく、ゲート電極の
材料によって容易に調整可能となる。
According to this method of manufacturing a semiconductor device, the second
Forming a gate electrode by burying a second material made of a metal or a metal compound in the concave portion of the MOS transistor formation region so as to cover the gate insulating film in the concave portion;
Since the second material has a work function different from that of the first material buried in the concave portion of the first MOS transistor formation region, the threshold voltage can be controlled only by the impurity concentration introduced into the substrate as in the conventional case. Without this, it can be easily adjusted by the material of the gate electrode.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図1〜図5は、本発明における請求項5記載の半導体装
置の製造方法を、埋め込みゲート電極を有したCMOS
トランジスタの製造方法に適用した場合の、一実施形態
例を示す図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.
FIGS. 1 to 5 show a method of manufacturing a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an embodiment when applied to a method for manufacturing a transistor.

【0032】本例では、まず、図1の(1)に示すよう
に、n型またはp型のシリコン基板(図示略)上に、ト
レンチ法やLOCOS法などによってシリコン酸化膜か
らなる素子分離層20を形成し、活性領域とフィールド
領域を区画する。次に、シリコン基板上のn型MOSト
ランジスタとなる活性領域(以下、nMOS形成領域と
称する)にp型半導体ウェル21を形成し、シリコン基
板上のp型MOSトランジスタとなる活性領域(以下、
pMOS形成領域と称する)にn型半導体ウェル22を
形成する。
In this example, first, as shown in FIG. 1A, an element isolation layer made of a silicon oxide film is formed on an n-type or p-type silicon substrate (not shown) by a trench method, a LOCOS method, or the like. 20 are formed to define an active region and a field region. Next, a p-type semiconductor well 21 is formed in an active region (hereinafter, referred to as an nMOS formation region) to be an n-type MOS transistor on the silicon substrate, and an active region (hereinafter, referred to as a p-type MOS transistor) on the silicon substrate is formed.
An n-type semiconductor well 22 is formed in a pMOS formation region.

【0033】次いで、図1の(2)に示すように、エッ
チングによる下地保護のためシリコン基板表面にシリコ
ン酸化膜23を形成する。続いて、ダミーゲートパター
ン電極形成用として、CVD法によりポリシリコンを厚
さ200nm程度に堆積し、ポリシリコン膜24を形成
する。
Next, as shown in FIG. 1B, a silicon oxide film 23 is formed on the surface of the silicon substrate for protecting the underlayer by etching. Subsequently, polysilicon is deposited to a thickness of about 200 nm by a CVD method for forming a dummy gate pattern electrode, and a polysilicon film 24 is formed.

【0034】次いで、図1の(3)に示すように、ポリ
シリコン膜24上にフォトリソグラフィと現像処理とに
よってフォトレジストパターン25を形成し、続いて、
このレジストパターン25をマスクにしてポリシリコン
膜4をRIE法によって異方性エッチングし、図1の
(4)に示すように、nMOS形成領域に本発明におい
てゲートパターンとなるダミーゲートパターン26nを
形成し、さらに同様にしてpMOS形成領域にダミーゲ
ートパターン26pを形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, a photoresist pattern 25 is formed on the polysilicon film 24 by photolithography and development processing.
Using the resist pattern 25 as a mask, the polysilicon film 4 is anisotropically etched by the RIE method to form a dummy gate pattern 26n serving as a gate pattern in the present invention in the nMOS formation region as shown in FIG. Then, a dummy gate pattern 26p is formed in the pMOS formation region in the same manner.

【0035】次いで、図2の(5)に示すようにフォト
リソグラフィと現像処理とによってダミーゲートパター
ン26pおよびpMOS形成領域を覆った状態にフォト
レジスト膜27を形成し、続いて、イオン注入法によっ
て低濃度不純物をnMOS形成領域における拡散領域に
注入し、LDD構造における低濃度拡散領域28を形成
する。例えば、打ち込みエネルギー10keV、ドーズ
量8×1014個/cm2 とする条件でヒ素をイオン注入
して、このnMOS形成領域における低濃度拡散領域2
8を形成する。この後、フォレジスト膜27を除去す
る。
Next, as shown in FIG. 2 (5), a photoresist film 27 is formed by photolithography and development processing so as to cover the dummy gate pattern 26p and the pMOS formation region, and then by ion implantation. A low concentration impurity is implanted into the diffusion region in the nMOS formation region to form a low concentration diffusion region in the LDD structure. For example, implantation energy 10 keV, arsenic is ion-implanted under the conditions of a dose of 8 × 10 14 pieces / cm 2, the low concentration diffusion region 2 in the nMOS forming area
8 is formed. Thereafter, the photoresist film 27 is removed.

【0036】次いで、図2の(6)に示すようにフォト
リソグラフィと現像処理とによってダミーゲートパター
ン26nおよびnMOS形成領域を覆った状態にフォト
レジスト膜29を形成し、続いて、イオン注入法によっ
て低濃度不純物をpMOS形成領域における拡散領域に
注入し、LDD構造における低濃度拡散領域30を形成
する。例えば、打ち込みエネルギー10keV、ドーズ
量4×1014個/cm2 とする条件で2フッ化ホウ素
(BF2 + )をイオン注入して、このpMOS形成領域
における低濃度拡散領域30を形成する。この後、フォ
レジスト膜29を除去する。
Next, as shown in FIG. 2 (6), a photoresist film 29 is formed so as to cover the dummy gate pattern 26n and the nMOS formation region by photolithography and development processing, and then by ion implantation. A low concentration impurity is implanted into the diffusion region in the pMOS formation region to form a low concentration diffusion region 30 in the LDD structure. For example, boron difluoride (BF 2 + ) is ion-implanted under the conditions of an implantation energy of 10 keV and a dose of 4 × 10 14 / cm 2 to form the low concentration diffusion region 30 in the pMOS formation region. Thereafter, the photoresist film 29 is removed.

【0037】次いで、CVD法によってシリコン基板上
にSiNまたはSiO2 を堆積成膜し、続いてこの膜を
エッチバックすることにより、図2の(7)に示すよう
にダミーゲートパターン26n、26pのそれぞれの側
壁に、ソース・ドレイン形成用のマスクとなるサイドウ
ォール31を形成する。
Next, SiN or SiO 2 is deposited and deposited on the silicon substrate by the CVD method, and then this film is etched back to form dummy gate patterns 26n and 26p as shown in FIG. On each side wall, a side wall 31 serving as a mask for forming a source / drain is formed.

【0038】次いで、図2の(8)に示すようにフォト
リソグラフィと現像処理とによってダミーゲートパター
ン26pとそのサイドウォール31およびpMOS形成
領域を覆った状態にフォトレジスト膜32を形成し、続
いて、イオン注入法によって高濃度不純物をnMOS形
成領域における拡散領域に注入し、トランジスタの高濃
度拡散領域33を形成する。例えば、打ち込みエネルギ
ー50keV、ドーズ量3×1015個/cm2 とする条
件でヒ素をイオン注入して、このnMOS形成領域にお
ける高濃度拡散領域33を形成する。この後、フォレジ
スト膜32を除去する。
Next, as shown in FIG. 2D, a photoresist film 32 is formed by photolithography and development processing so as to cover the dummy gate pattern 26p, its side wall 31, and the pMOS formation region. Then, high-concentration impurities are implanted into the diffusion region in the nMOS formation region by ion implantation to form a high-concentration diffusion region 33 of the transistor. For example, arsenic is ion-implanted under the conditions of an implantation energy of 50 keV and a dose of 3 × 10 15 / cm 2 to form a high concentration diffusion region 33 in the nMOS formation region. Thereafter, the photoresist film 32 is removed.

【0039】次いで、図3の(9)に示すようにフォト
リソグラフィと現像処理とによってダミーゲートパター
ン26nとそのサイドウォール31およびnMOS形成
領域を覆った状態にフォトレジスト膜34を形成し、続
いて、イオン注入法によって高濃度不純物をpMOS形
成領域における拡散領域に注入し、トランジスタの高濃
度拡散領域(図示略)を形成する。例えば、打ち込みエ
ネルギー20keV、ドーズ量3×1015個/cm2
する条件で2フッ化ホウ素(BF2 + )をイオン注入し
て、このpMOS形成領域における高濃度拡散領域を形
成する。この後、フォレジスト膜34を除去する。次い
で、RTA処理を例えば1000℃で10秒間行い、n
MOS形成領域の高濃度拡散領域33、pMOS形成領
域の高濃度拡散領域(図示略)における不純物を共に活
性化させ、ソース・ドレイン領域35を形成する。
Next, as shown in FIG. 3 (9), a photoresist film 34 is formed by photolithography and development processing so as to cover the dummy gate pattern 26n, its side wall 31, and the nMOS formation region. A high-concentration impurity is implanted into the diffusion region in the pMOS formation region by ion implantation to form a high-concentration diffusion region (not shown) of the transistor. For example, boron difluoride (BF 2 + ) is ion-implanted under the conditions of an implantation energy of 20 keV and a dose of 3 × 10 15 / cm 2 to form a high concentration diffusion region in the pMOS formation region. Thereafter, the photoresist film 34 is removed. Next, RTA processing is performed at, for example, 1000 ° C. for 10 seconds, and n
The impurities in the high-concentration diffusion region 33 in the MOS formation region and the high-concentration diffusion region (not shown) in the pMOS formation region are both activated to form the source / drain regions 35.

【0040】次いで、図3の(10)に示すように、ダ
ミーゲートパターン26n、26pとそのサイドウォー
ル31を覆って層間絶縁膜36を形成する。ここで、前
記サイドウォール31としてSiNを用いた場合、この
層間絶縁膜36としてSiO2 を用いれば、サイドウォ
ール31はソース・ドレインを形成するためのマスクと
なるだけでなく、活性領域のコンタクトホール、すなわ
ちソース・ドレイン領域と上部メタル配線とを接続する
ためのコンタクトホールを形成する際のエッチング停止
層となり、コンタクトホール内に埋め込まれる導電材料
とゲート電極の側壁との接触を防止するものとなる。
Next, as shown in FIG. 3 (10), an interlayer insulating film 36 is formed to cover the dummy gate patterns 26n and 26p and the side walls 31 thereof. Here, when SiN is used for the side wall 31 and SiO 2 is used for the interlayer insulating film 36, the side wall 31 not only functions as a mask for forming the source / drain, but also serves as a contact hole in the active region. In other words, it becomes an etching stop layer when forming a contact hole for connecting the source / drain region and the upper metal wiring, and prevents contact between the conductive material embedded in the contact hole and the side wall of the gate electrode. .

【0041】次いで、CMP法によって層間絶縁膜36
を研磨し、図3の(11)に示すようにダミーゲートパ
ターン26n、26pの上面をそれぞれ露出させる。次
いで、図3の(12)に示すようにフォトリソグラフィ
と現像処理とによってダミーゲートパターン26pとそ
のサイドウォール31およびpMOS形成領域を覆った
状態にフォトレジスト膜37を形成する。
Next, the interlayer insulating film 36 is formed by the CMP method.
Is polished to expose the upper surfaces of the dummy gate patterns 26n and 26p, respectively, as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 3 (12), a photoresist film 37 is formed by photolithography and development processing so as to cover the dummy gate pattern 26p, its side wall 31, and the pMOS formation region.

【0042】次いで、RIEやウエットエッチングなど
の、ダミーゲートパターン26nと層間絶縁膜36との
間で選択比のとれるエッチング法によってダミーゲート
パターン26nを選択的にエッチングし、ダミーゲート
パターン26nを除去する。続いて、このダミーゲート
パターン26nの下のシリコン酸化膜23を除去し、こ
れによってダミーゲートパターン26nの形成箇所に凹
部38nを形成する。この後、フォレジスト膜37を除
去する。
Next, the dummy gate pattern 26n is selectively etched by an etching method such as RIE or wet etching that can obtain a selectivity between the dummy gate pattern 26n and the interlayer insulating film 36, and the dummy gate pattern 26n is removed. . Subsequently, the silicon oxide film 23 under the dummy gate pattern 26n is removed, thereby forming a concave portion 38n at a position where the dummy gate pattern 26n is formed. Thereafter, the photoresist film 37 is removed.

【0043】次いで、例えばCVD法によってTa2
5 を堆積成膜し、図4の(13)に示すように前記凹部
38nの底面および側面を覆った状態で層間絶縁膜36
上に絶縁膜39を形成する。なお、この絶縁膜39の形
成に代えて、例えば熱酸化法により凹部38nの底面、
すなわちシリコン基板表面にSiO2 膜を形成してもよ
い。
Next, for example, Ta 2 O is formed by CVD.
5 is deposited and the interlayer insulating film 36 is covered with the bottom and side surfaces of the recess 38n as shown in FIG.
An insulating film 39 is formed thereon. Note that, instead of forming the insulating film 39, the bottom surface of the concave portion 38n is formed by, for example, a thermal oxidation method.
That is, a SiO 2 film may be formed on the surface of the silicon substrate.

【0044】次いで、CVD法やスパッタ法等により、
前記絶縁膜39上にゲート電極材料として導電膜材料を
成膜し、図4の(14)に示すように導電膜40を形成
する。この導電膜材料としては、後述するpMOS形成
領域側の凹部内に成膜する導電膜材料に比べ、仕事関数
の小さい材料が用いられる。具体的には、W、Al、C
u、WN、TiN、Ta、TaN等の金属あるいは金属
窒化物が用いられ、本例ではTiNが用いられる。
Next, by a CVD method, a sputtering method, or the like,
A conductive film material is formed as a gate electrode material on the insulating film 39, and a conductive film 40 is formed as shown in FIG. As this conductive film material, a material having a smaller work function than a conductive film material formed in a concave portion on the pMOS formation region side described later is used. Specifically, W, Al, C
A metal such as u, WN, TiN, Ta, TaN or a metal nitride is used, and in this example, TiN is used.

【0045】ここで、各金属の仕事関数(φ)は、W;
4.5〔eV〕、Al;4.2〔eV〕、Cu;4.6
〔eV〕、Ti;3.9〔eV〕、Ta;4.1〔e
V〕である。なお、これら金属窒化物についての仕事関
数(φ)は記載しないものの、これら窒化物間において
は対応する金属と同様な関係、すなわち仕事関数(φ)
が高い順にW>Ta>Tiであることから、これらの窒
化物についてもその仕事関数がWN>TaN>TiNの
順で高くなる。このようにして形成した導電膜40は、
この後形成する導電層と前記絶縁膜39との反応を防止
するバリア膜としても機能するようになっている。
Here, the work function (φ) of each metal is W;
4.5 [eV], Al; 4.2 [eV], Cu; 4.6
[EV], Ti; 3.9 [eV], Ta; 4.1 [e
V]. Although the work function (φ) of these metal nitrides is not described, the same relation between these nitrides as the corresponding metal, that is, the work function (φ)
, The work function of these nitrides also increases in the order of WN>TaN> TiN. The conductive film 40 thus formed is
It also functions as a barrier film for preventing the reaction between the conductive layer formed thereafter and the insulating film 39.

【0046】次いで、CVD法やスパッタ法等により、
前記凹部38n内を埋め込んだ状態で前記導電膜40上
に導電層材料を成膜し、導電層41を形成する。導電層
材料としては、前記導電膜材料と同様に、W、Al、C
u、WN、TiN、Ta、TaN等の金属あるいは金属
窒化物が用いられるが、該導電層41と前記導電膜40
とから得られるゲート電極を低抵抗化するため、より低
抵抗で高融点の金属が好適とされ、本例ではWが用いら
れる。
Next, by a CVD method, a sputtering method, or the like,
A conductive layer material is formed on the conductive film 40 in a state where the inside of the concave portion 38n is buried, thereby forming a conductive layer 41. As the conductive layer material, W, Al, C
A metal such as u, WN, TiN, Ta, TaN or a metal nitride is used.
In order to reduce the resistance of the gate electrode obtained from the above, a metal having a lower resistance and a higher melting point is preferable, and W is used in this example.

【0047】次いで、CMP法によって層間絶縁膜36
上の導電層41、導電膜40および絶縁膜39を研磨
し、図4の(15)に示すように前記凹部38n内にの
み導電層41、導電膜40および絶縁膜12を残すこと
により、導電層41と導電膜40とからなる埋め込みゲ
ート電極42およびゲート絶縁膜39aを形成する。次
いで、図4の(16)に示すようにフォトリソグラフィ
と現像処理とによってダミーゲートパターン26nとそ
のサイドウォール31およびnMOS形成領域を覆った
状態にフォトレジスト膜43を形成する。
Next, the interlayer insulating film 36 is formed by the CMP method.
The upper conductive layer 41, the conductive film 40, and the insulating film 39 are polished to leave the conductive layer 41, the conductive film 40, and the insulating film 12 only in the concave portion 38n as shown in FIG. A buried gate electrode made of the layer 41 and the conductive film 40 and a gate insulating film 39a are formed. Next, as shown in FIG. 4 (16), a photoresist film 43 is formed by photolithography and development processing so as to cover the dummy gate pattern 26n, its side wall 31, and the nMOS formation region.

【0048】次いで、RIEやウエットエッチングなど
の、ダミーゲートパターン26pと層間絶縁膜36との
間で選択比のとれるエッチング法によってダミーゲート
パターン26pを選択的にエッチングし、ダミーゲート
パターン26pを除去する。続いて、このダミーゲート
パターン26pの下のシリコン酸化膜23を除去し、こ
れによってダミーゲートパターン26pの形成箇所に凹
部38pを形成する。この後、フォレジスト膜43を除
去する。
Next, the dummy gate pattern 26p is selectively etched by an etching method, such as RIE or wet etching, capable of obtaining a selectivity between the dummy gate pattern 26p and the interlayer insulating film 36, and the dummy gate pattern 26p is removed. . Subsequently, the silicon oxide film 23 under the dummy gate pattern 26p is removed, thereby forming a concave portion 38p at a position where the dummy gate pattern 26p is formed. Thereafter, the photoresist film 43 is removed.

【0049】次いで、例えばCVD法によってTa2
5 を堆積成膜し、図5の(17)に示すように前記凹部
38pの底面および側面を覆った状態で層間絶縁膜36
上に絶縁膜44を形成する。なお、この絶縁膜44の形
成に代えて、例えば熱酸化法により凹部38nの底面、
すなわちシリコン基板表面にSiO2 膜を形成してもよ
い。
Then, for example, Ta 2 O is formed by CVD.
5 is deposited and the interlayer insulating film 36 is covered with the bottom and side surfaces of the recess 38p as shown in FIG.
An insulating film 44 is formed thereon. Note that, instead of forming the insulating film 44, the bottom surface of the concave portion 38n is formed by, for example, a thermal oxidation method.
That is, a SiO 2 film may be formed on the surface of the silicon substrate.

【0050】次いで、CVD法やスパッタ法等により、
前記絶縁膜44上にゲート電極材料として導電膜材料を
成膜し、図5の(18)に示すように導電膜45を形成
する。この導電膜材料としては、前述したように、前記
nMOS形成領域側の凹部38n内に成膜する導電膜材
料に比べ、仕事関数の大きい材料が用いられる。具体的
には、W、Al、Cu、WN、TiN、Ta、TaN等
の金属あるいは金属窒化物が用いられ、本例ではTiN
より仕事関数の大きいWNあるいはTaNが用いられ
る。このようにして形成した導電膜45は、nMOS形
成領域側の導電膜40と同様に、この後形成する導電層
と前記絶縁膜44との反応を防止するバリア膜としても
機能するようになっている。
Next, by a CVD method, a sputtering method, or the like,
A conductive film material is formed as a gate electrode material on the insulating film 44, and a conductive film 45 is formed as shown in FIG. As described above, as the conductive film material, a material having a larger work function than the conductive film material formed in the concave portion 38n on the nMOS formation region side is used. Specifically, a metal such as W, Al, Cu, WN, TiN, Ta, TaN or a metal nitride is used.
WN or TaN having a larger work function is used. The conductive film 45 formed in this manner also functions as a barrier film for preventing a reaction between a conductive layer formed later and the insulating film 44, similarly to the conductive film 40 on the nMOS formation region side. I have.

【0051】次いで、CVD法やスパッタ法等により、
前記凹部38p内を埋め込んだ状態で前記導電膜45上
に導電層材料を成膜し、導電層46を形成する。導電層
材料としては、nMOS形成領域側の導電層材料と同様
に低抵抗で高融点の金属が用いられ、好ましくはnMO
S形成領域側の導電層材料と同じ材料が用いられる。こ
のように導電層材料をnMOS形成領域とpMOS形成
領域とで同じにすれば、得られるゲート電極のシート抵
抗がn型とp型とでほぼ等しくなり、バラツキがほとん
どなくなるからである。したがって、本例ではpMOS
形成領域側の導電層材料にもWが用いられる。
Next, by a CVD method, a sputtering method, or the like,
A conductive layer material is formed on the conductive film 45 in a state where the inside of the concave portion 38p is buried, so that a conductive layer 46 is formed. As the conductive layer material, a metal having a low resistance and a high melting point is used in the same manner as the conductive layer material on the nMOS formation region side.
The same material as the conductive layer material on the S formation region side is used. If the material of the conductive layer is the same in the nMOS formation region and the pMOS formation region in this way, the sheet resistance of the obtained gate electrode becomes substantially equal between the n-type and the p-type, and there is almost no variation. Therefore, in this example, pMOS
W is also used for the conductive layer material on the formation region side.

【0052】次いで、CMP法によって層間絶縁膜44
上の導電層46、導電膜45および絶縁膜44を研磨
し、図5の(19)に示すように前記凹部38p内にの
み導電層46、導電膜45および絶縁膜44を残すこと
により、導電層46と導電膜45とからなる埋め込みゲ
ート電極47およびゲート絶縁膜44aを形成する。そ
の後、層間絶縁膜(図示略)を積層し、さらに配線とト
ランジスタ部とを接続するコンタクトを開孔して通常の
配線工程を終了し、本発明における請求項1記載の半導
体装置の一例となる半導体装置を得る。
Next, the interlayer insulating film 44 is formed by the CMP method.
The upper conductive layer 46, the conductive film 45, and the insulating film 44 are polished to leave the conductive layer 46, the conductive film 45, and the insulating film 44 only in the recess 38p as shown in FIG. A buried gate electrode 47 including the layer 46 and the conductive film 45 and a gate insulating film 44a are formed. Thereafter, an interlayer insulating film (not shown) is laminated, and further, a contact for connecting the wiring and the transistor portion is opened, and the normal wiring process is completed. This is an example of the semiconductor device according to claim 1 of the present invention. Obtain a semiconductor device.

【0053】このようにして得られた半導体装置にあっ
ては、nMOSトランジスタにおける埋め込みゲート電
極42の導電膜40に比べ、pMOSトランジスタにお
ける埋め込みゲート電極47の導電膜45の方が仕事関
数の大きい材料によって形成されているので、実質的に
しきい値電圧を左右する導電膜の仕事関数がこのように
nMOSトランジスタとpMOSトランジスタとで異な
っていることにより、nMOSトランジスタとpMOS
トランジスタとの間のしきい値電圧の調整が従来に比べ
容易になる。
In the semiconductor device thus obtained, the conductive film 45 of the buried gate electrode 47 in the pMOS transistor has a larger work function than the conductive film 40 of the buried gate electrode 42 in the nMOS transistor. Since the work function of the conductive film that substantially determines the threshold voltage is different between the nMOS transistor and the pMOS transistor, the nMOS transistor and the pMOS
Adjustment of the threshold voltage between the transistor and the transistor becomes easier than before.

【0054】また、埋め込みゲート電極42の導電層4
1と埋め込みゲート電極47の導電層46とを同じ金属
材料(本例ではW)で形成しているので、埋め込みゲー
ト電極42のシート抵抗と埋め込みゲート電極47のシ
ート抵抗とをほぼ等しくすることができ、これによりn
MOSとpMOSとの間のバラツキをなくして特性向上
を図ることができる。
The conductive layer 4 of the buried gate electrode 42
1 and the conductive layer 46 of the buried gate electrode 47 are formed of the same metal material (W in this example), so that the sheet resistance of the buried gate electrode 42 and the sheet resistance of the buried gate electrode 47 can be made substantially equal. So that n
The characteristics can be improved by eliminating the variation between the MOS and the pMOS.

【0055】また、この半導体装置の製造方法にあって
は、pMOS形成領域の凹部38p内に埋め込んだ導電
膜材料を、nMOS形成領域の凹部38n内に埋め込ん
だ導電膜材料に比べて仕事関数の大きいものとするの
で、pMOSトランジスタのしきい値電圧をnMOSト
ランジスタのしきい値電圧に近くなるように調整するこ
とができ、したがってnMOSトランジスタとpMOS
トランジスタとの間のしきい値電圧の調整を従来に比べ
容易にすることができる。
In this method of manufacturing a semiconductor device, the conductive film material buried in the recess 38p in the pMOS formation region has a lower work function than the conductive film material buried in the recess 38n in the nMOS formation region. Since the threshold voltage of the pMOS transistor is large, the threshold voltage of the pMOS transistor can be adjusted to be close to the threshold voltage of the nMOS transistor.
Adjustment of the threshold voltage with the transistor can be made easier than before.

【0056】なお、前記実施形態例では、埋め込みゲー
ト電極42(47)を、導電膜40(45)と導電層4
1(46)とによって構成したが、図6に示すように埋
め込みゲート電極42、47をそれぞれ金属あるいは金
属化合物からなる単一層で構成するとともに、nMOS
トランジスタの埋め込みゲート電極42に比べ、pMO
Sトランジスタの埋め込みゲート電極47の方を仕事関
数の大きい材料によって形成してもよく、このような構
成とすれば、図1〜図5に示した実施形態例に比べプロ
セスを簡略化することができ、したがって生産コストの
低減することができる。
In the above embodiment, the buried gate electrode 42 (47) is connected to the conductive film 40 (45) and the conductive layer 4 (45).
1 (46), the buried gate electrodes 42 and 47 are each formed of a single layer made of a metal or a metal compound as shown in FIG.
As compared with the buried gate electrode 42 of the transistor, pMO
The buried gate electrode 47 of the S transistor may be formed of a material having a higher work function. With such a configuration, the process can be simplified as compared with the embodiment shown in FIGS. Therefore, production costs can be reduced.

【0057】また、前記実施形態例では、同一半導体基
板上にpMOSトランジスタとnMOSトランジスタと
を有したCMOSトランジスタの製造方法に、本発明を
適用した例を示したが、本発明はこれに限定されること
なく、同一半導体基板上に同一導電型のMOSトランジ
スタが複数ある場合にも適用することができる。
In the above embodiment, an example is shown in which the present invention is applied to a method of manufacturing a CMOS transistor having a pMOS transistor and an nMOS transistor on the same semiconductor substrate, but the present invention is not limited to this. Instead, the present invention can be applied to a case where there are a plurality of MOS transistors of the same conductivity type on the same semiconductor substrate.

【0058】すなわち、同一導電型のMOSトランジス
タであっても、半導体集積回路(半導体装置)上におい
てその使用目的(用途)が異なる場合に、その使用目的
に応じてしきい値電圧に差をつけたい場合がある。この
ような場合、従来では半導体基板(シリコン基板)に導
入する不純物の濃度を変えることなどで調整していた
が、その後の熱プロセスなどによって不純物濃度が大き
く影響を受けてしまうため、このしきい値電圧の調整を
簡単にはできないのが現状である。
That is, even if the MOS transistors of the same conductivity type have different usage purposes (applications) on a semiconductor integrated circuit (semiconductor device), the threshold voltage is made different depending on the usage purpose. Sometimes you want to. In such a case, conventionally, the adjustment was performed by changing the concentration of the impurity introduced into the semiconductor substrate (silicon substrate). However, the impurity concentration is greatly affected by a subsequent thermal process or the like. At present, it is not possible to easily adjust the value voltage.

【0059】しかして、本発明のごとく使用目的(用
途)の異なるMOSトランジスタ(第1MOSトランジ
スタ)とMOSトランジスタ(第2MOSトランジス
タ)とを、それぞれのゲート電極を互いに仕事関数の異
なる材料で形成することにより、しきい値電圧を異なっ
て形成することができ、したがってしきい値電圧の制御
を従来のごとく基板に導入する不純物の濃度のみで行う
ことなく、ゲート電極の材料によって容易に調整するこ
とができる。
Thus, according to the present invention, the MOS transistors (first MOS transistors) and the MOS transistors (second MOS transistors) having different usage purposes (applications) are formed by forming gate electrodes of materials having different work functions from each other. Therefore, the threshold voltage can be formed differently. Therefore, the threshold voltage can be easily adjusted by the material of the gate electrode without controlling the threshold voltage only by the concentration of the impurity introduced into the substrate as in the related art. it can.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように本発明における請求
項1記載の半導体装置は、nMOSトランジスタのゲー
ト電極に比べ、pMOSトランジスタのゲート電極の方
を仕事関数の大きい材料によって形成したものであるか
ら、通常はnMOSトランジスタに比べてpMOSトラ
ンジスタの方がしきい値電圧が小さいものの、pMOS
トランジスタのしきい値電圧がnMOSトランジスタの
しきい値電圧に近くなるよう調整されたものとなり、し
たがってnMOSトランジスタとpMOSトランジスタ
との間のしきい値電圧の調整が従来に比べ容易なものと
なる。また、このようにnMOSトランジスタとpMO
Sトランジスタとの間でしきい値電圧が調整されている
ことから、この半導体装置を、低消費電力向けデバイス
として低Vth化が必要な半導体装置に適用した場合
に、特に有利となる。
As described above, in the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, the gate electrode of the pMOS transistor is formed of a material having a larger work function than the gate electrode of the nMOS transistor. Although the threshold voltage of the pMOS transistor is usually smaller than that of the nMOS transistor,
The threshold voltage of the transistor is adjusted so as to be close to the threshold voltage of the nMOS transistor. Therefore, the adjustment of the threshold voltage between the nMOS transistor and the pMOS transistor becomes easier than before. Further, as described above, the nMOS transistor and the pMO
Since the threshold voltage is adjusted between the transistor and the S transistor, it is particularly advantageous when the semiconductor device is applied to a semiconductor device requiring low Vth as a device for low power consumption.

【0061】請求項3記載の半導体装置は、第1MOS
トランジスタと第2MOSトランジスタとが、それぞれ
のゲート電極が互いに仕事関数の異なる材料からなって
いることによりしきい値電圧が異なって形成されたもの
であるから、しきい値電圧の制御が従来のごとく基板に
導入する不純物の濃度のみで行うことなく、ゲート電極
の材料によって容易に調整可能なものとなっており、し
たがって同一半導体基板上に使用目的(用途)が異なり
よってしきい値電圧に差をつけたいMOSトランジスタ
がある場合に、その調整を容易に行うことができる。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device, the first MOS
Since the transistor and the second MOS transistor are formed with different threshold voltages because their gate electrodes are made of materials having different work functions, the threshold voltage can be controlled as in the related art. It can be easily adjusted depending on the material of the gate electrode without using only the concentration of the impurity introduced into the substrate. Therefore, the difference in the threshold voltage due to the different purpose of use (application) on the same semiconductor substrate. If there is a MOS transistor to be turned on, the adjustment can be easily performed.

【0062】請求項5記載の半導体装置の製造方法は、
pMOSトランジスタ形成領域の凹部内に、該凹部内の
ゲート絶縁膜を覆って金属あるいは金属化合物からなる
第2の材料を埋め込んでゲート電極を形成するととも
に、この第2の材料をnMOSトランジスタ形成領域の
凹部内に埋め込んだ第1の材料より仕事関数の大きいも
のとする方法であるから、通常はnMOSトランジスタ
に比べてpMOSトランジスタの方がしきい値電圧が小
さくなるものの、本方法では、得られる半導体装置にお
けるpMOSトランジスタのしきい値電圧をnMOSト
ランジスタのしきい値電圧に近くなるように容易に調整
することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device.
A gate electrode is formed by burying a second material made of a metal or a metal compound in the concave portion of the pMOS transistor formation region so as to cover the gate insulating film in the concave portion and to form the second material in the nMOS transistor formation region. Since the p-type MOS transistor has a higher work function than the first material embedded in the recess, the p-MOS transistor usually has a lower threshold voltage than the n-MOS transistor. The threshold voltage of the pMOS transistor in the device can be easily adjusted to be close to the threshold voltage of the nMOS transistor.

【0063】請求項7記載の半導体装置の製造方法は、
第2MOSトランジスタ形成領域の凹部内に、該凹部内
のゲート絶縁膜を覆って金属あるいは金属化合物からな
る第2の材料を埋め込んでゲート電極を形成するととも
に、この第2の材料を第1MOSトランジスタ形成領域
の凹部内に埋め込んだ第1の材料と仕事関数の異なるも
のとする方法であるから、しきい値電圧の制御を従来の
ごとく基板に導入する不純物の濃度のみで行うことな
く、ゲート電極の材料によって容易に調整することがで
きる。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7 is
A second material made of a metal or a metal compound is buried in the concave portion of the second MOS transistor formation region so as to cover the gate insulating film in the concave portion, thereby forming a gate electrode. Since the work function is different from that of the first material embedded in the concave portion of the region, the control of the threshold voltage is not performed only by the concentration of the impurity introduced into the substrate as in the related art, and the It can be easily adjusted depending on the material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(1)〜(4)は、本発明の半導体装置の製造
方法の一実施形態例を工程順に説明するための要部側断
面図である。
FIGS. 1 (1) to 1 (4) are cross-sectional views of essential parts for describing an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.

【図2】(5)〜(8)は、本発明の半導体装置の製造
方法の一実施形態例を示す図であって、図1の(4)に
続く工程を順に説明するための要部側断面図である。
FIGS. 2 (5) to (8) are views showing one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, and are main parts for sequentially explaining steps following (4) in FIG. It is a side sectional view.

【図3】(9)〜(12)は、本発明の半導体装置の製
造方法の一実施形態例を示す図であって、図2の(8)
に続く工程を順に説明するための要部側断面図である。
FIGS. 3 (9) to (12) are views showing one embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, and FIG.
FIG. 8 is a side sectional view of a main part for sequentially describing steps subsequent to FIG.

【図4】(13)〜(16)は、本発明の半導体装置の
製造方法の一実施形態例を示す図であって、図3の(1
2)に続く工程を順に説明するための要部側断面図であ
る。
4 (13) to (16) are views showing one embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, and FIG.
It is a principal part sectional view for demonstrating the process following 2) in order.

【図5】(17)〜(19)は、本発明の半導体装置の
製造方法の一実施形態例を示す図であって、図4の(1
6)に続く工程を順に説明するための要部側断面図であ
る。
5 (17) to (19) are views showing one embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, and FIG.
It is a principal part side sectional view for demonstrating the process following 6) in order.

【図6】本発明の半導体装置の他の実施形態例を示す要
部側断面図である。
FIG. 6 is a side sectional view of a main part showing another embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図7】(1)〜(5)は、従来の半導体装置の製造方
法の一例を工程順に説明するための要部側断面図であ
る。
FIGS. 7 (1) to (5) are cross-sectional views of essential parts for explaining an example of a conventional method for manufacturing a semiconductor device in the order of steps.

【図8】(6)〜(10)は、従来の半導体装置の製造
方法の一例を示す図であって、図7の(5)に続く工程
を順に説明するための要部側断面図である。
FIGS. 8 (6) to (10) are views showing an example of a conventional method for manufacturing a semiconductor device, and are cross-sectional views of essential parts for sequentially describing steps following (5) in FIG. 7; is there.

【図9】(11)〜(15)は、従来の半導体装置の製
造方法の一例を示す図であって、図8の(10)に続く
工程を順に説明するための要部側断面図である。
9 (11) to (15) are views showing an example of a conventional method for manufacturing a semiconductor device, and are cross-sectional side views of essential parts for sequentially explaining steps following (10) in FIG. is there.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

26n,26p…ダミーゲートパターン、36…層間絶
縁膜、38n,38p…凹部、40,45…導電膜、4
1,46…導電層、42,47…埋め込みゲート電極
26n, 26p: dummy gate pattern, 36: interlayer insulating film, 38n, 38p: concave portion, 40, 45: conductive film, 4
1, 46: conductive layer, 42, 47: buried gate electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/336 H01L 29/78 301P Fターム(参考) 4M104 AA01 BB02 BB04 BB17 BB18 BB30 BB32 BB33 CC05 DD03 DD04 DD37 DD43 DD65 DD66 EE09 EE17 GG09 GG10 GG14 HH20 5F040 DA00 DB01 DB03 DC01 EC01 EC04 EC08 EC10 EC12 ED03 EF02 EK01 EK05 FA01 FA02 FA05 FA07 FB02 FC28 5F048 AA00 AA07 AC03 BA01 BB10 BB11 BB15 BC06 BE03 BG02 BG12 BG14 DA25 DA27 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 21/336 H01L 29/78 301P F term (Reference) 4M104 AA01 BB02 BB04 BB17 BB18 BB30 BB32 BB33 CC05 DD03 DD04 DD37 DD43 DD65 DD66 EE09 EE17 GG09 GG10 GG14 HH20 5F040 DA00 DB01 DB03 DC01 EC01 EC04 EC08 EC10 EC12 ED03 EF02 EK01 EK05 FA01 FA02 FA05 FA07 FB02 FC28 5F048 AA00 AA07 AC03 BA01 BB10 BB11 BG15 BG02 BG15 DA06

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 同一半導体基板上にpMOSトランジス
タとnMOSトランジスタとを有し、これらMOSトラ
ンジスタのゲート電極が金属あるいは金属化合物からな
る材料で形成された半導体装置において、 pMOSトランジスタのゲート電極とnMOSトランジ
スタのゲート電極とが仕事関数の異なる材料からなり、
nMOSトランジスタのゲート電極に比べ、pMOSト
ランジスタのゲート電極の方が仕事関数の大きい材料に
よって形成されていることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having a pMOS transistor and an nMOS transistor on the same semiconductor substrate, wherein a gate electrode of the MOS transistor is formed of a material made of a metal or a metal compound. Is made of materials having different work functions,
A semiconductor device, wherein a gate electrode of a pMOS transistor is formed of a material having a larger work function than a gate electrode of an nMOS transistor.
【請求項2】 前記pMOSトランジスタのゲート電極
およびnMOSトランジスタのゲート電極が、それぞれ
ゲート絶縁膜に接する導電膜とこの導電膜上に埋め込ま
れた導電層とを有してなり、nMOSトランジスタのゲ
ート電極の導電膜に比べ、pMOSトランジスタのゲー
ト電極の導電膜の方が仕事関数の大きい材料によって形
成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。
2. A gate electrode of the nMOS transistor, wherein a gate electrode of the pMOS transistor and a gate electrode of the nMOS transistor each include a conductive film in contact with a gate insulating film and a conductive layer embedded on the conductive film. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive film of the gate electrode of the pMOS transistor is formed of a material having a higher work function than the conductive film of (a).
【請求項3】 同一半導体基板上に同一の導電型である
第1MOSトランジスタと第2MOSトランジスタとを
有し、これらMOSトランジスタのゲート電極が金属あ
るいは金属化合物からなる材料で形成された半導体装置
において、 第1MOSトランジスタと第2MOSトランジスタと
は、それぞれのゲート電極が互いに仕事関数の異なる材
料からなることにより、しきい値電圧が異なって形成さ
れていることを特徴とする半導体装置。
3. A semiconductor device having a first MOS transistor and a second MOS transistor of the same conductivity type on the same semiconductor substrate, wherein the gate electrodes of these MOS transistors are formed of a material made of a metal or a metal compound. A semiconductor device, wherein the first MOS transistor and the second MOS transistor have different threshold voltages because their respective gate electrodes are made of materials having different work functions.
【請求項4】 前記第1MOSトランジスタのゲート電
極および第2MOSトランジスタのゲート電極が、それ
ぞれゲート絶縁膜に接する導電膜とこの導電膜上に埋め
込まれた導電層とを有してなり、これら第1MOSトラ
ンジスタのゲート電極の導電膜と第2MOSトランジス
タのゲート電極の導電膜とが互いに仕事関数の異なる材
料によって形成されていることを特徴とする請求項3記
載の半導体装置。
4. A gate electrode of the first MOS transistor and a gate electrode of the second MOS transistor each include a conductive film in contact with a gate insulating film and a conductive layer embedded on the conductive film. 4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the conductive film of the gate electrode of the transistor and the conductive film of the gate electrode of the second MOS transistor are formed of materials having different work functions.
【請求項5】 半導体基板上の、pMOSトランジスタ
形成領域およびnMOSトランジスタ形成領域のそれぞ
れのゲート形成予定領域にゲートパターンを形成する工
程と、 これらゲートパターンをマスクとして前記pMOSトラ
ンジスタ形成領域およびnMOSトランジスタ形成領域
のそれぞれに不純物を注入し、電気的活性領域を形成す
る工程と、 電気的活性領域形成後、前記ゲートパターンの側壁部に
絶縁膜からなるサイドウォールを形成する工程と、 サイドウォール形成後、前記ゲートパターンを選択的に
除去する工程と、 前記ゲートパターンを除去したことによって形成された
凹部の底部にゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記nMOSトランジスタ形成領域の前記凹部内に、該
凹部内のゲート絶縁膜を覆って金属あるいは金属化合物
からなる第1の材料を埋め込んで、ゲート電極を形成す
るとともに、前記pMOSトランジスタ形成領域の前記
凹部内に、該凹部内のゲート絶縁膜を覆って金属あるい
は金属化合物からなり前記第1の材料より仕事関数の大
きい第2の材料を埋め込んで、ゲート電極を形成する工
程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
5. A step of forming a gate pattern in each of a pMOS transistor formation region and an nMOS transistor formation region on a semiconductor substrate, and forming the pMOS transistor formation region and the nMOS transistor formation using these gate patterns as a mask. Implanting impurities into each of the regions to form an electrically active region; forming the electrically active region, forming a sidewall made of an insulating film on a side wall portion of the gate pattern after forming the electrically active region; A step of selectively removing the gate pattern; a step of forming a gate insulating film at a bottom of a concave portion formed by removing the gate pattern; and a step of forming a gate insulating film in the concave portion of the nMOS transistor forming region. Metal or metal covering the gate insulating film A gate material is formed by embedding a first material made of a compound, and a metal or a metal compound is formed in the recess of the pMOS transistor formation region by covering a gate insulating film in the recess. Forming a gate electrode by embedding a second material having a higher work function than the material.
【請求項6】 前記第1の材料および第2の材料が、い
ずれも凹部内のゲート絶縁膜を覆う導電膜材料とこの導
電膜材料の上に設けられる導電層材料とを有してなり、
前記第1の材料の導電膜材料に比べ、前記第2の材料の
導電膜材料の方が仕事関数の大きい材料によって形成さ
れていることを特徴とする請求項5記載の半導体装置の
製造方法。
6. The first material and the second material each include a conductive film material covering a gate insulating film in a recess and a conductive layer material provided on the conductive film material.
6. The method according to claim 5, wherein the conductive material of the second material is formed of a material having a higher work function than the conductive material of the first material.
【請求項7】 半導体基板上の、第1MOSトランジス
タ形成領域および第2MOSトランジスタ形成領域のそ
れぞれのゲート形成予定領域にゲートパターンを形成す
る工程と、 これらゲートパターンをマスクとして前記第1MOSト
ランジスタ形成領域および第2MOSトランジスタ形成
領域のそれぞれに不純物を注入し、電気的活性領域を形
成する工程と、 電気的活性領域形成後、前記ゲートパターンの側壁部に
絶縁膜からなるサイドウォールを形成する工程と、 サイドウォール形成後、前記ゲートパターンを選択的に
除去する工程と、 前記ゲートパターンを除去したことによって形成された
凹部の底部にゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記第1MOSトランジスタ形成領域の前記凹部内に、
該凹部内のゲート絶縁膜を覆って金属あるいは金属化合
物からなる第1の材料を埋め込んで、ゲート電極を形成
するとともに、前記第2MOSトランジスタ形成領域の
前記凹部内に、該凹部内のゲート絶縁膜を覆って金属あ
るいは金属化合物からなり前記第1の材料と仕事関数の
異なる第2の材料を埋め込んで、ゲート電極を形成する
工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
7. A step of forming a gate pattern in each of the first MOS transistor forming region and the second MOS transistor forming region on the semiconductor substrate, and using the gate pattern as a mask to form the first MOS transistor forming region and the second MOS transistor forming region. Implanting an impurity into each of the second MOS transistor formation regions to form an electrically active region, forming an electrically active region, and forming a sidewall made of an insulating film on a side wall of the gate pattern after forming the electrically active region; After the wall is formed, a step of selectively removing the gate pattern; a step of forming a gate insulating film at the bottom of a recess formed by removing the gate pattern; and a step of forming a gate insulating film in the recess in the first MOS transistor formation region. To
A first material made of a metal or a metal compound is buried to cover the gate insulating film in the recess to form a gate electrode, and the gate insulating film in the recess is formed in the recess in the second MOS transistor formation region. And embedding a second material made of a metal or a metal compound and having a work function different from that of the first material to form a gate electrode, thereby forming a gate electrode.
【請求項8】 前記第1の材料および第2の材料が、い
ずれも凹部内のゲート絶縁膜を覆う導電膜材料とこの導
電膜材料の上に設けられる導電層材料とを有してなり、
これら第1の材料の導電膜材料と第2の材料の導電膜材
料とが互いに仕事関数の異なる材料によって形成されて
いることを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造
方法。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first material and the second material each include a conductive film material covering the gate insulating film in the recess and a conductive layer material provided on the conductive film material.
8. The method according to claim 7, wherein the first conductive film material and the second conductive film material are formed of materials having different work functions from each other.
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