JP2003092399A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method for manufacturing the same

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JP2003092399A
JP2003092399A JP2001283273A JP2001283273A JP2003092399A JP 2003092399 A JP2003092399 A JP 2003092399A JP 2001283273 A JP2001283273 A JP 2001283273A JP 2001283273 A JP2001283273 A JP 2001283273A JP 2003092399 A JP2003092399 A JP 2003092399A
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Japan
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semiconductor
semiconductor device
insulating film
region
channel
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JP2001283273A
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Japanese (ja)
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Akira Asai
明 浅井
Takeshi Takagi
剛 高木
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that the configuration and maintenance of an exclusive manufacturing line leads to financial burden since it is necessary to install a semiconductor manufacturing line using different kinds of materials such as Ge separately from a normal silicon semiconductor manufacturing line when elements which are unwelcome to the normal silicon semiconductor element manufacturing line are included in the manufacturing process of a semiconductor element including Ge or C. SOLUTION: A semiconductor including different kinds of materials such as Ge or C is formed only in a channel region where the performance of a semiconductor element is decided by a selective epitaxial technology, and the traveling time of a carrier is shortened so that the high performance of the semiconductor element can be realized. At the same time, the different kinds of materials such as Ge or C are not used outside the channel region so that the possibility of the mutual contamination of Ge or C outside the channel region or a gate insulating film formation process can be minimized. Thus, it is possible to provide a high performance and economical semiconductor element by sharing a normal silicon semiconductor manufacturing line in a plurality of semiconductor manufacturing devices.

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、エピタキシャル成
長による活性領域を有するMISFETとして機能する
半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device which functions as a MISFET having an active region formed by epitaxial growth.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン半導体を用いたMOSFETに代表さ
れる半導体素子は、1つの基板上に集積化され、様々な
機能を与えることができることから、コンピュータに代
表されるように、もはや日常生活になくてはならないも
のになってきている。このシリコン半導体の技術進歩の
スピードは著しいものがあり、現在でも、より高性能で
低価格の集積回路が望まれている。
2. Description of the Related Art A semiconductor element represented by a MOSFET using a silicon semiconductor is integrated on one substrate and can provide various functions. Therefore, as represented by a computer, it is no longer used in daily life. It is becoming essential. The speed of technological progress of this silicon semiconductor is remarkable, and even now, there is a demand for higher performance and lower cost integrated circuits.

【0003】集積回路の性能を上げる有効な手段の一つ
は、半導体素子そのものの性能を上げることであり、今
までは、半導体素子の微細化によって高性能化及び低価
格化を達成してきた。しかしながら、微細化による高性
能化の割合が鈍化してきており、次なる高性能化の手段
の一つとして、シリコン結晶中のキャリアの移動速度を
高めることが有力になってきている。
One of the effective means for improving the performance of the integrated circuit is to improve the performance of the semiconductor element itself, and up to now, the miniaturization of the semiconductor element has achieved higher performance and lower cost. However, the rate of performance improvement due to miniaturization has slowed down, and it is becoming more promising to increase the moving speed of carriers in a silicon crystal as one of the means for the next higher performance.

【0004】このシリコン結晶中のキャリアの移動速度
を高める方法として、特開平10-214906号公報に開示さ
れているように、半導体素子のチャネル材料として、Si
1-XGe X(0≦X≦1)やSi1-X-YGeXCY(0≦X+Y≦1)等の異
種半導体材料を用いる方法や、特開平09-082944号公報
に開示されているように、半導体基板の一部にSi1-XGe X
材料を導入し半導体素子のチャネル領域の結晶に歪を与
える方法がある。
Movement speed of carriers in the silicon crystal
As a method of increasing the value, disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-214906.
As described above, Si is used as a channel material for semiconductor devices.
1-XGe X(0 ≦ X ≦ 1) or Si1-XYGeXCY(0 ≦ X + Y ≦ 1) etc.
Method using seed semiconductor material and Japanese Patent Laid-Open No. 09-082944
As disclosed in,1-XGe X
Introduce a material to strain the crystal in the channel region of a semiconductor device
There is a way to get it.

【0005】従来技術として、選択エピタキシャル法を
用いる方法を、図1を用いて具体的に説明する。
As a conventional technique, a method using the selective epitaxial method will be specifically described with reference to FIG.

【0006】図1(a)は、従来の選択エピタキシャル
法によって成膜されたSi1-XGeXチャネル領域をもつMOSF
ETの断面構造を示している。図1(a)に示すように、
シリコン基板1の表面部には、他の素子と電気的に絶縁
するためのLOCOS分離もしくはトレンチ分離等からなる
素子分離酸化膜2が形成されている。シリコン基板1の
上には、素子分離酸化膜2により覆われていないところ
には、SiGeを材料とする選択エピタキシャル部101が
形成されている。選択エピタキシャル部101の一部の
領域の上にはゲート絶縁膜10が形成されており、ゲー
ト絶縁膜10の上には、ゲートポリシリコン11が形成
されている。ゲートポリシリコン11の周りには側壁保
護膜15が形成されており、側壁保護膜15の両側の選
択エピタキシャル部101には、不純物がドープされた
ソース・ドレイン部14が形成されている。側壁保護膜
15の直下には、トランジスタを高性能化するため、ソ
ース・ドレイン部14より浅い接合であるエクステンシ
ョン部12が形成されている。ゲートポリシリコン11
及びソース・ドレイン部14の上部はトランジスタの寄
生抵抗を低抵抗化するためにチタンシリサイドやコバル
トシリサイドのようなシリサイド金属が形成されてい
る。このトランジスタの上部を覆うように層間絶縁膜1
7が形成され、トランジスタのソース、ドレイン、ゲー
トから電極を引き出すため、タングステンプラグ18と
メタル配線19が形成されている。
FIG. 1A shows a MOSF having a Si 1-X Ge X channel region formed by a conventional selective epitaxial method.
The cross-sectional structure of ET is shown. As shown in FIG.
An element isolation oxide film 2 made of LOCOS isolation or trench isolation for electrical insulation from other elements is formed on the surface of the silicon substrate 1. On the silicon substrate 1, a selective epitaxial portion 101 made of SiGe is formed in a portion not covered with the element isolation oxide film 2. A gate insulating film 10 is formed on a part of the selective epitaxial region 101, and a gate polysilicon 11 is formed on the gate insulating film 10. A sidewall protection film 15 is formed around the gate polysilicon 11, and impurity-doped source / drain portions 14 are formed in the selective epitaxial portions 101 on both sides of the sidewall protection film 15. Immediately below the sidewall protective film 15, an extension portion 12 which is a junction shallower than the source / drain portion 14 is formed in order to improve the performance of the transistor. Gate polysilicon 11
Also, a silicide metal such as titanium silicide or cobalt silicide is formed on the source / drain portion 14 in order to reduce the parasitic resistance of the transistor. The interlayer insulating film 1 is formed so as to cover the upper part of this transistor.
7 is formed, a tungsten plug 18 and a metal wiring 19 are formed in order to draw out electrodes from the source, drain and gate of the transistor.

【0007】この選択エピタキシャル法によるトランジ
スタ製造方法では、半導体基板1に素子分離酸化膜2を
形成した後に、図1(b)のように素子の活性領域に選
択エピタキシャル法によりSi1-XGeX等の結晶を成長させ
る。この結晶成長の後に、ゲート絶縁膜形成工程、ゲー
トパターン形成工程、エクステンション形成工程、側壁
保護膜形成工程、ソース・ドレイン形成工程、サリサイ
ド形成工程、層間絶縁膜形成工程、タングステンプラグ
形成工程、メタル配線形成工程の順に各工程が実施され
る。
In the transistor manufacturing method by the selective epitaxial method, after the element isolation oxide film 2 is formed on the semiconductor substrate 1, Si 1-X Ge X is formed in the active region of the element by the selective epitaxial method as shown in FIG. 1B. Etc. to grow crystals. After this crystal growth, a gate insulating film forming step, a gate pattern forming step, an extension forming step, a sidewall protective film forming step, a source / drain forming step, a salicide forming step, an interlayer insulating film forming step, a tungsten plug forming step, a metal wiring Each process is performed in the order of the forming process.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
な半導体素子では、MOSFETの活性領域全面にSi1-
XGeX結晶が成膜されており、MOSFET形成工程の中
で、ゲート絶縁膜形成工程からソース・ドレイン形成工
程までがGe等のシリコンに対する不純物汚染の課題に
さらされる。
However, in the semiconductor device as described above, the Si 1-
Since the X Ge X crystal is formed, the steps from the gate insulating film forming step to the source / drain forming step in the MOSFET forming step are exposed to the problem of impurity contamination of silicon such as Ge.

【0009】このような場合、使用する製造装置を介し
てのGe等の好まれない元素の相互汚染の問題が発生す
る。例えば、ゲート絶縁膜であるゲート酸化膜中にGeが
混入した場合、耐圧の低下や寿命の低下といった信頼性
不良の発生が懸念される。
In such a case, there arises a problem of cross-contamination of an unfavorable element such as Ge through the manufacturing apparatus used. For example, when Ge is mixed in the gate oxide film which is the gate insulating film, there is a concern that reliability failure such as a decrease in breakdown voltage and a decrease in life may occur.

【0010】従って、このような半導体素子の高性能化
方法は、有力な手段ではあると考えられるが、不純物汚
染に関して敏感なシリコン半導体製造ラインに取っては
導入したくない元素を含んでおり、Ge等の異種材料を使
用する半導体製造ラインを通常のシリコン半導体製造ラ
インと別途設置する必要がある。しかしながら、これら
の製造ラインを構築・保有・維持することは経済的に負
担が大きい。純シリコン半導体素子とGe等の異種材料半
導体素子を、一部専用装置を用いるにしても、同じ製造
装置を用いて生産できれば、その経済的利点は大きい。
Therefore, such a method for improving the performance of a semiconductor device is considered to be an effective means, but it contains an element which is not desired to be introduced into a silicon semiconductor manufacturing line sensitive to impurity contamination, It is necessary to install a semiconductor manufacturing line that uses different materials such as Ge separately from a normal silicon semiconductor manufacturing line. However, it is economically burdensome to build, own, and maintain these manufacturing lines. Even if a pure silicon semiconductor element and a heterogeneous material semiconductor element such as Ge are partially produced using the same production apparatus, the economical advantage thereof is great.

【0011】本発明の目的は、この点に着目し、Ge等の
異種材料を半導体素子の特定の部分にのみ形成し、半導
体素子の高性能化を実現しつつ、製造ラインにとって汚
染物質となるGe等の異種材料の露出を最小限にとどめ、
大半の工程において純シリコン半導体素子と同じ製造装
置を用いることにより、高性能な半導体素子を経済的に
提供することである。
In view of this point, an object of the present invention is to form a heterogeneous material such as Ge only in a specific portion of a semiconductor element to realize high performance of the semiconductor element and become a pollutant for a manufacturing line. Minimize exposure of dissimilar materials such as Ge,
It is to economically provide a high-performance semiconductor device by using the same manufacturing apparatus as a pure silicon semiconductor device in most of the steps.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板と、前記半導体基板の一部に設けられた素子
分離部と、前記半導体基板の上に設けられたゲート絶縁
膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極
と、前記半導体基板のうち前記ゲート電極の両側方に設
けられた第1導電型のソース・ドレイン領域と、前記半
導体基板のうち前記ソース・ドレイン領域間に位置する
領域に設けられた選択エピタキシャル法によって形成さ
れた第1の半導体からなるチャネル領域と、前記半導体
基板のうち前記チャネル領域の下方に設けられ、前記第
1の半導体よりもキャリアが走行するバンド端のキャリ
アに対するポテンシャルが大きい第2の半導体からなる
第2導電型のボディ領域を備えている。
The semiconductor device of the present invention comprises:
A semiconductor substrate, an element isolation part provided in a part of the semiconductor substrate, a gate insulating film provided on the semiconductor substrate, a gate electrode provided on the gate insulating film, and the semiconductor substrate A source / drain region of the first conductivity type provided on both sides of the gate electrode and a region formed between the source / drain region of the semiconductor substrate by a selective epitaxial method. A channel region made of a first semiconductor, and the semiconductor substrate provided below the channel region.
A second conductivity type body region made of a second semiconductor having a larger potential for carriers at the band edge where the carriers run than the first semiconductor is provided.

【0013】本発明の半導体素子では、Ge等の異種材料
が半導体素子の性能を決定するチャネル領域にのみに形
成され、キャリアの走行時間を短くすること等により半
導体素子の高性能化を実現すると共に、チャネル領域外
ではGe等の異種材料を用いていないので、チャネル領域
やゲート絶縁膜形成工程以外でのGe等の相互汚染の可能
性を極小化できる。
In the semiconductor element of the present invention, a heterogeneous material such as Ge is formed only in the channel region that determines the performance of the semiconductor element, and the performance of the semiconductor element is improved by shortening the transit time of carriers. At the same time, since a heterogeneous material such as Ge is not used outside the channel region, it is possible to minimize the possibility of cross-contamination of Ge or the like except in the channel region and the gate insulating film forming step.

【0014】本発明に係わる半導体素子の製造方法は、
半導体基板上に素子分離領域を形成する工程と、置換え
ゲート絶縁膜を形成する工程と、置換えゲート絶縁膜の
ゲート予定領域をエッチングしチャネル開口部を形成す
る工程と、チャネル開口部を通して自己整合的にイオン
を注入しチャネル領域よりもキャリアが走行するバンド
端のキャリアに対するポテンシャルが大きい第2導電型
のボディ領域を形成する工程と、チャネル開口部にのみ
選択的にGe等の異種材料をエピタキシャル結晶成長させ
チャネル領域を形成する工程と、チャネル領域の上にゲ
ート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜の上にゲー
ト導電膜を形成する工程と、置換えゲート絶縁膜を除去
する工程と、エクステンション部を形成する工程と、側
壁保護膜を形成する工程と、ソース・ドレイン領域を形
成する工程と、サリサイド膜を形成する工程と、層間絶
縁膜を形成する工程と、タングステンプラグを形成する
工程と、メタル配線を形成する工程とを備えている。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises:
A step of forming an element isolation region on a semiconductor substrate, a step of forming a replacement gate insulating film, a step of etching a planned gate region of the replacement gate insulating film to form a channel opening, and a self-alignment through the channel opening. Forming a body region of the second conductivity type in which ions are implanted into the substrate and carriers travel more than the channel region and the potential for carriers at the band edge is large, and a heterogeneous material such as Ge is selectively epitaxially crystallized only in the channel opening. Growing, forming a channel region, forming a gate insulating film on the channel region, forming a gate conductive film on the gate insulating film, removing the replacement gate insulating film, extension A step of forming a sidewall portion, a step of forming a sidewall protective film, a step of forming a source / drain region, and Forming a side film includes a step of forming an interlayer insulating film, forming a tungsten plug, and forming a metal wiring.

【0015】本発明の半導体素子の製造方法によれば、
チャネル領域を開口し、チャネル領域のみにGe等の異種
材料を結晶成長させるため、結晶成長装置及びゲート絶
縁膜形成装置は専用の設備が必要となるが、半導体素子
の他の部分にはGe等の汚染物質が形成されず、通常の純
シリコン半導体素子の製造装置を共通利用できる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
Since the channel region is opened and the heterogeneous material such as Ge is crystal-grown only in the channel region, dedicated equipment is required for the crystal growth device and the gate insulating film forming device. No pollutant is formed, and common manufacturing equipment for pure silicon semiconductor devices can be used in common.

【0016】また、チャネル領域を開口した後に自己整
合的にイオン注入しチャネル領域よりもキャリアが走行
するバンド端のキャリアに対するポテンシャルが大きい
第2導電型のボディ領域を形成できるため、チャネル領
域への効率的なキャリアの収集が可能になると共に、ソ
ース・ドレインの下部には高濃度の第2導電型の領域を
形成しないため、ソース・ドレイン−ボディ間に寄生す
る寄生容量を小さくすることが、ボディ領域の低抵抗化
と寄生容量の低減が同時に可能になり、半導体素子の高
速化が可能となる。
In addition, since the second conductivity type body region having a larger potential for carriers at the band edge where carriers travel than in the channel region can be formed by implanting ions in a self-aligned manner after opening the channel region, the channel region can be formed. In addition to enabling efficient carrier collection, a high-concentration second-conductivity-type region is not formed below the source / drain, so the parasitic capacitance between the source / drain-body can be reduced. The resistance of the body region can be reduced and the parasitic capacitance can be reduced at the same time, and the speed of the semiconductor element can be increased.

【0017】さらに、前記チャネル領域が前記ボディ領
域よりも1/10以下の低濃度の不純物を含むことによ
り、しきい値の上昇が抑制されるとともに、不純物散乱
が抑制されるので、キャリアの走行速度の低下が抑制さ
れる。
Further, since the channel region contains impurities at a concentration lower than that of the body region by a factor of 1/10 or less, an increase in threshold value is suppressed and impurity scattering is suppressed, so that carriers travel. The decrease in speed is suppressed.

【0018】前記ゲート電極が、第1導電型不純物を含
むポリシリコン又はポリシリコンゲルマニウムにより構
成されていることにより、チャネル領域との間でビルト
インポテンシャルが形成されるので、キャリアを閉じ込
めるのに適したバンド構造が得られる。また、金属等の
低抵抗材料を前記ゲート電極として用いた場合、半導体
素子の高速化に有効である。従って、前記ゲート電極
は、第1導電型不純物を含むポリシリコン又はポリシリ
コンゲルマニウムと金属の複合体により構成されている
ことが好ましい。
Since the gate electrode is made of polysilicon or polysilicon germanium containing the first conductivity type impurity, a built-in potential is formed between the gate electrode and the channel region, which is suitable for confining carriers. A band structure is obtained. Further, when a low resistance material such as metal is used as the gate electrode, it is effective in increasing the speed of the semiconductor element. Therefore, it is preferable that the gate electrode is composed of polysilicon containing a first conductivity type impurity or a complex of polysilicon germanium and a metal.

【0019】前記チャネル領域を構成する第1の半導体
は、少なくともSiを成分元素として含んでおり、前記
半導体層の一部には、チャネルへの不純物の拡散を防止
するための領域であって、0.01%以上で2%以下の
濃度の炭素を含む領域をさらに備えていることにより、
高濃度の不純物を含むボディ領域からチャネル領域への
不純物の拡散が抑制され、チャネル領域における不純物
散乱の少ない高速動作が可能な半導体装置が得られる。
The first semiconductor forming the channel region contains at least Si as a component element, and a part of the semiconductor layer is a region for preventing diffusion of impurities into the channel. By further including a region containing carbon in a concentration of 0.01% or more and 2% or less,
It is possible to obtain a semiconductor device in which diffusion of impurities from the body region containing a high concentration of impurities to the channel region is suppressed, and high-speed operation with less impurity scattering in the channel region is possible.

【0020】前記第1の半導体はSi及びGeを成分元
素として含む半導体であり、前記第2の半導体はSiで
あることにより、第1の半導体対の価電子帯端に生じる
バンドオフセットを利用して、ホールが走行するpチャ
ネルに適したチャネル領域が得られる。
Since the first semiconductor is a semiconductor containing Si and Ge as constituent elements and the second semiconductor is Si, the band offset generated at the valence band edge of the first semiconductor pair is used. As a result, a channel region suitable for the p-channel in which the holes travel can be obtained.

【0021】前記ゲート絶縁膜とチャネル領域の間に設
けられ、Siからなるキャップ層をさらに備えることに
より、チャネル領域のうちキャップ層−チャネル領域間
に生じるバンドオフセットに接する領域をチャネルとし
て利用することが可能になるとともに、ゲート絶縁膜を
キャップ層の表面を酸化して得られる電気的特性のよい
シリコン酸化膜によって構成することが可能になる。
By using a Si cap layer provided between the gate insulating film and the channel region, a region of the channel region in contact with a band offset generated between the cap layer and the channel region can be used as a channel. In addition, the gate insulating film can be formed of a silicon oxide film having good electric characteristics obtained by oxidizing the surface of the cap layer.

【0022】前記ソース・ドレイン領域はp型ソース・
ドレイン領域であり、前記チャネル領域はpチャネル用
のチャネル領域であり、前記ボディ領域はn型ボディ領
域であってもよいし、前記ソース・ドレイン領はn型ソ
ース・ドレイン領域であり、前記チャネル領域はnチャ
ネル用のチャネル領域であり、前記ボディ領域はp型ボ
ディ領域であってもよい。そして、これらを備えること
で、相補型のトランジスタを形成することができる。
The source / drain regions are p-type source / source regions.
A drain region, the channel region is a p-channel channel region, the body region may be an n-type body region, the source / drain region is an n-type source / drain region, and the channel The region may be a channel region for n channel, and the body region may be a p-type body region. Then, by including these, a complementary transistor can be formed.

【0023】前記第1の半導体はSi,Ge及びCを成
分元素として含む半導体であり、前記第2の半導体はS
iであることにより、Si/SiGeC接合部に形成さ
れる伝導帯端及び価電子帯端のバンドオフセットを利用
して、nチャネルとしてもpチャネルとしても利用でき
るチャネル領域が得られる。
The first semiconductor is a semiconductor containing Si, Ge and C as constituent elements, and the second semiconductor is S.
Since i is i, a channel region that can be used as both an n-channel and a p-channel can be obtained by utilizing the band offsets of the conduction band edge and the valence band edge formed in the Si / SiGeC junction.

【0024】前記半導体基板としてバルク基板をもとに
説明を行ったが、半導体基板としてSOI(Silic
on On Insulator)基板を用いることも
できる。この場合、より高性能なトランジスタを提供で
きる。
Although the description has been made based on the bulk substrate as the semiconductor substrate, the SOI (Silic
on On Insulator) substrate can also be used. In this case, a higher performance transistor can be provided.

【0025】さらに、本発明のトランジスタは、高濃度
ボディ部が必要なDT−MOS(Dynamic Th
reshold MOSFET)やVT−MOS(Va
riable Threshold MOSFET)に
代表される回路の動作に応じてボディの電位を積極的に
変化させる種類の高性能な回路に好適である。
Further, the transistor of the present invention is a DT-MOS (Dynamic Th) which requires a high-concentration body portion.
threshold MOSFET) and VT-MOS (Va
It is suitable for a high-performance circuit of a type in which the potential of the body is positively changed according to the operation of a circuit represented by a riable threshold MOSFET.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)本実施形態
では、チャネル領域を構成する材料としてSi1-XGeX(0
≦X≦1)を用い、Si/Si1-XGeXヘテロ接合を利用した
MOSFETの実施例について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) In this embodiment, Si 1-X Ge X (0
≦ X ≦ 1), an example of a MOSFET using a Si / Si 1-X Ge X heterojunction will be described.

【0027】図2は、本実施形態におけるMOSFET
の構造を模式的に示す断面図である。シリコン基板1の
表面部には、他の素子と電気的に分離するためのLOCOS
分離もしくはトレンチ分離等からなる素子分離酸化膜2
が形成されている。シリコン基板1の上の一部には、M
OSFETのチャネルとして機能する部分には、Si1- XG
eXを含む材料からなる選択エピタキシャルチャネル部9
が形成されている。選択エピタキシャルチャネル部9の
上にはゲート絶縁膜10が形成されており、ゲート絶縁
膜10の上には、ゲートポリシリコン11が形成されて
いる。ゲートポリシリコン11の周りには側壁保護膜1
5が形成されており、側壁保護膜15の両側には、不純
物がドープされたソース・ドレイン部14が形成されて
いる。側壁保護膜15の直下には、トランジスタを高性
能化するため、ソース・ドレイン部14より浅い接合で
あるエクステンション部12が形成されている。ゲート
ポリシリコン11及びソース・ドレイン部14の上部は
トランジスタの寄生抵抗を低抵抗化するためにコバルト
シリサイドからなるシリサイド部16が形成されてい
る。このトランジスタの上部を覆うように層間絶縁膜1
7が形成され、トランジスタのソース、ドレイン、ゲー
トから電極を引き出すため、タングステンプラグ18と
メタル配線19が形成されている。
FIG. 2 shows a MOSFET according to this embodiment.
3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of FIG. On the surface of the silicon substrate 1, LOCOS for electrical isolation from other elements
Element isolation oxide film 2 formed by isolation or trench isolation
Are formed. On a part of the silicon substrate 1, M
In the part that functions as the channel of OSFET, Si 1- X G
Selective epitaxial channel portion 9 made of a material containing e X
Are formed. A gate insulating film 10 is formed on the selective epitaxial channel portion 9, and a gate polysilicon 11 is formed on the gate insulating film 10. A sidewall protection film 1 is formed around the gate polysilicon 11.
5 is formed, and source / drain portions 14 doped with impurities are formed on both sides of the sidewall protective film 15. Immediately below the sidewall protective film 15, an extension portion 12 which is a junction shallower than the source / drain portion 14 is formed in order to improve the performance of the transistor. A silicide portion 16 made of cobalt silicide is formed on the gate polysilicon 11 and the source / drain portion 14 in order to reduce the parasitic resistance of the transistor. The interlayer insulating film 1 is formed so as to cover the upper part of this transistor.
7 is formed, a tungsten plug 18 and a metal wiring 19 are formed in order to draw out electrodes from the source, drain and gate of the transistor.

【0028】図3(a)〜(d)、図4(e)〜
(h)、図5(i)〜(l)は本実施形態におけるMO
SFETの工程断面を模式的に示したものである。
3 (a)-(d) and FIG. 4 (e)-
(H) and FIGS. 5 (i) to (l) show the MO in the present embodiment.
It is the figure which showed the process cross section of SFET typically.

【0029】図3(a)に示すようにシリコン基板1上
にLOCOS法やトレンチ法によって素子分離領域であ
る素子分離酸化膜2を形成した後、シリコン基板1上の
活性領域を熱酸化し厚さ10nmの熱酸化膜からなるパ
ッド酸化膜4を形成し、さらに、素子分離酸化膜2及び
パッド酸化膜4の上にLP−CVD法によりシリコン窒
化膜からなる膜厚200nmの置換え窒化膜3を形成す
る。フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法によ
り後工程でゲート電極を形成する領域の置換え窒化膜3
を除去する。この時、ドライエッチングにより置換え窒
化膜3の一部をエッチングし、パッド酸化膜4をストッ
パとして、ドライエッチングを自動的に停止する。
As shown in FIG. 3A, after the element isolation oxide film 2 which is an element isolation region is formed on the silicon substrate 1 by the LOCOS method or the trench method, the active area on the silicon substrate 1 is thermally oxidized to a thickness. A pad oxide film 4 made of a thermal oxide film having a thickness of 10 nm is formed, and a replacement nitride film 3 made of a silicon nitride film having a thickness of 200 nm is further formed on the element isolation oxide film 2 and the pad oxide film 4 by the LP-CVD method. Form. Replacement nitride film 3 in a region where a gate electrode will be formed in a later step by photolithography and dry etching
To remove. At this time, part of the replacement nitride film 3 is etched by dry etching, and the dry etching is automatically stopped by using the pad oxide film 4 as a stopper.

【0030】次に図3(b)に示すように、シリコン基
板1の全面に自己整合的に50keVドーズ量2×10
13C/cm-2なる条件でPのイオン注入を行い置換え窒化膜
3の開口部の下方に高濃度ボディ部5を形成する。この
後、窒素雰囲気中で850℃30分アニールし、ドーパ
ントの活性化及びイオン注入で損傷を受けたシリコン基
板1の損傷回復を実施する。
Next, as shown in FIG. 3B, a 50 keV dose amount of 2 × 10 is self-aligned with the entire surface of the silicon substrate 1.
Ion implantation of P is performed under the condition of 13 C / cm −2 to form a high concentration body portion 5 below the opening of the replacement nitride film 3. After that, annealing is performed at 850 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to carry out damage recovery of the silicon substrate 1 damaged by activation of the dopant and ion implantation.

【0031】次に図3(c)に示すように、エッチング
によって置換え窒化膜3の開口部に露出しているパッド
酸化膜4を除去し、チャネル開口部6を形成し、シリコ
ン基板1を露出させる。このエッチングはドライエッチ
ングもしくはウェットエッチングの両者を用いることが
できるが、置換え窒化膜3がフッ酸に侵されないことか
らウェットエッチングの方が好ましい。
Next, as shown in FIG. 3C, the pad oxide film 4 exposed in the opening of the replacement nitride film 3 is removed by etching to form a channel opening 6, and the silicon substrate 1 is exposed. Let Both dry etching and wet etching can be used for this etching, but wet etching is preferable because the replacement nitride film 3 is not affected by hydrofluoric acid.

【0032】次に図3(d)に示すように、酸化雰囲気
中で熱処理を行い、チャネル開口部6に露出しているシ
リコン基板1の表面を60nm熱酸化し、チャネル犠牲
酸化部7を形成する。この時、チャネル犠牲酸化部7の
厚みを60nm程度とすると、シリコン基板1の表面よ
り約30nm下方に酸化膜とシリコンの界面が位置す
る。
Next, as shown in FIG. 3D, a heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to thermally oxidize the surface of the silicon substrate 1 exposed in the channel opening 6 by 60 nm to form a channel sacrificial oxide portion 7. To do. At this time, if the thickness of the channel sacrificial oxidation portion 7 is set to about 60 nm, the interface between the oxide film and silicon is located below about 30 nm from the surface of the silicon substrate 1.

【0033】次に図4(e)に示すように、チャネル犠
牲酸化部7をエッチングにより除去し、他のシリコン基
板1の表面より下方に窪んだチャネル開口部B7を形成
する。
Next, as shown in FIG. 4 (e), the channel sacrificial oxide portion 7 is removed by etching to form a channel opening B7 recessed below the surface of the other silicon substrate 1.

【0034】次に図4(f)に示すように、窪んだチャ
ネル開口部B7に選択的にUHV−CVD法によりGe
を含むエピタキシャル結晶成長を行い、選択エピタキシ
ャルチャネル部9を形成する。この選択エピタキシャル
チャネル部9は、詳細には、下方よりSiバッファ層の
厚みは約10nmであり、Si1-XGeX(X=0.2)膜の厚み
は約15nmであり、Siキャップ膜の厚みは約5nm
である。このように選択エピタキシャルチャネル部9の
厚みは合計30nmであり、図3(d)に示した工程に
よりチャネル開口部B7は約30nm窪んでいるので、
選択エピタキシャルチャネル部9の表面はほぼ回りのシ
リコン基板1の表面と同じ高さになる。
Next, as shown in FIG. 4 (f), Ge is selectively formed in the recessed channel opening B7 by the UHV-CVD method.
Epitaxial growth is performed to form the selective epitaxial channel portion 9. In detail, in the selective epitaxial channel portion 9, the thickness of the Si buffer layer is about 10 nm from below, the thickness of the Si 1-X Ge X (X = 0.2) film is about 15 nm, and the thickness of the Si cap film is about 10 nm. Is about 5 nm
Is. As described above, the thickness of the selective epitaxial channel portion 9 is 30 nm in total, and the channel opening B7 is depressed by about 30 nm by the process shown in FIG.
The surface of the selective epitaxial channel portion 9 has substantially the same height as the surface of the surrounding silicon substrate 1.

【0035】次に図4(g)に示すように、選択エピタ
キシャルチャネル部9の表面にRTA法により厚さ2n
m程度の酸化窒化膜を形成し、ゲート絶縁膜10とす
る。ここではRTA法を用いたが、CVD法等で行って
もかまわない。また、ゲート絶縁膜10を構成する材料
もここでは、酸化窒化膜としたが、酸化膜や窒化膜、そ
の他の高誘電体膜や強誘電体膜も使用することができ
る。
Next, as shown in FIG. 4G, the surface of the selective epitaxial channel portion 9 is formed to a thickness of 2n by the RTA method.
A gate insulating film 10 is formed by forming an oxynitride film of about m. Although the RTA method is used here, the CVD method or the like may be used. The material forming the gate insulating film 10 is an oxynitride film here, but an oxide film, a nitride film, or other high dielectric film or ferroelectric film can also be used.

【0036】この後、図4(h)に示すように、ウェハ
全面にノンドープのポリシリコンをLP−CVD法によ
り堆積し、このポリシリコンに加速エネルギー8keV
ドーズ量5×1015C/cm-2なる条件でイオン注入法によ
りBをイオン注入し、熱アニール後、CMP(化学的機
械的研磨)法により平面部のポリシリコンを除去するこ
とにより、ゲートポリシリコン11を形成する。
After that, as shown in FIG. 4H, non-doped polysilicon is deposited on the entire surface of the wafer by the LP-CVD method, and an acceleration energy of 8 keV is applied to this polysilicon.
B is ion-implanted by an ion-implantation method under the condition of a dose amount of 5 × 10 15 C / cm -2 , and after thermal annealing, polysilicon in the planar portion is removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. Polysilicon 11 is formed.

【0037】次に図5(i)に示すように、置換え窒化
膜3を選択的に除去し、自己整合的に加速エネルギー8
keVドーズ量2×1013C/cm-2なる条件でイオン注入
法によりBF2をイオン注入し、エクステンション部1
2を形成する。
Next, as shown in FIG. 5I, the replacement nitride film 3 is selectively removed, and the acceleration energy 8 is self-aligned.
BF 2 is ion-implanted by the ion-implantation method under the condition that the keV dose amount is 2 × 10 13 C / cm −2 , and the extension portion 1
Form 2.

【0038】次に図5(j)に示すように、ウェハ全面
にLP−CVD法により酸化膜を堆積し、ドライエッチ
ング等の異方性エッチングにより、側壁保護膜15を形
成する。この後、また、自己整合的に加速エネルギー8
keVドーズ量5×1015C/cm-2なる条件でイオン注入
法によりBをイオン注入し、ソース・ドレイン部14を
形成する。
Next, as shown in FIG. 5 (j), an oxide film is deposited on the entire surface of the wafer by the LP-CVD method, and the side wall protective film 15 is formed by anisotropic etching such as dry etching. After this, again, the self-aligned acceleration energy 8
The source / drain portion 14 is formed by ion-implanting B by the ion-implantation method under the condition that the keV dose amount is 5 × 10 15 C / cm −2 .

【0039】この後、図5(k)に示すように、一般的
なサリサイド技術により、ゲートポリシリコン11とソ
ース・ドレイン部14の表面をコバルトシリサイド化
し、シリサイド部16を形成し、次いで、図5(l)に
示すように層間絶縁膜17を形成し、コンタクトホール
を開け、タングステンプラグ18を形成し、最後にメタ
ル配線19を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 5 (k), the surfaces of the gate polysilicon 11 and the source / drain portions 14 are converted into cobalt silicide by a general salicide technique to form silicide portions 16, and then, as shown in FIG. As shown in FIG. 5L, an interlayer insulating film 17 is formed, contact holes are opened, a tungsten plug 18 is formed, and finally a metal wiring 19 is formed.

【0040】図3(a)〜(d)、図4(e)に示す工
程では、未だSi1-XGeX材料を使用していないため、純シ
リコン半導体素子を製造する設備を使用してもGe等の
汚染の問題等は生じず、従来の製造設備を共用すること
ができる。
In the steps shown in FIGS. 3 (a) to 3 (d) and FIG. 4 (e), since the Si 1-X Ge X material has not been used yet, equipment for producing a pure silicon semiconductor device is used. However, the problem of contamination of Ge and the like does not occur, and the conventional manufacturing equipment can be shared.

【0041】図4(f)に示す工程では、Ge等を含む
エピタキシャル結晶成長を行う必要があることから、純
シリコン半導体素子製造工程では使用しないUHV−C
VD装置が本発明の半導体素子を製造する上で必要とな
る。
In the step shown in FIG. 4 (f), since it is necessary to perform epitaxial crystal growth containing Ge and the like, UHV-C which is not used in the pure silicon semiconductor element manufacturing step is used.
A VD device is required to manufacture the semiconductor device of the present invention.

【0042】図4(g)に示す工程では、Ge等を含む
結晶の上部に直接ゲート絶縁膜を形成する必要があるこ
とから、専用のゲート絶縁膜形成装置を使用することが
望ましい。
In the step shown in FIG. 4G, since it is necessary to directly form the gate insulating film on the crystal containing Ge or the like, it is desirable to use a dedicated gate insulating film forming apparatus.

【0043】図4(h)に示す工程以降では、Ge等を
含む結晶の上部がゲート絶縁膜等により覆われているた
め、もはや、Ge等が半導体素子の外部に出て、製造装
置を汚染する可能性は極めて低くなるため、純シリコン
半導体素子を製造する設備を使用してもGeの汚染の問
題等は生じず、従来の製造設備を共用することができ
る。
After the step shown in FIG. 4H, since the upper part of the crystal containing Ge or the like is covered with the gate insulating film or the like, Ge or the like is no longer present outside the semiconductor element and contaminates the manufacturing apparatus. Therefore, even if the equipment for producing the pure silicon semiconductor element is used, the problem of Ge contamination does not occur, and the conventional production equipment can be shared.

【0044】本実施形態の選択エピタキシャルチャネル
をもつ半導体素子によると、チャネル領域のキャリア走
行速度の増加による半導体素子の高性能化を、少数の専
用設備を設けるだけで大半の製造設備を純シリコン半導
体素子と共用しながら、製造することができるため、そ
の経済的効果は大きい。
According to the semiconductor element having the selective epitaxial channel of the present embodiment, most of the manufacturing equipment can be made pure silicon semiconductor by improving the performance of the semiconductor element by increasing the carrier traveling speed in the channel region by providing a small number of dedicated equipment. Since it can be manufactured while being shared with the device, its economic effect is great.

【0045】なお、本実施形態のSi1-XGeXチャネル領域
の代わりに,Cを0.01%〜2%(例えば0.1%程
度)含むSi1-XGeX,つまりSi1-X-YGeXCY(0≦X+Y≦1か
つ0<Y≦0.02)層やSi1-XCX(0<X≦0.02)を用いても
よい。
[0045] Instead of the Si 1-X Ge X channel region of the present embodiment, the C 0.01% ~2% (e.g. about 0.1%) containing Si 1-X Ge X, i.e. Si 1- An XY Ge X C Y (0 ≦ X + Y ≦ 1 and 0 <Y ≦ 0.02) layer or a Si 1-X C X (0 <X ≦ 0.02) layer may be used.

【0046】(第2の実施の形態)本実施形態では、チ
ャネル領域を構成する材料としてSi1-X-YGeXCY(0≦X+Y
≦1かつ0<Y≦0.02)を用い、Si/Si1-X-YGeXCYヘテ
ロ接合を利用したMOSFETの実施例について説明す
る。
(Second Embodiment) In the present embodiment, Si 1-XY Ge X C Y (0 ≦ X + Y) is used as a material forming the channel region.
≦ 1 and 0 <Y ≦ 0.02), and an example of a MOSFET using a Si / Si 1-XY Ge X C Y heterojunction will be described.

【0047】図6は、本実施形態におけるMOSFET
の構造を模式的に示す断面図である。第1の実施の形態
と同様に、シリコン基板1の表面部には、他の素子と電
気的に分離するためのLOCOS分離もしくはトレンチ分離
等からなる素子分離酸化膜2が形成されている。シリコ
ン基板1の上の一部には、MOSFETのチャネルとし
て機能する部分には、Si1-X-YGeXCYを含む材料からなる
選択エピタキシャルチャネル部9が形成されている。選
択エピタキシャルチャネル部9の上にはゲート絶縁膜1
0が形成されており、ゲート絶縁膜10の上には、ゲー
トポリシリコン11が形成されている。ゲートポリシリ
コン11の周りには側壁保護膜15が形成されており、
側壁保護膜15の両側には、不純物がドープされたソー
ス・ドレイン部14が形成されている。側壁保護膜15
の直下には、トランジスタを高性能化するため、ソース
・ドレイン部14より浅い接合であるエクステンション
部12が形成されている。ゲートポリシリコン11及び
ソース・ドレイン部14の上部はトランジスタの寄生抵
抗を低抵抗化するためにコバルトシリサイドからなるシ
リサイド部16が形成されている。このトランジスタの
上部を覆うように層間絶縁膜17が形成され、トランジ
スタのソース、ドレイン、ゲートから電極を引き出すた
め、タングステンプラグ18とメタル配線19が形成さ
れている。
FIG. 6 shows a MOSFET according to this embodiment.
3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of FIG. Similar to the first embodiment, the element isolation oxide film 2 formed by LOCOS isolation or trench isolation for electrical isolation from other elements is formed on the surface of the silicon substrate 1. A selective epitaxial channel portion 9 made of a material containing Si 1-XY Ge X C Y is formed on a portion of the silicon substrate 1 which functions as a channel of the MOSFET. A gate insulating film 1 is formed on the selective epitaxial channel portion 9.
0 is formed, and gate polysilicon 11 is formed on the gate insulating film 10. A sidewall protective film 15 is formed around the gate polysilicon 11,
Source / drain portions 14 doped with impurities are formed on both sides of the sidewall protective film 15. Side wall protection film 15
Immediately underneath, an extension portion 12 which is a junction shallower than the source / drain portion 14 is formed in order to improve the performance of the transistor. A silicide portion 16 made of cobalt silicide is formed on the gate polysilicon 11 and the source / drain portion 14 in order to reduce the parasitic resistance of the transistor. An interlayer insulating film 17 is formed so as to cover the upper part of the transistor, and a tungsten plug 18 and a metal wiring 19 are formed so as to draw out electrodes from the source, drain and gate of the transistor.

【0048】図7(a)〜(d)、図8(e)〜
(h)、図9(i)〜(j)は本実施形態におけるMO
SFETの工程断面を模式的に示したものである。
7A to 7D and 8E to 8E.
(H) and FIGS. 9 (i) to 9 (j) show the MO in the present embodiment.
It is the figure which showed the process cross section of SFET typically.

【0049】図7(a)に示すようにシリコン基板1上
にLOCOS法やトレンチ法によって素子分離領域であ
る素子分離酸化膜2を形成した後、素子分離酸化膜2及
びシリコン基板1の活性領域の上にLP−CVD法によ
りシリコン酸化膜からなる膜厚250nmの置換え酸化
膜23を形成する。フォトリソグラフィ法及びドライエ
ッチング法により後工程でゲート電極を形成する領域の
置換え酸化膜23を除去する。この時、酸化膜ドライエ
ッチングにより置換え酸化膜23の一部をエッチング
し、シリコン基板1をストッパとして、ドライエッチン
グを自動的に停止する。
As shown in FIG. 7A, after the element isolation oxide film 2 which is the element isolation region is formed on the silicon substrate 1 by the LOCOS method or the trench method, the element isolation oxide film 2 and the active region of the silicon substrate 1 are formed. A 250 nm-thick replacement oxide film 23 made of a silicon oxide film is formed thereon by LP-CVD. By the photolithography method and the dry etching method, the replacement oxide film 23 in the region where the gate electrode is formed is removed in a later step. At this time, part of the replacement oxide film 23 is etched by oxide film dry etching, and dry etching is automatically stopped using the silicon substrate 1 as a stopper.

【0050】次に図7(b)に示すように、シリコン基
板1の全面に自己整合的に50keVドーズ量2×10
13C/cm-2なる条件でPのイオン注入を行い置換え酸化膜
23の開口部の下方に高濃度ボディ部5を形成する。こ
の後、窒素雰囲気中で850℃30分アニールし、ドー
パントの活性化及びイオン注入で損傷を受けたシリコン
基板1の損傷回復を実施する。
Next, as shown in FIG. 7B, a 50 keV dose amount of 2 × 10 is self-aligned with the entire surface of the silicon substrate 1.
Ion implantation of P is performed under the condition of 13 C / cm −2 to form the high-concentration body portion 5 below the opening of the replacement oxide film 23. After that, annealing is performed at 850 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to carry out damage recovery of the silicon substrate 1 damaged by activation of the dopant and ion implantation.

【0051】次に図7(c)に示すように、ドライエッ
チングによって置換え酸化膜23の開口部に露出してい
るシリコン基板1をエッチングし、チャネル開口部6を
形成し、シリコン基板1の一部を掘り下げる。
Next, as shown in FIG. 7C, the silicon substrate 1 exposed in the opening of the replacement oxide film 23 is etched by dry etching to form the channel opening 6, and one of the silicon substrate 1 is formed. Dig into the section.

【0052】次に図7(d)に示すように、酸化雰囲気
中で熱処理を行い、チャネル開口部6に露出しているシ
リコン基板1の表面を10nm熱酸化し、ドライエッチ
ング犠牲酸化部27を形成する。この熱酸化により、ド
ライエッチングによって生じたチャネル開口部6に露出
しているシリコン基板1の表面の結晶欠陥を酸化膜中に
取り込むと共に、結晶中の軽度の欠陥を熱により修復す
る。
Next, as shown in FIG. 7D, heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to thermally oxidize the surface of the silicon substrate 1 exposed in the channel opening 6 by 10 nm to form the dry etching sacrificial oxide portion 27. Form. By this thermal oxidation, crystal defects on the surface of the silicon substrate 1 exposed in the channel opening 6 caused by dry etching are taken into the oxide film, and minor defects in the crystal are repaired by heat.

【0053】次に図8(e)に示すように、ドライエッ
チング犠牲酸化部27をウェットエッチングにより除去
し、他のシリコン基板1の表面より下方に窪んだチャネ
ル開口部B7を形成する。ウェットエッチングを用いる
ことにより、シリコン基板1の表面に結晶欠陥を生じる
ことなしにチャネル開口部B7を形成することができ
る。
Next, as shown in FIG. 8E, the dry etching sacrificial oxide portion 27 is removed by wet etching to form a channel opening B7 recessed below the surface of the other silicon substrate 1. By using wet etching, the channel opening B7 can be formed without causing crystal defects on the surface of the silicon substrate 1.

【0054】次に図8(f)に示すように、窪んだチャ
ネル開口部B7に選択的にUHV−CVD法によりGe
とCとを含むエピタキシャル結晶成長を行い、選択エピ
タキシャルチャネル部9を形成する。この選択エピタキ
シャルチャネル部9は、詳細には、下方よりSiバッフ
ァ層の厚みは約10nmであり、Si1-X-YGeXCY(X=0.28
かつY=0.02)膜の厚みは約15nmであり、Siキャッ
プ膜の厚みは約5nmである。このように選択エピタキ
シャルチャネル部9の厚みは合計30nmであり、図7
(d)に示した工程によりチャネル開口部B7を約30
nm窪むように加工しておくと、選択エピタキシャルチ
ャネル部9の表面はほぼ回りのシリコン基板1の表面と
同じ高さになる。
Next, as shown in FIG. 8F, Ge is selectively formed in the recessed channel opening B7 by the UHV-CVD method.
Epitaxial crystal growth including C and C is performed to form the selective epitaxial channel portion 9. Specifically, the selective epitaxial channel portion 9 has a Si buffer layer having a thickness of about 10 nm from below, and Si 1-XY Ge X C Y (X = 0.28).
The thickness of the Y = 0.02) film is about 15 nm, and the thickness of the Si cap film is about 5 nm. As described above, the thickness of the selective epitaxial channel portion 9 is 30 nm in total.
By the process shown in (d), the channel opening B7 is set to about 30.
When processed so as to have a depression of nm, the surface of the selective epitaxial channel portion 9 becomes substantially the same height as the surface of the surrounding silicon substrate 1.

【0055】次に図8(g)に示すように、選択エピタ
キシャルチャネル部9の表面にRTA法により厚さ2n
m程度の酸化窒化膜を形成し、ゲート絶縁膜10とす
る。
Next, as shown in FIG. 8 (g), the surface of the selective epitaxial channel portion 9 is formed to a thickness of 2n by the RTA method.
A gate insulating film 10 is formed by forming an oxynitride film of about m.

【0056】この後、図8(h)に示すように、ウェハ
全面にノンドープのポリシリコンをLP−CVD法によ
り堆積し、このポリシリコンに加速エネルギー8keV
ドーズ量5×1015C/cm-2なる条件でイオン注入法によ
りBをイオン注入し、熱アニール後、CMP(化学的機
械的研磨)法により平面部のポリシリコンを除去するこ
とにより、ゲートポリシリコン11を形成する。
After that, as shown in FIG. 8H, non-doped polysilicon is deposited on the entire surface of the wafer by the LP-CVD method, and an acceleration energy of 8 keV is applied to this polysilicon.
B is ion-implanted by an ion-implantation method under the condition of a dose amount of 5 × 10 15 C / cm -2 , and after thermal annealing, polysilicon in the planar portion is removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. Polysilicon 11 is formed.

【0057】次に図9(i)に示すように、置換え酸化
膜23をエッチングによって選択的に除去し、自己整合
的に加速エネルギー8keVドーズ量2×1013C/cm-2
なる条件でイオン注入法によりBF2をイオン注入し、
エクステンション部12を形成する。この工程では、ド
ライエッチングもしくはウェットエッチングのどちらの
エッチング方法も用いることができるが、制御性の観点
から言えば、ウェットエッチングはエッチング時間によ
りエッチング量を制御しなければならないのに対し、ド
ライエッチングでは、光学式等のエッチング終点検出法
を用いることにより、シリコン基板1のMOSFETの
活性領域が露出した時点で自動的にエッチング停止させ
ることが容易である。従って、本工程にはドライエッチ
ングを用いる方が好ましい。
Next, as shown in FIG. 9I, the replacement oxide film 23 is selectively removed by etching, and the acceleration energy is 8 keV and the dose amount is 2 × 10 13 C / cm -2 in a self-aligned manner.
BF 2 is ion-implanted by the ion implantation method under the following conditions,
The extension part 12 is formed. In this process, either dry etching or wet etching can be used, but from the viewpoint of controllability, wet etching must control the etching amount by the etching time, whereas dry etching does not. By using an etching end point detection method such as an optical method, it is easy to automatically stop etching when the active region of the MOSFET on the silicon substrate 1 is exposed. Therefore, it is preferable to use dry etching in this step.

【0058】この後は、第1の実施の形態と同様に、側
壁保護膜15の形成、ソース・ドレイン部14の形成、
シリサイド部16の形成を行い、図9(j)に示すよう
に層間絶縁膜17を形成し、コンタクトホールを開け、
タングステンプラグ18を形成し、最後にメタル配線1
9を形成する。
After that, as in the first embodiment, the sidewall protection film 15 is formed, the source / drain portions 14 are formed,
A silicide portion 16 is formed, an interlayer insulating film 17 is formed as shown in FIG. 9 (j), a contact hole is opened,
Tungsten plug 18 is formed, and finally metal wiring 1
9 is formed.

【0059】本実施形態においても、図7(a)〜
(d)、図8(e)に示す工程では、未だGe等の材料
を使用していないため、純シリコン半導体素子を製造す
る設備を使用してもGe等の汚染の問題等は生じず、従
来の製造設備を共用することができる。
Also in the present embodiment, FIG.
In the steps shown in (d) and FIG. 8 (e), since materials such as Ge are not used yet, even if a facility for manufacturing a pure silicon semiconductor element is used, the problem of contamination with Ge or the like does not occur, Conventional manufacturing equipment can be shared.

【0060】図8(f)に示す工程では、GeやC等を
含むエピタキシャル結晶成長を行う必要があることか
ら、純シリコン半導体素子製造工程では使用しないUH
V−CVD装置が本発明の半導体素子を製造する上で必
要となる。
In the step shown in FIG. 8 (f), it is necessary to perform epitaxial crystal growth containing Ge, C, etc., so that UH not used in the pure silicon semiconductor element manufacturing step is used.
A V-CVD apparatus is required to manufacture the semiconductor device of the present invention.

【0061】図8(g)に示す工程では、GeやC等を
含む結晶の上部に直接ゲート絶縁膜を形成する必要があ
ることから、専用のゲート絶縁膜形成装置を使用するこ
とが望ましいが、堆積膜をゲート絶縁膜に用いる場合に
は、必ずしも必要ではない。
In the step shown in FIG. 8G, since it is necessary to directly form the gate insulating film on the crystal containing Ge, C, etc., it is desirable to use a dedicated gate insulating film forming apparatus. When the deposited film is used as the gate insulating film, it is not always necessary.

【0062】図8(h)に示す工程以降では、GeやC
等を含む結晶の上部がゲート絶縁膜等により覆われてい
るため、もはや、Ge等が半導体素子の外部に出て、製
造装置を汚染する可能性は極めて低くなるため、純シリ
コン半導体素子を製造する設備を使用してもGe等の汚
染の問題等は生じず、従来の製造設備を共用することが
できる。
After the step shown in FIG. 8H, Ge and C are used.
Since the upper part of the crystal including etc. is covered with the gate insulating film etc., the possibility that Ge etc. will go out of the semiconductor element and pollute the manufacturing apparatus is extremely low, so that the pure silicon semiconductor element is manufactured. Even if the equipment is used, the problem of contamination of Ge and the like does not occur, and the conventional manufacturing equipment can be shared.

【0063】本実施形態の選択エピタキシャルチャネル
をもつ半導体素子によると、チャネル領域のキャリア走
行速度の増加による半導体素子の高性能化を、少数の専
用設備を設けるだけで大半の製造設備を純シリコン半導
体素子と共用しながら、製造することができるため、そ
の経済的効果は大きい。
According to the semiconductor element having the selective epitaxial channel of the present embodiment, most of the manufacturing equipment can be made pure silicon semiconductor by improving the performance of the semiconductor element by increasing the carrier traveling speed in the channel region by providing a small number of dedicated equipment. Since it can be manufactured while being shared with the device, its economic effect is great.

【0064】なお、本実施形態のSi1-X-YGeXCYチャネル
領域の代わりに,Si1-XGeX層やSi1- XCX(0<X≦0.02)
層を用いてもよいことは言うまでもない。
In place of the Si 1-XY Ge X C Y channel region of this embodiment, a Si 1-X Ge X layer or a Si 1- X C X (0 <X ≦ 0.02)
It goes without saying that layers may be used.

【0065】(第3の実施の形態)本実施形態では、チ
ャネル領域を構成する材料としてSi1-XCX(0<X≦0.0
2)を用い、Si/Si1-XCXヘテロ接合を利用したMOS
FETの実施例について説明する。
(Third Embodiment) In this embodiment, Si 1-X C X (0 <X ≦ 0.0 is used as a material for forming the channel region.
2), MOS using Si / Si 1-X C X heterojunction
An example of the FET will be described.

【0066】図10は、本実施形態におけるMOSFE
Tの構造を模式的に示す断面図である。第1の実施の形
態と同様に、シリコン基板1の表面部には、他の素子と
電気的に分離するためのLOCOS分離もしくはトレンチ分
離等からなる素子分離酸化膜2が形成されている。シリ
コン基板1の上の一部には、MOSFETのチャネルと
して機能する部分には、SiCを含む材料からなる選択エ
ピタキシャルチャネル部9が形成されている。選択エピ
タキシャルチャネル部9の上にはゲート絶縁膜10が形
成されており、ゲート絶縁膜10の上には、ゲートポリ
シリコン11が形成されている。ゲートポリシリコン1
1の上部にはバリアメタル35を介してゲートメタル3
6が形成されている。ゲートポリシリコン11及びバリ
アメタル35、ゲートメタル36の側部には側壁保護膜
15が形成されており、側壁保護膜15の両側には、不
純物がドープされたソース・ドレイン部14が形成され
ている。ソース・ドレイン部14の上部はトランジスタ
の寄生抵抗を低抵抗化するためにニッケルシリサイドか
らなるシリサイド部16が形成されている。このトラン
ジスタの上部を覆うように層間絶縁膜17が形成され、
トランジスタのソース、ドレイン、ゲートから電極を引
き出すため、タングステンプラグ18とメタル配線19
が形成されている。
FIG. 10 shows the MOSFE of this embodiment.
It is sectional drawing which shows the structure of T typically. Similar to the first embodiment, the element isolation oxide film 2 formed by LOCOS isolation or trench isolation for electrical isolation from other elements is formed on the surface of the silicon substrate 1. A selective epitaxial channel portion 9 made of a material containing SiC is formed on a portion of the silicon substrate 1 which functions as a channel of the MOSFET. A gate insulating film 10 is formed on the selective epitaxial channel portion 9, and a gate polysilicon 11 is formed on the gate insulating film 10. Gate polysilicon 1
Gate metal 3 is formed on the upper part of 1 through barrier metal 35.
6 is formed. Sidewall protective films 15 are formed on the sides of the gate polysilicon 11, the barrier metal 35, and the gate metal 36, and impurity-doped source / drain portions 14 are formed on both sides of the sidewall protective film 15. There is. A silicide portion 16 made of nickel silicide is formed on the source / drain portion 14 in order to reduce the parasitic resistance of the transistor. An interlayer insulating film 17 is formed so as to cover the upper portion of this transistor,
A tungsten plug 18 and a metal wiring 19 are used to draw electrodes from the source, drain, and gate of the transistor.
Are formed.

【0067】図11(a)〜(d)、図12(e)〜
(h)、図13(i)〜(j)は本実施形態におけるM
OSFETの工程断面を模式的に示したものである。
11A to 11D, 12E to 12E.
13 (i) to 13 (j) show M in the present embodiment.
3 is a schematic view showing a process cross section of an OSFET.

【0068】図11(a)に示すようにシリコン基板1
上にLOCOS法やトレンチ法によって素子分離領域で
ある素子分離酸化膜2を形成した後、素子分離酸化膜2
及びシリコン基板1の活性領域の上にLP−CVD法に
よりシリコン酸化膜からなる膜厚250nmの置換え酸
化膜23を形成する。フォトリソグラフィ法及びドライ
エッチング法により後工程でゲート電極を形成する領域
の置換え酸化膜23を除去する。この時、酸化膜ドライ
エッチングにより置換え酸化膜23の一部をエッチング
し、シリコン基板1をストッパとして、ドライエッチン
グを自動的に停止する。
As shown in FIG. 11A, the silicon substrate 1
After forming the element isolation oxide film 2 which is the element isolation region on the upper surface by the LOCOS method or the trench method, the element isolation oxide film 2 is formed.
Then, a replacement oxide film 23 of a silicon oxide film having a film thickness of 250 nm is formed on the active region of the silicon substrate 1 by the LP-CVD method. By the photolithography method and the dry etching method, the replacement oxide film 23 in the region where the gate electrode is formed is removed in a later step. At this time, part of the replacement oxide film 23 is etched by oxide film dry etching, and dry etching is automatically stopped using the silicon substrate 1 as a stopper.

【0069】次に図11(b)に示すように、シリコン
基板1の全面に自己整合的に20keVドーズ量4×1
13C/cm-2なる条件でBのイオン注入を行い置換え酸化
膜23の開口部の下方に高濃度ボディ部5を形成する。
この後、窒素雰囲気中で850℃30分アニールし、ド
ーパントの活性化及びイオン注入で損傷を受けたシリコ
ン基板1の損傷回復を実施する。
Next, as shown in FIG. 11B, the entire surface of the silicon substrate 1 is self-aligned with a 20 keV dose amount of 4 × 1.
Ion implantation of B is performed under the condition of 0 13 C / cm −2 to form the high-concentration body portion 5 below the opening of the replacement oxide film 23.
After that, annealing is performed at 850 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to carry out damage recovery of the silicon substrate 1 damaged by activation of the dopant and ion implantation.

【0070】次に図11(c)に示すように、チャネル
開口部6に選択的にUHV−CVD法によりCを含むエ
ピタキシャル結晶成長を行い、選択エピタキシャルチャ
ネル部9を形成する。この選択エピタキシャルチャネル
部9は、詳細には、下方よりSiバッファ層の厚みは約
5nmであり、SiC膜の厚みは約15nmであり、S
iキャップ膜の厚みは約5nmである。
Next, as shown in FIG. 11C, epitaxial crystal growth containing C is selectively performed in the channel opening 6 by the UHV-CVD method to form a selective epitaxial channel portion 9. In detail, in the selective epitaxial channel portion 9, the thickness of the Si buffer layer is about 5 nm from below, the thickness of the SiC film is about 15 nm, and S
The i-cap film has a thickness of about 5 nm.

【0071】次に図11(d)に示すように、選択エピ
タキシャルチャネル部9の表面にRTA法により厚さ2
nm程度の酸化窒化膜を形成し、ゲート絶縁膜10とす
る。
Next, as shown in FIG. 11D, the surface of the selective epitaxial channel portion 9 is formed to a thickness of 2 by the RTA method.
An oxynitride film having a thickness of about nm is formed to be the gate insulating film 10.

【0072】この後、図12(e)に示すように、ウェ
ハ全面にノンドープのポリシリコンをLP−CVD法に
より堆積し、このポリシリコンに加速エネルギー10k
eVドーズ量5×1015C/cm-2なる条件でイオン注入法
によりPをイオン注入し、熱アニール後、CMP(化学
的機械的研磨)法により平面部のポリシリコンを除去す
ることにより、ゲートポリシリコン11を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 12E, non-doped polysilicon is deposited on the entire surface of the wafer by the LP-CVD method, and an acceleration energy of 10 k is applied to the polysilicon.
By implanting P ions by the ion implantation method under the condition of eV dose amount of 5 × 10 15 C / cm −2 , thermal annealing, and then removing the polysilicon in the plane portion by the CMP (chemical mechanical polishing) method, Gate polysilicon 11 is formed.

【0073】次に図12(f)に示すように、CVD法
によりバリアメタル35となる厚さ10nmのTiN
と、その後、CVD法によりゲートメタル36となる厚
さ100nmのタングステンを堆積し、フォトリソグラ
フィ法及びドライエッチング法によってゲートポリシリ
コン11の上部を覆う形でバリアメタル35とゲートメ
タル36のパターニングを行う。
Next, as shown in FIG. 12 (f), TiN having a thickness of 10 nm to be the barrier metal 35 is formed by the CVD method.
Then, 100 nm thick tungsten to be the gate metal 36 is deposited by the CVD method, and the barrier metal 35 and the gate metal 36 are patterned so as to cover the upper portion of the gate polysilicon 11 by the photolithography method and the dry etching method. .

【0074】次に図12(g)に示すように、置換え酸
化膜23を異方性エッチングによって除去し、ゲートポ
リシリコン11の下に側壁保護膜15を形成する。この
ドライエッチングでは、光学式等のエッチング終点検出
法を用いることにより、シリコン基板1のMOSFET
の活性領域が露出した時点で自動的にエッチング停止さ
せることが容易である。従って、本工程にはドライエッ
チングを用いる方が好ましい。
Next, as shown in FIG. 12G, the replacement oxide film 23 is removed by anisotropic etching to form a sidewall protective film 15 under the gate polysilicon 11. In this dry etching, by using an etching end point detection method such as an optical method, the MOSFET on the silicon substrate 1 is
It is easy to automatically stop the etching when the active region is exposed. Therefore, it is preferable to use dry etching in this step.

【0075】次に図12(h)に示すように、自己整合
的に加速エネルギー20keVドーズ量5×1015C/cm
-2なる条件でイオン注入法によりAsをイオン注入し、
ソース・ドレイン部14を形成する。このとき、イオン
注入を行うチルト角度を25度〜45度にしウェハを4
回ローテーションしながら計4回注入(4回転注入)す
ることにより、側壁保護膜15に下部にもソース・ドレ
イン領域を拡張するができ、MOSFETの寄生抵抗を
削減することができる。
Next, as shown in FIG. 12 (h), the acceleration energy is 20 keV and the dose amount is 5 × 10 15 C / cm in a self-aligning manner.
-As is ion-implanted under the condition of -2 ,
The source / drain portion 14 is formed. At this time, the tilt angle for ion implantation is set to 25 ° to 45 ° and the wafer is set to 4 °.
By implanting a total of four times (four rotations) while rotating once, it is possible to extend the source / drain region to the lower part of the sidewall protection film 15 and reduce the parasitic resistance of the MOSFET.

【0076】この後、図13(i)に示すように、サリ
サイド技術により、ソース・ドレイン部14の表面をニ
ッケルシリサイド化し、シリサイド部16を形成し、次
いで、層間絶縁膜17を形成し、コンタクトホールを開
け、タングステンプラグ18を形成し、最後にメタル配
線19を形成することにより、図13(j)に示すよう
なMOSFETを形成する。
After that, as shown in FIG. 13 (i), the surface of the source / drain portion 14 is nickel-silicided by the salicide technique to form a silicide portion 16, and then an interlayer insulating film 17 is formed to form a contact. A hole is opened, a tungsten plug 18 is formed, and finally a metal wiring 19 is formed to form a MOSFET as shown in FIG.

【0077】なお、本実施形態のSi1-XCXチャネル領域
の代わりに,Si1-XGeX層やSi1-X-YGe XCY層を用いてもよ
いことは言うまでもない。
The Si of the present embodiment is1-XCXChannel area
Instead of Si1-XGeXLayers and Si1-XYGe XCYYou can use layers
Needless to say

【0078】本実施形態においても、図11(a)〜
(b)に示す工程では、未だGeやC等の材料を使用し
ていないため、純シリコン半導体素子を製造する設備を
使用してもGeやC等の汚染の問題等は生じず、従来の
製造設備を共用することができる。
Also in the present embodiment, FIG.
In the step shown in (b), since materials such as Ge and C are not used yet, even if a facility for manufacturing a pure silicon semiconductor element is used, the problem of contamination of Ge and C does not occur, and the conventional method is used. Manufacturing facilities can be shared.

【0079】図11(c)に示す工程では、GeやC等
を含むエピタキシャル結晶成長を行う必要があることか
ら、純シリコン半導体素子製造工程では使用しないUH
V−CVD装置が本発明の半導体素子を製造する上で必
要となる。
In the step shown in FIG. 11 (c), since it is necessary to perform epitaxial crystal growth containing Ge, C, etc., UH which is not used in the pure silicon semiconductor element manufacturing step is used.
A V-CVD apparatus is required to manufacture the semiconductor device of the present invention.

【0080】図11(d)に示す工程では、GeやC等
を含む結晶の上部に直接ゲート絶縁膜を形成する必要が
あることから、専用のゲート絶縁膜形成装置を使用する
ことが望ましいが、堆積膜をゲート絶縁膜に用いる場合
には、必ずしも必要ではない。
In the step shown in FIG. 11D, since it is necessary to directly form the gate insulating film on the crystal containing Ge, C, etc., it is desirable to use a dedicated gate insulating film forming apparatus. When the deposited film is used as the gate insulating film, it is not always necessary.

【0081】図12(e)に示す工程では、GeやC等
を含む結晶の上部がゲート絶縁膜等により覆われている
ため、GeやC等が半導体素子の外部に出て、製造装置
を汚染する可能性は極めて低くなるため、純シリコン半
導体素子を製造する設備を使用してもGeやC等の汚染
の問題等は生じず、従来の製造設備を共用することがで
きる。
In the step shown in FIG. 12 (e), since the upper part of the crystal containing Ge, C, etc. is covered with the gate insulating film, etc., Ge, C, etc. come out of the semiconductor element, and the manufacturing apparatus is Since the possibility of contamination is extremely low, the problem of contamination of Ge, C, etc. does not occur even if the equipment for producing a pure silicon semiconductor element is used, and the conventional production equipment can be shared.

【0082】図12(f)に示す工程以降では、Geや
C等を含む結晶の上部がゲート絶縁膜等により覆われて
おり、かつ、金属汚染を考慮した製造設備を使用するた
め、通常のメタルゲートを有する純シリコン半導体素子
を製造する設備を共用することができる。
After the step shown in FIG. 12 (f), since the upper part of the crystal containing Ge, C, etc. is covered with the gate insulating film and the like, and the manufacturing equipment in consideration of metal contamination is used, the usual process is performed. Equipment for manufacturing a pure silicon semiconductor device having a metal gate can be shared.

【0083】本実施形態の選択エピタキシャルチャネル
をもつ半導体素子によると、チャネル領域のキャリア走
行速度の増加による半導体素子の高性能化を、少数の専
用設備を設けるだけで大半の製造設備を純シリコン半導
体素子と共用しながら、製造することができるため、そ
の経済的効果は大きい。特に、メタルゲート36により
ゲートポリシリコン11の抵抗を削減できることから、
高周波用MOSFETや超高速ロジック向けMOSFE
Tの用途に適している。
According to the semiconductor element having the selective epitaxial channel of the present embodiment, most of the manufacturing equipment can be made pure silicon semiconductor by improving the performance of the semiconductor element by increasing the carrier traveling speed in the channel region by providing a small number of dedicated equipment. Since it can be manufactured while being shared with the device, its economic effect is great. In particular, since the resistance of the gate polysilicon 11 can be reduced by the metal gate 36,
High frequency MOSFET and MOSFE for ultra high speed logic
Suitable for T applications.

【0084】[0084]

【発明の効果】本発明によれば、チャネル領域のキャリ
ア走行速度の増加による半導体素子の高性能化をGeや
C等の汚染の影響を回避しながら実現できるため、少数
の専用設備を設けるだけで大半の製造設備を純シリコン
半導体素子と共用しつつ製造することができ、、通常性
能の純シリコン半導体素子と、高性能のGeやC等のエ
ピタキシャルチャネル領域をもつ半導体素子を1つの製
造ラインで製造することが可能となり、高性能で低価格
の半導体素子を提供することが可能となる。さらに、本
発明では、マスク枚数を増やすことなく、高濃度ボディ
部と低濃度のチャネル部を作製できるため、高濃度ボデ
ィ部が必要なDT−MOS(Dynamic Thre
shold MOSFET)やVT−MOS(Vari
ableThreshold MOSFET)に代表さ
れる回路の動作に応じてボディの電位を積極的に変化さ
せる種類の高性能な半導体素子を経済的に提供すること
が可能となる。
According to the present invention, the performance of a semiconductor device can be improved by increasing the carrier traveling speed in the channel region while avoiding the influence of contamination such as Ge and C. Therefore, only a small number of dedicated facilities are provided. It is possible to manufacture while sharing most of the manufacturing equipment with pure silicon semiconductor devices, and a single production line is a normal performance pure silicon semiconductor device and a high performance semiconductor device having an epitaxial channel region such as Ge or C. It becomes possible to provide a high performance and low cost semiconductor device. Further, according to the present invention, since the high-concentration body portion and the low-concentration channel portion can be manufactured without increasing the number of masks, a DT-MOS (Dynamic Thre) in which a high-concentration body portion is required.
hold MOSFET) and VT-MOS (Vari)
It is possible to economically provide a high-performance semiconductor element of a type in which the potential of the body is positively changed according to the operation of a circuit typified by an Able Threshold MOSFET).

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

【図1】従来例における半導体素子の構造断面および従
来例における半導体素子の製造工程途中の断面を示す図
FIG. 1 is a view showing a structural cross-section of a semiconductor element in a conventional example and a cross-section during a manufacturing process of a semiconductor element in a conventional example.

【図2】第1の実施形態の半導体素子の断面構造図FIG. 2 is a sectional structural view of the semiconductor device of the first embodiment.

【図3】第1の実施形態の半導体素子の製造方法に関す
る工程断面図
FIG. 3 is a process cross-sectional view relating to the method for manufacturing the semiconductor element of the first embodiment.

【図4】第1の実施形態の半導体素子の製造方法に関す
る工程断面図
FIG. 4 is a process cross-sectional view relating to the method of manufacturing the semiconductor element of the first embodiment.

【図5】第1の実施形態の半導体素子の製造方法に関す
る工程断面図
FIG. 5 is a process cross-sectional view relating to the method of manufacturing the semiconductor element of the first embodiment.

【図6】第2の実施形態の半導体素子の断面構造図FIG. 6 is a sectional structural view of a semiconductor device of a second embodiment.

【図7】第2の実施形態の半導体素子の製造方法に関す
る工程断面図
FIG. 7 is a process cross-sectional view relating to the manufacturing method of the semiconductor element of the second embodiment.

【図8】第2の実施形態の半導体素子の製造方法に関す
る工程断面図
FIG. 8 is a process cross-sectional view relating to the method of manufacturing the semiconductor element of the second embodiment.

【図9】第2の実施形態の半導体素子の製造方法に関す
る工程断面図
FIG. 9 is a process cross-sectional view relating to the method of manufacturing the semiconductor element of the second embodiment.

【図10】第3の実施形態の半導体素子の断面構造図FIG. 10 is a sectional structural view of a semiconductor device according to a third embodiment.

【図11】第3の実施形態の半導体素子の製造方法に関
する工程断面図
FIG. 11 is a process cross-sectional view relating to the method for manufacturing a semiconductor device of the third embodiment.

【図12】第3の実施形態の半導体素子の製造方法に関
する工程断面図
FIG. 12 is a process cross-sectional view relating to the manufacturing method of the semiconductor element of the third embodiment.

【図13】第3の実施形態の半導体素子の製造方法に関
する工程断面図
FIG. 13 is a process cross-sectional view relating to the method for manufacturing a semiconductor device of the third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 素子分離酸化膜 3 置換え窒化膜 4 パッド酸化膜 5 高濃度ボディ部 6 チャネル開口部 7 チャネル犠牲酸化部 8 チャネル開口部B 9 選択エピタキシャルチャネル部 10 ゲート絶縁膜 11 ゲートポリシリコン 12 エクステンション部 14 ソース・ドレイン部 15 側壁保護膜 16 シリサイド部 17 層間絶縁膜 18 タングステンプラグ 19 メタル配線 23 置換え酸化膜 27 ドライエッチング犠牲酸化膜 35 バリアメタル 36 ゲートメタル 101 選択エピタキシャル部 1 Silicon substrate 2 element isolation oxide film 3 Replacement nitride film 4 Pad oxide film 5 High concentration body 6 channel opening 7 Channel sacrificial oxidation part 8 channel opening B 9 Selective epitaxial channel section 10 Gate insulating film 11 Gate polysilicon 12 Extension section 14 Source / Drain 15 Side wall protective film 16 Silicide part 17 Interlayer insulation film 18 Tungsten plug 19 Metal wiring 23 Replacement oxide film 27 Dry etching sacrificial oxide film 35 Barrier metal 36 gate metal 101 selective epitaxial part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F140 AA00 AA05 AB01 AC01 AC28 BA01 BA02 BA05 BB06 BB13 BB18 BC13 BC15 BD04 BD05 BD07 BD09 BE10 BE19 BF04 BF11 BF18 BF20 BF21 BF27 BF60 BG08 BG12 BG28 BG32 BG34 BG36 BG40 BH14 BH40 BJ08 BJ11 BJ17 BJ27 BK13 BK14 CB01 CB04 CE07 CF04   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 5F140 AA00 AA05 AB01 AC01 AC28                       BA01 BA02 BA05 BB06 BB13                       BB18 BC13 BC15 BD04 BD05                       BD07 BD09 BE10 BE19 BF04                       BF11 BF18 BF20 BF21 BF27                       BF60 BG08 BG12 BG28 BG32                       BG34 BG36 BG40 BH14 BH40                       BJ08 BJ11 BJ17 BJ27 BK13                       BK14 CB01 CB04 CE07 CF04

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板の一部に設けられた素子分離部と、 前記半導体基板の上に設けられたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、 前記半導体基板のうち前記ゲート電極の両側方に設けら
れた第1導電型のソース・ドレイン領域と、 前記半導体基板のうち前記ソース・ドレイン領域間に位
置する領域に設けられたエピタキシャル法によって形成
された第1の半導体からなるチャネル領域と、 前記半導体基板のうち前記チャネル領域の下方に設けら
れ、前記第1の半導体よりもキャリアが走行するバンド
端のキャリアに対するポテンシャルが大きい第2の半導
体からなる第2導電型のボディ領域を備えている半導体
装置。
1. A semiconductor substrate, an element isolation portion provided on a part of the semiconductor substrate, a gate insulating film provided on the semiconductor substrate, and a gate electrode provided on the gate insulating film. A source / drain region of the first conductivity type provided on both sides of the gate electrode in the semiconductor substrate, and an epitaxial method provided in a region of the semiconductor substrate located between the source / drain regions. A channel region formed of the first semiconductor, and a second semiconductor that is provided below the channel region of the semiconductor substrate and has a larger potential for carriers at a band edge in which carriers travel than the first semiconductor. A semiconductor device having a body region of the second conductivity type.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 前記半導体基板のうち前記チャネル領域と前記ゲート絶
縁膜との間に設けられ、前記第1の半導体よりもキャリ
アが走行するバンド端のキャリアに対するポテンシャル
が大きい半導体からなるキャップ層をさらに備えている
ことを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a carrier at a band edge, which is provided between the channel region and the gate insulating film in the semiconductor substrate and in which carriers travel than the first semiconductor, is used. A semiconductor device further comprising a cap layer made of a semiconductor having a large potential.
【請求項3】 請求項1又は2記載の半導体装置におい
て、 前記第1の半導体は前記ソース・ドレイン領域間に選択
エピタキシャル法により成膜されたことを特徴とする半
導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor is formed between the source / drain regions by a selective epitaxial method.
【請求項4】 請求項1〜3のうちいずれか1つに記載
の半導体装置において、 前記チャネル領域は前記ボディ領域よりも1/10以下
の低濃度の不純物を含むことを特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel region contains a low concentration impurity that is 1/10 or less that of the body region. .
【請求項5】 請求項1〜4のうちいずれか1つに記載
の半導体装置において、 前記ゲート電極は、第1導電型不純物を含むポリシリコ
ン、ポリシリコンゲルマニウム又は金属、もしくは、こ
れらの複合体により構成されていることを特徴とする半
導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is polysilicon, polysilicon germanium or metal containing a first conductivity type impurity, or a composite thereof. A semiconductor device comprising:
【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載の半導体
装置において、 前記チャネル領域を構成する第1の半導体は、少なくと
もSiを成分元素として含んでおり、 前記エピタキシャル半導体層の一部には、チャネルへの
不純物の拡散を防止するための領域であって、0.01
%以上で2%以下の濃度の炭素を含む領域をさらに備え
ていることを特徴とする半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor forming the channel region contains at least Si as a component element, and a part of the epitaxial semiconductor layer is formed. Is a region for preventing diffusion of impurities into the channel, and is 0.01
A semiconductor device further comprising a region containing carbon in a concentration of not less than 2% and not more than 2%.
【請求項7】 請求項1〜5のうちいずれか1つに記載
の半導体装置において、 前記第1の半導体はSi(シリコン)及びGe(ゲルマ
ニウム)を成分元素として含む半導体であり、 前記第2の半導体はSiであることを特徴とする半導体
装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor is a semiconductor containing Si (silicon) and Ge (germanium) as component elements, and the second semiconductor The semiconductor device is a semiconductor device characterized by being Si.
【請求項8】 請求項1〜5のうちいずれか1つに記載
の半導体装置において、 前記第1の半導体はSi及びC(カーボン)を成分元素
として含む半導体であり、 前記第2の半導体はSiであることを特徴とする半導体
装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor is a semiconductor containing Si and C (carbon) as component elements, and the second semiconductor is A semiconductor device comprising Si.
【請求項9】 請求項1〜5のうちいずれか1つに記載
の半導体装置において、 前記第1の半導体はSi,Ge及びCを成分元素として
含む半導体であり、 前記第2の半導体はSiであることを特徴とする半導体
装置。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor is a semiconductor containing Si, Ge and C as component elements, and the second semiconductor is Si. A semiconductor device characterized by:
【請求項10】 請求項7〜9のうちいずれか1つに記
載の半導体装置において、 前記ゲート絶縁膜とチャネル領域の間に設けられ、選択
エピタキシャル法によって形成されたSiからなるキャ
ップ層をさらに備えていることを特徴とする半導体装
置。
10. The semiconductor device according to claim 7, further comprising a cap layer made of Si formed between the gate insulating film and the channel region and formed by a selective epitaxial method. A semiconductor device characterized by being provided.
【請求項11】 請求項7〜10のうちいずれか1つに
記載の半導体装置において、 前記ソース・ドレイン領域はp型ソース・ドレイン領域
であり、 前記チャネル領域はpチャネル用のチャネル領域であ
り、 前記ボディ領域はn型ボディ領域であることを特徴とす
る半導体装置。
11. The semiconductor device according to claim 7, wherein the source / drain regions are p-type source / drain regions, and the channel region is a p-channel channel region. The semiconductor device, wherein the body region is an n-type body region.
【請求項12】 請求項7〜10のうちいずれか1つに
記載の半導体装置において、 前記ソース・ドレイン領域はn型ソース・ドレイン領域
であり、 前記チャネル領域はnチャネル用のチャネル領域であ
り、 前記ボディ領域はp型ボディ領域であることを特徴とす
る半導体装置。
12. The semiconductor device according to claim 7, wherein the source / drain regions are n-type source / drain regions, and the channel region is an n-channel channel region. The semiconductor device, wherein the body region is a p-type body region.
【請求項13】 半導体基板と、前記半導体基板の一部
に設けられた素子分離部と、前記半導体基板の上に設け
られたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けら
れたゲート電極と、前記半導体基板のうち前記ゲート電
極の両側方に設けられた第1導電型のソース・ドレイン
領域と、前記半導体基板のうち前記ソース・ドレイン領
域間に位置する領域に設けられたエピタキシャル法によ
って形成された第1の半導体からなるチャネル領域と、
前記半導体基板のうち前記チャネル領域の下方に設けら
れ、前記第1の半導体よりもキャリアが走行するバンド
端のキャリアに対するポテンシャルが大きい第2の半導
体からなる第2導電型のボディ領域を備えている半導体
装置を製造する方法であって、 前記半導体基板上に前記素子分離部を形成する工程
(A)と、 置換えゲート絶縁膜を形成する工程(B)と、 前記置換えゲート絶縁膜のゲート予定領域をエッチング
しチャネル開口部を形成する工程(C)と、 前記チャネル開口部に選択的にエピタキシャル結晶成長
させ前記チャネル領域を形成する工程(D)と、 前記チャネル領域の上にゲート絶縁膜を形成する工程
(E)と、 前記ゲート絶縁膜の上にゲート導電膜を形成する工程
(F)と、 前記置換えゲート絶縁膜を除去する工程(G)と、 側壁保護膜を形成する工程(H)と、 前記ソース・ドレイン領域を形成する工程(I)とを備
えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. A semiconductor substrate, an element isolation portion provided on a part of the semiconductor substrate, a gate insulating film provided on the semiconductor substrate, and a gate electrode provided on the gate insulating film. A first conductive type source / drain region provided on both sides of the gate electrode of the semiconductor substrate, and an epitaxial method provided on a region of the semiconductor substrate located between the source / drain regions. A channel region formed of the first semiconductor,
A second conductivity type body region, which is provided below the channel region of the semiconductor substrate and is made of a second semiconductor having a larger potential for carriers at a band edge in which carriers travel than the first semiconductor, is provided. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step (A) of forming the element isolation portion on the semiconductor substrate; a step (B) of forming a replacement gate insulating film; and a gate planned region of the replacement gate insulating film. And (C) to form a channel opening by etching, a step (D) of selectively epitaxially growing crystal in the channel opening to form the channel region, and a gate insulating film formed on the channel region. (E), forming a gate conductive film on the gate insulating film (F), and removing the replacement gate insulating film ( ), A step of forming a sidewall protection film (H), a method of manufacturing a semiconductor device characterized in that it comprises a step (I) to form the source and drain regions.
【請求項14】 請求項13に記載の半導体装置の製造
方法において、 前記チャネル開口部を形成した後であって、前記ゲート
絶縁膜形成する以前に、 前記チャネル開口部を通して自己整合的にイオンを注入
し前記チャネル領域よりもキャリアが走行するバンド端
のキャリアに対するポテンシャルが大きい第2導電型の
前記ボディ領域を形成する工程(C−1)を備えている
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein ions are self-aligned through the channel opening after forming the channel opening and before forming the gate insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step (C-1) of forming the body region of the second conductivity type, which has a greater potential for carriers at the band edge where the carriers travel than in the channel region. .
【請求項15】 請求項13又は請求項14に記載の半
導体装置の製造方法において、 前記チャネル開口部を形成した後であって、前記チャネ
ル領域を選択エピタキシャル法により形成する以前に、 前記チャネル開口部の選択的酸化及びエッチングによっ
て酸化膜を除去し、 前記チャネル開口部の上端を半導体基板の上端より下方
に位置させる工程(C−2A)を有することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the channel opening is formed after the channel opening is formed and before the channel region is formed by a selective epitaxial method. A step (C-2A) of removing the oxide film by selective oxidation and etching of the portion, and positioning the upper end of the channel opening below the upper end of the semiconductor substrate (C-2A).
【請求項16】 請求項13又は請求項14に記載の半
導体装置の製造方法において、 前記チャネル開口部を形成した後であって、前記チャネ
ル領域を選択エピタキシャル法により形成する以前に、 前記チャネル開口部をドライエッチングにより掘り下
げ、 前記チャネル開口部の上端を半導体基板の上端より下方
に位置させる工程(C−2B)を有することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the channel opening is formed after the channel opening is formed and before the channel region is formed by a selective epitaxial method. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step (C-2B) of digging a portion by dry etching to position an upper end of the channel opening below an upper end of a semiconductor substrate.
【請求項17】 請求項13〜16記載のいずれか一つ
の半導体装置の製造方法において、 前記チャネル領域の上にゲート絶縁膜を形成する工程
(E)として、前記Siからなるキャップ層を酸化もし
くは窒化することよりゲート絶縁膜を形成することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein in the step (E) of forming a gate insulating film on the channel region, the cap layer made of Si is oxidized or A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a gate insulating film by nitriding.
【請求項18】 請求項13〜16記載のいずれか一つ
の半導体装置の製造方法において、 前記チャネル領域の上にゲート絶縁膜を形成する工程
(E)として、CVD等の化学的堆積法によりゲート絶
縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein in the step (E) of forming a gate insulating film on the channel region, the gate is formed by a chemical deposition method such as CVD. A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises forming an insulating film.
【請求項19】 請求項17〜18記載のいずれか一つ
の半導体装置の製造方法において、 前記チャネル開口部に選択的にエピタキシャル結晶成長
させ前記チャネル領域を形成する工程(D)とゲート絶
縁膜を形成する工程(E)のみ、 Ge及びCを成分元素として含むSi半導体装置専用の製
造装置を用い、 他の工程を他の半導体装置製造装置と共用することを特
徴とする半導体装置製造方法。
19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein a step (D) of selectively epitaxially growing crystals in the channel opening to form the channel region and a gate insulating film are performed. A semiconductor device manufacturing method characterized in that only in a forming step (E), a manufacturing apparatus dedicated to a Si semiconductor device containing Ge and C as constituent elements is used, and other steps are shared with another semiconductor device manufacturing apparatus.
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