JP2003158241A - 半導体装置及び製造方法 - Google Patents

半導体装置及び製造方法

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】nチャネル型電界効果トランジスタとpチャネル
型電界効果トランジスタを有する半導体装置において、
ドレイン電流特性に優れた信頼性の高い半導体装置を提
供する。 【解決手段】nチャネル型電界効果トランジスタが形成
されるアクティブの溝側壁にシリコン窒化膜を設け、さ
らにpチャネル型電界効果トランジスタのアクティブの
溝側壁にはチャネル方向と垂直方向のみシリコン窒化膜
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特にnチャネル電界効果型トランジスタとpチャネル
電界効果型トランジスタとを有している半導体装置に係
る。
【0002】
【従来の技術】近年、情報通信機器の発達に伴いLSI等
の半導体装置に要求される処理能力は年々厳しくなって
おり、トランジスタの動作速度の高速化が図られてい
る。特に、nチャネル型電界効果トランジスタとpチャネ
ル型電界効果トランジスタで構成される相補型電界効果
トランジスタは、低消費電力であることから広く用いら
れているが、その高速化は、主として構造の微細化によ
って進められ、半導体素子を加工するリソグラフィー技
術の進歩に支えられてきた。しかしながら、最近では、
要求される最小加工寸法(ゲートの最小加工寸法)がリ
ソグラフィーに用いる光の波長レベル以下になってきて
おり、より一層の微細化加工は困難になりつつある。
【0003】そこで、nチャネル型電界効果トランジス
タの動作速度を早める手段として、電界効果トランジス
タのチャネル部分のシリコンにひずみを誘起するという
方法が提案されている。シリコン結晶をひずませると電
子の移動度(有効質量)が変化することは従来から知ら
れており、特開平11-340337では、電界効果トランジス
タを形成する下地膜に、シリコンより格子定数の大きな
シリコンゲルマニウムを用い、その上にシリコン層をエ
ピタキシャル成長させることにより、チャネル部分とな
るシリコンにひずみを与えて移動度を高め、トランジス
タの高速化を図るという方法が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように、結晶の格子定数の異なる材料を格子整合させる
ようにエピタキシャル成長させると、結晶に生じるひず
みのエネルギーが大きくなり、ある臨界膜厚以上の膜厚
では、結晶に転位が発生するといった問題や、LSI等の
半導体装置の製造プロセスにおいて、一般的ではないシ
リコンゲルマニウムという材料の導入による新たな製造
装置の導入に伴うコストの増加などにより、上述の方法
は実用化までには至っていない。
【0005】また、相補型電界効果トランジスタは、電
子をキャリアとするnチャネル型電界効果トランジスタ
と、正孔をキャリアとするpチャネル型電界効果トラン
ジスタにより構成されるが、半導体装置の高速化の為に
は、nチャネル型、およびpチャネル型各々の高速化を図
ることが好ましい。
【0006】本発明の目的は、nチャネル型電界効果ト
ランジスタとpチャネル型電界効果トランジスタを有す
る半導体装置において、ドレイン電流特性に優れた半導
体装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】題記課題を解決する本発
明を以下に示す。 (1)半導体基板主表面に溝を形成して、その内部に絶
縁膜を埋め込んだフィールド領域と、前記フィールド領
域に隣接する複数のアクティブ領域を有し、前記アクテ
ィブ領域は、n型電界効果型トランジスタが形成された
第一のアクティブ領域と、p型電界効果型トランジスタ
が形成された第二のアクティブ領域と、を備え、前記第
一のアクティブ領域に隣接する前記フィールド領域にお
ける前記溝の前記第一のアクティブ側の溝側面であっ
て、前記n型電界効果型トランジスタのソースとドレイ
ンを結ぶ方向に位置する前記溝側面に前記溝の半導体基
板の酸化を抑制する酸化防止膜を有し、前記第二のアク
ティブ領域に隣接する前記フィールド領域における前記
溝の前記第二のアクティブ側の溝側面であって、前記p
型電界効果型トランジスタのソースとドレインを結ぶ方
向に位置する前記溝側面に前記酸化防止膜を非設置とす
ることを特徴とする。
【0008】絶縁層とは、例えば、その周囲に位置する
シリコン基板等よりも導電性が低いものを用い、一例と
して、シリコン酸化層等を用いることができる。また、
前記酸化防止膜の上に前記絶縁を堆積する。ソースとド
レインを結ぶ方向とは、例えば、いわゆるチャネル方向
であることができる。この場合、ゲート電極の長手方向
に加わる応力がゲート電極のソースドレイン方向に加わ
る圧縮応力より低い圧縮応力となるよう形成するか、ゲ
ート電極の長手方向に加わる応力が引張応力でありゲー
ト電極のソースドレイン方向に加わる応力が圧縮応力と
なるように形成することが好ましい。前記の半導体装置
において、前記酸化防止膜は窒化物膜であることを特徴
とする。
【0009】p型電界効果型トランジスタを備える第一
のアクティブ領域に隣接するフィールド領域の溝側壁
に、溝の基板の酸化防止のための酸化防止膜として、例
えば、シリコン窒化膜を具備することができる。 (3)前記の半導体装置において、前記第二のアクティ
ブ領域に隣接する前記フィールド領域における前記溝の
前記第一のアクティブ側の溝側面であって、前記n型電
界効果型トランジスタのソースとドレインとの間に位置
するゲート電極の長手方向に位置する前記溝側面に前記
溝の半導体基板の酸化を抑制する酸化防止膜を有するこ
とを特徴とする。
【0010】前記ゲート電極の長手方向とは、チャネル
方向と交わる(例えば直行)方向であることができる。 (4)前記の半導体装置において、前記第二のアクティ
ブ領域に隣接する前記フィールド領域における前記溝の
前記第一のアクティブ側の溝側面であって、前記p型電
界効果型トランジスタのソースとドレインとの間に位置
するゲート電極の長手方向に位置する前記溝側面に前記
溝の半導体基板の酸化を抑制する酸化防止膜を有するこ
とを特徴とする。 (5)半導体基板主表面に溝を形成して、その内部に絶
縁膜を埋め込んだフィールド領域と、前記フィールド領
域に隣接するn型電界効果型トランジスタが形成された
第一のアクティブ領域及びp型電界効果型トランジスタ
が形成された第二のアクティブ領域と、を備え、前記第
一のアクティブ領域に隣接する前記フィールド領域にお
ける前記溝の前記第一のアクティブ側の溝側面であっ
て、前記n型電界効果型トランジスタのソースとドレイ
ンを結ぶ方向及びソースドレインを結ぶ方向と交わる方
向に位置する前記溝側面に前記溝の半導体基板の酸化を
抑制する酸化防止膜を有し、前記第二のアクティブ領域
に隣接する前記フィールド領域における前記溝の前記第
二のアクティブ側の溝側面であって、前記p型電界効果
型トランジスタのソースとドレインを結ぶ方向に位置す
る前記溝側面に前記酸化防止膜を非設置とし、ソースド
レインを結ぶ方向と交わる方向に位置する前記溝側面に
前記溝の半導体基板の酸化を抑制する酸化防止膜を形成
することを特徴とする。 (6)半導体基板主表面に溝を形成して、その内部に絶
縁膜を埋め込んだフィールド領域と、前記フィールド領
域に隣接する複数のアクティブ領域を有し、前記アクテ
ィブ領域は、n型電界効果型トランジスタが形成された
第一のアクティブ領域と、p型電界効果型トランジスタ
が形成された第二のアクティブ領域と、を備え、前記第
一のアクティブ領域に隣接する前記フィールド領域にお
ける前記溝の前記第一のアクティブ側の溝側面であっ
て、前記n型電界効果型トランジスタのソースとドレイ
ンを結ぶ方向に位置する前記溝側面に前記溝の半導体基
板の酸化を抑制する酸化防止膜を有し、前記第二のアク
ティブ領域とフィールド領域を介して隣接する第三のア
クティブ領域および第一の側の反対側から隣接する第四
のアクティブ領域と、を有し、前記第三のアクティブ領
域と前記第四のアクティブ領域は、前記第二のアクティ
ブ領域に形成される前記p型電界効果型トランジスタの
ソースとドレインを結ぶ方向に位置し、前記第二のアク
ティブ領域と前記第三のアクティブ領域との間に位置す
るフィールド領域と前記第二のアクティブ領域と前記第
四のアクティブ領域との間に位置するフィールド領域と
は、加工寸法誤差の範囲内で同じ幅の領域を有すること
を特徴とする。
【0011】また、加工寸法誤差の範囲内、言い換えれ
ばバラツキの範囲内とは、通常の加工バラツキの範囲
内、好ましくは0.05μm以下、で同じとなれば良いとい
うことである。より好ましくは、本実施例の半導体装置
が形成されている半導体基板において、他の回路、例え
ば、メモリセルや2NAND回路におけるゲート電極のゲー
ト長Lgの加工バラツキの範囲内であることが望ましく、
0.05μm以下、さらに好ましくは0.03μm以下であること
が望ましい。 (7)前記半導体装置において、前記n型電界効果型ト
ランジスタおよび前記p型電界効果型トランジスタはセ
ンスアンプ回路を構成することを特徴とする。 (8)前記半導体装置において、前記n型電界効果型ト
ランジスタおよび前記p型電界効果型トランジスタは差
動増幅回路を構成することを特徴とする。 (9)前記半導体装置において、前記n型電界効果型ト
ランジスタおよび前記p型電界効果型トランジスタはN
AND回路を構成することを特徴とする。 (10)前記半導体装置において、前記酸化防止膜と溝
を形成する半導体基板との間には酸化膜が形成されるこ
とを特徴とする。例えば、シリコン基板におけるシリコ
ン酸化膜である。 (11)n型電界効果型トランジスタとp型電界効果型
トランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板にパッド酸化膜を形成する工程、前記パッド
酸化膜の上に窒化膜を形成する工程、アクティブ領域に
隣接するフィールド領域を形成する領域における前記パ
ッド酸化膜および前記窒化膜を除去して開口部を形成す
る工程、前記開口部の前記半導体基板に溝を形成する工
程、前記溝により囲まれた第一のアクティブ領域に隣接
するフィールド領域の溝側面に溝の半導体基板の酸化を
防止する酸化防止膜を形成し、酸化防止膜の上に絶縁膜
を堆積して溝を埋める工程、前記溝により囲まれた第二
のアクティブ領域に隣接するフィールド領域の溝側面に
前記酸化防止膜を非設置とし、前記絶縁膜を堆積して溝
を埋める工程、前記第一および第二のアクティブ領域に
おける前記パッド酸化膜および窒化膜を除去する工程、
前記第一のアクティブ領域にn型電界効果型トランジス
タを形成し、前記第二のアクティブ領域にp型電界効果
型トランジスタを形成する工程、を有し前記酸化防止膜
を非設置の溝側面は前記p型電界効果型トランジスタの
ソースとドレインを結ぶ方向に位置するよう形成され
る、ことを特徴とする。 (12)前記半導体製造方法において、前記第一のアク
ティブ領域に隣接するフィールド領域の溝側面および前
記第二のアクティブ領域に隣接するフィールド領域の溝
側面に酸化防止膜を形成する工程、前記代のアクティブ
領域に隣接するフィールド領域の溝側面の前記酸化防止
膜を除去する工程、とを含むことを特徴とする。
【0012】なお、本願発明者らは、電界効果トランジ
スタのドレイン電流の応力依存性を測定し、nチャネル
型電界効果トランジスタと、pチャネル型電界効果トラ
ンジスタでは、その応力依存性が異なることを明らかに
した。図4に、nチャネル型電界効果トランジスタ、及
びpチャネル型電界効果トランジスタのドレイン電流の
応力依存性の実験結果を示す。これは、Si(001)面
上に、ドレイン電流が〈110〉軸に平行に流れるように
形成されたトランジスタに対して応力負荷実験を行った
ものである。評価した電界効果トランジスタのゲート長
は0.2μmである。また、応力の方向は電界効果トランジ
スタのチャネルを流れるドレイン電流に対して平行方向
のチャネル面内一軸応力(チャネルに平行な応力と以下
記す)と、ドレイン電流に対して直角方向のチャネル面
内一軸応力(チャネルに直角な応力と以下記す)であ
り、応力の符号は、プラスは引張応力、マイナスは圧縮
応力を表す。nチャネル型電界効果トランジスタの場
合、引張応力に対してドレイン電流が増加する(チャネ
ルに平行な応力では約4%/100MPa、チャネルに直角な応
力では約2%/100MPa)。一方、pチャネル型電界効果ト
ランジスタの場合には、チャネルに直角な方向に対して
はドレイン電流は増加(約4%/100MPa)するが、チャネ
ルに平行な方向に対しては、ドレイン電流は減少(約7%
/100MPa)することを明らかにした。
【0013】弾性変形内の議論では応力とひずみは比例
関係にある。したがって、上述の実験結果で、例えば、
nチャネル電界効果トランジスタに対してチャネルに平
行に引張応力を負荷した場合に、ドレイン電流が増加す
るのは、チャネルを構成するシリコンの結晶格子が、応
力負荷前に比べて、チャネル面内平行引張方向にひずん
だ為、電子の移動度が増加したものと考えられる。つま
り、本願発明者らは、nチャネル型、pチャネル型電界効
果トランジスタのドレイン電流特性が、チャネルを構成
するシリコンの結晶格子に生じるひずみの方向、及び絶
対値に依存することを明らかにした。
【0014】電界効果トランジスタに発生する応力のト
ランジスタ特性への影響については例えば、電界効果ト
ランジスタの特性の一つである相互コンダクタンス(G
m)の応力依存性について研究がなされている(Akemi H
amada, et al., IEEE Trans.Electron Devices, vol. 3
8, No. 4, pp.895-900, 1991)。しかしながら、従来は
電界効果トランジスタの特性が応力によって変動すると
いったことは、問題にならなかった。これはトランジス
タそのものの応力に対する感受性が低かったことが考え
られる。図5に前述の文献(Akemi Hamada, et al., IE
EE Trans. Electron Devices, vol. 38, No. 4, pp.895
-900, 1991)のGmの応力依存性の実験結果(ゲート長:
2μm)と、本願発明者らのGmの応力依存性の実験結果
(ゲート長:0.2μm)を比較して示す。なお、比較はn
チャネル型電界効果トランジスタに対する、チャネルに
平行方向の応力負荷で行った。ゲート長が2μmの世代の
トランジスタに対して、ゲート長0.2μm世代のトランジ
スタは、応力に対するGmの依存性が約4倍大きい。つま
り、トランジスタの世代が進むことによって、応力に対
するトランジスタ特性の感受性が高まっていることを示
している。
【0015】本発明は、nチャネル型電界効果トランジ
スタと、pチャネル型電界効果トランジスタを有する半
導体装置において、nチャネル型のチャネル部分に発生
する圧縮応力を小さくするように、もしくは引張り応力
となるように、pチャネル型ではチャネル方向と直角方
向の応力状態を平行方向に比べ引張り方向の応力状態と
するように、または全体を圧縮応力状態とするように、
nチャネル型、pチャネル型電界効果トランジスタ構造を
作り分けるようにするものである。
【0016】これにより、nチャネル型、pチャネル型、
共にドレイン電流特性を向上できるので全体としての性
能に優れた半導体装置を提供することができる。また、
本発明の半導体装置は、シリコンゲルマニウムを使わな
いので転位等を抑制した信頼性の高い半導体装置を提供
することができる。
【0017】本発明により、nチャネル型電界効果トラ
ンジスタとpチャネル型電界効果トランジスタを有する
半導体装置において、ドレイン電流特性に優れた半導体
装置を提供することができる。また、nチャネル型、pチ
ャネル型共にドレイン電流特性に優れた半導体装置を提
供できる。
【0018】本発明は、特にnチャネル電界効果型トラ
ンジスタとpチャネル電界効果型トランジスタからなる
相補型電界効果トランジスタを有している半導体装置に
適応することが好ましい。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を以下に説
明する。尚、本発明は以下の実施例に限られるものでは
なく、他の形態に適応することもできる。
【0020】本発明の第1実施例を図1を用いて説明す
る。図1は本実施例となるインバータ回路図、図2はレ
イアウト図である。図3は図2のA−A’の断面図を示
す。
【0021】本実施例は、図2に示すように、pチャネ
ル型電界効果トランジスタQ1と、nチャネル型電界効
果トランジスタQ2と、それらトランジスタを電気的に
接続する配線により構成されている。
【0022】基板(sub1)1に形成される、nチャネル型
電界効果トランジスタQ2は、p型ウェル層(pwell)2に形
成されたn型ソース(soce1)6、ドレイン(drain1)7と、
ゲート電極(poly-Si)9、ゲート酸化膜(gato-ox)8で構
成される。また、pチャネル型電界効果トランジスタQ1
は、n型ウェル層(nwell)5に形成されたp型ソース(soc
e)6、ドレイン(drain)7と、nチャネルと同様に、ゲ
ート電極(poly-Si)9、ゲート酸化膜(gato-ox)8で構成
される。さらに、これらトランジスタを接続し、回路を
構成するため、コンタクト(contact)10や配線(AL)
18が設けられている。なお、ゲート電極の長手方向及
びゲート電極と交わる方向(直交)する方向のソースドレ
イン方向(チャネル方向)を併せて記載する。
【0023】また、図3に示すように、厚い酸化膜(SiO
2B)15で溝を埋めた素子分離構造(STI:Shallow
Trench Isolation)がフィールド領域として、Q1、
Q2トランジスタを電気的に分離するために周りを囲ん
でいる(電界効果トランジスタが形成される領域は以
下、アクティブ領域activeと記す)。nチャネル型電界
効果トランジスタQ2に隣接するそのSTI内の溝側壁に
は、チャネル方向(ソース6とドレイン7を結ぶ方向、
ソース6とドレイン7間のゲート電極の長手方向と直交
する方向)のみならず、チャネル方向と直交する方向
(前記ソース6とドレイン7間に位置するゲート電極の
長手方向)にシリコン窒化膜(SiNA)16が堆積されてい
る。一方、pチャネル型電界効果トランジスタQ1の溝
側壁にはチャネル方向と直角方向のみにシリコン窒化膜
(SiNA)16が形成されている。そして、その上に阻止
分離のためのシリコン酸化膜(SiO2B)で溝が埋められ
る。なお、チャネル方向に位置する溝側壁にはシリコン
窒化膜(SiN)を非設置とする。
【0024】以下、本実施例の半導体装置の作用効果を
説明する。LSI等の半導体装置の開発においては、電界
効果トランジスタのドレイン電流の向上(ドレイン電流
の増加)が年々進められている。本願発明者らは、ドレ
イン電流がトランシ゛スタに与える応力によって変化すること
を明らかにし、pチャネル型電界効果トランジスタと、n
チャネル型電界効果トランジスタを有する相補型電界効
果トランジスタにおいて、nチャネル型、pチャネル型双
方のトランジスタのドレイン電流を向上させる方法を見
出した。
【0025】図4は、電界効果トランジスタのドレイン
電流の応力依存性である。図より、nチャネル型電界効
果トランジスタでは、引張応力によってドレイン電流が
増加し、pチャネル型電界効果トランジスタでは、逆
に、圧縮応力によってドレイン電流が増加すること等を
明らかにした。
【0026】STIは図6に示すように、シリコン基板に
溝を掘り、その溝内部にシリコン酸化膜(SiO2B)15を
埋め込んだ構造となっており、図3に示すようにトランシ゛ス
タに隣接するように形成される。また、通常、トランジ
スタはSTI形成後に形成される。トランジスタを形成す
る際にはゲート酸化膜やその他、多数の酸化工程が存在
する。この酸化工程では、酸化種となる酸素がSTIの溝
内部の酸化膜(SiO2B)15を拡散するので、溝側壁にも
酸化膜SiO2Cが成長する。シリコンからシリコン酸化膜
に変化する際、約2倍の体積膨張が生じる。この体積膨
張は埋め込まれた酸化膜によって拘束を受けるのでその
反力として、トランジスタを形成する領域には図6のハ
ッチングで示したように圧縮応力場が形成される。この
よう圧縮応力場がnチャネル型電界効果トランジスタ形
成領域に形成されると、図4に示したように、ドレイン
電流の低下が発生する。また、酸化シミュレータによっ
てこの圧縮応力の様子を解析した例を図7に示すが、S
TI幅を小さくすると圧縮応力値が大きくなる。これ
は、溝側壁(両側)で生じた圧縮応力がSTI幅が小さく
なることで溝内で干渉し、大きくなるものである。すな
わち、Q1、Q2周りのSTI幅によって、Q1、Q2の
電気的な特性が変化してしまうことを意味する。この問
題はSTI幅を一定にしてすべての回路をレイアウトす
るこで解決できると考えられるが、レイアウトの制約が
多く現実的ではない。そこで、本発明では、STI領域に
酸化種が拡散しても、溝側壁が酸化されないように、溝
側面の基板の酸化防止のため、酸化のマスクとなるシリ
コン窒化膜を溝側壁に堆積させ、圧縮応力の発生を抑制
できるようにした。
【0027】pチャネル型電界効果トランジスタのドレ
イン電流を増加させるには、図4より、チャネルと平行
方向には圧縮方向の応力、チャネルと直角には引張り方
向の応力を印加すればよい。そこで、このような応力場
とするために、チャネルと平行方向のSTI溝側壁にの
み、シリコン窒化膜を堆積させるようにした。
【0028】また、nチャネル型電界効果トランジスタ
では、チャネルに平行、直角に関係なく圧縮応力でドレ
イン電流が減少するので、nチャネル型電界効果トラン
ジスタを囲むSTI溝側壁にシリコン窒化膜を堆積させる
ようにした。
【0029】したがって、nチャネル型電界効果トラン
ジスタと、pチャネル型電界効果トランジスタを有する
半導体装置においては、上記に示すSTI構造によって発
生する応力(STI応力)をpチャネル型電界効果トラン
ジスタとnチャネル型電界効果トランジスタで制御する
ことで、nチャネル型、pチャネル型両方のドレイン電流
の向上が期待できる。このため全体としての特性を向上
させることができる。
【0030】図2のA−A’断面を図示すると図3のよ
うになる。シリコン基板(sub)1にwell領域(4(pwel
l)、5(pwell))が形成されており、素子分離としてSTI
がそのwell領域の境界に形成されている。さらにnチャ
ネル型の電界効果トランジスタQ2を囲むSTIの溝内部に
は酸化防止マスクとして、シリコン窒化膜(SiNA)16が
形成されている。そして、その上に阻止分離のSiO2B1
5が堆積されるようにすることができる。nチャネル型
の電界効果トランジスタQ2はソース(soce1)6、ドレイ
ン(drain1)7、ゲート電極(gato-ox)9で構成されてお
り、また、pチャネル型の電界効果トランジスタQ1は
ソース(soce)6、ドレイン(drain)7、ゲート電極(gato
-ox)9で構成されている。これらはインバータ回路とす
るためにコンタクト(contact)10を介して配線(AL)
18に接続されている。
【0031】STI構造内にシリコン窒化膜を堆積する方
法は図8に示したような方法で実現できる。以下、形成
方法について説明する (1)シリコン基板(sub)1上にハ゜ット゛酸化膜(SiO2)12
と前記パッド酸化膜12の上に第一のシリコン窒化膜膜
(SiN)13を形成し、所望の位置の前記第一のシリコン
窒化膜膜(SiN)13、パッド酸化膜(SiO2)12を除去さ
せ、シリコン基板(sub)1表面を露出させる。その後、
前記第一のシリコン窒化膜膜(SiN)13をマスクとし
て、所定の溝を形成する(図8a) (2)前記溝のシリコン基板(sub)1表面を酸化し、酸
化膜(SiO2A)14を形成する(図8b)。 (3)第二のシリコン窒化膜膜(SiNA)16を露出した表
面に形成する(図8c)。 (4)レジスト膜(resist)17を基板全体に塗布し、所
望の部分を感光し、除去する(図8d)。 (5)前記レジスト膜(resist)17をマスクに等方性
のドライエッチグで前記、第二のシリコン窒化膜膜(SiN
A)16の一部を除去する(図8e)(n型電界効果型ト
ランジスタの形成されたアクティブ領域の反対側のアク
ティブ側溝壁)。 (6)前記レジスト(resist)7を除去し、前記溝内部に
酸化膜(SiO2B)15を埋める(図8f)。 (7)前記第一のシリコン窒化膜膜(SiN)13の上に形
成された前記酸化膜(SiO2B)15を除去し、平坦化する
(図8g)。 (8)前記第一のシリコン窒化膜膜(SiN)13、前記パ
ット酸化膜(SiO2)12を除去する(図8h)。
【0032】上記方法とすることにより、STI溝内部
の片側の溝側壁のみにシリコン窒化膜膜を堆積すること
ができる。 (9)この後、露出させたシリコン基板1上にゲート酸
化膜8、ゲート電極9等の図3にも示した素子や配線等
を形成してゆく。
【0033】図2のインバータ回路のレイアウトを変更
すると図9に示したようなものとなる。また、図10に
示す2入力NAND回路に本発明を適用すると、図11に示
したようなものとなる。
【0034】また、図12に示すセンスアンプ回路のよ
うな、2つのトランジスタ(Q7やQ8)の特性が同一でな
ければならないような場合のレイアウトは、図13に示
したものとなる。この場合、Q7とQ8のトランジスタのチ
ャネルと平行方向のSTI応力は2つのトランジスタ間で
同一にすることが好ましい。そのため、 Q7、Q8に隣接
するようにSTIを介して、アクティブ゛領域を設けること
がこの好ましい。Q7、Q8に作用するSTI応力は、ドレイ
ン電流を向上させるためには、図4から高い圧縮応力と
することが有効である。そのため、STI幅S1はLSI形
成過程で最小に加工ができる寸法で形成することが好ま
しい。S1はQ7やQ8を有するアクティブ領域とそれに対
応するQ9及びQ10を有するアクティブ間の距離より小さ
い。例えば、0.25μm以下程度にすることができる。
【0035】図4に示したように、pチャネル型電界効
果トランジスタにおいて、ドレイン電流を最大限に増加
させるにはチャネルと平行、直角方向で残留する応力の
方向を変えることが有効である。しかし、応力によるド
レイン電流の変化は、チャネルと直角に応力を印加した
場合(約2%/100MPa)より、平行に印加した場合(約4%
/100MPa)の方が大きい。そのため、pチャネル型電界
効果トランジスタ形成領域に圧縮応力(チャネル方向に
関係なく)を加えることで、トータル的にはドレイン電
流の増加(4−2=2%)が図られることになる。その
ため、図に示すように、nチャネル型電界効果トランジ
スタに隣接するSTIのみ、溝側壁にシリコン窒化膜をト
ランジスタを囲むように形成するようにしても、 nチャ
ネル型、pチャネル型の両方のドレイン電流の向上が期
待できる。回路全体としての特性を向上させることがで
きる。
【0036】図1のインバータ回路、図10の2入力N
AND回路、図12のセンスアンプ回路に上記の方法を
適用するとレイアウトは図14、15、16のようにな
る。
【0037】
【発明の効果】本発明により、電流特性に優れたnチャ
ネル電界効果型トランジスタとpチャネル電界効果型ト
ランジスタを有する半導体装置を提供することが出来
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例のインバータ回路を示した
ものである。
【図2】本発明の第1実施例のインバータ回路のレイア
ウトを示すものである。
【図3】本発明の第1実施例のインバータ回路レイアウ
トの断面を示すものである。
【図4】nチャネル型、およびpチャネル型電界効果トラ
ンジスタのドレイン電流の応力依存性の実験結果を示す
概要図である。
【図5】電界効果トランジスタの世代による、相互コン
ダクタンス(Gm)の応力に対する依存性の違いを示した
実験結果を示す概要図である。
【図6】STI構造における応力発生を説明した概念図
である。
【図7】STIの酸化起因応力のSTI幅依存性を解析した結
果を示す概要図である。
【図8】STI溝内部にシリコン窒化膜を堆積する方法を
説明した概念図である。
【図9】本発明の第1実施例のインバータ回路の別レイ
アウトを示すものである。
【図10】2入力NAND回路を示したものである。
【図11】2入力NAND回路に本発明を適用した場合
のレイアウトである。
【図12】センスアンプ回路を示したものである。
【図13】センスアンプ回路に本発明を適用した場合の
レイアウトである。
【図14】本発明の第2実施例のインバータ回路のレイ
アウトを示すものである。
【図15】本発明の第2実施例の2入力NAND回路の
レイアウトを示すものである。
【図16】本発明の第2実施例のセンスアンプ回路のレ
イアウトを示すものである。
【符号の説明】
シリコン基板・・・1、浅溝素子分離・・・2、トランシ゛スタ形成
領域(active)・・・3、p型well ・・・4、n型well・・・5、
ソース(soce,soce1)・・・6、ドレイン(drain,drain
1)・・・7、ゲート酸化膜・・・8、ゲート電極・・・9、コン
タクト・・・10、 層間絶縁膜(TEOS)・・・11、パッド酸
化膜・・・12、第1のシリコン窒化膜膜・・・13、酸化膜
・・14、埋込み酸化膜・・・15、第2のシリコン窒化膜・
・・16、レジスト・・・17、配線・・・18、Q1,Q3,Q4,Q
7,Q8・・・pチャネル型電界効果トランジスタ、Q2,Q5,Q
6,Q9,Q10・・・nチャネル型電界効果トランジスタ
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 27/092 27/10 481 (72)発明者 三浦 英生 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 池田 修二 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 竹田 敏文 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者 太田 裕之 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 5F032 AA35 AA45 AA46 AA70 AA77 BA01 CA17 DA02 DA25 DA28 DA78 5F038 CA02 CA05 DF01 DF05 EZ20 5F048 AA04 AB04 AB10 AC03 BA10 BA14 BB05 BC03 BC18 BE03 BG01 BG03 BG14 5F083 AD00 BS00 GA01 LA03 NA01

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板主表面に溝を形成して、その内
    部に絶縁膜を埋め込んだフィールド領域と、前記フィー
    ルド領域に隣接する複数のアクティブ領域を有し、前記
    アクティブ領域は、n型電界効果型トランジスタが形成
    された第一のアクティブ領域と、p型電界効果型トラン
    ジスタが形成された第二のアクティブ領域と、を備え、
    前記第一のアクティブ領域に隣接する前記フィールド領
    域における前記溝の前記第一のアクティブ側の溝側面で
    あって、前記n型電界効果型トランジスタのソースとド
    レインを結ぶ方向に位置する前記溝側面に前記溝の半導
    体基板の酸化を抑制する酸化防止膜を有し、前記第二の
    アクティブ領域に隣接する前記フィールド領域における
    前記溝の前記第二のアクティブ側の溝側面であって、前
    記p型電界効果型トランジスタのソースとドレインを結
    ぶ方向に位置する前記溝側面に前記酸化防止膜を非設置
    とすることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】請求項1の半導体装置において、前記酸化
    防止膜は窒化物膜であることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】請求項1の半導体装置において、前記第二
    のアクティブ領域に隣接する前記フィールド領域におけ
    る前記溝の前記第一のアクティブ側の溝側面であって、
    前記n型電界効果型トランジスタのソースとドレインと
    の間に位置するゲート電極の長手方向に位置する前記溝
    側面に前記溝の半導体基板の酸化を抑制する酸化防止膜
    を有することを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】請求項1の半導体装置において、前記第二
    のアクティブ領域に隣接する前記フィールド領域におけ
    る前記溝の前記第一のアクティブ側の溝側面であって、
    前記p型電界効果型トランジスタのソースとドレインと
    の間に位置するゲート電極の長手方向に位置する前記溝
    側面に前記溝の半導体基板の酸化を抑制する酸化防止膜
    を有することを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】半導体基板主表面に溝を形成して、その内
    部に絶縁膜を埋め込んだフィールド領域と、前記フィー
    ルド領域に隣接するn型電界効果型トランジスタが形成
    された第一のアクティブ領域及びp型電界効果型トラン
    ジスタが形成された第二のアクティブ領域と、を備え、
    前記第一のアクティブ領域に隣接する前記フィールド領
    域における前記溝の前記第一のアクティブ側の溝側面で
    あって、前記n型電界効果型トランジスタのソースとド
    レインを結ぶ方向及びソースドレインを結ぶ方向と交わ
    る方向に位置する前記溝側面に前記溝の半導体基板の酸
    化を抑制する酸化防止膜を有し、前記第二のアクティブ
    領域に隣接する前記フィールド領域における前記溝の前
    記第二のアクティブ側の溝側面であって、前記p型電界
    効果型トランジスタのソースとドレインを結ぶ方向に位
    置する前記溝側面に前記酸化防止膜を非設置とし、ソー
    スドレインを結ぶ方向と交わる方向に位置する前記溝側
    面に前記溝の半導体基板の酸化を抑制する酸化防止膜を
    形成することを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】半導体基板主表面に溝を形成して、その内
    部に絶縁膜を埋め込んだフィールド領域と、前記フィー
    ルド領域に隣接する複数のアクティブ領域を有し、前記
    アクティブ領域は、n型電界効果型トランジスタが形成
    された第一のアクティブ領域と、p型電界効果型トラン
    ジスタが形成された第二のアクティブ領域と、を備え、
    前記第一のアクティブ領域に隣接する前記フィールド領
    域における前記溝の前記第一のアクティブ側の溝側面で
    あって、前記n型電界効果型トランジスタのソースとド
    レインを結ぶ方向に位置する前記溝側面に前記溝の半導
    体基板の酸化を抑制する酸化防止膜を有し、前記第二の
    アクティブ領域とフィールド領域を介して隣接する第三
    のアクティブ領域および第一の側の反対側から隣接する
    第四のアクティブ領域と、を有し、前記第三のアクティ
    ブ領域と前記第四のアクティブ領域は、前記第二のアク
    ティブ領域に形成される前記p型電界効果型トランジス
    タのソースとドレインを結ぶ方向に位置し、前記第二の
    アクティブ領域と前記第三のアクティブ領域との間に位
    置するフィールド領域と前記第二のアクティブ領域と前
    記第四のアクティブ領域との間に位置するフィールド領
    域とは、加工寸法誤差の範囲内で同じ幅の領域を有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  7. 【請求項7】請求項1の半導体装置において、前記n型
    電界効果型トランジスタおよび前記p型電界効果型トラ
    ンジスタはセンスアンプ回路を構成することを特徴とす
    る半導体装置。
  8. 【請求項8】請求項1の半導体装置において、前記n型
    電界効果型トランジスタおよび前記p型電界効果型トラ
    ンジスタは差動増幅回路を構成することを特徴とする半
    導体装置。
  9. 【請求項9】請求項1の半導体装置において、前記n型
    電界効果型トランジスタおよび前記p型電界効果型トラ
    ンジスタはNAND回路を構成することを特徴とする半
    導体装置。
  10. 【請求項10】請求項1の半導体装置において、前記酸
    化防止膜と溝を形成する半導体基板との間には酸化膜が
    形成されることを特徴とする半導体装置。
  11. 【請求項11】n型電界効果型トランジスタとp型電界
    効果型トランジスタを有する半導体装置の製造方法であ
    って、半導体基板にパッド酸化膜を形成する工程、前記
    パッド酸化膜の上に窒化膜を形成する工程、アクティブ
    領域に隣接するフィールド領域を形成する領域における
    前記パッド酸化膜および前記窒化膜を除去して開口部を
    形成する工程、前記開口部の前記半導体基板に溝を形成
    する工程、前記溝により囲まれた第一のアクティブ領域
    に隣接するフィールド領域の溝側面に溝の半導体基板の
    酸化を防止する酸化防止膜を形成し、酸化防止膜の上に
    絶縁膜を堆積して溝を埋める工程、前記溝により囲まれ
    た第二のアクティブ領域に隣接するフィールド領域の溝
    側面に前記酸化防止膜を非設置とし、前記絶縁膜を堆積
    して溝を埋める工程、前記第一および第二のアクティブ
    領域における前記パッド酸化膜および窒化膜を除去する
    工程、前記第一のアクティブ領域にn型電界効果型トラ
    ンジスタを形成し、前記第二のアクティブ領域にp型電
    界効果型トランジスタを形成する工程、を有し前記酸化
    防止膜を非設置の溝側面は前記p型電界効果型トランジ
    スタのソースとドレインを結ぶ方向に位置するよう形成
    される、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項12】請求項11の半導体製造方法において、
    前記第一のアクティブ領域に隣接するフィールド領域の
    溝側面および前記第二のアクティブ領域に隣接するフィ
    ールド領域の溝側面に酸化防止膜を形成する工程、前記
    代のアクティブ領域に隣接するフィールド領域の溝側面
    の前記酸化防止膜を除去する工程、とを含むことを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
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