JP2005064190A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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瑞城 小野
Akira Nishiyama
彰 西山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field-effect transistor provided with a gate insulating film of a high dielectric constant material, wherein an electric field at an end in the direction of the channel length of a gate electrode is mitigated, and a sufficient high-speed operation and a high reliability are realized simultaneously. <P>SOLUTION: A gate insulating film 5 exists on a source-drain region 7, and the gate insulating film 5 on the source/drain region 7 has a different thickness from the gate insulating film 5 under a gate electrode 6 containing a metal. By doing so, a position of a polarization electric charge induced on the top or bottom of the gate insulating film 5 is adjusted, and the electric field at the angular part of the lower end of the gate electrode 6 is mitigated. As the result, a problem such as a puncture or a reduction in a reliability in the gate insulating film is suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置とその製造方法に係り、特に、高誘電率材料のゲート絶縁膜を備えた電界効果トランジスタに関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a field effect transistor including a gate insulating film made of a high dielectric constant material.

従来、半導体集積回路装置に用いる電界効果トランジスタでは、集積化が進むにつれ、ゲート電極端部での電界集中が問題となる。この電界集中を緩和するために、多結晶シリコンのゲート電極配線の加工後に熱酸化処理を行ってゲート電極のゲート酸化膜を厚膜化することが行われている(特許文献1参照)。   Conventionally, in a field effect transistor used in a semiconductor integrated circuit device, electric field concentration at a gate electrode end becomes a problem as integration progresses. In order to alleviate this electric field concentration, the gate oxide film of the gate electrode is made thicker by performing a thermal oxidation process after processing the gate electrode wiring of polycrystalline silicon (see Patent Document 1).

また、電界効果トランジスタの動作速度を高速化するために高融点金属を用いて低抵抗にしたゲート電極が用いられており、電流駆動力を増すためにはゲート絶縁膜に高誘電率材料を用いることが提案されている。高誘電率材料は、従来、ゲート絶縁膜に用いられてきた酸化シリコンよりも誘電率の高い材料をいい、例えば、金属シリケートなどである。
特開平11−307774号公報
In addition, a gate electrode having a low resistance using a refractory metal is used to increase the operation speed of the field effect transistor, and a high dielectric constant material is used for the gate insulating film in order to increase the current driving capability. It has been proposed. The high dielectric constant material is a material having a dielectric constant higher than that of silicon oxide conventionally used for a gate insulating film, such as metal silicate.
JP-A-11-307774

金属または金属珪化物を備えるゲート電極(以下、メタルゲートとする)では、多結晶シリコンのゲート電極と異なり、上記特許文献に記載のような、ゲート電極加工後に電極下端の角部分を丸める酸化工程を施すことはゲート電極の特性劣化を招くため好ましくない。   In a gate electrode comprising metal or metal silicide (hereinafter referred to as a metal gate), unlike the polycrystalline silicon gate electrode, as described in the above-mentioned patent document, an oxidation process for rounding the corner at the lower end of the electrode after processing the gate electrode It is not preferable to perform the process because it causes deterioration of characteristics of the gate electrode.

また、多結晶シリコンのゲート電極を用いても、ゲート絶縁膜に用いられているところの高誘電率材料の変質に鑑みるとゲート電極加工後の酸化工程は好ましくない。   Even if a polycrystalline silicon gate electrode is used, the oxidation process after processing the gate electrode is not preferable in view of the alteration of the high dielectric constant material used for the gate insulating film.

さらに、ゲート絶縁膜に高誘電率材料を用いると、ゲート絶縁膜と周囲の層間絶縁膜との誘電率が異なるために電界集中の振る舞いは複雑になる。特願2002-8287では、この電界集中の振る舞いについて詳述した。   Further, when a high dielectric constant material is used for the gate insulating film, the behavior of the electric field concentration becomes complicated because the dielectric constants of the gate insulating film and the surrounding interlayer insulating film are different. Japanese Patent Application No. 2002-8287 described in detail the behavior of this electric field concentration.

つまり、ゲート絶縁膜形成のための高誘電率材料をゲート電極のチャネル方向端に合わせて加工した場合に電場は最も小さくなり、ゲート絶縁膜の端部がゲート電極の中央側に有ってもその反対側に有っても電場は急激に大きくなる。殊に、ゲート絶縁膜をゲート電極の外側に張り出して加工した場合に電場の値は大きくなる。   In other words, when the high dielectric constant material for forming the gate insulating film is processed in accordance with the channel direction end of the gate electrode, the electric field becomes the smallest, even if the end of the gate insulating film is on the center side of the gate electrode. Even if it is on the opposite side, the electric field suddenly increases. In particular, when the gate insulating film is extended and processed outside the gate electrode, the electric field value increases.

ここで、ゲート電極を加工する際にゲート電極の不要な領域にゲート電極材料が残ることは好ましくないので、通常はゲート電極材料の除去工程は過剰な条件で行う。その工程によりゲート電極材料下の半導体基板が削られてしまうと、半導体基板表面のソース・ドレインの抵抗を下げるために、ソース・ドレインの接合深さを深くせざるをえない。そのため、短チャネル効果が顕著となり著しい場合には素子の正常な動作が得られなくなる。   Here, since it is not preferable that the gate electrode material remains in an unnecessary region of the gate electrode when the gate electrode is processed, the removal process of the gate electrode material is usually performed under excessive conditions. If the semiconductor substrate under the gate electrode material is scraped by the process, the source / drain junction depth must be increased in order to reduce the resistance of the source / drain on the surface of the semiconductor substrate. For this reason, when the short channel effect becomes prominent and is remarkable, normal operation of the device cannot be obtained.

これを防ぐため、通常はゲート絶縁膜をゲート電極加工時の半導体基板の保護材として用いてゲート絶縁膜をソース・ドレイン領域上にも存在させる。または、ソース・ドレイン領域とゲート電極との短絡を防ぐために、ゲート電極の両側壁にゲート側壁を設けてゲート端を保護した状態でソース・ドレイン領域上のゲート絶縁膜を除去する。   In order to prevent this, the gate insulating film is usually used also as a protective material for the semiconductor substrate when processing the gate electrode, so that the gate insulating film is also present on the source / drain regions. Alternatively, in order to prevent a short circuit between the source / drain region and the gate electrode, the gate insulating film on the source / drain region is removed in a state where gate sidewalls are provided on both side walls of the gate electrode to protect the gate end.

結果として、いずれの方法によってもゲート絶縁膜はゲート電極よりも張り出してソース・ドレイン領域の上に存在する。ゲート電極のチャネル長端における電場は極めて強くなり絶縁膜の絶縁破壊乃至は絶縁膜に要求される絶縁耐圧の増大、そして信頼性の低下等の問題を引き起こしてしまうという問題が考えられる。   As a result, the gate insulating film protrudes beyond the gate electrode and exists on the source / drain regions by either method. There is a problem that the electric field at the channel long end of the gate electrode becomes extremely strong, which causes problems such as dielectric breakdown of the insulating film, increase of withstand voltage required for the insulating film, and deterioration of reliability.

この様な事情により、素子の電流駆動力向上及びゲート抵抗の低減の要求と、絶縁膜の絶縁耐圧の確保及び信頼性の要求との両立は困難であった。そのために高速動作と高信頼性との両立を実現することの障害となっていた。   Under such circumstances, it has been difficult to satisfy both the requirements for improving the current driving capability of the element and reducing the gate resistance, and ensuring the withstand voltage of the insulating film and the requirements for reliability. Therefore, it has been an obstacle to realizing both high speed operation and high reliability.

本発明は、上記問題点を解決するために成されたもので、その目的は高速動作を保つと同時にゲート電極のチャネル長方向端の電場を緩和し、十分な高速動作とともに高い信頼性を有する素子を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to maintain high speed operation and at the same time relax the electric field at the channel length direction end of the gate electrode, and has high reliability with sufficient high speed operation. It is to provide an element.

上記目的を達成するために本発明は、半導体基板と、半導体基板表面に形成されるチャネル予定領域のゲート長方向に隣接配置された一対のソース・ドレイン領域と、半導体基板側に金属を含み、チャネル予定領域上に形成されたゲート電極と、半導体基板とゲート電極との重なり領域に形成された、第一の厚さを備える中央部、および中央部をゲート長方向から挟み、ソース・ドレイン領域の一部上に形成された、第一の厚さと異なる膜厚を有する一対の端部を備えたゲート絶縁膜とを具備することを特徴とする半導体装置を提供する。   To achieve the above object, the present invention includes a semiconductor substrate, a pair of source / drain regions arranged adjacent to each other in a gate length direction of a channel planned region formed on the surface of the semiconductor substrate, and a metal on the semiconductor substrate side, A gate electrode formed on the planned channel region, a central portion having a first thickness formed in an overlapping region of the semiconductor substrate and the gate electrode, and a source / drain region sandwiching the central portion from the gate length direction And a gate insulating film having a pair of end portions having a film thickness different from the first thickness, which is formed on a part of the semiconductor device.

また、本発明は、半導体基板表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜に接する部分に金属を含むゲート電極を形成する工程と、ゲート電極の両脇にあるゲート絶縁膜の上部を除去して、下部のみを半導体基板表面に残置する工程と、ゲート電極を挟む半導体基板表面に不純物を添加してソース・ドレイン領域を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。   The present invention also includes a step of forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode containing metal on a portion in contact with the gate insulating film, and an upper portion of the gate insulating film on both sides of the gate electrode. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: removing and leaving only the lower part on the surface of the semiconductor substrate; and adding a impurity to the surface of the semiconductor substrate sandwiching the gate electrode to form a source / drain region I will provide a.

さらに、本発明は、半導体基板表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上にゲート電極形成予定領域を囲むパターンを形成する工程と、パターンに囲まれたゲート電極形成予定領域にあるゲート絶縁膜の上部を除去して、下部のみを半導体基板表面に残置する工程と、ゲート電極形成予定領域に、ゲート絶縁膜に接する部分に金属を含むゲート電極を形成する工程と、ゲート電極を挟む半導体基板表面に不純物を添加してソース・ドレイン領域を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。   Furthermore, the present invention includes a step of forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate, a step of forming a pattern surrounding the gate electrode formation planned region on the gate insulating film, and a gate electrode formation planned region surrounded by the pattern. Removing the upper portion of the gate insulating film and leaving only the lower portion on the surface of the semiconductor substrate; forming a gate electrode containing metal in a portion in contact with the gate insulating film in the region where the gate electrode is to be formed; and And a step of forming a source / drain region by adding an impurity to the surface of the semiconductor substrate to be sandwiched.

本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、高電流駆動力を得るための高誘電率ゲート絶縁膜、低いゲート抵抗を実現するための金属ゲート、および電界集中を抑制することによる絶縁膜の絶縁破壊の防止ならびに素子の高信頼性が実現される。従って高速動作且つ高信頼性の素子が提供される。   According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, a high dielectric constant gate insulating film for obtaining a high current driving force, a metal gate for realizing a low gate resistance, and an insulating film by suppressing electric field concentration. Prevention of dielectric breakdown and high reliability of the element are realized. Therefore, a high-speed operation and highly reliable element is provided.

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。尚、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は発明の説明とその理解を助けるための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Each figure is a schematic diagram to help explain and understand the invention, and its shape, dimensions, ratio, etc. are different from the actual device, but these are considered in the following explanation and known technology. The design can be changed as appropriate.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1を説明するための断面模式図である。図1は、実施の形態1の電界効果トランジスタのチャネル長方向に並行な断面図を示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the field effect transistor of Embodiment 1 parallel to the channel length direction.

本実施の形態はNチャネル電界効果トランジスタを例に説明する。不純物の導電型を逆にすればPャネル電界効果トランジスタにおいてもまったく同様である。また、光蝕刻法等の方法を用いて基板内の特定の領域のみに不純物を注入する等の方法を用いれば相補型電界効果トランジスタも形成でき、同様の効果が得られる。   In this embodiment, an N-channel field effect transistor will be described as an example. If the conductivity type of the impurity is reversed, the same applies to the P-channel field effect transistor. Further, if a method such as injecting impurities only into a specific region in the substrate using a method such as a photo-etching method, a complementary field effect transistor can be formed, and the same effect can be obtained.

まず、実施の形態1の電界効果トランジスタの構造を説明する。P型シリコン基板等の半導体基板1の表面には、隣接する素子領域間を電気的に分離する溝型素子分離領域2が形成されている。この電界効果トランジスタが形成される素子領域には、Pウェル領域3が形成され、その上にはゲート絶縁膜5、ゲート電極6が形成されている。   First, the structure of the field effect transistor of Embodiment 1 will be described. On the surface of the semiconductor substrate 1 such as a P-type silicon substrate, a groove-type element isolation region 2 that electrically isolates adjacent element regions is formed. A P well region 3 is formed in an element region where the field effect transistor is formed, and a gate insulating film 5 and a gate electrode 6 are formed thereon.

また、Pウェル領域3の表面にはゲート電極6をチャネル長方向から挟む一対のソース・ドレイン領域7が形成されている。ソース・ドレイン領域7間の基板表面には、Nチャネル領域4が形成されている。ゲート電極6、ソース・ドレイン領域7上には、各々に接続するコンタクト配線8が形成されている。各コンタクト配線8間には配線間、トランジスタ間を電気的に絶縁する層間絶縁膜9が形成されている。   Further, a pair of source / drain regions 7 sandwiching the gate electrode 6 from the channel length direction is formed on the surface of the P well region 3. An N channel region 4 is formed on the substrate surface between the source / drain regions 7. On the gate electrode 6 and the source / drain region 7, contact wirings 8 are formed so as to be connected to each other. An interlayer insulating film 9 is formed between the contact wires 8 to electrically insulate the wires and the transistors.

実施の形態1の電界効果トランジスタは、ゲート絶縁膜5がソース・ドレイン領域7上にも存在し、且つソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5はゲート電極6下のゲート絶縁膜5よりも薄いことに特徴がある。ゲート電極6下の膜厚の厚い領域をゲート絶縁膜5の中央部とすると、ソース・ドレイン領域7上の膜厚の薄い領域は、中央部を挟む一対の端部である。   In the field effect transistor of the first embodiment, the gate insulating film 5 is also present on the source / drain region 7, and the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 is more than the gate insulating film 5 below the gate electrode 6. It is characterized by being thin. When the thick region under the gate electrode 6 is a central portion of the gate insulating film 5, the thin region on the source / drain region 7 is a pair of end portions sandwiching the central portion.

ゲート電極6から出て基板に至る電気力線によりゲート絶縁膜5や層間絶縁膜9が分極して、ソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5の表面やその上の層間絶縁膜9の下面に分極電荷が生ずる。ゲート絶縁膜5が層間絶縁膜9よりも高い誘電率を持つことに鑑みると、この界面に現れる正味の電荷は、基板1に対してゲート電極6に正の電位を印加した時には負電荷であり、負の電位を印加した時には正電荷であるので、常にその界面の電位をゲート電極6の電位から遠ざける方向に働く。   The gate insulating film 5 and the interlayer insulating film 9 are polarized by electric lines of force coming out of the gate electrode 6 and reaching the substrate, and the surface of the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 and the lower surface of the interlayer insulating film 9 thereon. A polarization charge is generated. Considering that the gate insulating film 5 has a higher dielectric constant than the interlayer insulating film 9, the net charge appearing at this interface is a negative charge when a positive potential is applied to the gate electrode 6 with respect to the substrate 1. Since a positive charge is applied when a negative potential is applied, the potential at the interface always acts away from the potential of the gate electrode 6.

そのため、ゲート電極6下端角における電場が助長されるが、ゲート絶縁膜5の上面がゲート電極6下端角から離れて存在するためゲート絶縁膜5下端角近傍におけるゲート絶縁膜5中の電場は緩和され、その結果として絶縁膜の信頼性の高い半導体装置を提供することができる。   Therefore, although the electric field at the lower end corner of the gate electrode 6 is promoted, the electric field in the gate insulating film 5 near the lower end corner of the gate insulating film 5 is relaxed because the upper surface of the gate insulating film 5 exists away from the lower end corner of the gate electrode 6. As a result, a semiconductor device with a highly reliable insulating film can be provided.

このような電場緩和についてここで詳述する。電界効果トランジスタでは、ゲート絶縁膜の表面や側面を貫いてゲート電極と基板とを結ぶ電気力線によってゲート絶縁膜や層間絶縁膜が分極する。そのためゲート絶縁膜の表面や側面に、ゲート絶縁膜と層間絶縁膜との誘電率の相違に起因した分極の差に相当する分極電荷が誘起される。この状態を図2の模式図を用いて説明する。   Such electric field relaxation will be described in detail here. In the field effect transistor, the gate insulating film and the interlayer insulating film are polarized by electric lines of force that penetrate the surface and side surfaces of the gate insulating film and connect the gate electrode and the substrate. Therefore, a polarization charge corresponding to a difference in polarization due to a difference in dielectric constant between the gate insulating film and the interlayer insulating film is induced on the surface and side surfaces of the gate insulating film. This state will be described with reference to the schematic diagram of FIG.

図2は、図1に示す電界効果トランジスタにおけるゲート電極6のチャネル長方向端の角とその近傍を拡大した断面模式図である。半導体基板1に対してゲート電極6に正の電位を印加した場合を考える。負の電位を印加した場合も全体の符号が反転するのみで以下の話は全く同様である。   FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of the corner of the gate electrode 6 in the channel length direction and the vicinity thereof in the field effect transistor shown in FIG. Consider a case where a positive potential is applied to the gate electrode 6 with respect to the semiconductor substrate 1. Even when a negative potential is applied, the entire sign is reversed, and the following story is exactly the same.

図2では、ゲート電極6より出て半導体基板1に至る電気力線を2本のみ記してある。また、誘電率の異なる媒質の界面において電気力線には折れ曲がりが生ずるが図2ではそ
の折れ曲がりを省略している。
In FIG. 2, only two lines of electric force extending from the gate electrode 6 to the semiconductor substrate 1 are shown. Further, the electric lines of force are bent at the interface of the media having different dielectric constants, but the bending is omitted in FIG.

ゲート絶縁膜には、金属酸化物等の高誘電率材料を用いるのに対して、一般に、層間絶縁膜等には高誘電率材料は用いないので、ゲート絶縁膜の方が誘電率は高い。ゲート電極に正の電位を印加しているので、ゲート絶縁膜の表面における電場の向きはゲート絶縁膜の外から内へと向かう。するとゲート絶縁膜の表面には負の分極電荷が誘起され、それと向かい合う層間絶縁膜の下面には正の分極電荷が誘起される。   While a high dielectric constant material such as a metal oxide is used for the gate insulating film, generally, a high dielectric constant material is not used for the interlayer insulating film or the like. Therefore, the gate insulating film has a higher dielectric constant. Since a positive potential is applied to the gate electrode, the direction of the electric field on the surface of the gate insulating film is directed from the outside to the inside of the gate insulating film. Then, negative polarization charges are induced on the surface of the gate insulating film, and positive polarization charges are induced on the lower surface of the interlayer insulating film facing the gate insulating film.

この状態では、ゲート絶縁膜の方が層間絶縁膜よりも誘電率が高いので、その界面に誘起される正味の電荷は負となる。これはゲート絶縁膜表面の電位をゲート電極から遠ざけることになるのでゲート電極のチャネル長端近傍の電場を強める。   In this state, since the gate insulating film has a higher dielectric constant than the interlayer insulating film, the net charge induced at the interface is negative. This increases the electric field in the vicinity of the channel long end of the gate electrode because the potential on the surface of the gate insulating film is kept away from the gate electrode.

ここで、ソース・ドレイン領域上もゲート電極下もゲート絶縁膜が等しい厚さを持っていると、この負の電荷はゲート電極下端角に接しているので、ゲート電極下端角近傍の電場は最も強くなる。そしてソース・ドレイン領域上のゲート絶縁膜をゲート電極下のゲート絶縁膜と異なる厚さとすると、この負の電荷はゲート電極下端角から離れるので上に記した電場の助長が弱まり、結果としてゲート電極下端角近傍の電場は弱まる。   Here, if the gate insulating film has the same thickness both on the source / drain region and below the gate electrode, this negative charge is in contact with the lower end corner of the gate electrode, so the electric field near the lower end corner of the gate electrode is the most. Become stronger. If the gate insulating film on the source / drain region has a different thickness from that of the gate insulating film below the gate electrode, the negative electric charge is separated from the lower end corner of the gate electrode, so that the above-described electric field is weakened. The electric field near the bottom corner is weakened.

図2に示した様に、ゲート電極6下端角の下にゲート絶縁膜5にあらわれた側面における電場の向きはゲート絶縁膜5の内から外へ向かう。すると上に記したゲート絶縁膜5表面の場合とは逆に、この側面上には正の分極電荷が誘起され、それと向かい合う層間絶縁膜9側の側面には負の分極電荷が誘起される。   As shown in FIG. 2, the direction of the electric field on the side surface that appears on the gate insulating film 5 below the lower end corner of the gate electrode 6 is directed from the inside to the outside of the gate insulating film 5. Then, contrary to the case of the surface of the gate insulating film 5 described above, a positive polarization charge is induced on this side surface, and a negative polarization charge is induced on the side surface on the side of the interlayer insulating film 9 facing it.

ゲート絶縁膜5の方が層間絶縁膜9等よりも誘電率が高いので、その界面に誘起される正味の電荷は正となる。これはゲート絶縁膜5表面の電位をゲート電極6に近づけることになるのでゲート電極6下端角近傍の電場を弱める。そのため、ソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5をゲート電極6下のゲート絶縁膜5よりも薄くすると、ゲート電極6下端角近傍の電場は更に弱まると考えられる。この様にしてゲート電極6下端角近傍の電場の緩和が図られる。   Since the gate insulating film 5 has a higher dielectric constant than the interlayer insulating film 9 or the like, the net charge induced at the interface is positive. This brings the potential of the surface of the gate insulating film 5 closer to the gate electrode 6 and weakens the electric field near the lower end corner of the gate electrode 6. Therefore, if the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 is made thinner than the gate insulating film 5 below the gate electrode 6, the electric field in the vicinity of the lower end corner of the gate electrode 6 will be further weakened. In this way, the electric field in the vicinity of the lower end corner of the gate electrode 6 is reduced.

図3は、電界効果トランジスタの一部に関するチャネル方向に平行な断面模式図である。電界効果トランジスタについて、図3中のΔ2を変数としてゲート電極6下端(図中の○印)におけるゲート絶縁膜5中の電場の値をシミュレーションにより検討した。ゲートの側壁等の素子を覆っている層間絶縁膜の誘電率は酸化シリコンの誘電率であるところの3.9とした。その結果を図4に示す。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a part of the field effect transistor parallel to the channel direction. With respect to the field effect transistor, the value of the electric field in the gate insulating film 5 at the lower end of the gate electrode 6 (marked with a circle in the figure) was examined by simulation using Δ2 in FIG. The dielectric constant of the interlayer insulating film covering the elements such as the side walls of the gate was set to 3.9, which is the dielectric constant of silicon oxide. The result is shown in FIG.

Δ2の符号は、図4に示す様にソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5がゲート電極6下のゲート絶縁膜5よりも厚い場合を正、薄い場合を負とした。Δ2がゼロの場合、すなわちソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5の厚さがゲート電極6下のゲート絶縁膜5の厚さと等しい場合に電場は最も強く、Δ2がゼロから離れると電場は弱まっていることが判る。   The sign of Δ2 is positive when the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 is thicker than the gate insulating film 5 below the gate electrode 6 as shown in FIG. When Δ2 is zero, that is, when the thickness of the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 is equal to the thickness of the gate insulating film 5 below the gate electrode 6, the electric field is strongest, and when Δ2 is away from zero, the electric field is You can see that it is weakened.

さらにΔ2が負の場合、すなわちソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5の厚さがゲート電極6下のゲート絶縁膜5の厚さよりも薄い方が電場は弱くなっていることが判る。そのため、ソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5の厚さは、ゲート電極6下のゲート絶縁膜5の厚さよりも薄い方が好ましい。   Furthermore, it can be seen that the electric field is weaker when Δ2 is negative, that is, when the thickness of the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 is thinner than the thickness of the gate insulating film 5 below the gate electrode 6. Therefore, it is preferable that the thickness of the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 is thinner than the thickness of the gate insulating film 5 below the gate electrode 6.

更に、図3に示す構造のΔ2と静電容量との関係を調べた結果を図5に示す。図5から、ソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5の厚さがゲート電極6下のゲート絶縁膜5の厚さよりも厚い場合には、ゲート電極6とソース・ドレイン領域7との間に形成される
静電容量が大きくなると考えられる。ゲート電極6とソース・ドレイン領域7との間の静電容量が大きくなることは素子の寄生容量の増大を意味するので、素子の動作速度の低下につながり、ゲート電極6とソース・ドレイン領域7との間の静電容量は小さい方が好ましい。
Furthermore, the result of investigating the relationship between Δ2 and the capacitance of the structure shown in FIG. 3 is shown in FIG. From FIG. 5, when the thickness of the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 is thicker than the thickness of the gate insulating film 5 below the gate electrode 6, the gap between the gate electrode 6 and the source / drain region 7 is It is considered that the capacitance formed is increased. An increase in the capacitance between the gate electrode 6 and the source / drain region 7 means an increase in the parasitic capacitance of the device, leading to a decrease in the operation speed of the device, and the gate electrode 6 and the source / drain region 7. The capacitance between the two is preferably small.

以上から、Δ2を減らすと静電容量は単調に減少しており、Δ2を負に設定する、すなわちソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5の厚さをゲート電極6下のゲート絶縁膜5の厚さよりも薄く設定する、方がより好ましいことが判る。   From the above, when Δ2 is decreased, the capacitance decreases monotonously, and Δ2 is set to be negative, that is, the thickness of the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 is set to the gate insulating film 5 below the gate electrode 6. It can be seen that it is more preferable to set the thickness to be smaller than the thickness of.

特願2002-8287では、半導体基板に対してゲート電極に電位を印加した場合に現れる分極電荷によりゲート電極下端角近傍のゲート絶縁膜の電位をゲート電極の電位に近づけることでゲート絶縁膜中の電場を緩和した。これに対し、本発明においては、半導体基板に対してゲート電極に電位を印加した場合に現れる分極電荷によりゲート電極下端角近傍のゲート絶縁膜の電位がゲート電極の電位から遠ざけられて、電場が助長されるのを防ぐことにより電場を緩和する。   In Japanese Patent Application No. 2002-8287, the potential of the gate insulating film in the vicinity of the lower end corner of the gate electrode is brought close to the potential of the gate electrode by the polarization charge that appears when a potential is applied to the gate electrode with respect to the semiconductor substrate. Reduced the electric field. On the other hand, in the present invention, the potential of the gate insulating film in the vicinity of the lower end angle of the gate electrode is moved away from the potential of the gate electrode by the polarization charge that appears when the potential is applied to the gate electrode with respect to the semiconductor substrate, and the electric field is Reduce the electric field by preventing it from being encouraged.

更に、特願2002-8287の特許に限らず、ゲート電極に高誘電率材料よりなる側壁を設けた構造は、ゲート電極の側面から出て半導体基板に至る電気力線のすべてが高誘電率材料側壁を通る。この側壁に用いる高誘電率材料はゲート絶縁膜材料と同一でもよいし、異なるものでもよい。そのため、ゲート電極と半導体基板との間に形成される静電容量が極めて大きくなり、素子の高速動作の妨げとなり好ましくない。それに対して、本発明の構造はゲート電極の側面の上部は高誘電率材料よりなる絶縁物と接しておらず、ゲート電極の側面と半導体基板との間に形成される静電容量は抑制される。そのため、十分な高速動作が実現される。   Furthermore, the structure in which the gate electrode is provided with a side wall made of a high dielectric constant material is not limited to the patent of Japanese Patent Application No. 2002-8287, and all electric lines of force extending from the side surface of the gate electrode to the semiconductor substrate are made of a high dielectric constant material. Pass through the side wall. The high dielectric constant material used for the sidewall may be the same as or different from the gate insulating film material. For this reason, the capacitance formed between the gate electrode and the semiconductor substrate becomes extremely large, which hinders high-speed operation of the element, which is not preferable. On the other hand, in the structure of the present invention, the upper part of the side surface of the gate electrode is not in contact with an insulator made of a high dielectric constant material, and the capacitance formed between the side surface of the gate electrode and the semiconductor substrate is suppressed. The Therefore, a sufficiently high speed operation is realized.

次に、図1に示した電界効果トランジスタの製造方法について、図6乃至図10のチャネル長方向の断面模式図を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the field effect transistor shown in FIG. 1 will be described with reference to schematic cross-sectional views in the channel length direction of FIGS.

先ず、図6に示すように、P型シリコン基板1に例えば溝型素子分離法により素子分離領域2を形成する。続いて、Pウエル形成領域に例えばBイオンを約100 keV、約2.0×1013
cm-2で注入し、その後に例えば約1050℃、約30秒の熱工程によりPウエル領域3を形成する。Pウエル領域3中には、所望のしきい値電圧を得るために例えばBイオンを約30 keV、約1.0×1013 cm-2で注入し、Nチャネル4表面の濃度を調節する。
First, as shown in FIG. 6, an element isolation region 2 is formed on a P-type silicon substrate 1 by, for example, a groove type element isolation method. Subsequently, for example, B ions are about 100 keV, about 2.0 × 10 13 in the P well formation region.
Implantation is performed at cm −2 , and then a P well region 3 is formed by a thermal process of about 1050 ° C. for about 30 seconds, for example. In order to obtain a desired threshold voltage, for example, B ions are implanted into the P well region 3 at about 30 keV and about 1.0 × 10 13 cm −2 to adjust the concentration of the surface of the N channel 4.

次に、例えばスパッタ法等を用いて、シリコン基板1上に例えば厚さ5 nmのHfO2膜11を形成する(図7)。 Next, the HfO 2 film 11 having a thickness of, for example, 5 nm is formed on the silicon substrate 1 by using, for example, a sputtering method (FIG. 7).

HfO2膜11上には、例えばCVD法により、厚さ約100 nmのタングステン等の高融点金属膜を堆積する。この高融点金属膜に、レジスト膜の形成とフォトリソグラフィーを用いた加工により形成したマスクパターンを用いてRIE法等の異方性エッチングを施し、ゲート電極6を形成する(図8)。続いて、RIE法等の異方性エッチングを施すことによりHfO2膜11の上部を除去する(図8)。 A refractory metal film such as tungsten having a thickness of about 100 nm is deposited on the HfO 2 film 11 by, eg, CVD. The refractory metal film is subjected to anisotropic etching such as RIE using a mask pattern formed by forming a resist film and processing using photolithography to form the gate electrode 6 (FIG. 8). Subsequently, the upper portion of the HfO 2 film 11 is removed by performing anisotropic etching such as RIE (FIG. 8).

次に、例えばヒ素(As)イオンを50 keV、5.0×1015 cm-2をシリコン基板1表面に注入する。そして、熱工程によりAsイオンが拡散した不純物領域(ソース・ドレイン領域)7を形成する(図9)。 Next, for example, arsenic (As) ions are implanted into the surface of the silicon substrate 1 at 50 keV and 5.0 × 10 15 cm −2 . Then, impurity regions (source / drain regions) 7 in which As ions are diffused are formed by a thermal process (FIG. 9).

次に、図10に示すように、シリコン基板1の表面に層間絶縁膜として例えばCVD法で酸化シリコン膜9を約500 nm堆積する。例えばマスクパターンを用いたRIE法により、酸化シリコン膜9に、ソース・ドレイン領域7およびゲート電極6に繋がる配線孔12を開
孔する。
Next, as shown in FIG. 10, a silicon oxide film 9 is deposited on the surface of the silicon substrate 1 as an interlayer insulating film by a CVD method, for example, by about 500 nm. For example, wiring holes 12 connected to the source / drain regions 7 and the gate electrode 6 are opened in the silicon oxide film 9 by RIE using a mask pattern.

開孔12にはコンタクト配線を形成する。例えばスパッタ法等により、シリコン基板1の表面に例えばSiを1%含有する厚さ約300nmのAl膜を形成する。このAl膜に、例えばRIE法等の異方性エッチングを施すことにより、開孔と隣接する層間絶縁膜9上からAl膜を除去する。これにより図1に示す電界効果トランジスタを形成する。   Contact wiring is formed in the opening 12. For example, an Al film having a thickness of about 300 nm containing 1% Si, for example, is formed on the surface of the silicon substrate 1 by sputtering or the like. The Al film is removed from the interlayer insulating film 9 adjacent to the opening by subjecting this Al film to anisotropic etching such as RIE. Thus, the field effect transistor shown in FIG. 1 is formed.

以上説明した、実施の形態1では、次に述べる種々の変形が可能である。   In the first embodiment described above, various modifications described below are possible.

本実施の形態においてはN型電界効果トランジスタを例に取って示したが、不純物の導電型を逆にすればP型電界効果トランジスタの場合に同様に適用できる。そして光蝕刻法等の方法を用いて基板内の特定の領域のみに不純物を導入すれば相補型電界効果トランジスタに対しても同様である。また、それらを一部として含む半導体装置にも用いることができる。   In the present embodiment, an N-type field effect transistor has been described as an example. However, the present invention can be similarly applied to a P-type field effect transistor if the conductivity type of impurities is reversed. The same applies to the complementary field effect transistor if impurities are introduced only into a specific region in the substrate using a method such as photo-etching. Further, it can be used for a semiconductor device including them as a part.

また、電界効果トランジスタの他に、バイポーラー型トランジスタや単一電子トランジスタ等の他の能動素子、抵抗体、ダイオード、インダクター、及び/あるいはキャパシター等の受動素子を含む半導体装置の一部として、以上説明した電界効果トランジスタを形成することもできる。OEIC(Opt-Electrical Integrated Circuit)やMEMS(Microelectro Mechanical System)の一部として電界効果トランジスタを形成する場合もまた同様である。また、SOI(Silicon On Insulator)構造の素子にも同様に用いられる。さらにFIN型乃至柱状構造の素子等にも同様に用いられる。   In addition to field effect transistors, as part of a semiconductor device including other active elements such as bipolar transistors and single electron transistors, passive elements such as resistors, diodes, inductors, and / or capacitors, The field effect transistors described can also be formed. The same applies to the case where a field effect transistor is formed as a part of OEIC (Opt-Electrical Integrated Circuit) or MEMS (Microelectro Mechanical System). It is also used in the same manner for SOI (Silicon On Insulator) structure elements. Furthermore, it can be used in the same manner for FIN type or columnar elements.

また、本実施の形態では、N型半導体層を形成するための不純物としてはAsを、P型半導体層を形成するための不純物としてはB(ボロン)を用いた。N型半導体層を形成するための不純物として他のV族不純物を用いる、P型半導体層を形成するための不純物として他のIII族不純物を用いてもよい。III族やV族の不純物の導入はそれらを含む化合物の形で行ってもよい。   In this embodiment, As is used as an impurity for forming the N-type semiconductor layer, and B (boron) is used as an impurity for forming the P-type semiconductor layer. Other group V impurities may be used as impurities for forming the N-type semiconductor layer, and other group III impurities may be used as impurities for forming the P-type semiconductor layer. The introduction of Group III or Group V impurities may be carried out in the form of a compound containing them.

本実施の形態では、不純物の導入はイオン注入を用いて行ったが、イオン注入以外の例えば固相拡散や気相拡散等の方法を用いて行ってもよい。また、不純物を含有する半導体を堆積するまたは成長させる等の方法を用いてもよい。   In this embodiment mode, the introduction of impurities is performed using ion implantation, but may be performed using a method other than ion implantation such as solid phase diffusion or gas phase diffusion. Alternatively, a method of depositing or growing a semiconductor containing impurities may be used.

また、本実施の形態では、シングルドレイン構造の素子を示したが、シングルドレイン構造以外の例えばエクステンション構造乃至LDD(Lightly Doped Drain)構造やGDD(Graded
Diffused Drain) 構造等の構造の素子に適用してもよい。またハロー構造乃至ポケット構造やエレベート構造等の素子を用いてもよい。
In the present embodiment, an element having a single drain structure is shown. However, for example, an extension structure to an LDD (Lightly Doped Drain) structure or a GDD (Graded) other than the single drain structure is shown.
You may apply to the element of structures, such as a Diffused Drain) structure. Moreover, you may use elements, such as a halo structure thru | or a pocket structure, and an elevator structure.

また、本実施の形態では、ソース・ドレイン領域の形成をゲート電極及びゲート絶縁膜の加工の後に行っているが、これらの順序は本質ではなく、逆の順序で行ってもよい。ゲート電極やゲート絶縁膜の材質によっては熱工程を施すことが好ましくない場合がある。その様な場合にはソース・ドレイン領域への不純物の導入をゲート電極やゲート絶縁膜の加工に先立って行うことが好ましい。   In this embodiment, the source / drain regions are formed after the processing of the gate electrode and the gate insulating film. However, the order is not essential, and the order may be reversed. Depending on the material of the gate electrode and the gate insulating film, it may not be preferable to perform the thermal process. In such a case, it is preferable to introduce impurities into the source / drain regions prior to processing of the gate electrode and the gate insulating film.

また、本実施の形態では、配線のための金属層の形成はスパッタ法を用いて行っているが、スパッタ法以外に例えば堆積法等の異なる方法を用いて金属層を形成してもよい。また、金属の選択成長等の方法を用いてもよいしダマシン法等の方法を用いてもよい。また、配線金属の材料はSiを含有するAlであることに必然性は無く、例えばCu等の他の金属を用いてもよい。殊にCuは抵抗率が低いので好ましい。   In this embodiment, the metal layer for wiring is formed by sputtering, but the metal layer may be formed by using a different method such as a deposition method in addition to the sputtering method. Further, a method such as selective growth of metal may be used, or a method such as damascene method may be used. In addition, the wiring metal material is not necessarily Si containing Al, and other metals such as Cu may be used. In particular, Cu is preferable because of its low resistivity.

また、本実施の形態では、ゲート電極は高融点金属を用いたが、必ずしも高融点とは限らない金属、あるいは金属を含む化合物等を用いてもよい。さらに、ゲート電極は金属単層に限らない。例えば、多結晶シリコン、単結晶シリコンまたは非晶質シリコン等の半導体と金属との積層でもよい。但し、非金属層と金属層を積層する際には、ゲート絶縁膜よりに金属層を形成し、金属層上に非金属層を形成する。   In this embodiment mode, a refractory metal is used for the gate electrode. However, a metal that does not necessarily have a high melting point, a compound containing a metal, or the like may be used. Furthermore, the gate electrode is not limited to a single metal layer. For example, a stack of a semiconductor such as polycrystalline silicon, single crystal silicon, or amorphous silicon and a metal may be used. However, when the non-metal layer and the metal layer are stacked, a metal layer is formed from the gate insulating film, and the non-metal layer is formed on the metal layer.

さらに、必ずしも高融点とは限らない金属、あるいは金属を含む化合物と、高融点金属との積層ゲート電極としてもよい。この際に、金属あるいは金属を含む化合物でゲート電極を形成するとゲート抵抗を抑制できるので素子の高速動作が得られ、好ましい。   Furthermore, a stacked gate electrode of a metal that is not necessarily a high melting point or a compound containing a metal and a high melting point metal may be used. At this time, it is preferable to form the gate electrode with a metal or a compound containing a metal because the gate resistance can be suppressed, so that the device can operate at high speed.

また、本実施の形態では、ゲート電極の上部は電極が露出する構造(図9参照)であるが、上部に例えば酸化シリコンや窒化シリコン等の絶縁物を設けてもよい。殊にゲート電極が金属を含む材料で形成されており、且つソース・ドレイン領域上にシリサイド層を形成する場合等、製造工程の途中でゲート電極を保護する必要が在る場合等はゲート電極の上部に酸化シリコンや窒化シリコン等の保護材料を設けることは必須である。   In the present embodiment, the upper portion of the gate electrode has a structure in which the electrode is exposed (see FIG. 9), but an insulator such as silicon oxide or silicon nitride may be provided on the upper portion. In particular, when the gate electrode is formed of a material containing metal and a silicide layer is formed on the source / drain region, it is necessary to protect the gate electrode during the manufacturing process. It is essential to provide a protective material such as silicon oxide or silicon nitride on the top.

また、本実施の形態では、ゲート電極の形成はゲート電極材料を堆積した後に異方性エッチングを施すという方法で形成しているが、例えばダマシンプロセス等のような埋め込み等の方法を用いてゲート電極を形成してもよい。   In this embodiment, the gate electrode is formed by a method of performing anisotropic etching after depositing the gate electrode material. However, the gate electrode is formed by using a method such as embedding such as a damascene process. An electrode may be formed.

また、本実施の形態では、素子を流れる電流の主方向(図1の紙面左右方向)に測ったゲート電極の長さは、ゲート電極の上部も下部も等しいが、このことは本質的ではない。例えば、ゲート電極の上部を測った長さの方が下部を測った長さよりも長いアルファベットの「T」の字の様な形であってもよい。この場合にはゲート抵抗を低減することができると言う他の利点も得られる。   In this embodiment, the length of the gate electrode measured in the main direction of the current flowing through the element (the left-right direction in FIG. 1) is equal to the upper and lower portions of the gate electrode, but this is not essential. . For example, the length of the upper part of the gate electrode measured in the shape of an alphabet “T” may be longer than the length measured in the lower part. In this case, there is another advantage that the gate resistance can be reduced.

また、本実施の形態では、ゲート絶縁膜としてスパッタ法により形成したHfO2膜を用いたが、Hfの異なる価数の酸化物、Zr、Ti、Sc、Y、Ta、Al、La、Ce、Pr、ランタノイド系列の元素等の金属酸化物、これらの元素を初めとする様々な元素を含むシリケート材料、これらのシリケート材料に窒素を含有させた絶縁膜、他の高誘電体膜、あるいはそれらの積層等の絶縁膜をゲート絶縁膜として用いてもよい。 In this embodiment, an HfO 2 film formed by a sputtering method is used as the gate insulating film, but oxides having different valences of Hf, Zr, Ti, Sc, Y, Ta, Al, La, Ce, Pr, metal oxides such as lanthanoid series elements, silicate materials containing various elements including these elements, insulating films containing nitrogen in these silicate materials, other high dielectric films, or their An insulating film such as a stack may be used as the gate insulating film.

本実施の形態では、ゲート絶縁膜表面及びそれと向かい合う層間絶縁膜等の下面等に誘起される分極電荷を用いている。一般に二種類の絶縁体の界面に誘起される分極電荷は各々の絶縁体の表面に誘起される分極電荷の差であるので、ゲート絶縁膜の誘電率が高いほど誘起される正味の分極電荷は多くなる。つまり、本実施の形態で得られる効果はゲート絶縁膜の誘電率が高いことに起因している。そのため、ゲート絶縁膜材料として、例えば従来のゲート絶縁膜によく用いられていた窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン等の誘電率の低い物質で形成したとすると本実施の形態の効果は期待できない。   In this embodiment, polarization charges induced on the surface of the gate insulating film and the lower surface of the interlayer insulating film facing the gate insulating film are used. In general, the polarization charge induced at the interface between two types of insulators is the difference between the polarization charges induced on the surface of each insulator, so the higher the dielectric constant of the gate insulating film, the more the net polarization charge induced Become more. That is, the effect obtained in this embodiment is due to the high dielectric constant of the gate insulating film. Therefore, if the gate insulating film is formed of a material having a low dielectric constant, such as a silicon nitride film or silicon nitride oxide, which is often used for a conventional gate insulating film, the effect of this embodiment cannot be expected.

また、ゲート絶縁膜の形成方法はスパッタ法に限るものではなく、蒸着法、CVD法、あるいはエピタキシャル成長法等の他の方法を用いてもよい。また、ゲート絶縁膜として或る物質の酸化物を用いる等の場合には、まずその物質の膜を形成しておいてそれを酸化する等の方法を用いてもよい。ゲート絶縁膜には強誘電体膜を用いた素子を形成してもよい。   The method for forming the gate insulating film is not limited to the sputtering method, and other methods such as an evaporation method, a CVD method, or an epitaxial growth method may be used. When an oxide of a certain material is used as the gate insulating film, a method of first forming a film of the material and oxidizing it may be used. An element using a ferroelectric film may be formed as the gate insulating film.

本実施の形態では、素子分離領域2は溝型素子分離法を用いて行ったが、例えば局所酸化法やメサ型素子分離法等の他の方法を用いて素子分離を行ってもよい。   In the present embodiment, the element isolation region 2 is formed using the trench type element isolation method. However, the element isolation may be performed using another method such as a local oxidation method or a mesa type element isolation method.

ゲート電極やゲート絶縁膜に例えば金属を含む材料を用いた場合等、その材料の性質に
鑑みて後酸化工程の不可能な場合には電界集中の問題は顕著となるので本実施の形態の構造方法により特に効果的に電場が緩和される。
In the case of using a material containing metal for the gate electrode or the gate insulating film, the problem of electric field concentration becomes remarkable when the post-oxidation process is impossible in view of the properties of the material. The method particularly effectively reduces the electric field.

また、本実施の形態では、層間絶縁膜として酸化シリコン膜を用いているが、例えば低誘電率材料等の酸化シリコン以外の物質を層間絶縁膜に用いてもよい。本実施の形態ではゲート絶縁膜表面及びそれと向かい合う層間絶縁膜等の下面等に誘起される分極電荷を用いている。一般に、二種類の絶縁体の界面に誘起される分極電荷は各々の絶縁体の表面に誘起される分極電荷の差であるので、層間絶縁膜の誘電率が低いほど誘起される正味の分極電荷は多くなる。従って、層間絶縁膜に誘電率の低い物質を用いた場合に上述の効果が顕著となる。   In this embodiment, a silicon oxide film is used as an interlayer insulating film, but a substance other than silicon oxide such as a low dielectric constant material may be used for the interlayer insulating film. In this embodiment, polarization charges induced on the surface of the gate insulating film and the lower surface of the interlayer insulating film facing the gate insulating film are used. In general, the polarization charge induced at the interface between two insulators is the difference between the polarization charges induced on the surface of each insulator, so the lower the dielectric constant of the interlayer insulation film, the more the net polarization charge induced. Will be more. Therefore, the above-described effect becomes remarkable when a material having a low dielectric constant is used for the interlayer insulating film.

コンタクト孔に関しては自己整合コンタクトを形成することも可能である。   It is also possible to form a self-aligned contact with respect to the contact hole.

また、本実施の形態では、第一層の配線についてのみ説明したが、素子や配線等が二層以上であってもよい。その場合には素子の集積度が増すので好ましい。   In the present embodiment, only the first layer wiring has been described, but the elements, wirings, and the like may be two or more layers. In that case, it is preferable because the degree of integration of elements increases.

また、本実施の形態ではゲート電極下端角近傍に現れるゲート絶縁膜の側面は半導体基板表面に対して垂直な平面であるとしているが、このことは本質では無い。例えば、チャネル長方向の断面図である図11および図12に示す、変形構造もできる。つまり、これらの図に示すように、ゲート絶縁膜5のゲート電極下端角に隣接する側面は半導体基板表面に対して垂直でなくても同様の効果が得られる。   In this embodiment, the side surface of the gate insulating film that appears in the vicinity of the lower end angle of the gate electrode is a plane perpendicular to the surface of the semiconductor substrate, but this is not essential. For example, a modified structure shown in FIGS. 11 and 12 which are cross-sectional views in the channel length direction can be used. That is, as shown in these drawings, the same effect can be obtained even if the side surface adjacent to the lower end corner of the gate electrode of the gate insulating film 5 is not perpendicular to the surface of the semiconductor substrate.

更に、ソース領域側の側面とドレイン領域側の側面との傾き角が等しい必要はなく、一方はゲート電極6から外側に傾き、他方は内側に傾いていてもよい。また、この側面が平面である必要は無く、例えば図13および図14に示す様に曲面であってもよい。   Further, the inclination angles of the side surface on the source region side and the side surface on the drain region side do not have to be equal, one may be inclined outward from the gate electrode 6 and the other may be inclined inward. Further, the side surface need not be a flat surface, and may be a curved surface as shown in FIGS. 13 and 14, for example.

また、例えば、図15および図16に示す様に、ゲート絶縁膜5の側面とソース・ドレイン領域7上における表面とが滑らかにつながっていてもよい。また、例えば図17及び図18に示す様に、ソース・ドレイン領域7のゲート絶縁膜の厚さが一様でなくてもよい。   For example, as shown in FIGS. 15 and 16, the side surface of the gate insulating film 5 and the surface on the source / drain region 7 may be smoothly connected. Further, for example, as shown in FIGS. 17 and 18, the thickness of the gate insulating film in the source / drain region 7 may not be uniform.

ゲート電極下端角近傍におけるゲート絶縁膜7の形状を変えるとゲート電極5とソース・ドレイン領域7との間に形成される静電容量が変わる。   Changing the shape of the gate insulating film 7 in the vicinity of the lower end corner of the gate electrode changes the capacitance formed between the gate electrode 5 and the source / drain region 7.

ゲート電極6とソース・ドレイン領域7との間に形成される静電容量は、ソース・ドレイン領域7の抵抗に起因する寄生抵抗の抑制と言う観点からは大きい方が好ましく、素子の寄生容量の低減と言う観点からは小さい方が好ましい。図11乃至図18に示す変形例の様にゲート電極下端角近傍におけるゲート絶縁膜5の形状を変えれば、ゲート電極6とソース・ドレイン領域7との間に形成される静電容量を調整することができるので、最適化を測ることが可能になるという利点がある。   The capacitance formed between the gate electrode 6 and the source / drain region 7 is preferably large from the viewpoint of suppression of parasitic resistance due to the resistance of the source / drain region 7. The smaller one is preferable from the viewpoint of reduction. The capacitance formed between the gate electrode 6 and the source / drain region 7 is adjusted by changing the shape of the gate insulating film 5 in the vicinity of the lower end angle of the gate electrode as in the modification examples shown in FIGS. This has the advantage that optimization can be measured.

(実施の形態2)
次に、図19乃至図23を用いて本発明に関わる実施の形態2について説明する。図19乃至図23は、電界効果トランジスタのゲート長方向に並行な断面模式図である。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 19 to 23 are schematic cross-sectional views parallel to the gate length direction of the field effect transistor.

図23に示すように、本実施の形態では、ソース・ドレイン領域7の表面にシリサイド層15を形成することから、素子の寄生抵抗を低減し、素子の動作速度を速めることができる。   As shown in FIG. 23, in this embodiment, since the silicide layer 15 is formed on the surface of the source / drain region 7, the parasitic resistance of the element can be reduced and the operation speed of the element can be increased.

実施の形態2に関わる電界効果トランジスタの製造方法を以下に説明する。   A method for manufacturing the field effect transistor according to the second embodiment will be described below.

図7により説明した工程の後に、HfO2膜11上に、例えばCVD法により厚さ約100nmのタングステン等の高融点金属膜を形成する。さらに、例えばCVD法等により厚さ約50 nmの窒化シリコン膜13を形成する。そして、レジスト膜の形成とフォトリソグラフィー法によってレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクにRIE法等の異方性エッチングを施すことにより窒化シリコン膜13及び高融点金属膜11を加工してゲート電極6を形成する(図19)。さらに、RIE法等の異方性エッチングを施すことによりHfO2膜11の上部を除去する(図19)。 After the process described with reference to FIG. 7, a refractory metal film such as tungsten having a thickness of about 100 nm is formed on the HfO 2 film 11 by, eg, CVD. Further, a silicon nitride film 13 having a thickness of about 50 nm is formed by, eg, CVD. Then, a resist pattern is formed by formation of a resist film and photolithography. The silicon nitride film 13 and the refractory metal film 11 are processed by performing anisotropic etching such as RIE using this resist pattern as a mask to form the gate electrode 6 (FIG. 19). Further, the upper portion of the HfO 2 film 11 is removed by performing anisotropic etching such as RIE (FIG. 19).

次に、例えばAsイオンを約50 keV、約5.0×1015 cm-2でシリコン基板1表面に注入する。そして熱工程によりAsを活性化してソース・ドレイン領域7を形成する(図20)。 Next, for example, As ions are implanted into the surface of the silicon substrate 1 at about 50 keV and about 5.0 × 10 15 cm −2 . Then, As is activated by a thermal process to form source / drain regions 7 (FIG. 20).

次に、例えばCVD法等によりシリコン基板1表面に例えば厚さ約5 nmの窒化シリコン膜14を形成する(図21)。   Next, a silicon nitride film 14 of, eg, a thickness of about 5 nm is formed on the surface of the silicon substrate 1 by, eg, CVD (FIG. 21).

そして、図22に示すように、RIE法等の異方性エッチングを窒化シリコン膜14に施すことによりゲート側壁10を形成する。続いて、RIE法等の異方性エッチングを前記HfO2膜11に施すことにより、ゲート側壁10及びゲート電極6下を除く他の領域のHfO2膜11を除去してゲート絶縁膜5とする(図22)。 Then, as shown in FIG. 22, the gate sidewall 10 is formed by performing anisotropic etching such as RIE on the silicon nitride film 14. Subsequently, by performing the anisotropic etching such as RIE in the HfO 2 film 11, the gate insulating film 5 by removing the HfO 2 film 11 of the other region excluding the 6 under the gate sidewalls 10 and the gate electrode (FIG. 22).

次に、通常のシリサイド形成方法により、CoまたはNi等の金属シリサイド層15を形成する。反応せずにある金属はシリコン基板1表面から除去する(図23)。その後の工程は、実施の形態1と同様であるため、詳細は省略する。   Next, a metal silicide layer 15 such as Co or Ni is formed by a normal silicide formation method. The unreacted metal is removed from the surface of the silicon substrate 1 (FIG. 23). Since the subsequent steps are the same as those in the first embodiment, details are omitted.

本実施の形態では、ソース・ドレイン領域7上にシリサイド層15を形成したが、ゲート電極6の基板側を除く残部またはゲート電極6表面を多結晶シリコン等で形成する場合には多結晶シリコン表面をシリサイド化してもよい。また、ソース・ドレイン領域7上に金属層を堆積あるいは成長させる等の方法を用いてもよい。   In this embodiment, the silicide layer 15 is formed on the source / drain region 7, but when the remaining portion of the gate electrode 6 except the substrate side or the surface of the gate electrode 6 is formed of polycrystalline silicon or the like, the surface of the polycrystalline silicon is formed. May be silicided. Further, a method of depositing or growing a metal layer on the source / drain region 7 may be used.

本実施の形態においても実施の形態1における種々の変形が可能であり、同様の効果が期待できる。   Also in the present embodiment, various modifications in the first embodiment are possible, and similar effects can be expected.

また、本実施の形態においては、ゲート側壁10に窒化シリコンを用いたが、ゲート側壁10を酸化シリコンあるいは窒化酸化シリコン等の他の材料を用いて形成してもよい。ただし、ゲート側壁10を誘電率の高い材料で形成するとゲート電極6とソース・ドレイン領域7との間の静電容量が大きくなるために素子の寄生容量の増大を引き起こす。そのため、側壁10は酸化シリコン、窒化シリコンあるいは窒化酸化シリコン等の材料で形成することが好ましい。   Further, in this embodiment, silicon nitride is used for the gate sidewall 10, but the gate sidewall 10 may be formed using other materials such as silicon oxide or silicon nitride oxide. However, if the gate side wall 10 is formed of a material having a high dielectric constant, the capacitance between the gate electrode 6 and the source / drain region 7 is increased, which increases the parasitic capacitance of the element. Therefore, the sidewall 10 is preferably formed of a material such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon nitride oxide.

また、本実施の形態においてはゲート絶縁膜5の側面はゲート側壁10の外側面と揃っているが、このことは本質的ではなくゲート絶縁膜5の側面がゲート側壁10の外側面よりも内側あるいは外側に在ったとしても本実施の形態と同様の効果が得られる。ただし、ゲート絶縁膜5の側面がゲート側壁10の外側面よりもあまり大きく外側に張り出していると、ソース・ドレイン領域7の内でシリサイド層を形成できる領域とチャネル領域との距離が離れてしまい、素子の寄生抵抗が増大する。このことは素子の動作速度の増大を引き起こすので好ましくない。それため、ゲート絶縁膜の側面はゲート側壁の外側面からあまり張り出さないことが好ましい。逆に、ゲート絶縁膜の側面がゲート側壁の側面よりもあまり大きく内側に入っていると、ソース・ドレイン領域上に形成されたシリサイド層とゲート電極との距離が短くなり、ソース・ドレイン領域とゲート電極との間に短絡が生ずる、あるいはその間でゲート絶縁膜が絶縁破壊を起こす等のことが起こり得る。そのため
、ゲート絶縁膜の側面はゲート側壁の側面よりもあまり内側に入らないことが好ましい。
In this embodiment, the side surface of the gate insulating film 5 is aligned with the outer surface of the gate side wall 10, but this is not essential, and the side surface of the gate insulating film 5 is inside the outer surface of the gate side wall 10. Or even if it exists outside, the effect similar to this Embodiment is acquired. However, if the side surface of the gate insulating film 5 protrudes to the outside much larger than the outer surface of the gate side wall 10, the distance between the channel region and the region where the silicide layer can be formed in the source / drain region 7 is increased. The parasitic resistance of the element increases. This is undesirable because it increases the operating speed of the device. Therefore, it is preferable that the side surface of the gate insulating film does not protrude so much from the outer surface of the gate side wall. On the contrary, if the side surface of the gate insulating film is much larger than the side surface of the gate sidewall, the distance between the silicide layer formed on the source / drain region and the gate electrode is shortened, and the source / drain region A short circuit may occur with the gate electrode, or a dielectric breakdown may occur between the gate insulating film and the like. Therefore, it is preferable that the side surface of the gate insulating film does not enter the inside much more than the side surface of the gate side wall.

ここでゲート側壁10の好ましい厚さ、ソース・ドレイン領域7上に残すゲート絶縁膜5の好ましい長さに付いて記す。図3の構造においてΔ2をパラメーターとして、ゲート電極6下端角近傍におけるゲート絶縁膜5中の電場強度の、図3中のYに対する依存性を調べた。その結果を図24に示す。   Here, the preferable thickness of the gate side wall 10 and the preferable length of the gate insulating film 5 left on the source / drain region 7 will be described. In the structure of FIG. 3, the dependence of the electric field intensity in the gate insulating film 5 in the vicinity of the lower end corner of the gate electrode 6 on Y in FIG. The result is shown in FIG.

図24の縦軸は、Δ2 = 0の構造の電場強度で規格化した値を記してある。つまり、縦軸はソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5を薄くすることで電場強度が抑制される割合を示している。   The vertical axis in FIG. 24 shows values normalized by the electric field strength of the structure of Δ2 = 0. That is, the vertical axis indicates the rate at which the electric field strength is suppressed by making the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 thinner.

図24から、Yが大きい程、ソース・ドレイン領域上のゲート絶縁膜を薄膜化することによる電場強度の抑制は効果的となることがわかる。Yが5 nm程度以上の場合には電場強度の抑制される効率のYに対する依存性はかなり小さくなり、Yが7乃至8 nm程度以上となると電場強度の抑制される割合のYに対する依存性は更に小さくなる。Yが10 nm程度以上となると電場強度の抑制される割合のYに対する依存性はより一層小さくなることがわかる。5 nmは今回の検討で仮定したゲート絶縁膜の厚さと等しい。そして7乃至8 nmはゲート絶縁膜厚の約1.5倍である。そして10 nmはゲート絶縁膜厚の2倍である。ここで電磁場の方程式において、相似形で境界条件の大きさを変えると電磁場も相似形を保って変化する。このことに鑑みると、ゲート側壁の厚さとソース・ドレイン領域上に残すゲート絶縁膜の長さが素子のゲート絶縁膜厚以上である場合に本実施の形態が効果的であることがわかる。ゲート側壁の厚さとソース・ドレイン領域上に残すゲート絶縁膜の長さがゲート絶縁膜厚の1.5倍以上であると更に効果的であり、ゲート絶縁膜厚の2倍以上であるとより一層効果的である。よって、ゲート側壁10の厚さ(図23の紙面左右方向の幅)及びソース・ドレイン領域7上に残すゲート絶縁膜5の長さは素子のゲート絶縁膜厚以上であることが好ましい。特に、ゲート絶縁膜厚の1.5倍以上とすることが好ましく、ゲート絶縁膜厚の2倍以上であるとより一層好ましい。   From FIG. 24, it can be seen that the greater the Y, the more effective the suppression of the electric field strength by reducing the thickness of the gate insulating film on the source / drain regions. When Y is about 5 nm or more, the dependency of the efficiency of suppressing the electric field intensity on Y is considerably small, and when Y is about 7 to 8 nm or more, the dependency of the electric field intensity on the suppression of Y is It becomes even smaller. It can be seen that when Y is about 10 nm or more, the dependence of the electric field intensity on the Y is further reduced. 5 nm is equal to the thickness of the gate insulating film assumed in this study. 7 to 8 nm is about 1.5 times the gate insulating film thickness. And 10 nm is twice the gate insulating film thickness. Here, in the electromagnetic field equation, when the size of the boundary condition is changed in a similar shape, the electromagnetic field also changes while maintaining the similar shape. In view of this, it can be seen that this embodiment is effective when the thickness of the gate sidewall and the length of the gate insulating film left on the source / drain regions are equal to or greater than the gate insulating film thickness of the device. It is more effective if the thickness of the gate sidewall and the length of the gate insulating film left on the source / drain region is 1.5 times or more of the gate insulating film thickness, and more effective if it is more than twice the gate insulating film thickness. Is. Therefore, it is preferable that the thickness of the gate side wall 10 (width in the horizontal direction in FIG. 23) and the length of the gate insulating film 5 left on the source / drain region 7 are equal to or greater than the gate insulating film thickness of the device. In particular, it is preferably 1.5 times or more of the gate insulating film thickness, and more preferably twice or more of the gate insulating film thickness.

(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3に関わる電界効果トランジスタの製造方法について図25を用いて説明する。
(Embodiment 3)
Next, a method for manufacturing a field effect transistor according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図25は、本実施の形態の電界効果トランジスタを製造する途中過程を示すもので、チャネル長方向の断面模式図である。   FIG. 25 shows a process in the middle of manufacturing the field effect transistor of the present embodiment, and is a cross-sectional schematic view in the channel length direction.

まず、図7に示す工程の後に、HfO2膜11の上に例えばCVD法により、厚さ約100 nmのタングステン等の高融点金属膜を堆積する。レジストマスクを高融点金属膜のゲート電極予定領域上のみに形成して、このマスクで覆われていない高融点金属膜の領域をRIE法等の異方性エッチングを施すことにより除去して、ゲート電極6を形成する(図25)。その後、湿式処理等の等方性エッチングを施すことによりHfO2膜11のうち、上部とゲート電極6のチャネル長方向端を除去する。 First, after the step shown in FIG. 7, a refractory metal film such as tungsten having a thickness of about 100 nm is deposited on the HfO 2 film 11 by, eg, CVD. A resist mask is formed only on the gate electrode planned region of the refractory metal film, and the region of the refractory metal film that is not covered with this mask is removed by performing anisotropic etching such as RIE method. The electrode 6 is formed (FIG. 25). Thereafter, isotropic etching such as wet processing is performed to remove the upper portion of the HfO 2 film 11 and the end of the gate electrode 6 in the channel length direction.

以後は、実施の形態1で図9及び図10を用いて説明した通りに行って、本実施形態の電界効果トランジスタを形成することができる(図26)。   Thereafter, the field effect transistor according to the present embodiment can be formed by performing the process as described in Embodiment 1 with reference to FIGS. 9 and 10 (FIG. 26).

本実施の形態においても他の実施の形態に記したような種々な変形が可能であり、同様の効果が期待できる。   Also in this embodiment, various modifications as described in other embodiments are possible, and the same effect can be expected.

本実施の形態では実施の形態1と異なり、ソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5の加工に等方性エッチングを用いた。そのため、ゲート電極6の下にあるゲート絶縁膜5
もゲート電極端近傍において薄く加工されている。つまり、膜厚の薄い一対の端部がゲート電極5下まで延在している。この様にするとゲート電極6とソース・ドレイン領域7との間に形成される静電容量を更に減らすことができる。
In the present embodiment, unlike the first embodiment, isotropic etching is used for processing the gate insulating film 5 on the source / drain regions 7. Therefore, the gate insulating film 5 under the gate electrode 6
Is also processed thin near the end of the gate electrode. That is, a pair of thin end portions extends to the bottom of the gate electrode 5. In this way, the capacitance formed between the gate electrode 6 and the source / drain region 7 can be further reduced.

また、本実施の形態では、シリサイド工程には言及しなかったが、ソース・ドレイン領域7上にシリサイド層を形成してもよい。また、ソース・ドレイン領域7上に金属層を堆積あるいは成長させる等の方法を用いてもよい。また、ゲート電極6の基板側を除く残部あるいはゲート電極6の表面を多結晶シリコン等で形成する場合には多結晶シリコン表面をシリサイド化してもよい。   In this embodiment, the silicide process is not mentioned, but a silicide layer may be formed on the source / drain region 7. Further, a method of depositing or growing a metal layer on the source / drain region 7 may be used. Further, when the remaining portion of the gate electrode 6 other than the substrate side or the surface of the gate electrode 6 is formed of polycrystalline silicon or the like, the surface of the polycrystalline silicon may be silicided.

また、ソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5の加工の際に、実施の形態1では異方性エッチングを、本実施の形態では等方性エッチングを用いたが、この他、例えば、異方性エッチングを施した後に等方性エッチングを施す、等方性エッチングを施した後に異方性エッチングを施す、あるいは少なくとも一方のエッチングを複数回繰り返す等の方法を用いてもよい。この様にするとソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5の厚さと、ゲート電極6下のゲート絶縁膜5を除去する量との双方を最適な値に調節することが可能となるので、好ましい。   Further, when the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 is processed, anisotropic etching is used in the first embodiment, and isotropic etching is used in the present embodiment. A method may be used in which isotropic etching is performed after isotropic etching, anisotropic etching is performed after isotropic etching, or at least one etching is repeated a plurality of times. This is preferable because both the thickness of the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 and the amount of removal of the gate insulating film 5 below the gate electrode 6 can be adjusted to optimum values. .

また、ゲート電極6下端角近傍におけるゲート絶縁膜5の形状は、図25に示す形状である必要は無く、例えば図26乃至図33に示す形状であっても同様の効果が期待できる。ここに示した変形例の様にゲート電極下端角近傍におけるゲート絶縁膜の形状を変えれば、ゲート電極とソース・ドレイン領域との間に形成される静電容量を調整することができるので、最適化を測ることが可能になる。   Further, the shape of the gate insulating film 5 in the vicinity of the lower end corner of the gate electrode 6 does not need to be the shape shown in FIG. 25. For example, the same effect can be expected even in the shapes shown in FIGS. Optimum because the capacitance formed between the gate electrode and the source / drain region can be adjusted by changing the shape of the gate insulating film in the vicinity of the lower end corner of the gate electrode as in the modification shown here. It becomes possible to measure the conversion.

(実施の形態4)
次に、図34乃び図35を用いて、本発明の実施の形態4に関わる電界効果トランジスタを説明する。
(Embodiment 4)
Next, a field effect transistor according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図34及び図35は、本実施の形態による電界効果トランジスタのチャネル長方向の断面模式図である。   34 and 35 are schematic cross-sectional views in the channel length direction of the field effect transistor according to the present embodiment.

まず、実施の形態1で図7を参照して説明した工程を行った後、HfO2膜11の上に例えばCVD法により厚さ約100 nmのタングステン等の高融点金属膜を堆積する。この高融点金属膜にゲート電極予定領域を覆うレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクにRIE法等の異方性エッチングを施して高融点金属膜を加工する。これにより図34に示すゲート電極6を形成する。ゲート電極6が形成されたシリコン基板1上に、例えばCVD法等により、厚さ3 nmの窒化シリコン膜14を形成する。 First, after performing the process described with reference to FIG. 7 in the first embodiment, a refractory metal film such as tungsten having a thickness of about 100 nm is deposited on the HfO 2 film 11 by, for example, the CVD method. A resist pattern is formed on the refractory metal film to cover the gate electrode planned region. Using this resist pattern as a mask, anisotropic etching such as RIE is performed to process the refractory metal film. Thereby, the gate electrode 6 shown in FIG. 34 is formed. A silicon nitride film 14 having a thickness of 3 nm is formed on the silicon substrate 1 on which the gate electrode 6 is formed by, for example, a CVD method.

窒化シリコン膜14にはRIE法等の異方性エッチングを施すことによりゲート側壁10を形成する(図35)。続いて、例えばRIE法等の異方性エッチングにより、露出したHfO2膜11の上部を除去する(図35)。 A gate sidewall 10 is formed on the silicon nitride film 14 by performing anisotropic etching such as RIE (FIG. 35). Subsequently, the exposed upper portion of the HfO 2 film 11 is removed by anisotropic etching such as RIE (FIG. 35).

以後は、実施の形態1と同様の工程を経ることで、本実施の形態の電界効果トランジスタを製造することができる。   Thereafter, the field effect transistor of the present embodiment can be manufactured through the same steps as in the first embodiment.

本実施の形態においても、他の実施の形態において説明した種々な変形が可能であり、同様の効果が得られる。   Also in this embodiment, various modifications described in other embodiments are possible, and the same effect can be obtained.

ゲート側壁10はゲート絶縁膜加工後に除去してもよいし、そのまま残してもよい。ゲート側壁10を除去すれば、例えば図36に示す断面構造の電界効果トランジスタが得ら
れる。また、ゲート側壁材料として窒化シリコンを用いる必然性は無く、他の材料を用いてもよい。
The gate sidewall 10 may be removed after the gate insulating film is processed, or may be left as it is. If the gate sidewall 10 is removed, for example, a field effect transistor having a cross-sectional structure shown in FIG. 36 is obtained. Further, silicon nitride is not necessarily used as the gate sidewall material, and other materials may be used.

本実施の形態ではゲート絶縁膜5のゲート電極6端部近傍は、ゲート電極6直下と同等の膜厚を持つ。つまり、中央部はゲート電極の側壁外まで延在している。この様にすればソース・ドレイン領域7とゲート電極6との容量結合が強まるので、ソース・ドレイン領域7の抵抗が下がり、素子の寄生抵抗の低減が期待できる。   In the present embodiment, the vicinity of the end portion of the gate electrode 6 of the gate insulating film 5 has a film thickness equivalent to that immediately below the gate electrode 6. That is, the central portion extends outside the side wall of the gate electrode. In this way, since the capacitive coupling between the source / drain region 7 and the gate electrode 6 is strengthened, the resistance of the source / drain region 7 is lowered, and a reduction in the parasitic resistance of the element can be expected.

また、本実施の形態では、ソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5を、異方性エッチングを用いて加工したが、この工程は等方性エッチングを用いて行ってもよい。   In the present embodiment, the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 is processed using anisotropic etching, but this step may be performed using isotropic etching.

さらに、異方性エッチングを施した後に等方性エッチングを施す、等方性エッチングを施した後に異方性エッチングを施す、あるいは少なくとも一方のエッチングを複数回施す等の方法を用いてもよい。この様にするとソース・ドレイン領域上のゲート絶縁膜の厚さと、ソース・ドレイン領域上のゲート絶縁膜の薄い領域とゲート電極との距離と、の双方を最適な値に調節することが可能となる。   Further, a method may be used in which isotropic etching is performed after anisotropic etching, anisotropic etching is performed after isotropic etching, or at least one etching is performed a plurality of times. In this way, it is possible to adjust both the thickness of the gate insulating film on the source / drain region and the distance between the thin region of the gate insulating film on the source / drain region and the gate electrode to optimum values. Become.

また、ゲート電極6下端角近傍におけるゲート絶縁膜5の形状が図35乃び図36に示した形である必要は無く、例えば図37乃至図44の断面模式図に示す形状であっても同様の効果が期待できる。   Further, the shape of the gate insulating film 5 in the vicinity of the lower end corner of the gate electrode 6 does not have to be the shape shown in FIGS. 35 and 36. For example, the shape shown in the schematic sectional views of FIGS. Can be expected.

ここに示した変形例の様にゲート電極下端角近傍におけるゲート絶縁膜の形状を変えれば、ゲート電極6とソース・ドレイン領域7との間に形成される静電容量を調整することができるので、最適化を測ることが可能となる。いずれの構造を用いるかは、ソース・ドレイン領域とゲートとの間に形成される静電容量を変える事による寄生抵抗と寄生容量との兼ね合いで決めることができる。   If the shape of the gate insulating film near the lower end angle of the gate electrode is changed as in the modification shown here, the capacitance formed between the gate electrode 6 and the source / drain region 7 can be adjusted. It is possible to measure optimization. Which structure is used can be determined by the balance between the parasitic resistance and the parasitic capacitance by changing the capacitance formed between the source / drain region and the gate.

(実施の形態5)
次に、図45乃至図49を用いて本発明の実施の形態5に係る電界効果トランジスタを説明する。
(Embodiment 5)
Next, a field effect transistor according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図45は、本実施の形態による電界効果トランジスタを説明する際の参照図であり、チャネル長方向の断面を模式的に示す。   FIG. 45 is a reference diagram for explaining the field-effect transistor according to the present embodiment, and schematically shows a cross section in the channel length direction.

この電界効果トランジスタは、ゲート絶縁膜5がソース・ドレイン領域7上にも存在し、且つソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5はゲート電極6下のゲート絶縁膜5よりも厚いことに特徴がある。   This field effect transistor is characterized in that the gate insulating film 5 also exists on the source / drain region 7 and the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 is thicker than the gate insulating film 5 below the gate electrode 6. There is.

この電界効果トランジスタの製造は、例えば次のように行う。尚、図46乃至図49はこの製造工程の過程について説明する際の参照図であり、電界効果トランジスタのチャネル長方向の断面を模式的に示す。   The field effect transistor is manufactured as follows, for example. 46 to 49 are reference diagrams for explaining the process of the manufacturing process, and schematically show a cross section in the channel length direction of the field effect transistor.

まず、図6を用いて説明した工程の後に図46に示すように、シリコン基板1上に例えばスパッタ法等により、厚さ約10 nmのHfO2膜11を形成する。HfO2膜11の上には、例えばCVD法により厚さ約150 nmの窒化シリコンを堆積する。この窒素化シリコン膜上のゲート電極予定領域上にレジストマスクを形成して、シリコン基板1の表面にRIE法等の異方性エッチングを施すことにより窒化シリコン膜を加工してダミーゲート電極16を形成する(図46)。その後、例えばAsイオンを約50 keV、約5.0×1015 cm-2で注入する。そして、シリコン基板1に熱工程を施すことでAsイオンを活性化してソース・ドレイン領域7を形成する(図46)。 First, after the process described with reference to FIG. 6, as shown in FIG. 46, an HfO 2 film 11 having a thickness of about 10 nm is formed on the silicon substrate 1 by, eg, sputtering. On the HfO 2 film 11, silicon nitride having a thickness of about 150 nm is deposited by, eg, CVD. A resist mask is formed on the gate electrode planned region on the silicon nitride film, and the silicon nitride film is processed by performing anisotropic etching such as RIE on the surface of the silicon substrate 1 to form the dummy gate electrode 16. Form (FIG. 46). Thereafter, for example, As ions are implanted at about 50 keV and about 5.0 × 10 15 cm −2 . Then, by subjecting the silicon substrate 1 to a thermal process, As ions are activated to form source / drain regions 7 (FIG. 46).

ダミーゲート電極16のあるシリコン基板1上に例えばCVD法等により厚さ約200 nmの酸化シリコン膜17を形成する。この酸化シリコン膜17が形成されたシリコン基板表面をCMP法等により平坦化してダミーゲート電極16の表面を露出する。そして、ダミーゲート電極16をシリコン基板1上から選択的に除去し、開孔を形成する(図47)。   A silicon oxide film 17 having a thickness of about 200 nm is formed on the silicon substrate 1 with the dummy gate electrode 16 by, for example, the CVD method. The surface of the dummy gate electrode 16 is exposed by flattening the surface of the silicon substrate on which the silicon oxide film 17 is formed by the CMP method or the like. Then, the dummy gate electrode 16 is selectively removed from the silicon substrate 1 to form an opening (FIG. 47).

開孔の底に露出したHfO2膜11の上部はRIE法等によりエッチング除去する(図48)。 The upper portion of the HfO 2 film 11 exposed at the bottom of the opening is removed by etching by the RIE method or the like (FIG. 48).

上部を除去して薄膜化したHfO2膜11を含むシリコン基板上に、例えばCVD法により厚さ約200 nmのタングステン等の高融点金属膜を堆積する。高融点金属膜については、例えばCMP法等により表面の平坦化を行うことで、開孔内にゲート電極6を形成する(図49)。その後、酸化シリコン膜17をシリコン基板1表面から除去する。 A refractory metal film such as tungsten having a thickness of about 200 nm is deposited on the silicon substrate including the HfO 2 film 11 which is thinned by removing the upper part by, for example, the CVD method. As for the refractory metal film, the gate electrode 6 is formed in the opening by planarizing the surface by, for example, the CMP method (FIG. 49). Thereafter, the silicon oxide film 17 is removed from the surface of the silicon substrate 1.

以後は、図10を用いて説明した工程以降を行うことで、本実施の形態による電界効果トランジスタが完成する。   Thereafter, the field effect transistor according to the present embodiment is completed by performing the steps described with reference to FIG.

本実施の形態においても上記の実施の形態に記した様な種々の変形が可能であり、同様の効果が得られる。   Also in this embodiment, various modifications as described in the above embodiment are possible, and the same effect can be obtained.

ダミーゲート電極形成後にダミーゲート電極の周囲に形成した酸化シリコン膜は層間絶縁膜の一部として残置してもよいし、除去してもよい。また、その材料として酸化シリコンを用いることに必然性は無く、他の材料を用いてもよい。ダミーゲート電極の材料に関しても同様である。   The silicon oxide film formed around the dummy gate electrode after forming the dummy gate electrode may be left as a part of the interlayer insulating film or may be removed. Further, there is no necessity to use silicon oxide as the material, and other materials may be used. The same applies to the material of the dummy gate electrode.

本実施の形態ではダミーゲート電極除去後のHfO2膜の加工に異方性エッチングを用いたが、例えばCVD法ないし湿式エッチング等の等方性エッチングを用いてもよい。 In this embodiment, anisotropic etching is used for processing the HfO 2 film after removing the dummy gate electrode, but isotropic etching such as CVD or wet etching may be used.

ゲート電極材料堆積後に表面の平坦化を行った後に、更にゲート電極材料にエッチングを施してゲート電極6の高さを調節してもよい。   After planarizing the surface after depositing the gate electrode material, the gate electrode material may be further etched to adjust the height of the gate electrode 6.

本実施の形態ではソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5はゲート電極6下のゲート絶縁膜5よりも厚く形成しているためソース・ドレイン領域7とゲート電極6との容量結合が更に強まるので、ソース・ドレイン領域7の抵抗が下がり、結果として素子の寄生抵抗を低減することができる。   In this embodiment, since the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 is formed thicker than the gate insulating film 5 below the gate electrode 6, capacitive coupling between the source / drain region 7 and the gate electrode 6 is further strengthened. Therefore, the resistance of the source / drain region 7 is lowered, and as a result, the parasitic resistance of the element can be reduced.

ゲート電極下端角近傍におけるゲート絶縁膜5の形状が図45に示した形である必要は無く、例えば図50乃至図56に示す断面形状であっても同様の効果が期待できる。ここに示した変形例の様に、ゲート電極下端角近傍におけるゲート絶縁膜5の形状を変えれば、ゲート電極6とソース・ドレイン領域7との間に形成される静電容量を調整することができるので、最適化を測ることが可能となる。   The shape of the gate insulating film 5 in the vicinity of the lower end corner of the gate electrode does not have to be the shape shown in FIG. 45. For example, the same effect can be expected even when the cross-sectional shapes shown in FIGS. As in the modification shown here, the capacitance formed between the gate electrode 6 and the source / drain region 7 can be adjusted by changing the shape of the gate insulating film 5 in the vicinity of the lower end angle of the gate electrode. Since it can, optimization can be measured.

(実施の形態6)
次に、図57乃び図58を用いて、本発明の実施の形態6に関わる電界効果トランジスタを説明する。
(Embodiment 6)
Next, a field effect transistor according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図57は、本実施の形態の電界効果トランジスタを説明するための断面図であり、チャネル長方向の断面を模式的に示す。この電界効果トランジスタは、ゲート絶縁膜5がソース・ドレイン領域7上にも存在し、ソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5はチャネル領域4上のゲート絶縁膜5よりも厚く、且つソース・ドレイン領域7上の厚いゲート絶
縁膜5とゲート電極6とが離れていることに特徴がある。そのため、ソース・ドレイン領域7とゲート電極6の間に形成される静電容量を抑制できるので素子の寄生容量の低減を図ることができる。
FIG. 57 is a cross-sectional view for explaining the field effect transistor of this embodiment, and schematically shows a cross section in the channel length direction. In this field effect transistor, the gate insulating film 5 also exists on the source / drain region 7, the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 is thicker than the gate insulating film 5 on the channel region 4, and It is characterized in that the thick gate insulating film 5 and the gate electrode 6 on the drain region 7 are separated from each other. Therefore, since the electrostatic capacitance formed between the source / drain region 7 and the gate electrode 6 can be suppressed, the parasitic capacitance of the element can be reduced.

次に、図57の電界効果トランジスタの製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the field effect transistor of FIG. 57 will be described.

まず、実施の形態5について、図48を用いて説明した工程の後に、図58に示すように、例えばCVD法等の方法により、厚さ約5 nmの窒化シリコン膜を形成する。続いて例えばRIE法等の異方性エッチングを施すことにより窒化シリコン膜を加工して、開孔の側面に側壁18を形成する。以後は、実施の形態5で図49を用いて説明した工程から続けで行うことができる。   First, after the process described in Embodiment 5 with reference to FIG. 48, as shown in FIG. 58, a silicon nitride film having a thickness of about 5 nm is formed by a method such as a CVD method. Subsequently, the silicon nitride film is processed by performing anisotropic etching such as the RIE method to form the side wall 18 on the side surface of the hole. Thereafter, the process can be continued from the process described in Embodiment 5 with reference to FIG.

本実施の形態においても、上記の実施の形態に記した様な種々の変形が可能であり、同様の効果が得られる。   Also in this embodiment, various modifications as described in the above embodiment are possible, and similar effects can be obtained.

また、ダミーゲート電極形成後にダミーゲート電極の周囲に形成した酸化シリコン膜は層間絶縁膜の一部として用いてもよいし、除去してもよい。また、その材料として酸化シリコンを用いることに必然性は無く、他の材料を用いてもよい。開孔部側壁18についても同様である。   Further, the silicon oxide film formed around the dummy gate electrode after forming the dummy gate electrode may be used as a part of the interlayer insulating film or may be removed. Further, there is no necessity to use silicon oxide as the material, and other materials may be used. The same applies to the opening side wall 18.

尚、図57に示す電界効果トランジスタは、側壁18をゲート電極6の形成後に除去し、かつゲート電極材料の表面平坦化後にゲート電極6にエッチングを施して高さを調節した場合を示している。   In the field effect transistor shown in FIG. 57, the side wall 18 is removed after the gate electrode 6 is formed, and the height is adjusted by etching the gate electrode 6 after the surface of the gate electrode material is planarized. .

また、本実施の形態においては、ソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5の加工は異方性エッチングを用いて行ったが、この工程には等方性エッチングを用いてもよい。さらに例えば、異方性エッチングを施した後に等方性エッチングを行う、等方性エッチングを施した後に異方性エッチングを施す、あるいは少なくとも一方のエッチングを複数回施す等の方法を用いてもよい。   In the present embodiment, the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 is processed using anisotropic etching, but isotropic etching may be used for this step. Further, for example, a method may be used in which isotropic etching is performed after anisotropic etching, anisotropic etching is performed after isotropic etching, or at least one etching is performed a plurality of times. .

さらに初めに形成するゲート絶縁膜5の厚さをも調節すると、ゲート電極6下とソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5の厚さと、ソース・ドレイン領域7上のゲート絶縁膜5の厚い領域とゲート電極6との距離と、の三者を最適な値に調節することが可能となるので、更に好ましい。   Further, when the thickness of the gate insulating film 5 formed first is also adjusted, the thickness of the gate insulating film 5 below the gate electrode 6 and the source / drain region 7 and the thickness of the gate insulating film 5 on the source / drain region 7 are increased. It is more preferable because the distance between the region and the gate electrode 6 can be adjusted to an optimum value.

また、ゲート電極6下端角近傍におけるゲート絶縁膜の形状が図57に示した形である必要は無く、例えば図59乃至図67のいずれかに示す形状であっても同様の効果が得られる。   Further, the shape of the gate insulating film in the vicinity of the lower end corner of the gate electrode 6 does not have to be the shape shown in FIG. 57, and the same effect can be obtained even if it has the shape shown in any of FIGS. 59 to 67, for example.

ここに示した変形例の様に、ゲート電極6下端角近傍におけるゲート絶縁膜5の形状を変えれば、ゲート電極6とソース・ドレイン領域7との間に形成される距離を調整することができるので、静電容量を好適な範囲にできる。   The distance formed between the gate electrode 6 and the source / drain region 7 can be adjusted by changing the shape of the gate insulating film 5 in the vicinity of the lower end corner of the gate electrode 6 as in the modification shown here. Therefore, the capacitance can be set within a suitable range.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限らず、特許請求の範囲に記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to these, In the category of the summary of the invention as described in a claim, it can change variously.

また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。   In addition, the present invention can be variously modified without departing from the scope of the invention in the implementation stage.

さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々
の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
Furthermore, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine the component covering different embodiment suitably.

本発明の実施の形態1に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on Embodiment 1 of this invention 実施の形態1に係る電界効果トランジスタを説明するための拡大図Enlarged view for explaining the field-effect transistor according to the first embodiment 実施の形態1に係る電界効果トランジスタを説明するための拡大図Enlarged view for explaining the field-effect transistor according to the first embodiment 実施の形態1に係る電界効果トランジスタの電場について検討した結果の図The figure of the result of having examined the electric field of the field effect transistor concerning Embodiment 1 実施の形態1に係る電界効果トランジスタの静電容量について検討した結果の図The figure of the result of having examined about the electrostatic capacitance of the field effect transistor concerning Embodiment 1 実施の形態1に係る電界効果トランジスタの製造方法を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る電界効果トランジスタの製造方法を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る電界効果トランジスタの製造方法を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る電界効果トランジスタの製造方法を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る電界効果トランジスタの製造方法を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の変形例に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on the modification of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の変形例に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on the modification of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の変形例に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on the modification of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の変形例に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on the modification of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の変形例に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on the modification of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の変形例に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on the modification of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の変形例に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on the modification of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の変形例に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on the modification of Embodiment 1. FIG. 本発明の実施の形態2に係る電界効果トランジスタの製造方法を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the field effect transistor which concerns on Embodiment 2 of this invention. 実施の形態2に係る電界効果トランジスタの製造方法を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the field effect transistor which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る電界効果トランジスタの製造方法を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the field effect transistor which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る電界効果トランジスタの製造方法を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the field effect transistor which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る電界効果トランジスタの製造工程を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of the field effect transistor which concerns on Embodiment 2. FIG. 本発明の実施の形態3に係る電界効果トランジスタの製造工程を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of the field effect transistor which concerns on Embodiment 3 of this invention. 実施の形態3に係る電界効果トランジスタの変形例を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る電界効果トランジスタの変形例を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る電界効果トランジスタの変形例を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る電界効果トランジスタの変形例を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る電界効果トランジスタの変形例を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る電界効果トランジスタの変形例を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る電界効果トランジスタの変形例を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る電界効果トランジスタの変形例を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 3. FIG. 本発明の実施の形態4に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on Embodiment 4 of this invention. 実施の形態4に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施の形態4に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施の形態4に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施の形態4に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施の形態4に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施の形態4に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施の形態4に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施の形態4に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施の形態4に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施の形態4に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 4. FIG. 本発明の実施の形態5に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on Embodiment 5 of this invention. 実施の形態5に係る電界効果トランジスタの製造方法を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the field effect transistor which concerns on Embodiment 5. FIG. 実施の形態5に係る電界効果トランジスタの製造方法を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the field effect transistor which concerns on Embodiment 5. FIG. 実施の形態5に係る電界効果トランジスタの製造方法を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the field effect transistor which concerns on Embodiment 5. FIG. 実施の形態5に係る電界効果トランジスタの製造方法を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the field effect transistor which concerns on Embodiment 5. FIG. 実施の形態5に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 5 実施の形態5に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 5 実施の形態5に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 5 実施の形態5に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 5 実施の形態5に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 5 実施の形態5に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 5 実施の形態5に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 5 本発明の実施の形態6に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on Embodiment 6 of this invention. 実施の形態6に係る電界効果トランジスタを説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the field effect transistor which concerns on Embodiment 6. FIG. 実施の形態6に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 6 実施の形態6に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 6 実施の形態6に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 6 実施の形態6に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 6 実施の形態6に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 6 実施の形態6に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 6 実施の形態6に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 6 実施の形態6に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 6 実施の形態6に係る電界効果トランジスタの変形例を説明するための断面模式図Sectional schematic diagram for demonstrating the modification of the field effect transistor which concerns on Embodiment 6

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体基板
2…素子分離領域
3…Pウエル領域
4…Nチャネル領域
5…ゲート絶縁膜
6…ゲート電極
7…ソース・ドレイン領域
8…配線
9…層間絶縁膜
10…ゲート側壁
11…HfO2
12…配線孔
13…窒化シリコン膜
14…窒化シリコン膜
15…シリサイド層
16…ダミーゲート電極
17…酸化シリコン膜
18…側壁

1 ... semiconductor substrate 2 ... isolation region 3 ... P-well region 4 ... N-channel region 5 ... gate insulating film 6 ... gate electrode 7 ... drain region 8 ... wiring 9 ... interlayer insulating film 10 ... gate sidewalls 11 ... HfO 2 Film 12 ... Wiring hole 13 ... Silicon nitride film 14 ... Silicon nitride film 15 ... Silicide layer 16 ... Dummy gate electrode 17 ... Silicon oxide film 18 ... Side wall

Claims (13)

半導体基板と、
前記半導体基板表面に形成されるチャネル予定領域のゲート長方向に隣接配置された一対のソース・ドレイン領域と、
前記半導体基板側に金属を含み、前記チャネル予定領域上に形成されたゲート電極と、
前記半導体基板と前記ゲート電極との重なり領域に形成された、第一の厚さを備える中央部、および前記中央部をゲート長方向から挟み、前記ソース・ドレイン領域の一部上に形成された、前記第一の厚さと異なる膜厚を有する一対の端部を備えたゲート絶縁膜とを具備することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A pair of source / drain regions arranged adjacent to each other in a gate length direction of a channel planned region formed on the surface of the semiconductor substrate;
A gate electrode including a metal on the semiconductor substrate side and formed on the planned channel region;
A central portion having a first thickness formed in an overlapping region between the semiconductor substrate and the gate electrode, and the central portion sandwiched from the gate length direction and formed on a part of the source / drain region. A semiconductor device comprising: a gate insulating film having a pair of end portions having a film thickness different from the first thickness.
前記ゲート絶縁膜が金属を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate insulating film contains a metal. 前記ゲート絶縁膜の一対の端部上に、前記ゲート絶縁膜よりも誘電率の低いゲート側壁もしくは層間絶縁膜を備えることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a gate sidewall or an interlayer insulating film having a lower dielectric constant than the gate insulating film on a pair of end portions of the gate insulating film. 前記一対の端部の膜厚が、前記第一の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a film thickness of the pair of end portions is thinner than the first thickness. 5. 前記一対の端部のゲート長方向に平行な長さが前記第一の厚さに比べて長いことを特徴とする請求項4記載の半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 4, wherein a length parallel to the gate length direction of the pair of end portions is longer than the first thickness. 前記一対の端部のゲート長方向に平行な長さが前記第一の厚さの1.5倍よりも長いことを特徴とする請求項5記載の半導体装置。 6. The semiconductor device according to claim 5, wherein a length parallel to the gate length direction of the pair of end portions is longer than 1.5 times the first thickness. 前記一対の端部上にはゲート側壁が形成されていることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載の半導体装置。 7. The semiconductor device according to claim 4, wherein a gate side wall is formed on the pair of end portions. 前記一対の端部が前記ゲート電極下に延在していることを特徴とする請求項4乃至7のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4, wherein the pair of end portions extend under the gate electrode. 前記中央部が前記ゲート電極の側壁外まで延在していることを特徴とする請求項4乃至7のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4, wherein the central portion extends to the outside of the side wall of the gate electrode. 前記一対の端部の膜厚が、前記第一の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a film thickness of the pair of end portions is larger than the first thickness. 5. 前記膜厚の厚い一対の端部は前記ゲート電極の側面と離間していることを特徴とする請求項10記載の半導体装置。 11. The semiconductor device according to claim 10, wherein the pair of thick end portions are separated from a side surface of the gate electrode. 半導体基板表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜に接する部分に金属を含むゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の両脇にある前記ゲート絶縁膜の上部を除去して、下部のみを前記半導体基板表面に残置する工程と、
前記ゲート電極を挟む前記半導体基板表面に不純物を添加してソース・ドレイン領域を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode containing a metal in a portion in contact with the gate insulating film;
Removing the upper part of the gate insulating film on both sides of the gate electrode, leaving only the lower part on the surface of the semiconductor substrate;
And a step of forming a source / drain region by adding impurities to the surface of the semiconductor substrate sandwiching the gate electrode.
半導体基板表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極形成予定領域を囲むパターンを形成する工程と、
前記パターンに囲まれたゲート電極形成予定領域にある前記ゲート絶縁膜の上部を除去して、下部のみを前記半導体基板表面に残置する工程と、
前記ゲート電極形成予定領域に、前記ゲート絶縁膜に接する部分に金属を含むゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を挟む前記半導体基板表面に不純物を添加してソース・ドレイン領域を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。

Forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate;
Forming a pattern surrounding a gate electrode formation scheduled region on the gate insulating film;
Removing the upper part of the gate insulating film in the gate electrode formation scheduled region surrounded by the pattern, leaving only the lower part on the semiconductor substrate surface;
Forming a gate electrode containing metal in a portion in contact with the gate insulating film in the gate electrode formation scheduled region;
And a step of forming a source / drain region by adding impurities to the surface of the semiconductor substrate sandwiching the gate electrode.

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