JP2005294799A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of optimizing the threshold voltage of both an NMOSFET and a PMOSFET and securing a large inversion capacity at the same time, and to provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: An element isolation insulating film 2 is formed in the circumference of the element region of a silicon substrate 1. Moreover, an N-type diffusion layer region 6, a P-type diffusion layer region 7, a P-type extension region 18, an N-type extension region 19, a P-type source-drain region 23, an N-type source-drain region 24, and a nickel silicide film 25 are formed in the element region. A gate insulating film comprises a silicon oxide film 8 and a hafnium silicate nitride film 9. Moreover, the N-type gate electrode comprises a N-type silicon film 10a and a nickel silicide film 28. The P-type gate electrode comprises a nickel silicide film 28. On the sidewall of each gate electrode, the hafnium silicate nitride film 9 is not formed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、より詳しくは、シリコン基板上にNMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device including a CMOSFET formed of an NMOSFET and a PMOSFET on a silicon substrate and a manufacturing method thereof.

近年、半導体集積回路装置における高集積化が大きく進展しており、MOS(Metal Oxide Semiconductor)型半導体装置ではトランジスタ等の素子の微細化、高性能化が図られている。特に、MOS構造を構成する要素の一つであるゲート絶縁膜に関しては、上記トランジスタの微細化、高速動作および低電圧化に対応すべく薄膜化が急速に進んでいる。   In recent years, high integration in semiconductor integrated circuit devices has greatly advanced. In MOS (Metal Oxide Semiconductor) type semiconductor devices, miniaturization of elements such as transistors and high performance have been achieved. In particular, with regard to the gate insulating film which is one of the elements constituting the MOS structure, the thinning is rapidly progressing to cope with the miniaturization, high speed operation and low voltage of the transistor.

ゲート絶縁膜を構成する材料としては、従来よりシリコン酸化膜(SiO膜)やシリコン酸窒化膜(SiON膜)などが用いられてきた。しかしながら、これらの材料を用いた場合には、薄膜化に伴いリーク電流が増大するという問題があった。 Conventionally, a silicon oxide film (SiO 2 film), a silicon oxynitride film (SiON film), or the like has been used as a material constituting the gate insulating film. However, when these materials are used, there is a problem that leakage current increases as the film thickness is reduced.

一方、サブ0.1μm世代のCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)では、ゲート絶縁膜に対して、シリコン酸化膜換算膜厚で1.5nm以下の性能が必要とされる。このため、金属酸化膜または金属珪酸化膜(金属シリケート膜)などの比誘電率の大きい材料をゲート絶縁膜として用い、膜厚を大きくすることによってリーク電流を抑制することが提案されている。   On the other hand, a sub 0.1 μm generation CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) requires a performance of 1.5 nm or less in terms of a silicon oxide film with respect to a gate insulating film. For this reason, it has been proposed to use a material having a high relative dielectric constant, such as a metal oxide film or a metal silicate film (metal silicate film), as the gate insulating film, and to suppress the leakage current by increasing the film thickness.

以下に、高誘電率絶縁膜をゲート絶縁膜として用い、従来法により半導体装置を製造する場合について説明する。   Hereinafter, a case where a semiconductor device is manufactured by a conventional method using a high dielectric constant insulating film as a gate insulating film will be described.

まず、図30(a)に示すように、シリコン基板301の所定の領域にシリコン酸化膜を埋め込み、STI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離領域302および犠牲酸化膜303を形成する。   First, as shown in FIG. 30A, a silicon oxide film is embedded in a predetermined region of the silicon substrate 301 to form an element isolation region 302 and a sacrificial oxide film 303 having an STI (Shallow Trench Isolation) structure.

次に、図30(b)に示すように、レジスト304をマスクとして、シリコン基板301にP(リン)をイオン注入する。Pの注入は、拡散層の形成およびトランジスタの閾値電圧の調整を目的としており、複数回に渡って行われる。Pを注入した後はレジスト304を剥離し、さらに、同様の方法で、レジスト(図示せず)をマスクとしてB(ボロン)を注入する。レジストを剥離した後に熱処理を行い、不純物を拡散させることによって、N型拡散層306およびP型拡散層307を形成する(図30(c))。   Next, as shown in FIG. 30B, P (phosphorus) ions are implanted into the silicon substrate 301 using the resist 304 as a mask. The implantation of P is performed a plurality of times for the purpose of forming a diffusion layer and adjusting the threshold voltage of the transistor. After the implantation of P, the resist 304 is peeled off, and B (boron) is implanted by using the resist (not shown) as a mask by the same method. After removing the resist, heat treatment is performed to diffuse the impurities, thereby forming the N-type diffusion layer 306 and the P-type diffusion layer 307 (FIG. 30C).

拡散層を形成した後は、NHF水溶液を用いて犠牲酸化膜303を除去する。その後、薄いシリコン酸化膜308をシリコン基板301の表面に形成し、さらに高誘電率絶縁膜としてハフニウム珪酸窒化膜309を形成する(図31(a))。具体的には、シリコン酸化膜308の上にハフニウム珪酸化膜を形成した後、NH雰囲気中またはNプラズマ雰囲気中で熱処理することによってハフニウム珪酸窒化膜309とすることができる。 After the diffusion layer is formed, the sacrificial oxide film 303 is removed using an NH 4 F aqueous solution. Thereafter, a thin silicon oxide film 308 is formed on the surface of the silicon substrate 301, and a hafnium silicate nitride film 309 is further formed as a high dielectric constant insulating film (FIG. 31A). Specifically, a hafnium silicate nitride film 309 can be formed by forming a hafnium silicate film on the silicon oxide film 308 and then performing a heat treatment in an NH 3 atmosphere or an N 2 plasma atmosphere.

次に、図31(b)に示すように、アモルファスシリコン膜3010をCVD(Chemical Vapor Deposition)法で成膜した後、N型ゲート電極を形成するために、レジスト3011をマスクとしてPをイオン注入する。尚、アモルファスシリコン膜3010の代わりに多結晶シリコン膜を成膜してもよい。   Next, as shown in FIG. 31B, after an amorphous silicon film 3010 is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, P is ion-implanted using a resist 3011 as a mask to form an N-type gate electrode. To do. Note that a polycrystalline silicon film may be formed instead of the amorphous silicon film 3010.

レジスト3011を剥離した後、同様の方法によって、P型電極を形成するためにアモルファスシリコン膜3010にイオン注入する。マスクとして用いたレジスト(図示せず)を剥離した後、全面にシリコン酸化膜3013を形成してから、レジスト3014をマスクとしてシリコン酸化膜3013を加工する(図31(c))。図31(c)において、3010aはN型アモルファスシリコン膜であり、3010bはP型アモルファスシリコン膜である。   After the resist 3011 is removed, ions are implanted into the amorphous silicon film 3010 by the same method to form a P-type electrode. After removing the resist (not shown) used as a mask, a silicon oxide film 3013 is formed on the entire surface, and then the silicon oxide film 3013 is processed using the resist 3014 as a mask (FIG. 31C). In FIG. 31C, 3010a is an N-type amorphous silicon film, and 3010b is a P-type amorphous silicon film.

次に、図32(a)に示すように、レジスト3014を剥離した後に、N型アモルファスシリコン膜3010aおよびP型アモルファスシリコン膜3010bを加工してゲート電極とする。その後、シリコン酸化膜3013をハードマスクとして、ゲート電極下部のみにゲート絶縁膜が残るように、ハフニウム珪酸窒化膜309およびシリコン酸化膜308をエッチングする(図32(b))。尚、シリコン酸化膜3013はエッチングによって消失する。   Next, as shown in FIG. 32A, after removing the resist 3014, the N-type amorphous silicon film 3010a and the P-type amorphous silicon film 3010b are processed to form gate electrodes. Thereafter, using the silicon oxide film 3013 as a hard mask, the hafnium silicate nitride film 309 and the silicon oxide film 308 are etched so that the gate insulating film remains only under the gate electrode (FIG. 32B). Note that the silicon oxide film 3013 disappears by etching.

次に、酸素濃度が0.05%〜1%の雰囲気中において、900℃〜1,000℃の温度でゲート電極3010a,3010bの側壁をわずかに酸化した後、CVD法によってシリコン酸化膜3015を全面に堆積する(図32(c))。   Next, after slightly oxidizing the sidewalls of the gate electrodes 3010a and 3010b at a temperature of 900 ° C. to 1,000 ° C. in an atmosphere having an oxygen concentration of 0.05% to 1%, a silicon oxide film 3015 is formed by a CVD method. Deposited on the entire surface (FIG. 32 (c)).

次に、レジスト3016およびゲート電極3010bをマスクとして、N型拡散層306にBをイオン注入する(図33(a))。同様にして、P型拡散層307にもPをイオン注入する。これにより、P型エクステンション領域3018およびN型エクステンション領域3019が形成される(図33(b))。   Next, B is ion-implanted into the N-type diffusion layer 306 using the resist 3016 and the gate electrode 3010b as a mask (FIG. 33A). Similarly, P ions are implanted into the P-type diffusion layer 307 as well. As a result, a P-type extension region 3018 and an N-type extension region 3019 are formed (FIG. 33B).

次に、図33(c)に示すように、シリコン窒化膜3020をCVD法で全面に形成する。この後、反応性イオンエッチングによって、ゲート電極3010a,3010bの側壁部を残してシリコン酸化膜3015およびシリコン窒化膜3020を除去する。   Next, as shown in FIG. 33C, a silicon nitride film 3020 is formed on the entire surface by a CVD method. Thereafter, the silicon oxide film 3015 and the silicon nitride film 3020 are removed by reactive ion etching, leaving the side walls of the gate electrodes 3010a and 3010b.

次に、図34(a)に示すように、レジスト3021および側壁の形成されたゲート電極(3010b,3015,3020)をマスクとして、N型拡散層306にBをイオン注入する。レジスト3021を剥離した後、同様の方法でP型拡散層307にPをイオン注入する。その後、900℃〜1,100℃の温度で熱処理を行い、不純物を活性化することによって、P型ソース・ドレイン拡散層3023およびN型ソース・ドレイン拡散層3024を形成する(図34(b))。   Next, as shown in FIG. 34A, B is ion-implanted into the N-type diffusion layer 306 using the resist 3021 and the gate electrodes (3010b, 3015, 3020) formed with the sidewalls as a mask. After the resist 3021 is removed, P is ion-implanted into the P-type diffusion layer 307 by the same method. Thereafter, heat treatment is performed at a temperature of 900 ° C. to 1,100 ° C. to activate the impurities, thereby forming a P-type source / drain diffusion layer 3023 and an N-type source / drain diffusion layer 3024 (FIG. 34B). ).

次に、全面にニッケル膜(図示せず)およびチタンナイトライド膜(図示せず)を成膜した後、熱処理を行う。その後、チタンナイトライド膜および未反応のニッケル膜をエッチング除去して、ソース・ドレイン拡散層3022,3023およびシリコンゲート電極3010a,3010bの上にのみ選択的にニッケルシリサイド膜3025を形成する(図34(c))。   Next, after forming a nickel film (not shown) and a titanium nitride film (not shown) on the entire surface, heat treatment is performed. Thereafter, the titanium nitride film and the unreacted nickel film are removed by etching, and a nickel silicide film 3025 is selectively formed only on the source / drain diffusion layers 3022 and 3023 and the silicon gate electrodes 3010a and 3010b (FIG. 34). (C)).

次に、層間絶縁膜3029を形成した後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により平坦化する(図35)。その後、コンタクトおよび配線等の形成を行う。   Next, after an interlayer insulating film 3029 is formed, planarization is performed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method (FIG. 35). Thereafter, contacts and wirings are formed.

しかしながら、上記の方法で形成したトランジスタの特性を評価すると、NMOSFET(N−channel Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)では、閾値電圧が適正な値を取るのに対し、PMOSFET(P−channnel Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)では、閾値電圧が大きく負側にシフトしてしまう。さらに、PMOSFETでは、反転側の容量がNMOSFETに比べて小さくなる。このため、所望のドレイン電流を確保できなくなるという問題が生じる(例えば、非特許文献1参照。)。   However, when the characteristics of the transistor formed by the above method are evaluated, an NMOSFET (N-channel Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) has an appropriate threshold voltage, whereas a PMOSFET (P-channel Metal Oxide Semiconductor Semiconductor). In the effect transistor, the threshold voltage is greatly shifted to the negative side. Furthermore, in the PMOSFET, the capacitance on the inversion side is smaller than that in the NMOSFET. For this reason, there arises a problem that a desired drain current cannot be secured (see, for example, Non-Patent Document 1).

そこで、閾値電圧のシフトを抑制し且つ大きな反転容量を得るために、シリコンに代わって金属をゲート電極に用いる検討が行われている。この場合の金属とは、金属、金属窒化物または金属珪化物等を言う。金属をゲート電極に用いると、仕事関数により閾値電圧が変化する。このため、仕事関数が最適な金属を用いることによって、閾値電圧を制御できるというメリットがある。また、シリコン電極に比較して電極の空乏化が起こりにくいため、大きな反転容量を確保できるというメリットもある。   Therefore, in order to suppress the shift of the threshold voltage and obtain a large inversion capacity, studies have been made on using metal for the gate electrode instead of silicon. The metal in this case refers to metal, metal nitride, metal silicide, or the like. When metal is used for the gate electrode, the threshold voltage changes depending on the work function. For this reason, there is an advantage that the threshold voltage can be controlled by using a metal having an optimum work function. In addition, since depletion of the electrode is less likely to occur compared to the silicon electrode, there is an advantage that a large inversion capacity can be secured.

しかし、金属電極はシリコン電極に比較して耐熱性に乏しいことから、上述の工程でトランジスタを形成することは困難である。すなわち、ゲート電極形成後にソース・ドレイン拡散層を形成する方法では、不純物の活性化に1,000℃程度での高温の加熱処理が必要である。金属電極を用いた場合にこのような熱工程を経ると、金属電極の形状の変化やゲート絶縁膜への不純物拡散等が起こる。そこで、金属電極を用いる場合は、ゲート電極形成前にソース・ドレイン拡散層を形成する方法が提案されている(例えば、非特許文献2および3参照。)。   However, since the metal electrode has poor heat resistance compared to the silicon electrode, it is difficult to form a transistor in the above-described process. That is, in the method of forming the source / drain diffusion layer after forming the gate electrode, high-temperature heat treatment at about 1,000 ° C. is required for activating the impurities. When such a thermal process is performed when a metal electrode is used, a change in the shape of the metal electrode, impurity diffusion into the gate insulating film, or the like occurs. Therefore, in the case of using a metal electrode, a method of forming a source / drain diffusion layer before forming a gate electrode has been proposed (see, for example, Non-Patent Documents 2 and 3).

以下に、この方法について説明する。尚、簡単のため、NMOSFETおよびPMOSFETのゲート電極に対して同じ種類の金属膜を用いる場合を例にとる。   This method will be described below. For simplicity, the case where the same type of metal film is used for the gate electrodes of the NMOSFET and the PMOSFET is taken as an example.

まず、図30(a)〜(c)と同様にして、シリコン基板1に素子分離領域402および犠牲酸化膜403を形成した後、シリコン基板401にP(リン)およびB(ボロン)を順に注入し、熱処理を行ってN型拡散層406およびP型拡散層407を形成する。次に、犠牲酸化膜403の上にアモルファスシリコン膜4010をCVD法によって形成し、図36(a)に示す構造とする。尚、アモルファスシリコン膜4010の代わりに多結晶シリコン膜を成膜してもよい。   First, in the same manner as in FIGS. 30A to 30C, after the element isolation region 402 and the sacrificial oxide film 403 are formed on the silicon substrate 1, P (phosphorus) and B (boron) are sequentially implanted into the silicon substrate 401. Then, heat treatment is performed to form the N-type diffusion layer 406 and the P-type diffusion layer 407. Next, an amorphous silicon film 4010 is formed on the sacrificial oxide film 403 by a CVD method to obtain a structure shown in FIG. Note that a polycrystalline silicon film may be formed instead of the amorphous silicon film 4010.

次に、全面にシリコン酸化膜4013を形成した後、レジスト4014をマスクとしてシリコン酸化膜4013を加工する(図36(b))。さらに、レジスト4014を剥離した後、シリコン酸化膜4013をハードマスクとしてアモルファスシリコン膜4010を加工し、ゲート電極とする(図36(c))。   Next, after a silicon oxide film 4013 is formed on the entire surface, the silicon oxide film 4013 is processed using the resist 4014 as a mask (FIG. 36B). Further, after the resist 4014 is removed, the amorphous silicon film 4010 is processed using the silicon oxide film 4013 as a hard mask to form a gate electrode (FIG. 36C).

次に、酸素濃度が0.05%〜1%の雰囲気中において、900℃〜1,000℃の温度でゲート電極10の側壁をわずかに酸化した後、CVD法によってシリコン酸化膜4015を全面に堆積する。その後、レジスト(図示せず)およびゲート電極4010をマスクとして、N型拡散層406にBを、P型拡散層407にPをそれぞれイオン注入し、P型のエクステンション領域4018およびN型のエクステンション領域4019を形成する(図37(a))。   Next, after slightly oxidizing the side wall of the gate electrode 10 at a temperature of 900 ° C. to 1,000 ° C. in an atmosphere having an oxygen concentration of 0.05% to 1%, a silicon oxide film 4015 is formed on the entire surface by CVD. accumulate. Thereafter, using a resist (not shown) and the gate electrode 4010 as a mask, B is ion-implanted into the N-type diffusion layer 406, and P is ion-implanted into the P-type diffusion layer 407, respectively, and the P-type extension region 4018 and the N-type extension region are implanted. 4019 is formed (FIG. 37A).

次に、CVD法を用いてシリコン窒化膜4020を全面に形成した後、反応性イオンエッチングによって、ゲート電極4010の側壁部を残してシリコン酸化膜4015およびシリコン窒化膜4020を除去する。その後、レジスト4021および側壁の形成されたゲート電極(4010,4013,4015,4020)をマスクとして、N型拡散層406にBをイオン注入する(図37(b))。   Next, after a silicon nitride film 4020 is formed on the entire surface by using the CVD method, the silicon oxide film 4015 and the silicon nitride film 4020 are removed by reactive ion etching, leaving the side wall portion of the gate electrode 4010. Thereafter, B is ion-implanted into the N-type diffusion layer 406 by using the resist 4021 and the gate electrodes (4010, 4013, 4015, 4020) formed with the sidewalls as a mask (FIG. 37B).

レジスト4021を剥離した後、同様の方法でP型拡散層407にもPをイオン注入する。その後、900℃〜1,100℃の温度で熱処理を行うことによって不純物を活性化させて、P型ソース・ドレイン拡散層4023およびN型ソース・ドレイン拡散層4024を形成する(図37(c))。   After removing the resist 4021, P is ion-implanted into the P-type diffusion layer 407 in the same manner. Thereafter, heat treatment is performed at a temperature of 900 ° C. to 1,100 ° C. to activate the impurities, thereby forming a P-type source / drain diffusion layer 4023 and an N-type source / drain diffusion layer 4024 (FIG. 37C). ).

次に、希フッ酸またはNHF水溶液を用いてゲート電極4010の下部以外の犠牲酸化膜403を除去した後、全面にニッケル膜およびチタンナイトライド膜を成膜して、熱処理を行う。その後、チタンナイトライド膜および未反応のニッケル膜をエッチング除去することによって、ソース・ドレイン拡散層4023,4024上にのみ選択的にニッケルシリサイド膜4025を形成する(図38(a))。 Next, after removing the sacrificial oxide film 403 other than the lower portion of the gate electrode 4010 using dilute hydrofluoric acid or NH 4 F aqueous solution, a nickel film and a titanium nitride film are formed on the entire surface, and heat treatment is performed. Thereafter, the nickel nitride film 4025 is selectively formed only on the source / drain diffusion layers 4023 and 4024 by etching away the titanium nitride film and the unreacted nickel film (FIG. 38A).

次に、層間絶縁膜4026をCVD法または塗布法によって形成した後、CMP法によりアモルファスシリコン膜4010が露出するまで研磨する。その後、露出したアモルファスシリコン膜4010を反応性イオンエッチングによって除去する(図38(b))。   Next, after an interlayer insulating film 4026 is formed by a CVD method or a coating method, it is polished by a CMP method until the amorphous silicon film 4010 is exposed. Thereafter, the exposed amorphous silicon film 4010 is removed by reactive ion etching (FIG. 38B).

次に、露出した犠牲酸化膜403を除去した後、薄いシリコン酸化膜408をシリコン基板401の表面に形成し、さらに高誘電率絶縁膜としてハフニウム珪酸化膜409を全面に形成する(図38(c))。   Next, after removing the exposed sacrificial oxide film 403, a thin silicon oxide film 408 is formed on the surface of the silicon substrate 401, and a hafnium silicate film 409 is formed on the entire surface as a high dielectric constant insulating film (FIG. c)).

その後、チタンナイトライド膜4030およびタングステン膜4031を堆積し、ゲート電極4010部以外の層間絶縁膜4026上のタングステン膜4031およびチタンナイトライド膜4030をCMP法によって除去し、さらに層間絶縁膜4026上のハフニウム珪酸化膜409を除去した後に層間絶縁膜4029を堆積して平坦化する(図39)。その後、コンタクト、配線等の形成を行う。   Thereafter, a titanium nitride film 4030 and a tungsten film 4031 are deposited, and the tungsten film 4031 and the titanium nitride film 4030 on the interlayer insulating film 4026 other than the gate electrode 4010 are removed by CMP, and further on the interlayer insulating film 4026. After removing the hafnium silicate film 409, an interlayer insulating film 4029 is deposited and planarized (FIG. 39). Thereafter, contacts, wirings and the like are formed.

しかし、1種類の金属膜をNMOSFETとPMOSFETの両方のゲート電極に使用した場合、どちらかの閾値電圧が適正値よりも外れてしまう。例えば、上記のように、シリコンのバンドギャップの中心付近にフェルミ準位があるチタンナイトライド膜を高誘電率ゲート絶縁膜の電極に用いると、PMOSFETでは適正な閾値電圧に近づくのに対し、NMOSFETではシリコン電極を用いた場合よりも正側に閾値電圧がシフトしてしまうという問題がある(図29(b))。この問題はチタンナイトライド膜を高誘電率ゲート絶縁膜のゲート電極に用いた場合のみでなく、ニッケルシリサイドやコバルトシリサイド等、チタンナイトライド同様にシリコンのバンドギャップの中心付近にフェルミ準位がある材料をNMOSFETの電極に用いた場合にも生じる。尚、シリコン酸化膜をゲート絶縁膜とし、ニッケルシリサイドをゲート電極とする場合にはこうした問題は生じないことから(例えば、非特許文献4および5参照。)、高誘電率絶縁膜をゲート絶縁膜として用いる場合にのみ生じる問題と考えられる。   However, when one type of metal film is used for the gate electrodes of both the NMOSFET and the PMOSFET, one of the threshold voltages deviates from an appropriate value. For example, as described above, when a titanium nitride film having a Fermi level near the center of the silicon band gap is used as the electrode of the high dielectric constant gate insulating film, the PMOSFET approaches an appropriate threshold voltage, whereas the NMOSFET However, there is a problem that the threshold voltage shifts to the positive side as compared with the case where a silicon electrode is used (FIG. 29B). This problem is not only when the titanium nitride film is used as the gate electrode of the high dielectric constant gate insulating film, but there is a Fermi level near the center of the silicon band gap, such as nickel silicide and cobalt silicide, as well as titanium nitride. This also occurs when the material is used for an NMOSFET electrode. Since such a problem does not occur when the silicon oxide film is used as the gate insulating film and nickel silicide is used as the gate electrode (see, for example, Non-Patent Documents 4 and 5), the high dielectric constant insulating film is used as the gate insulating film. This is considered to be a problem that occurs only when used.

これに対して、最近、NMOSFETとPMOSFETに対して、仕事関数がそれぞれ異なる金属ゲート電極を用いる試みがなされている(例えば、特許文献1〜3参照。)。この場合、適正な閾値電圧と大きな反転容量とが期待できる。しかし、NMOSFETおよびPMOSFETの金属ゲート電極を別々に形成するため、製造工程が増加し、コストの上昇を招くという問題がある。また、上記に述べた方法では、ゲート絶縁膜を形成する前にソース・ドレイン拡散層4023,4024上にニッケルシリサイド4025を形成しているが、ニッケルシリサイドの凝集耐性の観点から、ゲート絶縁膜の形成時に600℃以上の熱をかけることができないという問題がある。このため、ゲート絶縁膜の熱工程は600℃以下の温度で行わなければならないという制約があり、ゲート絶縁膜の膜質を向上させることが困難となる。   On the other hand, recently, attempts have been made to use metal gate electrodes having different work functions for NMOSFET and PMOSFET (see, for example, Patent Documents 1 to 3). In this case, an appropriate threshold voltage and a large inversion capacity can be expected. However, since the metal gate electrodes of NMOSFET and PMOSFET are formed separately, there is a problem that the manufacturing process increases and the cost increases. In the method described above, the nickel silicide 4025 is formed on the source / drain diffusion layers 4023 and 4024 before forming the gate insulating film. From the viewpoint of the resistance to aggregation of nickel silicide, the gate insulating film is formed. There is a problem that heat of 600 ° C. or higher cannot be applied during formation. For this reason, there is a restriction that the thermal process of the gate insulating film must be performed at a temperature of 600 ° C. or less, and it is difficult to improve the film quality of the gate insulating film.

こうした問題を回避するために、犠牲酸化膜403の代わりに、予め高誘電率のゲート絶縁膜等を形成しておくことも考えられる。この場合、ゲート絶縁膜の形成時に十分な熱処理を行うことができるが、ダミーゲート電極となるシリコン電極4010をエッチング除去する際にゲート絶縁膜に損傷(ダメージ)が与えられる他、ゲート絶縁膜も一緒にエッチング除去されてしまうという問題がある。   In order to avoid such a problem, it may be possible to form a gate insulating film having a high dielectric constant in advance instead of the sacrificial oxide film 403. In this case, sufficient heat treatment can be performed at the time of forming the gate insulating film. However, when the silicon electrode 4010 serving as the dummy gate electrode is removed by etching, the gate insulating film is damaged (damaged), and the gate insulating film is also formed. There is a problem that etching is removed together.

ティー・アオヤマ(T.Aoyama)ら、ゲート絶縁膜国際研究会(International Worhshop on Gate Insulator)、2003年、p.174T. Aoyama et al., International Workshop on Gate Insulator, 2003, p. 174 エイ・チャタジー(A.Chatterjee)ら、国際電子素子会議(International Electron Devices Meeting,IEDM)、1997年、p.821A. Chatterjee et al., International Electron Devices Meeting (IEDM), 1997, p. 821 エイ・ヤギシタ(A.Yagishita)ら、国際電子素子会議(International Electron Devices Meeting,IEDM)、1998年、p.785A. Yagishita et al., International Electron Devices Meeting (IEDM), 1998, p. 785 ダブリュー・ピー・マスザラ(W.P.Maszara)ら、国際電子素子会議(International Electron Devices Meeting,IEDM)、2002年、p.367W. P. Maszara et al., International Electron Devices Meeting (IEDM), 2002, p. 367 ゼット・クリヴォカピック(Z.Krivokapic)ら、国際電子素子会議(International Electron Devices Meeting,IEDM)、2002年、p.271Z. Krivokapic et al., International Electron Devices Meeting (IEDM), 2002, p. 271 特開2000−252371号公報JP 2000-252371 A 特開2003−258121号公報JP 2003-258121 A 特開2003−45995号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-45995

以上をまとめると次のようになる。   The above is summarized as follows.

高誘電率絶縁膜をゲート絶縁膜として用いる場合、シリコン電極では、PMOSFETの閾値電圧が大きく負側にシフトするとともに反転容量が小さくなるという問題がある。   When the high dielectric constant insulating film is used as the gate insulating film, the silicon electrode has a problem that the threshold voltage of the PMOSFET is greatly shifted to the negative side and the inversion capacitance is decreased.

この問題を解決するために金属電極を用いる方法では、大きな反転容量が確保できるというメリットがあるものの、NMOSFETおよびPMOSFETのそれぞれに仕事関数が最適な金属電極を別個の工程で形成することが必要となる。このため、工程数が増え、コストの上昇につながるという問題が新たに生じる。また、金属電極の耐熱性を考えると、ゲート電極の形成前にソース・ドレイン拡散層を形成しなければならない。しかしながら、ソース・ドレイン拡散層の表面に形成するシリサイドの耐熱性が低いために、ゲート絶縁膜の形成時に高温で加熱処理を行うことができず、ゲート絶縁膜の膜質向上を図ることが困難になるという問題もある。   In order to solve this problem, the method using a metal electrode has an advantage that a large inversion capacitance can be secured, but it is necessary to form a metal electrode having an optimum work function for each of the NMOSFET and the PMOSFET in a separate process. Become. For this reason, the problem that the number of processes increases and leads to an increase in cost arises newly. Considering the heat resistance of the metal electrode, the source / drain diffusion layer must be formed before the gate electrode is formed. However, since the heat resistance of the silicide formed on the surface of the source / drain diffusion layer is low, heat treatment cannot be performed at a high temperature when forming the gate insulating film, and it is difficult to improve the film quality of the gate insulating film. There is also a problem of becoming.

さらに、こうした問題を回避するために、ソース・ドレイン拡散層やソース・ドレイン拡散層上のシリサイドを形成する前にゲート絶縁膜を形成する方法では、ダミーゲート電極となるシリコン電極のエッチング除去時にゲート絶縁膜にダメージが加わるという問題がある。この場合、ゲート絶縁膜自身がエッチングされてしまうおそれもある。   Further, in order to avoid such a problem, in the method of forming the gate insulating film before forming the silicide on the source / drain diffusion layer and the source / drain diffusion layer, the gate electrode is removed when the silicon electrode to be a dummy gate electrode is removed by etching. There is a problem that the insulating film is damaged. In this case, the gate insulating film itself may be etched.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、NMOSFETおよびPMOSFETの両方の閾値電圧が最適となるようにし、併せて大きな反転容量を確保することのできるゲート電極構造を有する半導体装置およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems. That is, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a gate electrode structure that can optimize threshold voltages of both the NMOSFET and the PMOSFET and that can secure a large inversion capacitance, and a method for manufacturing the same. is there.

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.

本発明は、シリコン基板上にNMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置において、前記NMOSFETおよび前記PMOSFETのゲート絶縁膜は、前記シリコン基板上に形成された第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜とからなる積層構造を有し、前記NMOSFETのゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に形成されたN型シリコン膜と、該N型シリコン膜上に形成された第1の金属シリサイド膜とからなり、前記PMOSFETのゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に形成された第2の金属シリサイド膜からなり、前記第2の絶縁膜は高誘電率絶縁膜であって、該高誘電率絶縁膜が、前記NMOSFETのゲート電極および前記PMOSFETのゲート電極のいずれの側壁にも形成されていないことを特徴とするものである。   The present invention provides a semiconductor device including a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET on a silicon substrate, wherein the gate insulating film of the NMOSFET and the PMOSFET includes a first insulating film formed on the silicon substrate, A gate electrode of the NMOSFET having an N-type silicon film formed on the gate insulating film; and an N-type silicon film formed on the first insulating film. A gate electrode of the PMOSFET is formed of a second metal silicide film formed on the gate insulating film, and the second insulating film is a high metal film. A dielectric constant insulating film, wherein the high dielectric constant insulating film is disposed on either side of the gate electrode of the NMOSFET and the gate electrode of the PMOSFET. Is characterized in that is also not formed in.

また、本発明は、シリコン基板上にNMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置において、前記NMOSFETおよび前記PMOSFETのゲート絶縁膜は、前記シリコン基板上に形成された第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜とからなる積層構造を有し、前記NMOSFETのゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に形成されたN型シリコン膜と、該N型シリコン膜上に形成された第1の金属シリサイド膜とからなり、前記PMOSFETのゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に形成された金属膜と、該金属膜上に形成された第2の金属シリサイド膜との積層構造を有し、前記第2の絶縁膜は高誘電率絶縁膜であって、該高誘電率絶縁膜が、前記NMOSFETのゲート電極および前記PMOSFETのゲート電極のいずれの側壁にも形成されていないことを特徴とするものである。   According to the present invention, in the semiconductor device including a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET on a silicon substrate, the gate insulating film of the NMOSFET and the PMOSFET is a first insulating film formed on the silicon substrate. And a second insulating film formed on the first insulating film, and the gate electrode of the NMOSFET includes an N-type silicon film formed on the gate insulating film, And a first metal silicide film formed on the N-type silicon film. The gate electrode of the PMOSFET includes a metal film formed on the gate insulating film and a second film formed on the metal film. The second insulating film is a high dielectric constant insulating film, and the high dielectric constant insulating film is a gate electrode of the NMOSFET. Preliminary is characterized in that the not be formed in any of the sidewalls of the gate electrode of the PMOSFET.

本発明の半導体装置において、前記金属膜は、ニッケル、コバルト、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、白金およびイリジウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種類以上の金属を含むものとすることができる。   In the semiconductor device of the present invention, the metal film may contain at least one metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, palladium, rhodium, ruthenium, platinum and iridium.

また、本発明の半導体装置において、前記第1の金属シリサイド膜は、ニッケルシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、パラジウムシリサイド膜、ロジウムシリサイド膜、ルテニウムシリサイド膜、白金シリサイド膜およびイリジウムシリサイド膜よりなる群から選ばれるいずれか1つの単層膜または2つ以上の膜により構成される積層膜とすることができる。   In the semiconductor device of the present invention, the first metal silicide film is selected from the group consisting of a nickel silicide film, a cobalt silicide film, a palladium silicide film, a rhodium silicide film, a ruthenium silicide film, a platinum silicide film, and an iridium silicide film. Any one single-layer film or a laminated film composed of two or more films can be used.

また、本発明の半導体装置において、前記第2の金属シリサイド膜は、ニッケルシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、パラジウムシリサイド膜、ロジウムシリサイド膜、ルテニウムシリサイド膜、白金シリサイド膜およびイリジウムシリサイド膜よりなる群から選ばれるいずれか1つの単層膜または2つ以上の膜により構成される積層膜とすることができる。   In the semiconductor device of the present invention, the second metal silicide film is selected from the group consisting of a nickel silicide film, a cobalt silicide film, a palladium silicide film, a rhodium silicide film, a ruthenium silicide film, a platinum silicide film, and an iridium silicide film. Any one single-layer film or a laminated film composed of two or more films can be used.

また、本発明の半導体装置において、高誘電率絶縁膜は、ハフニウムおよびジルコニウムの少なくとも一方を含む珪酸窒化物、珪酸化物並びに酸化物よりなる群から選ばれる1の物質からなるものとすることができる。   In the semiconductor device of the present invention, the high dielectric constant insulating film can be made of one substance selected from the group consisting of silicate nitride, silicate and oxide containing at least one of hafnium and zirconium. .

また、本発明の半導体装置において、前記第1の絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン酸窒化膜よりなる群から選ばれるいずれか1の膜とすることができる。   In the semiconductor device of the present invention, the first insulating film can be any one film selected from the group consisting of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film.

さらに、本発明の半導体装置において、前記高誘電率絶縁膜の上にさらに第3の絶縁膜が形成されていてもよい。ここで、第3の絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン酸窒化膜よりなる群から選ばれるいずれか1の膜とすることができる。   Furthermore, in the semiconductor device of the present invention, a third insulating film may be further formed on the high dielectric constant insulating film. Here, the third insulating film can be any one film selected from the group consisting of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film.

本発明は、NMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置の製造方法において、素子分離絶縁膜、N型拡散層領域およびP型拡散層領域が設けられたシリコン基板の上に、高誘電率絶縁膜を含むゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上にシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜の前記NMOSFETの領域にN型不純物を注入する工程と、前記シリコン膜をゲート電極の形状に加工して、N型シリコン膜パターンとアンドープのシリコン膜パターンとを形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの下部を除いて前記ゲート絶縁膜を除去する工程と、前記ゲート絶縁膜除去後の前記シリコン基板の全面に第1の側壁絶縁膜を形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型エクステンション領域およびP型エクステンション領域を形成する工程と、前記第1の側壁絶縁膜の上に第2の側壁絶縁膜を形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの側壁部を除いて、前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜を除去する工程と、側壁部に前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜が形成された前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型ソース・ドレイン領域およびP型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、前記N型ソース・ドレイン領域および前記P型ソース・ドレイン領域の上に第1の金属シリサイド膜を形成する工程と、前記第1の金属シリサイド膜形成後の前記シリコン基板の上に、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンを埋め込むようにして層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を加工して、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの表面を露出させる工程と、前記アンドープのシリコン膜パターンを所定膜厚までエッチングする工程と、前記シリコン基板の全面に金属膜を形成する工程と、熱処理によって、前記N型シリコン膜パターンの上部および前記アンドープのシリコン膜パターンの全てを、前記金属膜がシリサイド化された第2の金属シリサイド膜に変える工程とを有することを特徴とするものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device including a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET, on a silicon substrate provided with an element isolation insulating film, an N-type diffusion layer region, and a P-type diffusion layer region. Forming a gate insulating film including a dielectric insulating film; forming a silicon film on the gate insulating film; implanting N-type impurities into the NMOSFET region of the silicon film; Processing the film into the shape of a gate electrode to form an N-type silicon film pattern and an undoped silicon film pattern; and removing the gate insulation except under the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern A step of removing the film, and a step of forming a first sidewall insulating film on the entire surface of the silicon substrate after the removal of the gate insulating film. Using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern as a mask, implanting impurities into the silicon substrate to form an N-type extension region and a P-type extension region; and Forming a second sidewall insulating film on the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film except for a step of forming a second sidewall insulating film thereon and a sidewall portion of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern; A step of removing, and implanting impurities into the silicon substrate using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern in which the first and second sidewall insulating films are formed on the sidewall portions as a mask Forming an N-type source / drain region and a P-type source / drain region, and the N-type source Forming a first metal silicide film on the drain region and the P-type source / drain region; and forming the N-type silicon film pattern on the silicon substrate after the formation of the first metal silicide film; Forming an interlayer insulating film so as to embed an undoped silicon film pattern; processing the interlayer insulating film to expose surfaces of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern; Etching the undoped silicon film pattern to a predetermined film thickness, forming a metal film on the entire surface of the silicon substrate, and heat-treating the upper part of the N-type silicon film pattern and all of the undoped silicon film pattern And a step of changing the metal film to a silicided second metal silicide film. It is characterized by having.

また、本発明は、NMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置の製造方法において、素子分離絶縁膜、N型拡散層領域およびP型拡散層領域が設けられたシリコン基板の上に、高誘電率絶縁膜を含むゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上にシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜の前記NMOSFETの領域にN型不純物を注入する工程と、前記シリコン膜をゲート電極の形状に加工して、N型シリコン膜パターンとアンドープのシリコン膜パターンとを形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの下部を除いて前記ゲート絶縁膜を除去する工程と、前記ゲート絶縁膜除去後の前記シリコン基板の全面に第1の側壁絶縁膜を形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型エクステンション領域およびP型エクステンション領域を形成する工程と、前記第1の側壁絶縁膜の上に第2の側壁絶縁膜を形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの側壁部を除いて、前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜を除去する工程と、側壁部に前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜が形成された前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型ソース・ドレイン領域およびP型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、前記N型ソース・ドレイン領域および前記P型ソース・ドレイン領域の上に第1の金属シリサイド膜を形成する工程と、前記第1の金属シリサイド膜形成後の前記シリコン基板の上に、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンを埋め込むようにして層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を加工して、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの表面を露出させる工程と、前記シリコン基板の全面に第1の金属膜を形成する工程と、熱処理によって、前記N型シリコン膜パターンの上部および前記アンドープのシリコン膜パターンの上部を、前記第1の金属膜がシリサイド化された第2の金属シリサイド膜に変える工程と、前記アンドープのシリコン膜パターン上にある前記第2の金属シリサイド膜を除去する工程と、前記アンドープのシリコン膜パターン上に、第2の金属膜および第3の金属膜を順に形成する工程と、熱処理によって、前記アンドープのシリコン膜、前記第2の金属膜および前記第3の金属膜を反応させて、前記第2の金属膜と、前記第3の金属膜がシリサイド化された第3の金属シリサイド膜とが順に積層された構造を前記ゲート絶縁膜の上に形成する工程とを有することを特徴とするものである。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device including a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET on a silicon substrate provided with an element isolation insulating film, an N-type diffusion layer region, and a P-type diffusion layer region. A step of forming a gate insulating film including a high dielectric constant insulating film, a step of forming a silicon film on the gate insulating film, a step of injecting an N-type impurity into the NMOSFET region of the silicon film, Processing the silicon film into the shape of a gate electrode to form an N-type silicon film pattern and an undoped silicon film pattern; and excluding the lower part of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern Removing the gate insulating film; and forming a first sidewall insulating film on the entire surface of the silicon substrate after the gate insulating film is removed. A step of implanting impurities into the silicon substrate using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern as a mask to form an N-type extension region and a P-type extension region, and the first sidewall insulation. Forming a second sidewall insulating film on the film; and excluding the sidewalls of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern, the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film Removing the film, and using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern in which the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film are formed on the sidewall portion as a mask, impurities in the silicon substrate And forming an N-type source / drain region and a P-type source / drain region, and the N-type Forming a first metal silicide film on the source / drain region and the P-type source / drain region, and forming the N-type silicon film on the silicon substrate after the formation of the first metal silicide film. Forming an interlayer insulating film so as to embed a pattern and the undoped silicon film pattern, and processing the interlayer insulating film to expose surfaces of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern Forming a first metal film on the entire surface of the silicon substrate, and heat-treating the upper part of the N-type silicon film pattern and the upper part of the undoped silicon film pattern into a silicide by heat treatment. Changing to the second metal silicide film formed, and the second metal silicide film on the undoped silicon film pattern. A step of removing the metal silicide film, a step of sequentially forming a second metal film and a third metal film on the undoped silicon film pattern, and a heat treatment to thereby form the undoped silicon film and the second metal A structure in which the second metal film and the third metal silicide film in which the third metal film is silicided are sequentially stacked by reacting the film and the third metal film. And a step of forming on the substrate.

また、本発明は、NMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置の製造方法において、素子分離絶縁膜、N型拡散層領域およびP型拡散層領域が設けられたシリコン基板の上に、高誘電率絶縁膜を含むゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上にシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜の前記NMOSFETの領域にN型不純物を注入する工程と、前記シリコン膜をゲート電極の形状に加工して、N型シリコン膜パターンとアンドープのシリコン膜パターンとを形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの下部を除いて前記ゲート絶縁膜を除去する工程と、前記ゲート絶縁膜除去後の前記シリコン基板の全面に第1の側壁絶縁膜を形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型エクステンション領域およびP型エクステンション領域を形成する工程と、前記第1の側壁絶縁膜の上に第2の側壁絶縁膜を形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの側壁部を除いて、前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜を除去する工程と、側壁部に前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜が形成された前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型ソース・ドレイン領域およびP型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、前記N型ソース・ドレイン領域および前記P型ソース・ドレイン領域の上に第1の金属シリサイド膜を形成する工程と、前記第1の金属シリサイド膜形成後の前記シリコン基板の上に、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンを埋め込むようにして層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を加工して、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの表面を露出させる工程と、前記シリコン基板の全面に第1の金属膜を形成する工程と、熱処理によって、前記N型シリコン膜パターンの上部および前記アンドープのシリコン膜パターンの上部を、前記第1の金属膜がシリサイド化された第2の金属シリサイド膜に変える工程と、前記PMOSFETの領域にある前記第2の金属シリサイド膜の上に第2の金属膜を形成する工程と、熱処理によって、前記アンドープのシリコン膜、前記第2の金属シリサイド膜および前記第2の金属膜を反応させて、前記第2の金属シリサイド膜と、前記第2の金属膜がシリサイド化された第3の金属シリサイド膜とが順に積層された構造を前記ゲート絶縁膜の上に形成する工程とを有することを特徴とするものである。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device including a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET on a silicon substrate provided with an element isolation insulating film, an N-type diffusion layer region, and a P-type diffusion layer region. A step of forming a gate insulating film including a high dielectric constant insulating film, a step of forming a silicon film on the gate insulating film, a step of injecting an N-type impurity into the NMOSFET region of the silicon film, Processing the silicon film into the shape of a gate electrode to form an N-type silicon film pattern and an undoped silicon film pattern; and excluding the lower part of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern Removing the gate insulating film; and forming a first sidewall insulating film on the entire surface of the silicon substrate after the gate insulating film is removed. A step of implanting impurities into the silicon substrate using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern as a mask to form an N-type extension region and a P-type extension region, and the first sidewall insulation. Forming a second sidewall insulating film on the film; and excluding the sidewalls of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern, the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film Removing the film, and using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern in which the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film are formed on the sidewall portion as a mask, impurities in the silicon substrate And forming an N-type source / drain region and a P-type source / drain region, and the N-type Forming a first metal silicide film on the source / drain region and the P-type source / drain region, and forming the N-type silicon film on the silicon substrate after the formation of the first metal silicide film. Forming an interlayer insulating film so as to embed a pattern and the undoped silicon film pattern, and processing the interlayer insulating film to expose surfaces of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern Forming a first metal film on the entire surface of the silicon substrate, and heat-treating the upper part of the N-type silicon film pattern and the upper part of the undoped silicon film pattern into a silicide by heat treatment. Changing to the second metal silicide film formed, and the second metal silicide in the region of the PMOSFET. Forming a second metal film on the doped film, and reacting the undoped silicon film, the second metal silicide film, and the second metal film by a heat treatment, to thereby form the second metal silicide. Forming a structure in which a film and a third metal silicide film obtained by siliciding the second metal film are sequentially stacked on the gate insulating film.

また、本発明は、NMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置の製造方法において、素子分離絶縁膜、N型拡散層領域およびP型拡散層領域が設けられたシリコン基板の上に、高誘電率絶縁膜を含むゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上にシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜の前記NMOSFETの領域にN型不純物を注入する工程と、前記シリコン膜をゲート電極の形状に加工して、N型シリコン膜パターンとアンドープのシリコン膜パターンとを形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの下部を除いて前記ゲート絶縁膜を除去する工程と、前記ゲート絶縁膜除去後の前記シリコン基板の全面に第1の側壁絶縁膜を形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型エクステンション領域およびP型エクステンション領域を形成する工程と、前記第1の側壁絶縁膜の上に第2の側壁絶縁膜を形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの側壁部を除いて、前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜を除去する工程と、側壁部に前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜が形成された前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型ソース・ドレイン領域およびP型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、前記N型ソース・ドレイン領域および前記P型ソース・ドレイン領域の上に第1の金属シリサイド膜を形成する工程と、前記第1の金属シリサイド膜形成後の前記シリコン基板の上に、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンを埋め込むようにして層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を加工して、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの表面を露出させる工程と、前記シリコン基板の全面に第1の金属膜を形成する工程と、熱処理によって、前記N型シリコン膜パターンの上部および前記アンドープのシリコン膜パターンの上部を、前記第1の金属膜がシリサイド化された第2の金属シリサイド膜に変える工程と、前記PMOSFETの領域にある前記第2の金属シリサイド膜の上に前記第1の金属膜を形成する工程と、熱処理によって、前記アンドープのシリコン膜、前記第2の金属シリサイド膜および前記第1の金属膜を反応させて、前記ゲート絶縁膜の上に前記第2の金属シリサイド膜を形成する工程とを有することを特徴とするものである。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device including a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET on a silicon substrate provided with an element isolation insulating film, an N-type diffusion layer region, and a P-type diffusion layer region. A step of forming a gate insulating film including a high dielectric constant insulating film, a step of forming a silicon film on the gate insulating film, a step of injecting an N-type impurity into the NMOSFET region of the silicon film, Processing the silicon film into the shape of a gate electrode to form an N-type silicon film pattern and an undoped silicon film pattern; and excluding the lower part of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern Removing the gate insulating film; and forming a first sidewall insulating film on the entire surface of the silicon substrate after the gate insulating film is removed. A step of implanting impurities into the silicon substrate using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern as a mask to form an N-type extension region and a P-type extension region, and the first sidewall insulation. Forming a second sidewall insulating film on the film; and excluding the sidewalls of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern, the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film Removing the film, and using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern in which the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film are formed on the sidewall portion as a mask, impurities in the silicon substrate And forming an N-type source / drain region and a P-type source / drain region, and the N-type Forming a first metal silicide film on the source / drain region and the P-type source / drain region, and forming the N-type silicon film on the silicon substrate after the formation of the first metal silicide film. Forming an interlayer insulating film so as to embed a pattern and the undoped silicon film pattern, and processing the interlayer insulating film to expose surfaces of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern Forming a first metal film on the entire surface of the silicon substrate, and heat-treating the upper part of the N-type silicon film pattern and the upper part of the undoped silicon film pattern into a silicide by heat treatment. Changing to the second metal silicide film formed, and the second metal silicide in the region of the PMOSFET. A step of forming the first metal film on the doped film and a heat treatment to cause the undoped silicon film, the second metal silicide film, and the first metal film to react with each other to form the gate insulating film; And a step of forming the second metal silicide film thereon.

さらに、本発明は、NMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置の製造方法において、素子分離絶縁膜、N型拡散層領域およびP型拡散層領域が設けられたシリコン基板の上に、高誘電率絶縁膜を含むゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上にシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜の前記NMOSFETの領域にN型不純物を注入する工程と、前記シリコン膜をゲート電極の形状に加工して、N型シリコン膜パターンとアンドープのシリコン膜パターンとを形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの下部を除いて前記ゲート絶縁膜を除去する工程と、前記ゲート絶縁膜除去後の前記シリコン基板の全面に第1の側壁絶縁膜を形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型エクステンション領域およびP型エクステンション領域を形成する工程と、前記第1の側壁絶縁膜の上に第2の側壁絶縁膜を形成する工程と、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの側壁部を除いて、前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜を除去する工程と、側壁部に前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜が形成された前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型ソース・ドレイン領域およびP型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、前記N型ソース・ドレイン領域および前記P型ソース・ドレイン領域の上に第1の金属シリサイド膜を形成する工程と、前記第1の金属シリサイド膜形成後の前記シリコン基板の上に、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンを埋め込むようにして層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を加工して、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの表面を露出させる工程と、前記シリコン基板の全面に第1の金属膜を形成する工程と、熱処理によって、前記N型シリコン膜パターンの上部および前記アンドープのシリコン膜パターンの上部を、前記第1の金属膜がシリサイド化された第2の金属シリサイド膜に変える工程と、前記PMOSFETの領域にある前記第2の金属シリサイド膜の上に第2の金属膜を形成する工程と、熱処理によって、前記アンドープのシリコン膜、前記第2の金属シリサイド膜および前記第2の金属膜を反応させて、前記第1の金属膜と、前記第2の金属膜がシリサイド化された第3の金属シリサイド膜とが順に積層された構造を前記ゲート絶縁膜の上に形成する工程とを有することを特徴とするものである。   Furthermore, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device having a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET, on a silicon substrate provided with an element isolation insulating film, an N-type diffusion layer region, and a P-type diffusion layer region. A step of forming a gate insulating film including a high dielectric constant insulating film, a step of forming a silicon film on the gate insulating film, a step of injecting an N-type impurity into the NMOSFET region of the silicon film, Processing the silicon film into the shape of a gate electrode to form an N-type silicon film pattern and an undoped silicon film pattern; and excluding the lower part of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern A step of removing the gate insulating film; and forming a first sidewall insulating film on the entire surface of the silicon substrate after the gate insulating film is removed. Using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern as a mask, implanting impurities into the silicon substrate to form an N-type extension region and a P-type extension region, and the first sidewall insulation Forming a second sidewall insulating film on the film; and excluding the sidewalls of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern, the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film Removing the film, and using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern in which the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film are formed on the sidewall portion as a mask, impurities in the silicon substrate And forming an N-type source / drain region and a P-type source / drain region; Forming a first metal silicide film on the source / drain region and the P-type source / drain region; and forming the N-type silicon film pattern on the silicon substrate after the formation of the first metal silicide film. And forming an interlayer insulating film so as to embed the undoped silicon film pattern; and processing the interlayer insulating film to expose surfaces of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern; The first metal film is silicided on the upper part of the N-type silicon film pattern and the upper part of the undoped silicon film pattern by a step of forming a first metal film on the entire surface of the silicon substrate and heat treatment. Changing to the second metal silicide film, and the second metal silicider in the region of the PMOSFET. A step of forming a second metal film on the id film and a heat treatment to cause the undoped silicon film, the second metal silicide film, and the second metal film to react with each other, and thereby the first metal film And a step of forming, on the gate insulating film, a structure in which a third metal silicide film in which the second metal film is silicided is sequentially laminated.

本発明の半導体装置の製造方法において、前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記シリコン基板の上に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜の上に前記高誘電率絶縁膜を形成する工程とを有するものとすることができる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of forming the gate insulating film includes a step of forming a first insulating film on the silicon substrate, and a step of forming the high dielectric constant on the first insulating film. And a step of forming an insulating film.

この発明は以上説明したように、NMOSFETのゲート電極が、ゲート絶縁膜上に形成されたN型シリコン膜と、この上に形成された第1の金属シリサイド膜とからなり、PMOSFETのゲート電極が、ゲート絶縁膜上に形成された第2の金属シリサイド膜からなるので、NMOSFETおよびPMOSFETTのそれぞれの閾値電圧を最適化することができ、かつ、反転容量を上昇させることが可能となる。また、高誘電率絶縁膜が、NMOSFETのゲート電極およびPMOSFETのゲート電極のいずれの側壁にも形成されていないので、オフ電流を十分に抑制することが可能となる。   In the present invention, as described above, the gate electrode of the NMOSFET is composed of the N-type silicon film formed on the gate insulating film and the first metal silicide film formed thereon, and the gate electrode of the PMOSFET is Since the second metal silicide film is formed on the gate insulating film, the threshold voltages of the NMOSFET and PMOSFETT can be optimized and the inversion capacitance can be increased. In addition, since the high dielectric constant insulating film is not formed on the sidewalls of the gate electrode of the NMOSFET and the gate electrode of the PMOSFET, it is possible to sufficiently suppress the off current.

また、本発明によれば、NMOSFETのゲート電極が、ゲート絶縁膜上に形成されたN型シリコン膜と、この上に形成された第1の金属シリサイド膜とからなり、PMOSFETのゲート電極が、ゲート絶縁膜上に形成された金属膜と、この上に形成された第2の金属シリサイド膜との積層構造を有するので、NMOSFETおよびPMOSFETTのそれぞれの閾値電圧を最適化することができ、かつ、反転容量を上昇させることが可能となる。   According to the present invention, the gate electrode of the NMOSFET includes the N-type silicon film formed on the gate insulating film and the first metal silicide film formed thereon, and the gate electrode of the PMOSFET is Since it has a laminated structure of the metal film formed on the gate insulating film and the second metal silicide film formed thereon, the threshold voltage of each of the NMOSFET and PMOSFETT can be optimized, and It is possible to increase the inversion capacity.

また、本発明によれば、高誘電率絶縁膜をゲート電極よりも先に形成するので、シリサイドの耐熱性を考慮して熱処理温度を設定するなどの制約がなく、所望の温度で熱処理を行うことができる。したがって、高品質のゲート絶縁膜を得ることができる。   According to the present invention, since the high dielectric constant insulating film is formed before the gate electrode, there is no restriction such as setting the heat treatment temperature in consideration of the heat resistance of the silicide, and the heat treatment is performed at a desired temperature. be able to. Therefore, a high quality gate insulating film can be obtained.

上述したように、本発明は、NMOSFETとPMOSFETの両方の閾値電圧が最適な状態となるように制御し、かつ、大きな反転容量を確保するためのゲート電極構造およびその製造方法を提供することを目的とする。   As described above, the present invention provides a gate electrode structure for controlling the threshold voltages of both the NMOSFET and the PMOSFET to be in an optimum state and securing a large inversion capacitance, and a method for manufacturing the same. Objective.

この問題を解決するために、本発明では以下の手法を用いる。   In order to solve this problem, the following method is used in the present invention.

先ず、素子分離領域を形成後に高誘電率絶縁膜を用いたゲート絶縁膜を成膜し、必要十分な熱処理を行う。その後、シリコン膜を堆積し、N型のゲート電極が形成される領域のシリコン膜中にPやAs等の不純物をイオン注入する。そして、ゲート電極の加工、ゲート部以外のゲート絶縁膜の除去を行い、さらに、ゲート側壁、ソース・ドレインを形成した後にソース・ドレイン表面にNiやCo等のシリサイドを自己整合的に形成する。次に、層間絶縁膜を全面に堆積し、CMP法によりシリコン電極の表面を出す。N型のゲート電極が形成される領域を例えばレジストまたはSiN膜等でマスクして、P型のゲート電極が形成される領域のダミーシリコンゲート電極表面を後退させて薄くする。レジストまたはSiN膜等のマスクを除去した後にNiやCo等を自己整合的にシリコン電極と反応させてシリサイドを形成する(サリサイド工程)。NiやCo等の膜厚をP型のダミーシリコンゲートの残り膜厚の54%と同じかそれよりも厚くし、N型のシリコン電極の膜厚の54%よりも薄くすることで、N型のゲート電極はゲート絶縁膜とN型のシリコン電極が接触し、P型のゲート電極はNiシリサイドやCoシリサイドがゲート絶縁膜と接触する構造となる。   First, after forming the element isolation region, a gate insulating film using a high dielectric constant insulating film is formed, and necessary and sufficient heat treatment is performed. Thereafter, a silicon film is deposited, and impurities such as P and As are ion-implanted into the silicon film in the region where the N-type gate electrode is formed. Then, the gate electrode is processed, the gate insulating film other than the gate portion is removed, and after forming the gate sidewall and the source / drain, silicide such as Ni or Co is formed on the surface of the source / drain in a self-aligned manner. Next, an interlayer insulating film is deposited on the entire surface, and the surface of the silicon electrode is exposed by CMP. The region where the N-type gate electrode is to be formed is masked with, for example, a resist or a SiN film, and the surface of the dummy silicon gate electrode in the region where the P-type gate electrode is formed is retreated and thinned. After removing the mask such as the resist or the SiN film, silicide is formed by reacting Ni, Co or the like with the silicon electrode in a self-aligning manner (salicide process). By making the film thickness of Ni, Co or the like equal to or greater than 54% of the remaining film thickness of the P-type dummy silicon gate, and less than 54% of the film thickness of the N-type silicon electrode, the N-type The gate electrode has a structure in which the gate insulating film and the N-type silicon electrode are in contact, and the P-type gate electrode has a structure in which Ni silicide or Co silicide is in contact with the gate insulating film.

P型ゲート電極部のダミーシリコンゲート電極を後退させる方法としては、反応性イオンエッチングを用いる方法やTi等のシリサイドを自己整合的に形成し、このシリサイドをエッチング除去する方法がある。また、P型ゲート電極部のダミーシリコン電極を後退させなくても、シリコン置換法により、NiやCo等のシリサイドをゲート絶縁膜に接触させる方法がある。すなわち、N型ゲート電極部をマスクして、Ni膜あるいはCo膜を成膜し、次にTi膜等を成膜し、さらにTiN膜等を成膜して熱処理することにより、シリサイド形成時に金属が拡散種であるNiシリサイドやCoシリサイド等は金属成分のNiやCo等がシリコン中を拡散し、Tiシリサイド等はSiが拡散種であるため、下部に形成されたNiシリサイドやCoシリサイド等からSiを吸い取って、Tiシリサイドを形成するため、反応が進むと、ゲート絶縁膜直上にNiやCoのシリサイドが形成され、その上にTi等のシリサイドが形成される。TiNはキャップ膜として機能し、Ti膜の酸化やシリサイド膜のモフォロジーの劣化等を抑制する。このTi膜を厚くすることにより、NiシリサイドやCoシリサイド中のSiが十分吸い出されて、金属のNiやCoがゲート絶縁膜と接触することもできる。また、NiやCoに限らず、Ru,Rh,Ir,PdおよびPt等のPt族金属はシリサイド形成時の拡散種が金属であることより、同様の手法を用いることができる。上記の方法では、P型ゲート電極部のダミーシリコン電極を全て除去しないため、ゲート絶縁膜に対するダメージを抑制するとともに、ゲート絶縁膜が除去されてしまうという問題を回避することができる。   As a method for retreating the dummy silicon gate electrode of the P-type gate electrode portion, there are a method using reactive ion etching and a method of forming a silicide such as Ti in a self-aligned manner and removing the silicide by etching. Further, there is a method in which silicide such as Ni or Co is brought into contact with the gate insulating film by a silicon replacement method without retreating the dummy silicon electrode of the P-type gate electrode portion. That is, by masking the N-type gate electrode portion, a Ni film or a Co film is formed, then a Ti film or the like is formed, and further a TiN film or the like is formed and heat-treated. Ni silicide, Co silicide, and the like, which are diffusion species, are diffused in the silicon, and Ni silicide, which is a metal component, and Si silicide are diffusion species. When the reaction proceeds to absorb Si and form Ti silicide, a silicide of Ni or Co is formed immediately above the gate insulating film, and a silicide of Ti or the like is formed thereon. TiN functions as a cap film and suppresses oxidation of the Ti film, deterioration of the morphology of the silicide film, and the like. By thickening this Ti film, Si in Ni silicide or Co silicide is sufficiently sucked out, and metal Ni or Co can be in contact with the gate insulating film. In addition to Ni and Co, a similar method can be used for Pt group metals such as Ru, Rh, Ir, Pd and Pt because the diffusion species at the time of silicide formation are metals. In the above method, since all the dummy silicon electrodes in the P-type gate electrode portion are not removed, it is possible to suppress damage to the gate insulating film and avoid the problem that the gate insulating film is removed.

このようにして形成した場合、N型ゲート電極にはN+多結晶シリコンがゲート絶縁膜と接触しており、P型ゲート電極にはPt族の金属あるいは金属シリサイドがゲート絶縁膜と接触する構造となり、PMOSFETの閾値電圧制御および十分な反転容量の確保が可能となる。 When formed in this way, N + polycrystalline silicon is in contact with the gate insulating film on the N-type gate electrode, and Pt group metal or metal silicide is in contact with the gate insulating film on the P-type gate electrode. Thus, it becomes possible to control the threshold voltage of the PMOSFET and ensure a sufficient inversion capacity.

実施の形態1.
図1は、本実施の形態における半導体装置の断面図の一例である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an example of a cross-sectional view of the semiconductor device in this embodiment.

図1において、シリコン基板1の素子領域の周囲には素子分離絶縁膜2が形成されている。また、素子領域内には、N型拡散層領域6、P型拡散層領域7、P型エクステンション領域18、N型エクステンション領域19、P型ソース・ドレイン領域23、N型ソース・ドレイン領域24およびニッケルシリサイド膜25が形成されている。   In FIG. 1, an element isolation insulating film 2 is formed around the element region of the silicon substrate 1. In the element region, an N type diffusion layer region 6, a P type diffusion layer region 7, a P type extension region 18, an N type extension region 19, a P type source / drain region 23, an N type source / drain region 24, and A nickel silicide film 25 is formed.

チャネル上に形成されたゲート絶縁膜は、第1の絶縁膜と、この第1の絶縁膜の上に形成された第2の絶縁膜とからなる。ここで、第1の絶縁膜は、下地界面層としてのシリコン酸化膜8である。一方、第2の絶縁膜は、高誘電率絶縁膜としてのハフニウム珪酸窒化膜9である。   The gate insulating film formed on the channel includes a first insulating film and a second insulating film formed on the first insulating film. Here, the first insulating film is a silicon oxide film 8 as a base interface layer. On the other hand, the second insulating film is a hafnium silicate nitride film 9 as a high dielectric constant insulating film.

N型ゲート電極は、N型シリコン膜10aおよびニッケルシリサイド膜28からなる。一方、P型ゲート電極はニッケルシリサイド膜28からなる。各ゲート電極の側壁には、シリコン酸化膜15およびシリコン窒化膜20が形成されている。但し、ゲート電極の側壁にはハフニウム珪酸窒化膜9は形成されていない。   The N-type gate electrode is composed of an N-type silicon film 10 a and a nickel silicide film 28. On the other hand, the P-type gate electrode is made of a nickel silicide film 28. A silicon oxide film 15 and a silicon nitride film 20 are formed on the side walls of each gate electrode. However, the hafnium silicate nitride film 9 is not formed on the side wall of the gate electrode.

図2および図3は、それぞれ本実施の形態における半導体装置の断面図の他の例である。尚、これらの図において、図1と同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。   2 and 3 are other examples of cross-sectional views of the semiconductor device in this embodiment. In these drawings, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.

図2は、P型ゲート電極が、ニッケルシリサイド膜28と、この上に形成されたチタンナイトライド膜30およびタングステン膜31とからなる点で図1と異なる。   FIG. 2 differs from FIG. 1 in that the P-type gate electrode is composed of a nickel silicide film 28 and a titanium nitride film 30 and a tungsten film 31 formed thereon.

また、図3は、N型ゲート電極が、N型シリコン膜10aおよびニッケルシリサイド膜28と、これらの上に形成されたチタンナイトライド膜30およびタングステン膜31とからなる点で図2と異なる。尚、図3において、ニッケルシリサイド膜28とチタンナイトライド膜30との間にチタン膜等が形成されていてもよい。   FIG. 3 differs from FIG. 2 in that the N-type gate electrode is composed of an N-type silicon film 10a and a nickel silicide film 28, and a titanium nitride film 30 and a tungsten film 31 formed thereon. In FIG. 3, a titanium film or the like may be formed between the nickel silicide film 28 and the titanium nitride film 30.

このように、本実施の形態においては、ゲート絶縁膜がシリコン酸化膜8およびハフニウム珪酸窒化膜9からなり、ゲート絶縁膜に接触するゲート電極材料が、N型ゲート電極ではN型シリコン電極、P型ゲート電極ではニッケルシリサイドであり、さらに、ハフニウム珪酸窒化膜9がN型およびP型ともにゲート電極の側壁部にはなく、ゲート電極の下部のみにある点を特徴としている。   Thus, in the present embodiment, the gate insulating film is composed of the silicon oxide film 8 and the hafnium silicate nitride film 9, and the gate electrode material in contact with the gate insulating film is an N-type silicon electrode, P for the N-type gate electrode. The type gate electrode is nickel silicide, and the hafnium silicate nitride film 9 is not located on the side wall portion of the gate electrode and is only on the lower portion of the gate electrode.

尚、上記の例では、高誘電率絶縁膜としてハフニウム珪酸窒化膜を用いたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、高誘電率絶縁膜として、ジルコニウム珪酸窒化膜などを用いてもよいし、(窒素を含まない)ハフニウム珪酸化膜またはジルコニウム珪酸化膜などを用いてもよいし、(シリコンを含まない)ハフニウム酸化膜またはジルコニウム酸化膜などを用いてもよい。また、高誘電率絶縁膜は、ハフニウムとジルコニウムの両元素を含む材料からなっていてもよい。   In the above example, the hafnium silicate nitride film is used as the high dielectric constant insulating film, but the present invention is not limited to this. For example, a zirconium oxynitride film or the like may be used as the high dielectric constant insulating film, a hafnium silicate film (not containing nitrogen) or a zirconium silicate film, or the like (not containing silicon). A hafnium oxide film or a zirconium oxide film may be used. The high dielectric constant insulating film may be made of a material containing both elements of hafnium and zirconium.

また、上記の例では、下地界面層としてシリコン酸化膜8を用いたが、本発明はこれに限られるものではない。下地界面層として、シリコン酸化膜の代わりにシリコン酸窒化膜またはシリコン窒化膜などを用いてもよい。   In the above example, the silicon oxide film 8 is used as the underlying interface layer, but the present invention is not limited to this. As the base interface layer, a silicon oxynitride film or a silicon nitride film may be used instead of the silicon oxide film.

さらに、本実施の形態においては、高誘電率絶縁膜上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などが形成されていてもよい。   Furthermore, in this embodiment, a silicon oxide film or a silicon nitride film may be formed on the high dielectric constant insulating film.

次に、図4〜図9を参照して、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する。尚、これらの図において、同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In these drawings, the same reference numerals indicate the same parts.

まず、図4(a)に示すように、シリコン基板1の所定の領域にシリコン酸化膜を埋め込み、STI構造の素子分離領域2および犠牲酸化膜3を形成する。次に、図4(b)に示すようにレジスト4をマスクとして、P(リン)をイオン注入する。Pの注入は拡散層の形成の他、トランジスタの閾値電圧の調整用であり、複数回行われる。また、場合によっては、B(ボロン)やIn(インジウム)などをイオン注入して閾値電圧を調整することもある。Pを注入した後にレジスト4を剥離し、さらに、同様の方法でB(ボロン)を注入してレジストを剥離した後で熱拡散を行うことにより、N型拡散層6とP型拡散層7を形成する(図4(c))。   First, as shown in FIG. 4A, a silicon oxide film is embedded in a predetermined region of the silicon substrate 1, and an element isolation region 2 and a sacrificial oxide film 3 having an STI structure are formed. Next, as shown in FIG. 4B, ion implantation of P (phosphorus) is performed using the resist 4 as a mask. The implantation of P is performed not only for the formation of the diffusion layer but also for adjusting the threshold voltage of the transistor, and is performed a plurality of times. In some cases, the threshold voltage may be adjusted by ion implantation of B (boron), In (indium), or the like. After injecting P, the resist 4 is peeled off, and further, B (boron) is injected by the same method to remove the resist, and then thermal diffusion is performed, whereby the N-type diffusion layer 6 and the P-type diffusion layer 7 are formed. It forms (FIG.4 (c)).

この後、NHF水溶液を用いて犠牲酸化膜3を除去する。その後、0.5%〜5%の希フッ酸で表面洗浄をした直後に、0.5nmのシリコン酸化膜8をシリコン基板1の表面に形成し、さらにテトラ-t-ブトキシハフニウムとSiを用いて、膜厚2.0nmのハフニウム珪酸化膜9aを形成する。この後、温度250℃〜400℃で、O、O、NOおよびNOよりなる群から選ばれる少なくとも1種類以上のガスを0.001%以上の濃度で含む雰囲気中において熱処理を行い、ハフニウム珪酸化膜9a中に含まれる炭素や水素等の不純物を除去する。次に、NH雰囲気中または窒素プラズマ雰囲気中で熱処理を行い、ハフニウム珪酸化膜9aをハフニウム珪酸窒化膜9に改質する (図5(a))。 Thereafter, the sacrificial oxide film 3 is removed using an NH 4 F aqueous solution. Thereafter, immediately after surface cleaning with 0.5% to 5% dilute hydrofluoric acid, a silicon oxide film 8 having a thickness of 0.5 nm is formed on the surface of the silicon substrate 1, and tetra-t-butoxyhafnium and Si 2 H 6 is used to form a hafnium silicate film 9a having a thickness of 2.0 nm. Thereafter, heat treatment is performed at a temperature of 250 ° C. to 400 ° C. in an atmosphere containing at least one gas selected from the group consisting of O 2 , O 3 , N 2 O and NO at a concentration of 0.001% or more. Then, impurities such as carbon and hydrogen contained in the hafnium silicate film 9a are removed. Next, heat treatment is performed in an NH 3 atmosphere or a nitrogen plasma atmosphere to modify the hafnium silicate film 9a into the hafnium silicate nitride film 9 (FIG. 5A).

次に、図5(b)に示すように、多結晶のシリコン膜10をCVD法で成膜し、レジスト11をマスクとして、P型拡散層領域7上のシリコン膜10にPをイオン注入する。シリコン膜10の膜厚は、後に形成するニッケルシリサイド膜28の膜厚の2倍〜3倍程度であることが好ましい。尚、本実施の形態においては、多結晶シリコン膜の代わりにアモルファスシリコン膜を用いてもよい。また、シリコン膜の代わりにシリコンゲルマニウム膜を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 5B, a polycrystalline silicon film 10 is formed by CVD, and P ions are implanted into the silicon film 10 on the P-type diffusion layer region 7 using the resist 11 as a mask. . The film thickness of the silicon film 10 is preferably about 2 to 3 times the film thickness of the nickel silicide film 28 to be formed later. In this embodiment, an amorphous silicon film may be used instead of the polycrystalline silicon film. Further, a silicon germanium film may be used instead of the silicon film.

レジスト11を剥離した後、シリコン酸化膜13を堆積し、図5(c)に示すように、レジスト14をマスクとして、シリコン酸化膜13を加工する。   After the resist 11 is removed, a silicon oxide film 13 is deposited, and the silicon oxide film 13 is processed using the resist 14 as a mask, as shown in FIG.

レジスト14を剥離した後、シリコン酸化膜13をハードマスクとして、N型シリコン膜10aおよび不純物が注入されていないシリコン膜10をゲート電極の形状に加工する(図6(a))。尚、図6(a)において、シリコン膜10からなるゲート電極はダミーのゲート電極であり、実際に動作するゲート電極は後工程で形成される。   After removing the resist 14, the N-type silicon film 10a and the silicon film 10 into which no impurity is implanted are processed into the shape of the gate electrode using the silicon oxide film 13 as a hard mask (FIG. 6A). In FIG. 6A, the gate electrode made of the silicon film 10 is a dummy gate electrode, and the gate electrode that actually operates is formed in a later step.

この後、希フッ酸等でハフニウム珪酸窒化膜9をエッチング除去する(図6(b))。この時、ハードマスクとして使用したシリコン酸化膜13が全て除去されないように、フッ酸の濃度およびエッチング時間を選択する。本実施の形態においては、フッ酸の濃度を1%以下とし、エッチング時間を300秒以下とすることが望ましい。但し、これらの条件は、高誘電率絶縁膜の膜種や膜厚に応じて適宜決定する。尚、下地界面層であるシリコン酸化膜8は0.5nmと非常に薄いので、通常は、ハフニウム珪酸窒化膜9のエッチング時に全て除去される。しかしながら、シリコン酸化膜8が除去されずに全面に残っていても特に問題はない。   Thereafter, the hafnium silicate nitride film 9 is removed by etching with dilute hydrofluoric acid or the like (FIG. 6B). At this time, the concentration of hydrofluoric acid and the etching time are selected so that the silicon oxide film 13 used as the hard mask is not completely removed. In this embodiment mode, it is desirable that the concentration of hydrofluoric acid is 1% or less and the etching time is 300 seconds or less. However, these conditions are appropriately determined according to the film type and film thickness of the high dielectric constant insulating film. Incidentally, since the silicon oxide film 8 which is the base interface layer is very thin as 0.5 nm, it is usually removed at the time of etching the hafnium silicate nitride film 9. However, there is no particular problem even if the silicon oxide film 8 remains on the entire surface without being removed.

次に、各ゲート電極の側壁と、シリコン基板1の表面とをわずかに酸化する。例えば、0.2%の酸素を含む雰囲気中において、1,000℃で5秒間の熱処理を行うことによって、表面から約2nmの深さまで酸化することができる。その後、第1の側壁絶縁膜としてのシリコン酸化膜15をCVD法で全面に形成する(図6(c))。尚、酸化によって形成された膜をシリコン酸化膜15としてもよい。また、場合により、第1の側壁絶縁膜はなくてもよい。   Next, the side wall of each gate electrode and the surface of the silicon substrate 1 are slightly oxidized. For example, by performing heat treatment at 1,000 ° C. for 5 seconds in an atmosphere containing 0.2% oxygen, the surface can be oxidized to a depth of about 2 nm. Thereafter, a silicon oxide film 15 as a first sidewall insulating film is formed on the entire surface by a CVD method (FIG. 6C). A film formed by oxidation may be used as the silicon oxide film 15. In some cases, the first sidewall insulating film may be omitted.

次に、図7(a)に示すように、レジスト16と、シリコン膜10からなり、上にシリコン酸化膜13およびシリコン酸化膜15が形成されたゲート電極とをマスクにして、N型拡散層6にBをイオン注入する。レジスト16を剥離した後、同様の方法で、P型拡散層7にもPをイオン注入し、レジストを剥離後に熱処理による活性化を行う。これにより、図7(b)に示すように、P型エクステンション領域18とN型エクステンション領域19を形成する。   Next, as shown in FIG. 7A, an N-type diffusion layer is formed using a resist 16 and a gate electrode made of the silicon film 10 on which the silicon oxide film 13 and the silicon oxide film 15 are formed as a mask. 6 is ion-implanted with B. After the resist 16 is removed, P is ion-implanted into the P-type diffusion layer 7 in the same manner, and activation is performed by heat treatment after the resist is removed. As a result, as shown in FIG. 7B, a P-type extension region 18 and an N-type extension region 19 are formed.

次に、図7(c)に示すように、第2の側壁絶縁膜としてのシリコン窒化膜20をCVD法で形成する。この後、反応性イオンエッチングによって、ゲート電極の側壁部を除いてシリコン酸化膜15およびシリコン窒化膜20を除去する。   Next, as shown in FIG. 7C, a silicon nitride film 20 as a second sidewall insulating film is formed by a CVD method. Thereafter, the silicon oxide film 15 and the silicon nitride film 20 are removed by reactive ion etching except for the side wall portion of the gate electrode.

次に、図8(a)に示すように、レジスト21および側壁の形成されたゲート電極(10,13,15,20)をマスクとして、N型拡散層6にBをイオン注入する。このとき、ハードマスク13が薄い場合にはゲート電極10中にBが僅かに入る。しかしながら、その濃度は十分に低いものであるので、後工程での活性化熱処理によってBがシリコン基板1まで突き抜けることはない。レジスト20を剥離した後、同様の方法でP型拡散層7にもPをイオン注入する。レジストを剥離した後、熱処理による活性化を行うことで、P型ソース・ドレイン拡散層23とN型ソース・ドレイン拡散層24を形成する(図8(b))。   Next, as shown in FIG. 8A, B is ion-implanted into the N-type diffusion layer 6 using the resist 21 and the gate electrodes (10, 13, 15, 20) on which the sidewalls are formed as a mask. At this time, when the hard mask 13 is thin, B slightly enters the gate electrode 10. However, since the concentration is sufficiently low, B does not penetrate to the silicon substrate 1 by the activation heat treatment in the subsequent step. After the resist 20 is removed, P is ion-implanted into the P-type diffusion layer 7 in the same manner. After removing the resist, activation by heat treatment is performed to form a P-type source / drain diffusion layer 23 and an N-type source / drain diffusion layer 24 (FIG. 8B).

次に、全面にニッケル膜(図示せず)およびチタンナイトライド膜(図示せず)を堆積した後、熱処理を行って、ソース・ドレイン拡散層23,24上に、第1の金属シリサイド膜としてのニッケルシリサイド25を形成し、チタンナイトライドと未反応のニッケルをエッチング除去する(図8(c))。従来法においては、シリコンからなるゲート電極が表面に露出していたので、ゲート電極の上にもニッケルシリサイド膜が形成された(図34(c))。一方、本実施の形態によれば、ゲート電極上にはシリコン酸化膜13が形成されており、シリコンは表面に露出していないので、ソース・ドレイン拡散層23,24上のみシリサイド化される。   Next, after a nickel film (not shown) and a titanium nitride film (not shown) are deposited on the entire surface, heat treatment is performed to form a first metal silicide film on the source / drain diffusion layers 23 and 24. The nickel silicide 25 is formed, and titanium nitride and unreacted nickel are removed by etching (FIG. 8C). In the conventional method, since the gate electrode made of silicon was exposed on the surface, a nickel silicide film was also formed on the gate electrode (FIG. 34C). On the other hand, according to the present embodiment, the silicon oxide film 13 is formed on the gate electrode, and silicon is not exposed on the surface, so that only the source / drain diffusion layers 23 and 24 are silicided.

次に、第1の層間絶縁膜26をCVD法で堆積し、CMP法によりN型シリコン膜10aからなるゲート電極の表面と、不純物が注入されていないシリコン膜10からなるダミーのゲート電極の表面とが露出するように加工する(図9(a))。ここで、第1の層間絶縁膜26は、エッチングストッパーとしてのSiN膜および低誘電率のシリコン酸化膜からなるものとすることができる。   Next, a first interlayer insulating film 26 is deposited by the CVD method, and the surface of the gate electrode made of the N-type silicon film 10a and the surface of the dummy gate electrode made of the silicon film 10 in which no impurity is implanted by the CMP method. Are processed so as to be exposed (FIG. 9A). Here, the first interlayer insulating film 26 can be made of an SiN film as an etching stopper and a silicon oxide film having a low dielectric constant.

次に、N型シリコン膜10aからなるゲート電極をレジスト27でマスキングし、図9(b)に示すように、ダミーのゲート電極の表面を反応性イオンエッチングによって後退させる。これにより、ダミーのゲート電極部分におけるシリコン膜の膜厚が薄くなる。このとき、側壁に形成されているシリコン酸化膜15も同様に後退するが、エッチングの条件を調整して側壁部にシリコン酸化膜15が残るようにしてもよい。   Next, the gate electrode made of the N-type silicon film 10a is masked with a resist 27, and the surface of the dummy gate electrode is receded by reactive ion etching, as shown in FIG. 9B. Thereby, the film thickness of the silicon film in the dummy gate electrode portion is reduced. At this time, the silicon oxide film 15 formed on the side wall also recedes in the same manner, but the silicon oxide film 15 may remain on the side wall portion by adjusting the etching conditions.

次に、レジスト27を除去した後、全面にニッケル膜(図示せず)およびチタンナイトライド膜(図示せず)を堆積する。続いて、熱処理を行うことによって、ゲート電極部分に第2の金属シリサイド膜としてのニッケルシリサイド28を形成した後、チタンナイトライドと未反応のニッケルをエッチングにより除去する(図9(c))。このとき、ニッケル膜が、ダミーのゲート電極の膜厚の54%と同じまたはこれよりも厚い膜厚であって、N型シリコン膜10aからなるゲート電極の膜厚の54%よりも薄い膜厚となるようにする。このようにすることによって、ハフニウム珪酸窒化膜9に接触する部分が、NMOSFETではN型シリコン膜10aとなり、PMOSFETではニッケルシリサイド膜28となる。換言すると、上記の工程を経ることによって、シリコン膜10からなるダミーのゲート電極は、ニッケルシリサイド膜28からなるゲート電極に変化する。   Next, after removing the resist 27, a nickel film (not shown) and a titanium nitride film (not shown) are deposited on the entire surface. Subsequently, heat treatment is performed to form nickel silicide 28 as a second metal silicide film on the gate electrode portion, and then titanium nitride and unreacted nickel are removed by etching (FIG. 9C). At this time, the nickel film has a thickness equal to or greater than 54% of the thickness of the dummy gate electrode and is smaller than 54% of the thickness of the gate electrode made of the N-type silicon film 10a. To be. By doing so, the portion in contact with the hafnium silicate nitride film 9 becomes the N-type silicon film 10a in the NMOSFET and the nickel silicide film 28 in the PMOSFET. In other words, the dummy gate electrode made of the silicon film 10 changes to the gate electrode made of the nickel silicide film 28 through the above-described steps.

図10は、本実施の形態におけるニッケルシリサイド膜中のニッケルとシリコンの組成比(Ni/Si)とフラットバンド電圧(Vfb)との関係を、ポリシリコン電極を用いた従来例と比較したものである。図から分かるように、PMOSFETでは、ニッケルの割合が多くなると、従来例に対してVfbが正側にシフトするようになる。これにより、閾値電圧も正側にシフトするようになるので、駆動電圧が小さくなって低消費電力となる。図10より、Ni/Siの値は1.01〜1.40であることが好ましく、1.13〜1.40であることがより好ましい。 FIG. 10 shows the relationship between the composition ratio (Ni / Si) of nickel and silicon in the nickel silicide film and the flat band voltage (V fb ) in this embodiment compared with the conventional example using a polysilicon electrode. It is. As can be seen from the figure, in the PMOSFET, when the proportion of nickel increases, V fb shifts to the positive side with respect to the conventional example. As a result, the threshold voltage is also shifted to the positive side, so that the drive voltage is reduced and the power consumption is reduced. From FIG. 10, it is preferable that the value of Ni / Si is 1.01-1.40, and it is more preferable that it is 1.13-1.40.

尚、N型不純物としてのPが注入されたシリコン膜上では、シリサイド化の速度が速くなる。このため、P型ゲート電極部に対してN型ゲート電極部の方が、ニッケルシリサイド膜28は厚く形成される。しかしながら、本実施の形態では、シリコン膜10の膜厚がニッケルシリサイド膜28の膜厚の2倍〜3倍程度となるように成膜しているので、ハフニウム珪酸窒化膜9に接触する部分をN型シリコン膜10aとした状態でニッケルシリサイド膜28を形成することができる。   Note that the silicidation speed is increased on the silicon film into which P as an N-type impurity is implanted. Therefore, the nickel silicide film 28 is formed thicker in the N-type gate electrode portion than in the P-type gate electrode portion. However, in the present embodiment, the silicon film 10 is formed so that the thickness of the silicon film 10 is about 2 to 3 times the thickness of the nickel silicide film 28. Therefore, the portion in contact with the hafnium silicate nitride film 9 is formed. The nickel silicide film 28 can be formed in the state of the N-type silicon film 10a.

また、本実施の形態によれば、ニッケルシリサイド膜28を形成する際の熱処理によって、N型シリコン膜10aの内部にN型不純物が拡散するので、ゲート電極の空乏化を抑えるとともに反転容量を上昇させて、オン電流を多くすることが可能となる。尚、N型不純物としてはP以外にAs(ヒ素)を用いることも可能であるが、拡散速度の大きいPの方がシリコン膜の活性化には有効である。   In addition, according to the present embodiment, the N-type impurity is diffused inside the N-type silicon film 10a by the heat treatment when forming the nickel silicide film 28, so that depletion of the gate electrode is suppressed and the inversion capacitance is increased. Thus, the on-current can be increased. In addition to P, As (arsenic) can be used as the N-type impurity, but P having a higher diffusion rate is more effective for activating the silicon film.

さらに、従来は、シリコン電極表面をニッケルシリサイドにする工程は、ソース・ドレイン拡散領域上にニッケルシリサイドを形成するのと同じ工程であった。この場合、接合リーク(Junction leak)を抑制するためにニッケルシリサイドの膜厚を薄くするので、ゲート電極の抵抗は高くなる。一方、本実施の形態によれば、ゲート電極上に厚いニッケルシリサイド膜を形成できるので、NMOSFETおよびPMOSFETのいずれにおいてもゲート電極の抵抗を従来より1桁程度低い値にすることができる。   Further, conventionally, the step of forming the nickel silicide on the surface of the silicon electrode is the same as the step of forming nickel silicide on the source / drain diffusion regions. In this case, the thickness of the nickel silicide is reduced in order to suppress junction leakage, so that the resistance of the gate electrode is increased. On the other hand, according to the present embodiment, since a thick nickel silicide film can be formed on the gate electrode, the resistance of the gate electrode can be reduced by an order of magnitude compared to the conventional case in both the NMOSFET and the PMOSFET.

尚、ゲート長が予定しているニッケル膜の膜厚よりも短い場合(例えば、37nm以下である場合)、P型ゲート電極部分におけるニッケル膜の膜厚として、第1の層間絶縁膜26から後退したシリコン膜10の表面までの深さを考慮することができる。例えば、後退後のシリコン膜10の膜厚を80nmとし、第1の層間絶縁膜26の表面から後退した分の膜厚を20nmとする。N型ゲート電極部分におけるニッケル膜の膜厚を50nmとすれば、P型ゲート電極部分でのニッケル膜の膜厚は見かけ上90nmとなる。したがって、シリサイド化後のP型ゲート電極は全てニッケルシリサイド28からなる一方、N型ゲート電極は下層がN型シリコンのままで、上層がニッケルシリサイド28の二層構造となる。但し、この場合、性能試験として測定される長いゲート長のP型トランジスタでは上部のみしかニッケルシリサイド膜28にならない場合があるので、注意が必要である。   When the gate length is shorter than the expected nickel film thickness (for example, 37 nm or less), the nickel film thickness in the P-type gate electrode portion recedes from the first interlayer insulating film 26. The depth to the surface of the silicon film 10 can be considered. For example, the thickness of the silicon film 10 after the receding is set to 80 nm, and the thickness of the receding from the surface of the first interlayer insulating film 26 is set to 20 nm. If the thickness of the nickel film in the N-type gate electrode portion is 50 nm, the thickness of the nickel film in the P-type gate electrode portion is apparently 90 nm. Therefore, all the P-type gate electrodes after silicidation are made of nickel silicide 28, while the N-type gate electrode has a two-layer structure in which the lower layer remains N-type silicon and the upper layer is nickel silicide 28. However, in this case, care must be taken because the P-type transistor having a long gate length measured as a performance test may be the nickel silicide film 28 only in the upper part.

次に、第2の層間絶縁膜29をCVD法または塗布法によって堆積した後、CMP法を用いて表面を平坦化する。これにより、図1に示す構造が得られる。平坦化後は、コンタクトおよび配線等の形成を行う。   Next, after depositing the second interlayer insulating film 29 by a CVD method or a coating method, the surface is flattened by using a CMP method. Thereby, the structure shown in FIG. 1 is obtained. After planarization, contact and wiring are formed.

尚、本実施の形態においては、NMOSFETとPMOSFETにおける各ゲート電極の表面の位置を合わせるために、P型ゲート電極の窪み部分を適当な金属膜によって埋め込んでもよい。例えば、図9(c)に示した工程の後に、チタンナイトライド膜30およびタングステン膜31を順に形成し、CMP法によって窪み部分を除いてこれらの膜を除去する。その後、第2の層間絶縁膜29を堆積してCMP法で平坦化すると、図2に示す構造が得られる。   In the present embodiment, the recessed portion of the P-type gate electrode may be filled with an appropriate metal film in order to align the position of the surface of each gate electrode in the NMOSFET and the PMOSFET. For example, after the step shown in FIG. 9C, a titanium nitride film 30 and a tungsten film 31 are formed in this order, and these films are removed by the CMP method except for the depressions. Thereafter, when a second interlayer insulating film 29 is deposited and planarized by the CMP method, the structure shown in FIG. 2 is obtained.

さらに、図9(c)に示した工程の後に、チタンナイトライド膜30およびタングステン膜31を順に形成し、マスク等を用いて反応性イオンエッチング等によって加工してもよい。その後、第2の層間絶縁膜29を堆積してCMP法で平坦化すると、図3に示す構造が得られる。   Further, after the step shown in FIG. 9C, the titanium nitride film 30 and the tungsten film 31 may be formed in order and processed by reactive ion etching or the like using a mask or the like. After that, when a second interlayer insulating film 29 is deposited and planarized by the CMP method, the structure shown in FIG. 3 is obtained.

また、本実施の形態では、金属珪酸化膜を形成する際に、有機金属原料として、テトラ−t−ブトキシハフニウムを用いたが、ハフニウムやジルコニウムの元素を含んでいる有機金属原料であれば同様に実施することができる。   In this embodiment, tetra-t-butoxyhafnium is used as the organic metal material when forming the metal silicate film. However, the same is applicable as long as the organic metal material contains elements of hafnium and zirconium. Can be implemented.

本実施の形態によれば、NMOSFETではNシリコン膜が高誘電率絶縁膜に接し、PMOSFETではニッケルシリサイド膜が高誘電率絶縁膜に接している。したがって、NMOSFETおよびPMOSFETのそれぞれの閾値電圧をチャネルイオン注入を併用して最適化することができ、かつ、反転容量を上昇させることが可能となる。 According to this embodiment, in the NMOSFET, the N + silicon film is in contact with the high dielectric constant insulating film, and in the PMOSFET, the nickel silicide film is in contact with the high dielectric constant insulating film. Therefore, the threshold voltages of the NMOSFET and the PMOSFET can be optimized by using channel ion implantation together, and the inversion capacitance can be increased.

また、本実施の形態によれば、製造工程において、高誘電率絶縁膜をゲート電極よりも先に形成するので、シリサイドの耐熱性を考慮して熱処理温度を設定するなどの制約がなく、所望の温度で熱処理を行うことができる。したがって、高品質のゲート絶縁膜を得ることができる。   In addition, according to the present embodiment, since the high dielectric constant insulating film is formed before the gate electrode in the manufacturing process, there is no restriction such as setting the heat treatment temperature in consideration of the heat resistance of the silicide, which is desired. Heat treatment can be performed at a temperature of Therefore, a high quality gate insulating film can be obtained.

また、本実施の形態によれば、ゲート電極の形成前に、N型ゲート電極に用いるNシリコン膜およびソース・ドレイン拡散層の活性化を行うことができる。さらに、P型ゲート電極形成のために、ダミーのゲート電極を構成するシリコン膜を全てエッチング除去すると、下地のゲート絶縁膜にダメージが入ったり、あるいは、ゲート絶縁膜が一緒にエッチングされたりするおそれがある。一方、本実施の形態によれば、シリコン膜を全てエッチングせず、ゲート絶縁膜上にシリコン膜を残した状態でニッケルシリサイド膜を形成するので、ゲート絶縁膜にダメージが入ったり、エッチングされて消失したりする問題を解決することができる。 Further, according to the present embodiment, it is possible to activate the N + silicon film and the source / drain diffusion layer used for the N-type gate electrode before the formation of the gate electrode. Furthermore, if all the silicon film constituting the dummy gate electrode is removed by etching to form the P-type gate electrode, the underlying gate insulating film may be damaged or the gate insulating film may be etched together. There is. On the other hand, according to the present embodiment, since the nickel silicide film is formed with the silicon film remaining on the gate insulating film without etching all the silicon film, the gate insulating film is damaged or etched. The problem of disappearing can be solved.

さらに、本実施の形態によれば、高誘電率ゲート絶縁膜としてのハフニウム珪産窒化膜がN型、P型ともにゲート電極の側壁部にはなく、ゲート電極の下部のみにある構造をとる。一般に、高誘電率絶縁膜をゲート絶縁膜として用いる場合、高誘電率絶縁膜がゲート電極の長さ(ゲート長)よりも長い場合にはオフ電流が大きくなるのに対し、ゲート長と同じ長さまたは少し短い場合にはオフ電流が小さくなる。従来の金属ゲート電極を用いた製造方法では、ダミーゲート電極を構成するシリコン膜を全てエッチング除去し、さらに、犠牲酸化膜もエッチング除去した後に、シリコンの表面を酸化してから高誘電率絶縁膜を全面に形成していた。このため、図9(b)に示したように、必ず高誘電率絶縁膜の2倍の膜厚分だけゲート長よりも高誘電率絶縁膜が長くなる。一方、本実施の形態によれば、図6(b)で示したように、高誘電率絶縁膜がゲート電極の真下のみに残るか、または、ゲート長よりも少し短くなるようにエッチングすることができるので、オフ電流を十分抑制することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, the hafnium silicon nitride film as the high dielectric constant gate insulating film is not on the side wall portion of the gate electrode, but only on the lower portion of the gate electrode. In general, when a high dielectric constant insulating film is used as a gate insulating film, the off-current increases when the high dielectric constant insulating film is longer than the length of the gate electrode (gate length), whereas it is the same length as the gate length. On the other hand, when it is a little short, the off-current becomes small. In a conventional manufacturing method using a metal gate electrode, all of the silicon film constituting the dummy gate electrode is removed by etching, and the sacrificial oxide film is also removed by etching. Was formed on the entire surface. For this reason, as shown in FIG. 9B, the high dielectric constant insulating film is always longer than the gate length by the double film thickness of the high dielectric constant insulating film. On the other hand, according to the present embodiment, as shown in FIG. 6B, etching is performed so that the high dielectric constant insulating film remains only under the gate electrode or slightly shorter than the gate length. Therefore, the off current can be sufficiently suppressed.

図11は、本実施の形態によるPMOSFETの実効移動度を従来例と比較したものである。図より、本実施の形態の移動度は従来例より向上していることが分かる。これは、本実施の形態で、ポリシリコン電極中のB(ボロン)の濃度が低いことによるものである。すなわち、従来のポリシリコン電極では、Bが基板まで突き抜けることによって移動度の低下が起こる。これに対して、本実施の形態では、Bの濃度が低いために基板へのBの突き抜けが起こらず、結果として従来より移動度の向上を図ることができる。   FIG. 11 compares the effective mobility of the PMOSFET according to the present embodiment with that of the conventional example. From the figure, it can be seen that the mobility of the present embodiment is improved over the conventional example. This is because the concentration of B (boron) in the polysilicon electrode is low in this embodiment. That is, in the conventional polysilicon electrode, the mobility is lowered when B penetrates to the substrate. On the other hand, in this embodiment, since the concentration of B is low, the penetration of B into the substrate does not occur, and as a result, the mobility can be improved as compared with the conventional case.

また、図12は、本実施の形態によるPMOSFETのオン電流−オフ電流特性を従来例と比較したものである。図から分かるように、本実施の形態によれば、従来例に比べて高いオン電流が得られる。例えば、Ioff=20pA/μmのとき、本実施の形態によればIon=150μA/μmであり、従来例(Ion=106μA/μm)より40%程度高くなる。 FIG. 12 compares the on-current-off-current characteristics of the PMOSFET according to this embodiment with the conventional example. As can be seen from the figure, according to the present embodiment, a higher on-current can be obtained than in the conventional example. For example, I off = time of 20 pA / [mu] m, according to this embodiment is I on = 150μA / μm, comprising conventional (I on = 106μA / μm) than about 40% higher.

実施の形態2.
図13は、本実施の形態における半導体装置の断面図の一例である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 13 is an example of a cross-sectional view of the semiconductor device in this embodiment.

図5に示すように、シリコン基板101の素子領域の周囲には素子分離絶縁膜102が形成されている。また、素子領域内には、N型拡散層領域106、P型拡散層領域107、P型エクステンション領域1018、N型エクステンション領域1019、P型ソース・ドレイン領域1023、N型ソース・ドレイン領域1024およびニッケルシリサイド膜1025が形成されている。   As shown in FIG. 5, an element isolation insulating film 102 is formed around the element region of the silicon substrate 101. In the element region, an N type diffusion layer region 106, a P type diffusion layer region 107, a P type extension region 1018, an N type extension region 1019, a P type source / drain region 1023, an N type source / drain region 1024, and A nickel silicide film 1025 is formed.

チャネル上に形成されたゲート絶縁膜は、第1の絶縁膜と、この第1の絶縁膜の上に形成された第2の絶縁膜とからなる。ここで、第1の絶縁膜は、下地界面層としてのシリコン酸窒化膜108aである。一方、第2の絶縁膜は、高誘電率絶縁膜としてのハフニウム珪酸化膜109aである。   The gate insulating film formed on the channel includes a first insulating film and a second insulating film formed on the first insulating film. Here, the first insulating film is a silicon oxynitride film 108a as a base interface layer. On the other hand, the second insulating film is a hafnium silicate film 109a as a high dielectric constant insulating film.

N型ゲート電極は、N型シリコン膜1010aと、この上に形成されたチタンシリサイド膜1032とからなる。一方、P型ゲート電極は、ルテニウム膜1034と、この上に形成されたチタンシリサイド膜1032とからなる。また、シリコン酸化膜1015およびシリコン窒化膜1020がゲート側壁に形成されているが、ハフニウム珪酸化膜109aは側壁に形成されていない。   The N-type gate electrode includes an N-type silicon film 1010a and a titanium silicide film 1032 formed thereon. On the other hand, the P-type gate electrode comprises a ruthenium film 1034 and a titanium silicide film 1032 formed thereon. Further, although the silicon oxide film 1015 and the silicon nitride film 1020 are formed on the gate sidewall, the hafnium silicate film 109a is not formed on the sidewall.

また、図14は、本実施の形態における半導体装置の他の例である。図14は、図13のチタンシリサイド膜1032の代わりに、チタンナイトライド膜1030およびタングステン膜1031が形成されている点で図13と異なる。   FIG. 14 shows another example of the semiconductor device in this embodiment. FIG. 14 differs from FIG. 13 in that a titanium nitride film 1030 and a tungsten film 1031 are formed instead of the titanium silicide film 1032 of FIG.

本実施の形態は、ゲート絶縁膜と接触するゲート電極材料が、N型ゲート電極ではN型シリコン電極であり、P型ゲート電極ではルテニウムである点を第1の特徴とする。また、ハフニウム珪酸化膜109aが、N型およびP型ともにゲート電極の側壁部にはなく、ゲート電極の下部のみにある点を第2の特徴とする。   This embodiment is characterized in that the gate electrode material in contact with the gate insulating film is an N-type silicon electrode for an N-type gate electrode and ruthenium for a P-type gate electrode. Further, the second feature is that the hafnium silicate film 109a is not on the side wall portion of the gate electrode in both the N-type and P-type, but only on the lower portion of the gate electrode.

尚、図13および図14の例では、高誘電率絶縁膜としてハフニウム珪酸窒化膜を用いたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、高誘電率絶縁膜として、ジルコニウム珪酸窒化膜などを用いてもよいし、(窒素を含まない)ハフニウム珪酸化膜またはジルコニウム珪酸化膜などを用いてもよいし、(シリコンを含まない)ハフニウム酸化膜またはジルコニウム酸化膜などを用いてもよい。また、高誘電率絶縁膜は、ハフニウムとジルコニウムの両元素を含む材料からなっていてもよい。   In the example of FIGS. 13 and 14, a hafnium silicate nitride film is used as the high dielectric constant insulating film, but the present invention is not limited to this. For example, a zirconium oxynitride film or the like may be used as the high dielectric constant insulating film, a hafnium silicate film (not containing nitrogen) or a zirconium silicate film, or the like (not containing silicon). A hafnium oxide film or a zirconium oxide film may be used. The high dielectric constant insulating film may be made of a material containing both elements of hafnium and zirconium.

また、上記の例では、下地界面層としてシリコン酸窒化膜108aを用いたが、本発明はこれに限られるものではない。下地界面層として、シリコン酸窒化膜の代わりにシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などを用いてもよい。   In the above example, the silicon oxynitride film 108a is used as the underlying interface layer, but the present invention is not limited to this. As the underlying interface layer, a silicon oxide film or a silicon nitride film may be used instead of the silicon oxynitride film.

さらに、本実施の形態においては、高誘電率絶縁膜上にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜などが形成されていてもよい。   Furthermore, in this embodiment, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like may be formed on the high dielectric constant insulating film.

次に、図15〜図17を参照して、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する。尚、これらの図において、同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。   Next, with reference to FIGS. 15 to 17, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described. In these drawings, the same reference numerals indicate the same parts.

本実施の形態において、第1の層間絶縁膜1026を形成した後、N型シリコン膜1010aおよび不純物が注入されていないシリコン膜1010の表面が露出するようにCMP法によって加工するまでの工程は、実施の形態1と同様にして形成することができるため、説明を省略する。但し、ゲート絶縁膜としてシリコン酸窒化膜108aおよびハフニウム珪酸化膜109aを用いている点で実施の形態1と異なる。   In this embodiment mode, after the first interlayer insulating film 1026 is formed, the processes until the surface of the N-type silicon film 1010a and the silicon film 1010 into which impurities are not implanted are exposed by the CMP method are as follows: Since it can be formed in a manner similar to that of Embodiment Mode 1, description thereof is omitted. However, it differs from Embodiment 1 in that the silicon oxynitride film 108a and the hafnium silicate film 109a are used as the gate insulating film.

まず、図15(a)の加工まで終了した後、第1の金属膜としてのチタン膜(図示せず)およびチタンナイトライド膜(図示せず)を全面に堆積する。次に、540℃の温度で1時間の熱処理をして、未反応のチタンナイトライド膜およびチタン膜を除去することにより、N型のシリコン膜1010aおよび不純物が注入されていないシリコン膜1010の表面に、第2の金属シリサイド膜としてのチタンシリサイド膜1032を形成する(図15(b))。   First, after the processing of FIG. 15A is completed, a titanium film (not shown) and a titanium nitride film (not shown) as the first metal film are deposited on the entire surface. Next, heat treatment is performed at a temperature of 540 ° C. for 1 hour to remove the unreacted titanium nitride film and the titanium film, whereby the surface of the N-type silicon film 1010a and the silicon film 1010 into which no impurities are implanted Then, a titanium silicide film 1032 as a second metal silicide film is formed (FIG. 15B).

また、本実施の形態によれば、チタンシリサイド膜1032を形成する際の熱処理によって、N型シリコン膜1010aの内部にN型不純物が移動するので、ゲート電極の空乏化を抑えるとともに反転容量を上昇させて、オン電流を多くすることが可能となる。尚、N型不純物としてはP以外にAs(ヒ素)を用いることも可能であるが、拡散速度の大きいPの方がシリコン膜の活性化には有効である。   In addition, according to the present embodiment, the N-type impurity moves into the N-type silicon film 1010a by the heat treatment when forming the titanium silicide film 1032, so that depletion of the gate electrode is suppressed and the inversion capacitance is increased. Thus, the on-current can be increased. In addition to P, As (arsenic) can be used as the N-type impurity, but P having a higher diffusion rate is more effective for activating the silicon film.

次に、図15(c)に示すように、全面にシリコン窒化膜1033を堆積した後、レジスト1027をマスクとしてシリコン窒化膜1033を加工し、N型ゲート絶縁膜領域にハードマスクとしてのシリコン窒化膜1033を形成する(図16(a))。   Next, as shown in FIG. 15C, after a silicon nitride film 1033 is deposited on the entire surface, the silicon nitride film 1033 is processed using the resist 1027 as a mask, and silicon nitride as a hard mask is formed in the N-type gate insulating film region. A film 1033 is formed (FIG. 16A).

次に、希フッ酸等でP型ダミーシリコンゲート電極上のチタンシリサイド膜1032をエッチング除去する(図16(b))。この後、第2の金属膜としてのルテニウム膜1034、第3の金属膜としてのチタン膜1035およびチタンナイトライド膜1036を全面に堆積する(図16(c))。そして、540℃の温度で熱処理を行うと、ルテニウム膜1034がダミーシリコンゲート電極1010と反応してルテニウムシリサイドを形成するが、形成されたルテニウムシリサイド中のシリコンは、さらに上層のチタン膜1035と反応してチタンシリサイドを形成する。   Next, the titanium silicide film 1032 on the P-type dummy silicon gate electrode is removed by etching with dilute hydrofluoric acid or the like (FIG. 16B). Thereafter, a ruthenium film 1034 as a second metal film, a titanium film 1035 as a third metal film, and a titanium nitride film 1036 are deposited on the entire surface (FIG. 16C). When heat treatment is performed at a temperature of 540 ° C., the ruthenium film 1034 reacts with the dummy silicon gate electrode 1010 to form ruthenium silicide. The silicon in the formed ruthenium silicide further reacts with the upper titanium film 1035. Thus, titanium silicide is formed.

上記の反応時間は、(ダミーのゲート電極を構成する)不純物が注入されていないシリコン膜1010の膜厚に依存して異なる。例えば、チタン膜1035がシリコン膜1010の膜厚の半分以上の厚みであるとすると、最終的には、ルテニウム膜1034がハフニウム珪酸化膜109a上に形成され、第3の金属シリサイド膜としてのチタンシリサイド膜1037がその上に形成されるので、見かけ上、ルテニウム膜1034とシリコン膜1010が置換し、シリコン膜1010とチタン膜1035が反応したようになる。この後、チタンナイトライド膜1036と未反応のチタン膜1035をエッチング除去すると、図17(a)に見られるような構造になる。   The above reaction time differs depending on the film thickness of the silicon film 1010 into which impurities (which constitute a dummy gate electrode) are not implanted. For example, if the titanium film 1035 is more than half the thickness of the silicon film 1010, the ruthenium film 1034 is finally formed on the hafnium silicate film 109a, and titanium as a third metal silicide film is formed. Since the silicide film 1037 is formed thereon, the ruthenium film 1034 and the silicon film 1010 are apparently replaced, and the silicon film 1010 and the titanium film 1035 are reacted. Thereafter, when the titanium nitride film 1036 and the unreacted titanium film 1035 are removed by etching, the structure shown in FIG.

その後、第一の層間絶縁膜1026上およびハードマスク用のシリコン窒化膜1033上のルテニウム膜1034を塩素を含む酸素プラズマによってエッチング除去し、さらに、反応性イオンエッチングまたはホットリン酸等によってシリコン窒化膜1033を除去する(図17(b))。次に、第2の層間絶縁膜1029をCVD法または塗布法によって堆積した後、CMP法を用いて表面を平坦化する。これにより、図13に示す構造が得られる。ここで、第2の層間絶縁膜1029は、エッチングストッパーとしてのSiN膜および低誘電率のシリコン酸化膜からなるものとすることができる。平坦化後は、コンタクトおよび配線等の形成を行う。   Thereafter, the ruthenium film 1034 on the first interlayer insulating film 1026 and the hard mask silicon nitride film 1033 is removed by etching with oxygen plasma containing chlorine, and the silicon nitride film 1033 is further formed by reactive ion etching or hot phosphoric acid. Is removed (FIG. 17B). Next, after a second interlayer insulating film 1029 is deposited by a CVD method or a coating method, the surface is planarized by using a CMP method. Thereby, the structure shown in FIG. 13 is obtained. Here, the second interlayer insulating film 1029 can be made of an SiN film as an etching stopper and a silicon oxide film having a low dielectric constant. After planarization, contact and wiring are formed.

尚、上記方法で形成されたゲート電極上のチタンシリサイド膜1032,1037は、低温で形成しているために、低抵抗相のC54相ではなく高抵抗相のC49相になる。この場合、チタンシリサイド膜1032,1037は、N型およびP型双方のゲート電極上にのみあるので、厚く形成することが可能である。したがって、チタンシリサイド膜1032,1037が高抵抗相であっても特に問題は生じない。しかし、より低抵抗のゲート電極を形成したい場合には、以下の方法を用いてもよい。   Since the titanium silicide films 1032 and 1037 on the gate electrode formed by the above method are formed at a low temperature, the titanium silicide films 1032 and 1037 are not a low resistance phase C54 phase but a high resistance phase C49 phase. In this case, the titanium silicide films 1032 and 1037 can be formed thick because they are only on both the N-type and P-type gate electrodes. Therefore, no particular problem occurs even if the titanium silicide films 1032 and 1037 are in a high resistance phase. However, when it is desired to form a gate electrode having a lower resistance, the following method may be used.

まず、図17(a)の構造で、チタンシリサイド膜1032,1037を希フッ酸等でエッチング除去する(図17(c))。次に、チタンナイトライド膜1030およびタングステン膜1031を全体に堆積させてから、CMP法を用いて、N型およびP型のゲート電極の窪み部分にこれらの膜を埋め込む。その後、第2の層間絶縁膜1029を堆積してCMP法で平坦化すると、図14の構造となる。   First, in the structure of FIG. 17A, the titanium silicide films 1032 and 1037 are removed by etching with dilute hydrofluoric acid or the like (FIG. 17C). Next, after a titanium nitride film 1030 and a tungsten film 1031 are deposited over the entire surface, these films are embedded in the depressions of the N-type and P-type gate electrodes using CMP. After that, when a second interlayer insulating film 1029 is deposited and planarized by CMP, the structure shown in FIG. 14 is obtained.

さらに、図17(c)に示した工程の後に、チタンナイトライド膜1030およびタングステン膜1031を順に形成し、マスク等を用いて反応性イオンエッチング等によって加工してもよい。その後、第2の層間絶縁膜1029を堆積してCMP法で平坦化すると、図面は省略するが、実施の形態1で示した図3と類似の構造が得られる。   Further, after the step shown in FIG. 17C, a titanium nitride film 1030 and a tungsten film 1031 may be formed in order and processed by reactive ion etching or the like using a mask or the like. After that, when a second interlayer insulating film 1029 is deposited and planarized by a CMP method, a structure similar to that shown in FIG.

本実施の形態が実施の形態1と異なる点は、第1に、チタンシリサイド膜1032を形成した後にチタンシリサイド膜1032をエッチング除去することによって、P型ゲート電極のダミーシリコン膜1010の膜厚を薄くしたことにある。また、第2に、シリコン置換法にてルテニウム膜1034をハフニウム珪酸化膜109a上に接触させたことにある。   The first embodiment is different from the first embodiment in that the thickness of the dummy silicon film 1010 of the P-type gate electrode is reduced by etching away the titanium silicide film 1032 after the titanium silicide film 1032 is formed. It is in thinning. Second, the ruthenium film 1034 is brought into contact with the hafnium silicate film 109a by the silicon replacement method.

尚、本実施の形態においては、シリコン膜1010の表面の後退は、チタンシリサイド膜1032をエッチング除去することによって行ったが、シリコン膜1010を直接反応性イオンエッチングすることによって行ってもよい。また、チタンシリサイド膜1032の除去とシリコン膜1010の反応性イオンエッチングとの両方を併用することによって行ってもよい。   In this embodiment, the recession of the surface of the silicon film 1010 is performed by removing the titanium silicide film 1032 by etching. However, the silicon film 1010 may be directly etched by reactive ion etching. Alternatively, both the removal of the titanium silicide film 1032 and the reactive ion etching of the silicon film 1010 may be used in combination.

また、本実施の形態においては、ダミーゲート電極を構成するシリコン膜1010をルテニウムで置換したが、本発明はこれに限られるものではない。金属元素がシリサイド化の拡散種の場合には同様に実施可能であるので、ルテニウムの代わりに、例えば、白金、パラジウム、ニッケルおよびコバルト等の金属膜を用いても同様に実施することができる。但し、ルテニウムのように酸素系のプラズマで容易にエッチングできない金属を使用する場合には、第1の層間絶縁膜1026上に残る未反応の金属膜を除去するために、スパッタエッチングまたはCMP等の化学的機械的除去方法を用いることが必要となる。   In this embodiment, the silicon film 1010 constituting the dummy gate electrode is replaced with ruthenium. However, the present invention is not limited to this. If the metal element is a diffusing species of silicidation, the process can be similarly performed. Therefore, the process can be similarly performed by using a metal film such as platinum, palladium, nickel, and cobalt instead of ruthenium. However, in the case of using a metal that cannot be easily etched by oxygen-based plasma such as ruthenium, in order to remove the unreacted metal film remaining on the first interlayer insulating film 1026, sputter etching, CMP, or the like is used. It is necessary to use chemical mechanical removal methods.

また、本実施の形態においては、下地界面層としてシリコン酸窒化膜108aを用いたが、実施の形態1と同様にシリコン酸化膜を用いてもよく、また、シリコン窒化膜を用いてもよい。   In this embodiment, the silicon oxynitride film 108a is used as the base interface layer. However, a silicon oxide film may be used as in the first embodiment, or a silicon nitride film may be used.

さらに、本実施の形態においては、ソース・ドレイン拡散層表面にニッケルシリサイド膜1025を形成したが、コバルトシリサイドやチタンシリサイド等他のシリサイドを用いることもできる。   Furthermore, in the present embodiment, the nickel silicide film 1025 is formed on the surface of the source / drain diffusion layer, but other silicides such as cobalt silicide and titanium silicide can also be used.

実施の形態3.
図18〜図24は、本実施の形態における半導体装置の構成例を示した断面図である。
Embodiment 3 FIG.
18 to 24 are cross-sectional views illustrating configuration examples of the semiconductor device in this embodiment.

図18に示すように、シリコン基板201の素子領域の周囲には、素子分離絶縁膜202が形成されている。また、素子領域内には、N型拡散層領域206、P型拡散層領域207、P型エクステンション領域2018、N型エクステンション領域2019、P型ソース・ドレイン領域2023、N型ソース・ドレイン領域2024およびニッケルシリサイド膜2025が形成されている。   As shown in FIG. 18, an element isolation insulating film 202 is formed around the element region of the silicon substrate 201. In the element region, an N-type diffusion layer region 206, a P-type diffusion layer region 207, a P-type extension region 2018, an N-type extension region 2019, a P-type source / drain region 2023, an N-type source / drain region 2024, and A nickel silicide film 2025 is formed.

チャネル上に形成されたゲート絶縁膜は、第1の絶縁膜と、この第1の絶縁膜の上に形成された第2の絶縁膜とからなる。ここで、第1の絶縁膜は、下地界面層としてのシリコン酸化膜208である。一方、第2の絶縁膜は高誘電率絶縁膜であり、ハフニウム酸化膜209bとこの上に形成されたシリコン窒化膜209cとからなる。   The gate insulating film formed on the channel includes a first insulating film and a second insulating film formed on the first insulating film. Here, the first insulating film is a silicon oxide film 208 as a base interface layer. On the other hand, the second insulating film is a high dielectric constant insulating film, and includes a hafnium oxide film 209b and a silicon nitride film 209c formed thereon.

N型ゲート電極は、N型シリコン膜2010aと、この上に形成されたニッケルシリサイド膜2028とからなる。一方、P型ゲート電極は、ニッケルシリサイド膜2028と、この上に形成されたチタンシリサイド膜2037とからなる。また、シリコン酸化膜2015およびシリコン窒化膜2020がゲート側壁に形成されているが、ハフニウム酸化膜209bは側壁に形成されていない。   The N-type gate electrode includes an N-type silicon film 2010a and a nickel silicide film 2028 formed thereon. On the other hand, the P-type gate electrode is composed of a nickel silicide film 2028 and a titanium silicide film 2037 formed thereon. Further, although the silicon oxide film 2015 and the silicon nitride film 2020 are formed on the gate sidewall, the hafnium oxide film 209b is not formed on the sidewall.

図19が図18と異なるのは、P型ゲート電極がニッケルシリサイド膜2028だけで形成されている点である。   FIG. 19 differs from FIG. 18 in that the P-type gate electrode is formed of only the nickel silicide film 2028.

図20が図18と異なるのは、ゲート絶縁膜と接触するのが、ニッケルシリサイド膜2028の代わりにニッケル膜2038であるという点である。   FIG. 20 differs from FIG. 18 in that the nickel film 2038 is in contact with the gate insulating film instead of the nickel silicide film 2028.

図21が図18と異なるのは、ニッケル膜2038とチタンシリサイド膜2037の間にニッケルシリサイド膜2028が形成されている点である。   FIG. 21 differs from FIG. 18 in that a nickel silicide film 2028 is formed between the nickel film 2038 and the titanium silicide film 2037.

また、図22〜図24が図18〜図20と異なる点は、P型ゲート電極の上部に形成されたチタンシリサイド膜2037の代わりに、チタンナイトライド膜2030とタングステン膜2031が形成されている点である。この場合、チタンナイトライド膜2030の下層にチタン膜が形成されていても同様に本発明を実施することができる。   22 to 24 are different from FIGS. 18 to 20 in that a titanium nitride film 2030 and a tungsten film 2031 are formed instead of the titanium silicide film 2037 formed on the P-type gate electrode. Is a point. In this case, even if a titanium film is formed under the titanium nitride film 2030, the present invention can be similarly implemented.

本実施の形態は、ゲート絶縁膜と接触するゲート電極材料が、N型ゲート電極ではN型シリコン電極であり、P型ゲート電極ではニッケルシリサイド膜2028またはニッケル膜2038である点を第1の特徴とする。また、ハフニウム酸化膜209bが、N型およびP型ともにゲート電極の側壁部にはなく、ゲート電極の下部のみにある点を第2の特徴とする。   This embodiment is characterized in that the gate electrode material in contact with the gate insulating film is an N-type silicon electrode in the case of an N-type gate electrode, and is a nickel silicide film 2028 or a nickel film 2038 in the case of a P-type gate electrode. And In addition, the second feature is that the hafnium oxide film 209b is not on the side wall portion of the gate electrode in both the N-type and P-type, but only on the lower portion of the gate electrode.

尚、図18〜図24の例では、高誘電率絶縁膜としてハフニウム酸化膜を用いたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、高誘電率絶縁膜として、ジルコニウム酸化膜などを用いてもよいし、(シリコンを含む)ハフニウム珪酸化膜またはジルコニウム珪酸化膜などを用いてもよいし、(窒素を含む)ハフニウム珪酸窒化膜またはジルコニウム珪酸窒化膜などを用いてもよい。また、高誘電率絶縁膜は、ハフニウムとジルコニウムの両元素を含む材料からなっていてもよい。   In the examples shown in FIGS. 18 to 24, the hafnium oxide film is used as the high dielectric constant insulating film, but the present invention is not limited to this. For example, a zirconium oxide film or the like may be used as the high dielectric constant insulating film, a hafnium silicate film (including silicon) or a zirconium silicate film may be used, or hafnium silicate nitriding (including nitrogen). A film or a zirconium silicate nitride film may be used. The high dielectric constant insulating film may be made of a material containing both elements of hafnium and zirconium.

また、上記の例では、下地界面層としてシリコン酸化膜208を用いたが、本発明はこれに限られるものではない。下地界面層として、シリコン酸化膜の代わりにシリコン酸窒化膜またはシリコン窒化膜などを用いてもよい。   In the above example, the silicon oxide film 208 is used as the base interface layer, but the present invention is not limited to this. As the base interface layer, a silicon oxynitride film or a silicon nitride film may be used instead of the silicon oxide film.

さらに、上記の例では、高誘電率絶縁膜上にシリコン窒化膜が形成されているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、高誘電率絶縁膜上にシリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜などが形成されていてもよい。また、高誘電率絶縁膜とゲート電極材料とが直接接触していてもよい。   Furthermore, in the above example, the silicon nitride film is formed on the high dielectric constant insulating film, but the present invention is not limited to this. For example, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film may be formed on the high dielectric constant insulating film. Further, the high dielectric constant insulating film and the gate electrode material may be in direct contact.

次に、図25〜図28を参照して、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する。尚、これらの図において、同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。   Next, with reference to FIGS. 25 to 28, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described. In these drawings, the same reference numerals indicate the same parts.

本実施の形態において、第1の層間絶縁膜2026を形成した後、N型シリコン膜2010aおよび不純物が注入されていないシリコン膜2010の表面が露出するようにCMP法によって加工するまでの工程は、実施の形態1や実施の形態2と同様にして形成することができるため、説明を省略する。但し、ゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜208、ハフニウム酸化膜209bおよびシリコン窒化膜209cを用いている点で実施の形態1および実施の形態2と異なる。尚、第1の層間絶縁膜2026は、エッチングストッパーとしてのSiN膜および低誘電率のシリコン酸化膜からなるものとすることができる。   In this embodiment mode, after the first interlayer insulating film 2026 is formed, a process until the surface of the N-type silicon film 2010a and the silicon film 2010 into which impurities are not implanted is exposed by the CMP method is as follows. Since it can be formed in a manner similar to that of Embodiment Mode 1 or Embodiment Mode 2, description thereof is omitted. However, this embodiment differs from the first and second embodiments in that the silicon oxide film 208, the hafnium oxide film 209b, and the silicon nitride film 209c are used as the gate insulating film. The first interlayer insulating film 2026 can be made of an SiN film as an etching stopper and a low dielectric constant silicon oxide film.

まず、図25(a)の加工まで終了した後、第1の金属膜としてのニッケル膜(図示せず)およびチタンナイトライド膜(図示せず)を全面に堆積する。次に、熱処理をして、未反応のチタンナイトライド膜およびニッケル膜を除去することにより、N型シリコン膜2010aおよび不純物が注入されていないシリコン膜2010の表面に、第2の金属シリサイド膜としてのニッケルシリサイド膜2028を形成する(図25(b))。   First, after the processing of FIG. 25A is completed, a nickel film (not shown) and a titanium nitride film (not shown) as the first metal film are deposited on the entire surface. Next, heat treatment is performed to remove the unreacted titanium nitride film and nickel film, thereby forming a second metal silicide film on the surface of the N-type silicon film 2010a and the silicon film 2010 in which no impurity is implanted. A nickel silicide film 2028 is formed (FIG. 25B).

尚、N型不純物としてのPが注入されたシリコン膜上では、シリサイド化の速度が速くなる。このため、P型ゲート電極部に対してN型ゲート電極部の方が、ニッケルシリサイド膜2028は厚く形成される。本実施の形態では、シリコン膜2010の膜厚がニッケルシリサイド膜2028の膜厚の2倍〜3倍程度となるように成膜することによって、シリコン窒化膜209cに接触する部分をN型シリコン膜2010aとした状態でニッケルシリサイド膜2028を形成することができる。   Note that the silicidation speed is increased on the silicon film into which P as an N-type impurity is implanted. Therefore, the nickel silicide film 2028 is formed thicker in the N-type gate electrode portion than in the P-type gate electrode portion. In this embodiment mode, the silicon film 2010 is formed so that the thickness of the silicon film 2010 is about 2 to 3 times the thickness of the nickel silicide film 2028, so that the portion in contact with the silicon nitride film 209 c is an N-type silicon film. The nickel silicide film 2028 can be formed in the state of 2010a.

また、本実施の形態によれば、ニッケルシリサイド膜2028を形成する際の熱処理によって、N型シリコン膜2010aの内部にN型不純物が拡散するので、ゲート電極の空乏化を抑えるとともに反転容量を上昇させて、オン電流を多くすることが可能となる。尚、N型不純物としてはP以外にAs(ヒ素)を用いることも可能であるが、拡散速度の大きいPの方がシリコン膜の活性化には有効である。   Further, according to the present embodiment, the N-type impurity diffuses inside the N-type silicon film 2010a by the heat treatment when forming the nickel silicide film 2028, so that depletion of the gate electrode is suppressed and the inversion capacitance is increased. Thus, the on-current can be increased. In addition to P, As (arsenic) can be used as the N-type impurity, but P having a higher diffusion rate is more effective for activating the silicon film.

尚、図25(a)では、ゲート側壁を形成した後にソース・ドレイン拡散層2023,2024の表面にニッケルシリサイド膜2025を形成している。本実施の形態では、ゲート電極の加工時に用いたハードマスク(図6〜図8のシリコン酸化膜13に対応)を予め除去した上で、ソース・ドレイン拡散層2023,2024上にニッケルシリサイド膜2025を形成する際に、同時にゲート電極表面にもニッケルシリサイド膜2028を形成し、第1の層間絶縁膜2026の形成およびその後のCMP法によってゲート電極表面のニッケルシリサイド膜2028を露出させることによっても、図25(b)と同様の構造が得られる。   In FIG. 25A, a nickel silicide film 2025 is formed on the surfaces of the source / drain diffusion layers 2023 and 2024 after the gate sidewall is formed. In the present embodiment, the hard mask (corresponding to the silicon oxide film 13 in FIGS. 6 to 8) used for processing the gate electrode is removed in advance, and the nickel silicide film 2025 is formed on the source / drain diffusion layers 2023 and 2024. At the same time, a nickel silicide film 2028 is also formed on the surface of the gate electrode, and the nickel silicide film 2028 on the surface of the gate electrode is exposed by the formation of the first interlayer insulating film 2026 and the subsequent CMP method. A structure similar to that shown in FIG.

次に、図25(c)に示すように全面にシリコン窒化膜2033を堆積し、レジスト2027をマスクとして、シリコン窒化膜2033を加工し、N型ゲート絶縁膜領域にハードマスクとしてシリコン窒化膜2033を形成する(図26(a))。   Next, as shown in FIG. 25C, a silicon nitride film 2033 is deposited on the entire surface, the silicon nitride film 2033 is processed using the resist 2027 as a mask, and the silicon nitride film 2033 is used as a hard mask in the N-type gate insulating film region. (FIG. 26A).

次に、第2の金属膜としてのチタン膜2035およびチタンナイトライド膜2036を全面に堆積する(図26(b))。この後、540℃で熱処理を行うと、ニッケルシリサイド膜2028中のニッケルが、ダミーゲート電極を構成するシリコン膜2010中に拡散するとともに、ニッケルシリサイド膜2028の上部では、シリコンがチタン膜2035中に拡散する反応が生じる。このときの反応時間は、シリコン膜2010の膜厚に依存して異なる。例えば、チタン膜2035がシリコン膜2010の膜厚に対してその半分の厚みであるとすると、最終的には、ニッケルシリサイド膜2028がシリコン窒化膜209c上に形成され、第3の金属シリサイド膜としてのチタンシリサイド膜2037がその上に形成されるので、見かけ上、ニッケルシリサイド膜2028がシリコン膜2010と置換し、シリコン膜2010が上部チタン膜2035と反応したようになる。この後、チタンナイトライド膜2036と未反応のチタン膜2035をエッチング除去すると、図26(c)に見られるような構造となる。   Next, a titanium film 2035 and a titanium nitride film 2036 as second metal films are deposited on the entire surface (FIG. 26B). Thereafter, when heat treatment is performed at 540 ° C., nickel in the nickel silicide film 2028 diffuses into the silicon film 2010 constituting the dummy gate electrode, and silicon is formed in the titanium film 2035 above the nickel silicide film 2028. A diffusing reaction occurs. The reaction time at this time varies depending on the film thickness of the silicon film 2010. For example, if the titanium film 2035 is half the thickness of the silicon film 2010, the nickel silicide film 2028 is finally formed on the silicon nitride film 209c, and the third metal silicide film is formed. Since the titanium silicide film 2037 is formed thereon, the nickel silicide film 2028 appears to replace the silicon film 2010, and the silicon film 2010 reacts with the upper titanium film 2035. Thereafter, when the titanium nitride film 2036 and the unreacted titanium film 2035 are removed by etching, the structure shown in FIG. 26C is obtained.

その後、ハードマスクとしてのシリコン窒化膜2033を反応性イオンエッチングまたはホットリン酸等によって除去する。次に、第2の層間絶縁膜2029をCVD法または塗布法によって堆積した後、CMP法を用いて表面を平坦化する。これにより、図18に示す構造が得られる。平坦化後は、コンタクトおよび配線等の形成を行う。   Thereafter, the silicon nitride film 2033 as a hard mask is removed by reactive ion etching or hot phosphoric acid. Next, after a second interlayer insulating film 2029 is deposited by a CVD method or a coating method, the surface is planarized by using a CMP method. Thereby, the structure shown in FIG. 18 is obtained. After planarization, contact and wiring are formed.

また、図27(a)に示すように、シリコン膜2010をニッケルシリサイド膜2028と置換する前に、厚いニッケル膜(第1の金属膜)2038およびチタンナイトライド膜2036を全面に形成することによって、P型ゲート電極を全てニッケルシリサイド膜(第2の金属シリサイド膜)2028にすることができる。この後、チタンナイトライド膜2036と未反応のニッケル膜2038を除去すると図27(b)のようになる。その後、シリコン窒化膜2033を反応性イオンエッチングまたはホットリン酸等によって除去し、第2の層間絶縁膜2029をCVD法または塗布法にて堆積し、CMP法によって平坦化すると、図19に示す構造となる。尚、この後、コンタクト、配線等の形成を行うのは上記と同様である。   Further, as shown in FIG. 27A, before the silicon film 2010 is replaced with the nickel silicide film 2028, a thick nickel film (first metal film) 2038 and a titanium nitride film 2036 are formed on the entire surface. The P-type gate electrode can be all made of a nickel silicide film (second metal silicide film) 2028. Thereafter, when the titanium nitride film 2036 and the unreacted nickel film 2038 are removed, the result is as shown in FIG. After that, the silicon nitride film 2033 is removed by reactive ion etching or hot phosphoric acid, the second interlayer insulating film 2029 is deposited by the CVD method or the coating method, and planarized by the CMP method, the structure shown in FIG. Become. Thereafter, the formation of contacts, wirings, and the like is performed in the same manner as described above.

また、図28(a)に示すように、ニッケルシリサイド膜2028をシリコン膜2010と置換する前に、全面に形成するチタン膜(第2の金属膜)2035の膜厚を十分厚くして、540℃で1時間熱処理する。このようにすると、ニッケルシリサイド膜2028がシリコン膜2010と置換するとともに、シリコンがチタン膜2035に拡散するので、最終的には、シリコン窒化膜209cにニッケル膜(第1の金属膜)2038が接触し、ニッケル膜2038の上にチタンシリサイド膜(第3の金属シリサイド膜)2037が形成された構造となる。この構造は、ニッケルシリサイド膜2028とシリコン膜2010の合計膜厚よりもチタン膜2035の膜厚の方が厚い場合に得られる。この後、チタンナイトライド膜2036と未反応のチタン膜2035を除去すると図28(b)のようになる。   Further, as shown in FIG. 28A, before the nickel silicide film 2028 is replaced with the silicon film 2010, the thickness of the titanium film (second metal film) 2035 formed on the entire surface is sufficiently increased. Heat-treat at 1 ° C. for 1 hour. As a result, the nickel silicide film 2028 replaces the silicon film 2010, and silicon diffuses into the titanium film 2035. Therefore, the nickel film (first metal film) 2038 finally contacts the silicon nitride film 209c. Then, a titanium silicide film (third metal silicide film) 2037 is formed on the nickel film 2038. This structure is obtained when the thickness of the titanium film 2035 is larger than the total thickness of the nickel silicide film 2028 and the silicon film 2010. Thereafter, when the titanium nitride film 2036 and the unreacted titanium film 2035 are removed, a state as shown in FIG.

その後、シリコン窒化膜2033を反応性イオンエッチングまたはホットリン酸等によって除去し、さらに第2の層間絶縁膜2029をCVD法または塗布法にて堆積し、CMP法によって平坦化すると、図20に示す構造となる。尚、この後、コンタクト、配線等の形成を行うのは上記と同様である。   Thereafter, the silicon nitride film 2033 is removed by reactive ion etching, hot phosphoric acid, or the like, and a second interlayer insulating film 2029 is deposited by a CVD method or a coating method, and is planarized by the CMP method, whereby the structure shown in FIG. It becomes. Thereafter, the formation of contacts, wirings, and the like is performed in the same manner as described above.

上記の例では、シリコン窒化膜209cと接触するものがニッケルシリサイド膜2028とニッケル膜2038であった。これに対して、全面に形成するチタン膜2035の膜厚が、シリコン膜2010よりも厚く、ニッケルシリサイド膜2028の膜厚とダミーシリコン膜2010の膜厚の合計よりも薄くなるようにすると、図21に示すように、ニッケル膜2038とニッケルシリサイド膜2028の積層構造の上部にチタンシリサイド膜2037が形成された構造となる。   In the above example, the nickel silicide film 2028 and the nickel film 2038 are in contact with the silicon nitride film 209c. On the other hand, when the thickness of the titanium film 2035 formed on the entire surface is larger than that of the silicon film 2010 and smaller than the total thickness of the nickel silicide film 2028 and the dummy silicon film 2010, FIG. As shown in FIG. 21, a titanium silicide film 2037 is formed on the stacked structure of the nickel film 2038 and the nickel silicide film 2028.

尚、実施の形態2と同様に、希フッ酸等でチタンシリサイド膜2032,2037をエッチング除去し、その後、チタンナイトライド膜2030およびタングステン膜2031を形成し、CMP法によって、ゲート電極の窪み部分にこれらの膜を埋め込み、第2の層間絶縁膜2029を堆積してCMP法で平坦化すると図22〜図24の構造となる。ここで、窪み部分への埋め込みは、チタンナイトライド膜2030およびタングステン膜2031を順に形成し、マスク等を用いて反応性イオンエッチング等によりこれらの膜を加工することにより行ってもよい。その後、第2の層間絶縁膜2029を堆積してCMP法で平坦化すると、図面は省略するが、実施の形態1で示した図3と類似の構造が得られる。   As in the second embodiment, the titanium silicide films 2032 and 2037 are removed by etching with dilute hydrofluoric acid or the like, and then a titanium nitride film 2030 and a tungsten film 2031 are formed, and a hollow portion of the gate electrode is formed by CMP. Then, these films are embedded, a second interlayer insulating film 2029 is deposited, and planarized by the CMP method, resulting in the structure of FIGS. Here, the embedding in the recess may be performed by forming the titanium nitride film 2030 and the tungsten film 2031 in order and processing these films by reactive ion etching or the like using a mask or the like. After that, when a second interlayer insulating film 2029 is deposited and planarized by the CMP method, a structure similar to that shown in FIG.

本実施の形態が実施の形態2と異なる点は、ダミーのP型ゲート電極を構成するシリコン膜2010の膜厚を薄くしない点にある。すなわち、N型ゲート電極と同様にしてシリコン膜2010上にニッケルシリサイド膜2028を形成した後、シリコン置換法を用いて、P型ゲート電極部のみ、ニッケルシリサイド膜2028またはニッケル膜2038が(ゲート絶縁膜である)シリコン窒化膜209cと接触するように形成することを特徴としている。   The present embodiment is different from the second embodiment in that the thickness of the silicon film 2010 constituting the dummy P-type gate electrode is not reduced. That is, after the nickel silicide film 2028 is formed on the silicon film 2010 in the same manner as the N-type gate electrode, the nickel silicide film 2028 or the nickel film 2038 is (gate insulating) only in the P-type gate electrode portion by using the silicon replacement method. It is characterized by being formed so as to be in contact with the silicon nitride film 209c (which is a film).

尚、本実施の形態においては、ダミーゲート電極を構成するシリコン膜2010をニッケルシリサイド膜2028で置換したが、本発明はこれに限られるものではない。金属元素がシリサイド化の拡散種の場合には同様に実施可能であるので、ニッケルシリサイドの代わりに、例えば、白金シリサイド、パラジウムシリサイドおよびコバルトシリサイド等の金属シリサイド膜を用いても同様に実施することができる。但し、ルテニウムシリサイドは抵抗が高いことから適当でない。   In this embodiment, the silicon film 2010 constituting the dummy gate electrode is replaced with the nickel silicide film 2028, but the present invention is not limited to this. When the metal element is a diffusing species of silicidation, the same can be performed. Therefore, the same can be performed even when a metal silicide film such as platinum silicide, palladium silicide, and cobalt silicide is used instead of nickel silicide. Can do. However, ruthenium silicide is not suitable because of its high resistance.

また、本実施の形態においては、下地界面層としてシリコン酸化膜208を用いたが、実施の形態2と同様にシリコン酸窒化膜を用いてもよく、また、シリコン窒化膜を用いてもよい。   In this embodiment, the silicon oxide film 208 is used as the base interface layer. However, a silicon oxynitride film may be used as in the second embodiment, or a silicon nitride film may be used.

本発明により形成したゲート長40nmのトランジスタのサブスレッショルド特性を評価した結果を図29(a)に示す。尚、比較のために、従来例としてシリコンゲート電極を用いた比較例1と、窒化チタン電極を用いた比較例2とについて評価した結果を図29(b)に示す。測定は、閾値電圧調整用の不純物イオン注入を行っていないチャネル上に、膜厚0.5nmのシリコン酸化膜と膜厚2nmのハフニウム珪酸窒化膜からなるゲート絶縁膜を形成したサンプルについて行った。   FIG. 29A shows the result of evaluating the subthreshold characteristics of a transistor having a gate length of 40 nm formed according to the present invention. For comparison, FIG. 29B shows the results of evaluation of Comparative Example 1 using a silicon gate electrode as a conventional example and Comparative Example 2 using a titanium nitride electrode. The measurement was performed on a sample in which a gate insulating film made of a silicon oxide film having a thickness of 0.5 nm and a hafnium silicate nitride film having a thickness of 2 nm was formed on a channel not subjected to impurity ion implantation for adjusting the threshold voltage.

図29(b)に示すように、比較例1では、NMOSFETの閾値電圧が比較的小さいのに対して、PMOSFETの閾値電圧は大きく負側にシフトしている。また、比較例2では、PMOSFETの閾値電圧の絶対値は比較的小さい値であるのに対し、NMOSFETの閾値電圧が正側にシフトしている。   As shown in FIG. 29 (b), in Comparative Example 1, the threshold voltage of the NMOSFET is relatively small, whereas the threshold voltage of the PMOSFET is largely shifted to the negative side. In Comparative Example 2, the absolute value of the threshold voltage of the PMOSFET is a relatively small value, whereas the threshold voltage of the NMOSFET is shifted to the positive side.

一方、図29(a)から分かるように、本発明では、N型シリコン電極を用いたNMOSFETは比較例1と同様であるが、PMOSFETは、NMOSFETと対照的な形状を示す。ここで、ゲート電極に用いる材料の種類を変えると、閾値電圧の値は僅かながら変化する。しかしながら、その変化量は、チャネルのドーズ量によって十分調整可能な範囲である。   On the other hand, as can be seen from FIG. 29 (a), in the present invention, the NMOSFET using the N-type silicon electrode is the same as that in the comparative example 1, but the PMOSFET shows a contrasting shape with the NMOSFET. Here, when the type of material used for the gate electrode is changed, the threshold voltage value slightly changes. However, the amount of change is in a range that can be sufficiently adjusted by the dose of the channel.

また、図29(a)より、本発明では、比較例1に比較して、PMOSFETの電流値が十分に大きな値となっていることが分かる。このことは、本発明によって、PMOSFETの閾値電圧の適正化とともに、ゲート電極の空乏化の抑制が可能になったことを示している。   Further, FIG. 29A shows that the current value of the PMOSFET is a sufficiently large value in the present invention as compared with Comparative Example 1. This indicates that the present invention makes it possible to suppress depletion of the gate electrode as well as to optimize the threshold voltage of the PMOSFET.

以上の結果より、本発明が、高誘電率絶縁膜をゲート絶縁膜として用いた場合に非常に有効であることが判明した。尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。   From the above results, it was found that the present invention is very effective when a high dielectric constant insulating film is used as a gate insulating film. The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

実施の形態1における半導体装置の断面図の一例である。3 is an example of a cross-sectional view of the semiconductor device in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における半導体装置の断面図の一例である。3 is an example of a cross-sectional view of the semiconductor device in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における半導体装置の断面図の一例である。3 is an example of a cross-sectional view of the semiconductor device in Embodiment 1. FIG. (a)〜(c)は、実施の形態1による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1. FIGS. (a)〜(c)は、実施の形態1による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1. FIGS. (a)〜(c)は、実施の形態1による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1. FIGS. (a)〜(c)は、実施の形態1による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1. FIGS. (a)〜(c)は、実施の形態1による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1. FIGS. (a)〜(c)は、実施の形態1による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1. FIGS. 実施の形態1で、ニッケルシリサイド膜中の(Ni/Si)比とVfbとの関係を示す図である。In Embodiment 1, it is a figure which shows the relationship between (Ni / Si) ratio in a nickel silicide film | membrane, and Vfb . 実施の形態1によるPMOSFETの実効移動度を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an effective mobility of the PMOSFET according to the first embodiment. 実施の形態1によるPMOSFETのオン電流−オフ電流特性を示す図である。It is a figure which shows the on-current-off-current characteristic of PMOSFET by Embodiment 1. FIG. 実施の形態2における半導体装置の断面図の一例である。FIG. 3 is an example of a cross-sectional view of a semiconductor device in a second embodiment. 実施の形態2における半導体装置の断面図の一例である。FIG. 3 is an example of a cross-sectional view of a semiconductor device in a second embodiment. (a)〜(c)は、実施の形態2による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 2. FIG. (a)〜(c)は、実施の形態2による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 2. FIG. (a)〜(c)は、実施の形態2による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 2. FIG. 実施の形態3における半導体装置の断面図の一例である。10 is an example of a cross-sectional view of a semiconductor device in Embodiment 3. FIG. 実施の形態3における半導体装置の断面図の一例である。10 is an example of a cross-sectional view of a semiconductor device in Embodiment 3. FIG. 実施の形態3における半導体装置の断面図の一例である。10 is an example of a cross-sectional view of a semiconductor device in Embodiment 3. FIG. 実施の形態3における半導体装置の断面図の一例である。10 is an example of a cross-sectional view of a semiconductor device in Embodiment 3. FIG. 実施の形態3における半導体装置の断面図の一例である。10 is an example of a cross-sectional view of a semiconductor device in Embodiment 3. FIG. 実施の形態3における半導体装置の断面図の一例である。10 is an example of a cross-sectional view of a semiconductor device in Embodiment 3. FIG. 実施の形態3における半導体装置の断面図の一例である。10 is an example of a cross-sectional view of a semiconductor device in Embodiment 3. FIG. (a)〜(c)は、実施の形態3による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 3. FIG. (a)〜(c)は、実施の形態3による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 3. FIG. (a)および(b)は、実施の形態3による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 3. FIG. (a)および(b)は、実施の形態3による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 3. FIG. トランジスタのサブスレッショルド特性を評価した結果であり、(a)は本発明、(b)は比較例である。It is the result of evaluating the subthreshold characteristic of a transistor, (a) is this invention, (b) is a comparative example. (a)〜(c)は、従来法による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by a conventional method. (a)〜(c)は、従来法による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by a conventional method. (a)〜(c)は、従来法による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by a conventional method. (a)〜(c)は、従来法による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by a conventional method. (a)〜(c)は、従来法による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by a conventional method. 従来法による半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by a conventional method. (a)〜(c)は、従来法による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by a conventional method. (a)〜(c)は、従来法による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by a conventional method. (a)〜(c)は、従来法による半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by a conventional method. 従来法による半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device by a conventional method.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
2 素子分離絶縁膜
6 N型拡散層領域
7 P型拡散層領域
8 シリコン酸化膜
9 ハフニウム珪酸窒化膜
10a N型シリコン膜
15 シリコン酸化膜
18 P型エクステンション領域
19 N型エクステンション領域
20 シリコン窒化膜
23 P型ソース・ドレイン領域
24 N型ソース・ドレイン領域
25,28 ニッケルシリサイド膜
26 第1の層間絶縁膜
29 第2の層間絶縁膜
101 シリコン基板
102 素子分離絶縁膜
106 N型拡散層領域
107 P型拡散層領域
108a シリコン酸窒化膜
109a ハフニウム珪酸化膜
1010a N型シリコン膜
1015 シリコン酸化膜
1018 P型エクステンション領域
1019 N型エクステンション領域
1020 シリコン窒化膜
1023 P型ソース・ドレイン領域
1024 N型ソース・ドレイン領域
1025 ニッケルシリサイド膜
1026 第1の層間絶縁膜
1029 第2の層間絶縁膜
1032,1037 チタンシリサイド膜
1034 ルテニウム膜
201 シリコン基板
202 素子分離絶縁膜
206 N型拡散層領域
207 P型拡散層領域
208 シリコン酸化膜
209b ハフニウム酸化膜
209c シリコン窒化膜
2010a N型シリコン膜
2015 シリコン酸化膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Element isolation insulating film 6 N type diffused layer area | region 7 P type diffused layer area | region 8 Silicon oxide film 9 Hafnium silicate nitride film 10a N type silicon film 15 Silicon oxide film 18 P type extension area | region 19 N type extension area | region 20 Silicon Nitride film 23 P-type source / drain region 24 N-type source / drain region 25, 28 Nickel silicide film 26 First interlayer insulating film 29 Second interlayer insulating film 101 Silicon substrate 102 Element isolation insulating film 106 N-type diffusion layer region 107 P-type diffusion layer region 108a Silicon oxynitride film 109a Hafnium silicate oxide film 1010a N-type silicon film 1015 Silicon oxide film 1018 P-type extension region 1019 N-type extension region 1020 Silicon nitride film 1023 P-type source / drain region 1024 N-type source / drain region 1025 Nickel silicide film 1026 First interlayer insulating film 1029 Second interlayer insulating film 1032, 1037 Titanium silicide film 1034 Ruthenium film 201 Silicon substrate 202 Element isolation insulating film 206 N-type diffusion layer area 207 P Type diffusion layer region 208 Silicon oxide film 209b Hafnium oxide film 209c Silicon nitride film 2010a N-type silicon film 2015 Silicon oxide film

Claims (10)

シリコン基板上にNMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置において、
前記NMOSFETおよび前記PMOSFETのゲート絶縁膜は、前記シリコン基板上に形成された第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜とからなる積層構造を有し、
前記NMOSFETのゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に形成されたN型シリコン膜と、該N型シリコン膜上に形成された第1の金属シリサイド膜とからなり、
前記PMOSFETのゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に形成された第2の金属シリサイド膜からなり、
前記第2の絶縁膜は高誘電率絶縁膜であって、該高誘電率絶縁膜が、前記NMOSFETのゲート電極および前記PMOSFETのゲート電極のいずれの側壁にも形成されていないことを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device comprising a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET on a silicon substrate,
The gate insulating films of the NMOSFET and the PMOSFET have a laminated structure including a first insulating film formed on the silicon substrate and a second insulating film formed on the first insulating film. ,
The gate electrode of the NMOSFET comprises an N-type silicon film formed on the gate insulating film and a first metal silicide film formed on the N-type silicon film,
The gate electrode of the PMOSFET is composed of a second metal silicide film formed on the gate insulating film,
The second insulating film is a high dielectric constant insulating film, and the high dielectric constant insulating film is not formed on any side wall of the gate electrode of the NMOSFET or the gate electrode of the PMOSFET. Semiconductor device.
シリコン基板上にNMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置において、
前記NMOSFETおよび前記PMOSFETのゲート絶縁膜は、前記シリコン基板上に形成された第1の絶縁膜と、該第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜とからなる積層構造を有し、
前記NMOSFETのゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に形成されたN型シリコン膜と、該N型シリコン膜上に形成された第1の金属シリサイド膜とからなり、
前記PMOSFETのゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に形成された金属膜と、該金属膜上に形成された第2の金属シリサイド膜との積層構造を有し、
前記第2の絶縁膜は高誘電率絶縁膜であって、該高誘電率絶縁膜が、前記NMOSFETのゲート電極および前記PMOSFETのゲート電極のいずれの側壁にも形成されていないことを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device comprising a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET on a silicon substrate,
The gate insulating films of the NMOSFET and the PMOSFET have a laminated structure including a first insulating film formed on the silicon substrate and a second insulating film formed on the first insulating film. ,
The gate electrode of the NMOSFET comprises an N-type silicon film formed on the gate insulating film and a first metal silicide film formed on the N-type silicon film,
The gate electrode of the PMOSFET has a stacked structure of a metal film formed on the gate insulating film and a second metal silicide film formed on the metal film,
The second insulating film is a high dielectric constant insulating film, and the high dielectric constant insulating film is not formed on any side wall of the gate electrode of the NMOSFET or the gate electrode of the PMOSFET. Semiconductor device.
前記金属膜は、ニッケル、コバルト、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、白金およびイリジウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種類以上の金属を含む請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein the metal film includes at least one metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, palladium, rhodium, ruthenium, platinum, and iridium. 前記第1の金属シリサイド膜は、ニッケルシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、パラジウムシリサイド膜、ロジウムシリサイド膜、ルテニウムシリサイド膜、白金シリサイド膜およびイリジウムシリサイド膜よりなる群から選ばれるいずれか1つの単層膜または2つ以上の膜により構成される積層膜である請求項1〜3に記載の半導体装置。   The first metal silicide film is a single-layer film selected from the group consisting of a nickel silicide film, a cobalt silicide film, a palladium silicide film, a rhodium silicide film, a ruthenium silicide film, a platinum silicide film, and an iridium silicide film, The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a laminated film composed of two or more films. 前記第2の金属シリサイド膜は、ニッケルシリサイド膜、コバルトシリサイド膜、パラジウムシリサイド膜、ロジウムシリサイド膜、ルテニウムシリサイド膜、白金シリサイド膜およびイリジウムシリサイド膜よりなる群から選ばれるいずれか1つの単層膜または2つ以上の膜により構成される積層膜である請求項1〜4に記載の半導体装置。   The second metal silicide film is a single-layer film selected from the group consisting of a nickel silicide film, a cobalt silicide film, a palladium silicide film, a rhodium silicide film, a ruthenium silicide film, a platinum silicide film, and an iridium silicide film. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a laminated film composed of two or more films. NMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置の製造方法において、
素子分離絶縁膜、N型拡散層領域およびP型拡散層領域が設けられたシリコン基板の上に、高誘電率絶縁膜を含むゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上にシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜の前記NMOSFETの領域にN型不純物を注入する工程と、
前記シリコン膜をゲート電極の形状に加工して、N型シリコン膜パターンとアンドープのシリコン膜パターンとを形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの下部を除いて前記ゲート絶縁膜を除去する工程と、
前記ゲート絶縁膜除去後の前記シリコン基板の全面に第1の側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型エクステンション領域およびP型エクステンション領域を形成する工程と、
前記第1の側壁絶縁膜の上に第2の側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの側壁部を除いて、前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜を除去する工程と、
側壁部に前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜が形成された前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型ソース・ドレイン領域およびP型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記N型ソース・ドレイン領域および前記P型ソース・ドレイン領域の上に第1の金属シリサイド膜を形成する工程と、
前記第1の金属シリサイド膜形成後の前記シリコン基板の上に、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンを埋め込むようにして層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を加工して、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの表面を露出させる工程と、
前記アンドープのシリコン膜パターンを所定膜厚までエッチングする工程と、
前記シリコン基板の全面に金属膜を形成する工程と、
熱処理によって、前記N型シリコン膜パターンの上部および前記アンドープのシリコン膜パターンの全てを、前記金属膜がシリサイド化された第2の金属シリサイド膜に変える工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device including a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET,
Forming a gate insulating film including a high dielectric constant insulating film on a silicon substrate provided with an element isolation insulating film, an N-type diffusion layer region, and a P-type diffusion layer region;
Forming a silicon film on the gate insulating film;
Implanting N-type impurities into the NMOSFET region of the silicon film;
Processing the silicon film into the shape of a gate electrode to form an N-type silicon film pattern and an undoped silicon film pattern;
Removing the gate insulating film except under the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Forming a first sidewall insulating film on the entire surface of the silicon substrate after removing the gate insulating film;
Implanting impurities into the silicon substrate using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern as a mask to form an N-type extension region and a P-type extension region;
Forming a second sidewall insulating film on the first sidewall insulating film;
Removing the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film except for the sidewall portions of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Impurities are implanted into the silicon substrate using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern in which the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film are formed on the sidewall portions as masks, and an N-type source A step of forming a drain region and a P-type source / drain region;
Forming a first metal silicide film on the N-type source / drain region and the P-type source / drain region;
Forming an interlayer insulating film on the silicon substrate after the formation of the first metal silicide film so as to embed the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Processing the interlayer insulating film to expose the surfaces of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Etching the undoped silicon film pattern to a predetermined thickness;
Forming a metal film on the entire surface of the silicon substrate;
A step of changing all of the upper portion of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern into a second metal silicide film in which the metal film is silicided by heat treatment. Production method.
NMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置の製造方法において、
素子分離絶縁膜、N型拡散層領域およびP型拡散層領域が設けられたシリコン基板の上に、高誘電率絶縁膜を含むゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上にシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜の前記NMOSFETの領域にN型不純物を注入する工程と、
前記シリコン膜をゲート電極の形状に加工して、N型シリコン膜パターンとアンドープのシリコン膜パターンとを形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの下部を除いて前記ゲート絶縁膜を除去する工程と、
前記ゲート絶縁膜除去後の前記シリコン基板の全面に第1の側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型エクステンション領域およびP型エクステンション領域を形成する工程と、
前記第1の側壁絶縁膜の上に第2の側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの側壁部を除いて、前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜を除去する工程と、
側壁部に前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜が形成された前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型ソース・ドレイン領域およびP型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記N型ソース・ドレイン領域および前記P型ソース・ドレイン領域の上に第1の金属シリサイド膜を形成する工程と、
前記第1の金属シリサイド膜形成後の前記シリコン基板の上に、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンを埋め込むようにして層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を加工して、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの表面を露出させる工程と、
前記シリコン基板の全面に第1の金属膜を形成する工程と、
熱処理によって、前記N型シリコン膜パターンの上部および前記アンドープのシリコン膜パターンの上部を、前記第1の金属膜がシリサイド化された第2の金属シリサイド膜に変える工程と、
前記アンドープのシリコン膜パターン上にある前記第2の金属シリサイド膜を除去する工程と、
前記アンドープのシリコン膜パターン上に、第2の金属膜および第3の金属膜を順に形成する工程と、
熱処理によって、前記アンドープのシリコン膜、前記第2の金属膜および前記第3の金属膜を反応させて、前記第2の金属膜と、前記第3の金属膜がシリサイド化された第3の金属シリサイド膜とが順に積層された構造を前記ゲート絶縁膜の上に形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device including a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET,
Forming a gate insulating film including a high dielectric constant insulating film on a silicon substrate provided with an element isolation insulating film, an N-type diffusion layer region, and a P-type diffusion layer region;
Forming a silicon film on the gate insulating film;
Implanting N-type impurities into the NMOSFET region of the silicon film;
Processing the silicon film into the shape of a gate electrode to form an N-type silicon film pattern and an undoped silicon film pattern;
Removing the gate insulating film except under the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Forming a first sidewall insulating film on the entire surface of the silicon substrate after removing the gate insulating film;
Implanting impurities into the silicon substrate using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern as a mask to form an N-type extension region and a P-type extension region;
Forming a second sidewall insulating film on the first sidewall insulating film;
Removing the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film except for the sidewall portions of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Impurities are implanted into the silicon substrate using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern in which the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film are formed on the sidewall portions as masks, and an N-type source A step of forming a drain region and a P-type source / drain region;
Forming a first metal silicide film on the N-type source / drain region and the P-type source / drain region;
Forming an interlayer insulating film on the silicon substrate after the formation of the first metal silicide film so as to embed the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Processing the interlayer insulating film to expose the surfaces of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Forming a first metal film on the entire surface of the silicon substrate;
Changing the upper part of the N-type silicon film pattern and the upper part of the undoped silicon film pattern to a second metal silicide film in which the first metal film is silicided by heat treatment;
Removing the second metal silicide film on the undoped silicon film pattern;
Forming a second metal film and a third metal film in order on the undoped silicon film pattern;
A third metal obtained by reacting the undoped silicon film, the second metal film, and the third metal film by heat treatment to silicide the second metal film and the third metal film. And a step of forming a structure in which a silicide film is sequentially stacked on the gate insulating film.
NMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置の製造方法において、
素子分離絶縁膜、N型拡散層領域およびP型拡散層領域が設けられたシリコン基板の上に、高誘電率絶縁膜を含むゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上にシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜の前記NMOSFETの領域にN型不純物を注入する工程と、
前記シリコン膜をゲート電極の形状に加工して、N型シリコン膜パターンとアンドープのシリコン膜パターンとを形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの下部を除いて前記ゲート絶縁膜を除去する工程と、
前記ゲート絶縁膜除去後の前記シリコン基板の全面に第1の側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型エクステンション領域およびP型エクステンション領域を形成する工程と、
前記第1の側壁絶縁膜の上に第2の側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの側壁部を除いて、前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜を除去する工程と、
側壁部に前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜が形成された前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型ソース・ドレイン領域およびP型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記N型ソース・ドレイン領域および前記P型ソース・ドレイン領域の上に第1の金属シリサイド膜を形成する工程と、
前記第1の金属シリサイド膜形成後の前記シリコン基板の上に、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンを埋め込むようにして層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を加工して、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの表面を露出させる工程と、
前記シリコン基板の全面に第1の金属膜を形成する工程と、
熱処理によって、前記N型シリコン膜パターンの上部および前記アンドープのシリコン膜パターンの上部を、前記第1の金属膜がシリサイド化された第2の金属シリサイド膜に変える工程と、
前記PMOSFETの領域にある前記第2の金属シリサイド膜の上に第2の金属膜を形成する工程と、
熱処理によって、前記アンドープのシリコン膜、前記第2の金属シリサイド膜および前記第2の金属膜を反応させて、前記第2の金属シリサイド膜と、前記第2の金属膜がシリサイド化された第3の金属シリサイド膜とが順に積層された構造を前記ゲート絶縁膜の上に形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device including a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET,
Forming a gate insulating film including a high dielectric constant insulating film on a silicon substrate provided with an element isolation insulating film, an N-type diffusion layer region, and a P-type diffusion layer region;
Forming a silicon film on the gate insulating film;
Implanting N-type impurities into the NMOSFET region of the silicon film;
Processing the silicon film into the shape of a gate electrode to form an N-type silicon film pattern and an undoped silicon film pattern;
Removing the gate insulating film except under the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Forming a first sidewall insulating film on the entire surface of the silicon substrate after removing the gate insulating film;
Implanting impurities into the silicon substrate using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern as a mask to form an N-type extension region and a P-type extension region;
Forming a second sidewall insulating film on the first sidewall insulating film;
Removing the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film except for the sidewall portions of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Impurities are implanted into the silicon substrate using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern in which the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film are formed on the sidewall portions as masks, and an N-type source A step of forming a drain region and a P-type source / drain region;
Forming a first metal silicide film on the N-type source / drain region and the P-type source / drain region;
Forming an interlayer insulating film on the silicon substrate after the formation of the first metal silicide film so as to embed the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Processing the interlayer insulating film to expose the surfaces of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Forming a first metal film on the entire surface of the silicon substrate;
Changing the upper part of the N-type silicon film pattern and the upper part of the undoped silicon film pattern to a second metal silicide film in which the first metal film is silicided by heat treatment;
Forming a second metal film on the second metal silicide film in the region of the PMOSFET;
The undoped silicon film, the second metal silicide film, and the second metal film are reacted by heat treatment to react the second metal silicide film and the second metal film into a silicide. Forming a structure in which the metal silicide films are sequentially stacked on the gate insulating film.
NMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置の製造方法において、
素子分離絶縁膜、N型拡散層領域およびP型拡散層領域が設けられたシリコン基板の上に、高誘電率絶縁膜を含むゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上にシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜の前記NMOSFETの領域にN型不純物を注入する工程と、
前記シリコン膜をゲート電極の形状に加工して、N型シリコン膜パターンとアンドープのシリコン膜パターンとを形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの下部を除いて前記ゲート絶縁膜を除去する工程と、
前記ゲート絶縁膜除去後の前記シリコン基板の全面に第1の側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型エクステンション領域およびP型エクステンション領域を形成する工程と、
前記第1の側壁絶縁膜の上に第2の側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの側壁部を除いて、前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜を除去する工程と、
側壁部に前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜が形成された前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型ソース・ドレイン領域およびP型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記N型ソース・ドレイン領域および前記P型ソース・ドレイン領域の上に第1の金属シリサイド膜を形成する工程と、
前記第1の金属シリサイド膜形成後の前記シリコン基板の上に、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンを埋め込むようにして層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を加工して、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの表面を露出させる工程と、
前記シリコン基板の全面に第1の金属膜を形成する工程と、
熱処理によって、前記N型シリコン膜パターンの上部および前記アンドープのシリコン膜パターンの上部を、前記第1の金属膜がシリサイド化された第2の金属シリサイド膜に変える工程と、
前記PMOSFETの領域にある前記第2の金属シリサイド膜の上に前記第1の金属膜を形成する工程と、
熱処理によって、前記アンドープのシリコン膜、前記第2の金属シリサイド膜および前記第1の金属膜を反応させて、前記ゲート絶縁膜の上に前記第2の金属シリサイド膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device including a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET,
Forming a gate insulating film including a high dielectric constant insulating film on a silicon substrate provided with an element isolation insulating film, an N-type diffusion layer region, and a P-type diffusion layer region;
Forming a silicon film on the gate insulating film;
Implanting N-type impurities into the NMOSFET region of the silicon film;
Processing the silicon film into the shape of a gate electrode to form an N-type silicon film pattern and an undoped silicon film pattern;
Removing the gate insulating film except under the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Forming a first sidewall insulating film on the entire surface of the silicon substrate after removing the gate insulating film;
Implanting impurities into the silicon substrate using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern as a mask to form an N-type extension region and a P-type extension region;
Forming a second sidewall insulating film on the first sidewall insulating film;
Removing the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film except for the sidewall portions of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Impurities are implanted into the silicon substrate using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern in which the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film are formed on the sidewall portions as masks, and an N-type source A step of forming a drain region and a P-type source / drain region;
Forming a first metal silicide film on the N-type source / drain region and the P-type source / drain region;
Forming an interlayer insulating film on the silicon substrate after the formation of the first metal silicide film so as to embed the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Processing the interlayer insulating film to expose the surfaces of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Forming a first metal film on the entire surface of the silicon substrate;
Changing the upper part of the N-type silicon film pattern and the upper part of the undoped silicon film pattern to a second metal silicide film in which the first metal film is silicided by heat treatment;
Forming the first metal film on the second metal silicide film in the region of the PMOSFET;
Forming a second metal silicide film on the gate insulating film by reacting the undoped silicon film, the second metal silicide film, and the first metal film by a heat treatment. A method of manufacturing a semiconductor device.
NMOSFETとPMOSFETとで構成されるCMOSFETを備えた半導体装置の製造方法において、
素子分離絶縁膜、N型拡散層領域およびP型拡散層領域が設けられたシリコン基板の上に、高誘電率絶縁膜を含むゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上にシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜の前記NMOSFETの領域にN型不純物を注入する工程と、
前記シリコン膜をゲート電極の形状に加工して、N型シリコン膜パターンとアンドープのシリコン膜パターンとを形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの下部を除いて前記ゲート絶縁膜を除去する工程と、
前記ゲート絶縁膜除去後の前記シリコン基板の全面に第1の側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型エクステンション領域およびP型エクステンション領域を形成する工程と、
前記第1の側壁絶縁膜の上に第2の側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの側壁部を除いて、前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜を除去する工程と、
側壁部に前記第1の側壁絶縁膜および前記第2の側壁絶縁膜が形成された前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンをマスクとして前記シリコン基板に不純物を注入し、N型ソース・ドレイン領域およびP型ソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記N型ソース・ドレイン領域および前記P型ソース・ドレイン領域の上に第1の金属シリサイド膜を形成する工程と、
前記第1の金属シリサイド膜形成後の前記シリコン基板の上に、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンを埋め込むようにして層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を加工して、前記N型シリコン膜パターンおよび前記アンドープのシリコン膜パターンの表面を露出させる工程と、
前記シリコン基板の全面に第1の金属膜を形成する工程と、
熱処理によって、前記N型シリコン膜パターンの上部および前記アンドープのシリコン膜パターンの上部を、前記第1の金属膜がシリサイド化された第2の金属シリサイド膜に変える工程と、
前記PMOSFETの領域にある前記第2の金属シリサイド膜の上に第2の金属膜を形成する工程と、
熱処理によって、前記アンドープのシリコン膜、前記第2の金属シリサイド膜および前記第2の金属膜を反応させて、前記第1の金属膜と、前記第2の金属膜がシリサイド化された第3の金属シリサイド膜とが順に積層された構造を前記ゲート絶縁膜の上に形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device including a CMOSFET composed of an NMOSFET and a PMOSFET,
Forming a gate insulating film including a high dielectric constant insulating film on a silicon substrate provided with an element isolation insulating film, an N-type diffusion layer region, and a P-type diffusion layer region;
Forming a silicon film on the gate insulating film;
Implanting N-type impurities into the NMOSFET region of the silicon film;
Processing the silicon film into the shape of a gate electrode to form an N-type silicon film pattern and an undoped silicon film pattern;
Removing the gate insulating film except under the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Forming a first sidewall insulating film on the entire surface of the silicon substrate after removing the gate insulating film;
Implanting impurities into the silicon substrate using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern as a mask to form an N-type extension region and a P-type extension region;
Forming a second sidewall insulating film on the first sidewall insulating film;
Removing the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film except for the sidewall portions of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Impurities are implanted into the silicon substrate using the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern in which the first sidewall insulating film and the second sidewall insulating film are formed on the sidewall portions as masks, and an N-type source A step of forming a drain region and a P-type source / drain region;
Forming a first metal silicide film on the N-type source / drain region and the P-type source / drain region;
Forming an interlayer insulating film on the silicon substrate after the formation of the first metal silicide film so as to embed the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Processing the interlayer insulating film to expose the surfaces of the N-type silicon film pattern and the undoped silicon film pattern;
Forming a first metal film on the entire surface of the silicon substrate;
Changing the upper part of the N-type silicon film pattern and the upper part of the undoped silicon film pattern to a second metal silicide film in which the first metal film is silicided by heat treatment;
Forming a second metal film on the second metal silicide film in the region of the PMOSFET;
The undoped silicon film, the second metal silicide film, and the second metal film are reacted by heat treatment to react the first metal film and the second metal film into a silicide. And a step of forming a structure in which a metal silicide film is sequentially laminated on the gate insulating film.
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