JP2005311058A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simply improve the driving capacity of these MISFETs (metal insulator semiconductor field effect transistor) by controlling lattice strain in the channel regions of n-channel and p-channel MISFETs. <P>SOLUTION: The n-channel MISFET of an active region 3, obtained by defining a silicon substrate 1 by an element separating region 2, is provided with a structure having a first side wall spacer 7 which gives a compressive stress to an Si gate electrode 6, and which is provided itself with a tensile stress; and a first silicide layer 9 which gives a compressive stress to an n-conductive type source drain diffusion layer 8, and which is provided itself with a tensile stress. The p-channel MISFET of an active region 4 is provided with a structure having a second side wall spacer 10 which gives a tensile stress to an Si gate electrode 6, and which is provided itself with a compressive stress; and a second silicide layer 12 which gives a tensile stress to a p-conductive type source drain diffusion layer 11, and which is provided itself with a compressive stress. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に係り、詳しくは、チャネル領域への格子歪みの付与によりnチャネルおよびpチャネルの絶縁ゲート電界効果トランジスタ(MISFET)の駆動能力を向上させる半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, a semiconductor device that improves the driving capability of n-channel and p-channel insulated gate field effect transistors (MISFETs) by applying lattice strain to the channel region, and the manufacture thereof. Regarding the method.

半導体装置の動作の高速化においては、MISFETの素子構造の微細化が最も効果的な常套手段であり、現在その寸法基準は65nmから45nmへと精力的に進められている。また、特にSi基板に搭載する半導体装置においては、MISFETのチャネル領域に格子歪みを生成し電荷(電子および正孔)の実効質量を小さくしてそれらの移動度を向上させることで高速化を実現する試みも種々になされている。   In order to increase the speed of operation of a semiconductor device, miniaturization of the element structure of the MISFET is the most effective conventional means, and the dimensional standard is being energetically advanced from 65 nm to 45 nm. In particular, in semiconductor devices mounted on Si substrates, high speed is achieved by generating lattice distortion in the channel region of MISFET and reducing the effective mass of charges (electrons and holes) to improve their mobility. Various attempts have been made.

上記MISFETのチャネル領域に格子歪みを生成するいわゆる歪みSiチャネル技術には、第1の方法として、格子定数あるいは熱膨張係数の異なる2種類の材料を積層することで、Si層の広い領域に亘って格子歪みを生成しその歪んだ領域に半導体素子を作製するもの、第2の方法として、半導体装置のデバイス構造起因あるいは製造プロセス起因の応力を用いてチャネル領域に局部的な歪みを生成するものがある。   In the so-called strained Si channel technique for generating lattice strain in the channel region of the MISFET, as a first method, two kinds of materials having different lattice constants or thermal expansion coefficients are stacked, so that a wide area of the Si layer can be obtained. A method of generating a lattice distortion and producing a semiconductor element in the distorted region, and a second method of generating a local strain in a channel region using a stress caused by a device structure of a semiconductor device or a manufacturing process. There is.

例えば、第1の方法の代表的な技術では、単結晶のSiGe合金層上にSi層をエピタキシャル成長させ、このSi層にMISFETを作製する(例えば、特許文献1参照)。この場合には、Si層に伸び(引張り)歪みが生じ電子の移動度は向上するが、正孔の移動度は逆に低下する。そこで、nチャネルとpチャネルの両方のMISFET(以下、CMOSとも言う)の駆動能力を向上させるために、pチャネルMISFETを形成する領域のSiGe合金層を選択的に除去したり、pチャネルMISFETを作製する領域のSi層に選択的に縮み(圧縮)歪みを生成する材料を積層させる等の検討がなされている。   For example, in a typical technique of the first method, a Si layer is epitaxially grown on a single crystal SiGe alloy layer, and a MISFET is manufactured on the Si layer (see, for example, Patent Document 1). In this case, elongation (tensile) strain is generated in the Si layer, and the electron mobility is improved, but the hole mobility is decreased. Therefore, in order to improve the drive capability of both n-channel and p-channel MISFETs (hereinafter also referred to as CMOS), the SiGe alloy layer in the region where the p-channel MISFET is formed is selectively removed, or the p-channel MISFET is removed. Studies such as laminating a material that selectively generates shrinkage (compression) strain on the Si layer in the region to be manufactured have been made.

また、第2の方法に関する技術では、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)のような素子分離領域に充填した絶縁物からチャネル領域にかかる応力を用いることで、CMOSのオン電流を向上させている(例えば、特許文献2参照)。これについては、第2の方法に係る本発明との互いの相違点を明確にするために、図7を参照して具体的な説明を加える。図7(a)、図7(b)は、それぞれnチャネルMISFET、pチャネルMISFETの断面図である。   In the technique related to the second method, for example, stress applied to the channel region from an insulator filled in an element isolation region such as STI (Shallow Trench Isolation) is used to improve the on-current of the CMOS (for example, , See Patent Document 2). In order to clarify the difference between the second method and the present invention, a specific description will be added with reference to FIG. FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views of an n-channel MISFET and a p-channel MISFET, respectively.

図7(a)に示すように、nチャネルMISFETは、シリコン基板101にpウェル層101aが形成され、STI型の素子分離膜102で分離された活性領域に形成される。ここで、素子分離膜102は、シリコン酸化膜102aとシリコン窒化膜102bとシリコン酸化膜102cの3層構造となっている。そして、シリコン酸化膜102a、102cは、シリコン基板に対して圧縮応力を与えるが、シリコン窒化膜102bがシリコン基板に強い引張り応力を及ぼすために、全体に上記MISFETのチャネル方向およびゲート幅方向に大きな引張り歪みが発生し、nチャネルMISFETのオン電流が向上する。なお、シリコン窒化膜102bの膜厚によって引張り歪み量が変化することから、導入すべき歪み量に応じて素子分離膜102の構造、シリコン窒化膜102bの膜厚を選択する。また、図に示した紙面に水平な断面の素子分離膜102と共に、紙面に垂直な断面の素子分離膜(不図示)にもシリコン窒化膜を挿入するとよい。   As shown in FIG. 7A, the n-channel MISFET is formed in an active region in which a p-well layer 101a is formed on a silicon substrate 101 and separated by an STI type element isolation film 102. Here, the element isolation film 102 has a three-layer structure of a silicon oxide film 102a, a silicon nitride film 102b, and a silicon oxide film 102c. The silicon oxide films 102a and 102c give compressive stress to the silicon substrate. However, since the silicon nitride film 102b exerts a strong tensile stress on the silicon substrate, the silicon oxide films 102a and 102c are large in the channel direction and gate width direction of the MISFET as a whole. Tensile strain is generated, and the on-current of the n-channel MISFET is improved. Since the tensile strain amount varies depending on the film thickness of the silicon nitride film 102b, the structure of the element isolation film 102 and the film thickness of the silicon nitride film 102b are selected according to the strain amount to be introduced. In addition to the element isolation film 102 having a cross section horizontal to the paper surface shown in the drawing, a silicon nitride film may be inserted into an element isolation film (not shown) having a cross section perpendicular to the paper surface.

これに対して、図7(b)に示すように、pチャネルMISFETは、同一のシリコン基板101にnウェル層101bが形成され、STI型の素子分離膜102で分離された活性領域に形成される。そして、ここでは、素子分離膜102にはシリコン酸化膜のみが充填されている。このシリコン酸化膜はシリコン基板101に圧縮応力を与え、pチャネルMISFETのチャネル方向に大きな圧縮歪みが発生し、pチャネルMISFETのオン電流が向上する。また、図の紙面に垂直な断面の素子分離膜(不図示)に対して上述したシリコン窒化膜を挿入すると、nチャネルMISFETの場合と同様にゲート幅方向に引張り応力が生じ、pチャネルMISFETのオン電流は更に向上するようになる。   On the other hand, as shown in FIG. 7B, the p-channel MISFET is formed in an active region in which an n-well layer 101b is formed on the same silicon substrate 101 and separated by an STI type element isolation film 102. The Here, the element isolation film 102 is filled only with a silicon oxide film. This silicon oxide film applies a compressive stress to the silicon substrate 101, generates a large compressive strain in the channel direction of the p-channel MISFET, and improves the on-current of the p-channel MISFET. Further, when the above-described silicon nitride film is inserted into an element isolation film (not shown) having a cross section perpendicular to the drawing sheet, tensile stress is generated in the gate width direction as in the case of the n-channel MISFET, and the p-channel MISFET The on-current is further improved.

なお、図7において、n、pチャネルMISFETは通常の構造であり、ゲート絶縁膜103を介してそれぞれのp(n)ウェル層101a(101b)上に形成されたポリシリコンから成るゲート電極104、サイドウォールスペーサ105、ソースドレイン拡散層106、上記ゲート電極104およびソースドレイン拡散層106の表面に形成したコバルトシリサイド層107を有する構造になっている。そして、全体を被覆する層間絶縁膜108の所定の領域にコンタクトホールが形成されソースドレイン拡散層106表面のコバルトシリサイド層107に接続してコンタクトプラグ109が埋め込まれている。
特開平10−270685号公報 特開2003−179157号公報
In FIG. 7, the n and p channel MISFETs have a normal structure, and a gate electrode 104 made of polysilicon formed on each p (n) well layer 101 a (101 b) via a gate insulating film 103, The structure includes a side wall spacer 105, a source / drain diffusion layer 106, and a cobalt silicide layer 107 formed on the surfaces of the gate electrode 104 and the source / drain diffusion layer 106. Then, a contact hole is formed in a predetermined region of the interlayer insulating film 108 covering the whole, and a contact plug 109 is embedded in connection with the cobalt silicide layer 107 on the surface of the source / drain diffusion layer 106.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-270685 JP 2003-179157 A

しかしながら、上記第1の方法では、歪みSi中あるいはSiGe合金層の結晶欠陥の低減制御が難しく、半導体装置の拡散層のリーク電流が半導体素子構造の微細化と共に顕著になってくるという問題を有している。また、SiGe合金層上に成長したSiの表面平坦性が悪くしかもその向上に問題が残っており、工業的な実用化は未だ乏しい状態にある。そして、この方法は、SiGe合金の作製等も含めた製造コストが従来のシリコン基板上の半導体装置の場合よりも大幅に高くなるという問題を有する。この他に、第1の方法としては、SOI(Silicon on Insulator)構造およびその類似技術がよく知られているが、未だ充分な格子歪は得られず電荷の移動度の向上は小さい。   However, the first method has a problem that it is difficult to control the reduction of crystal defects in the strained Si or SiGe alloy layer, and the leakage current of the diffusion layer of the semiconductor device becomes conspicuous with the miniaturization of the semiconductor element structure. doing. Further, the surface flatness of Si grown on the SiGe alloy layer is poor, and there is still a problem in improving it, and industrial practical use is still in a poor state. This method has a problem that the manufacturing cost including the production of the SiGe alloy is significantly higher than that of a conventional semiconductor device on a silicon substrate. In addition, as a first method, an SOI (Silicon on Insulator) structure and similar techniques are well known, but sufficient lattice distortion is not yet obtained, and the improvement in charge mobility is small.

第2の方法は、上述したように半導体装置のデバイス構造あるいは製造プロセスで生じる局所的な応力を用いる手法である。上記応力は半導体素子構造の微細化と共に増大する。このために、この応力を高精度に制御をすることができれば、上記第2の方法は、現状の半導体装置の製造プロセスとの高い整合性を有する効果的な手段になり得る。図7に示した従来例では簡便に10%程度のオン電流の増加が得られるとしている。   The second method uses a local stress generated in the device structure or manufacturing process of the semiconductor device as described above. The stress increases with the miniaturization of the semiconductor device structure. For this reason, if the stress can be controlled with high accuracy, the second method can be an effective means having high consistency with the current manufacturing process of a semiconductor device. In the conventional example shown in FIG. 7, an on-current increase of about 10% can be easily obtained.

しかし、上記従来例は、STI型のような素子分離膜の形成において、STIのための所定の凹部領域に異種の絶縁膜、例えばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを選択的に形成しなければならないため、STI構造および素子構造の微細化に伴いその半導体装置の量産適用が困難になるという問題があった。このように、上記従来例は半導体素子の微細化に不適合な応力制御の方法となっている。   However, in the conventional example, in the formation of an element isolation film such as the STI type, different types of insulating films, for example, a silicon oxide film and a silicon nitride film, must be selectively formed in a predetermined recess region for STI. Therefore, there has been a problem that it is difficult to apply the mass production of the semiconductor device with the miniaturization of the STI structure and the element structure. Thus, the above conventional example is a stress control method that is incompatible with the miniaturization of semiconductor elements.

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、半導体素子構造の微細化に適合しており、その製造プロセスとの整合性が非常に高い方法でチャネル領域の格子歪みを制御し、nチャネルおよびpチャネルMISFETの駆動能力を向上させることができる簡便な手法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is adapted to miniaturization of a semiconductor device structure, and controls the lattice distortion of the channel region by a method having a very high consistency with the manufacturing process. It is an object of the present invention to provide a simple technique that can improve the drive capability of channel and p-channel MISFETs.

上記課題を解決するために、半導体装置にかかる第1の発明は、半導体基板上に形成されたnチャネルMISFETとpチャネルMISFETとを有する半導体装置において、前記nチャネルMISFETのゲート電極の側壁には引張り応力を有する第1のサイドウォールスペーサが形成され、前記pチャネルMISFETのゲート電極の側壁には圧縮応力を有する第2のサイドウォールスペーサが形成される構成を有している。   In order to solve the above-described problems, a first invention according to a semiconductor device includes a semiconductor device having an n-channel MISFET and a p-channel MISFET formed on a semiconductor substrate, wherein the sidewall of the gate electrode of the n-channel MISFET A first sidewall spacer having a tensile stress is formed, and a second sidewall spacer having a compressive stress is formed on the side wall of the gate electrode of the p-channel MISFET.

上記発明において、前記第1のサイドウォールスペーサはシリコン窒化膜であり、前記第2のサイドウォールスペーサはシリコン酸化膜であることが好ましい。   In the above invention, it is preferable that the first sidewall spacer is a silicon nitride film and the second sidewall spacer is a silicon oxide film.

そして、第2の発明は、半導体基板上に形成されたnチャネルMISFETとpチャネルMISFETとを有する半導体装置において、前記nチャネルMISFETのソースドレイン拡散層の表面には引張り応力を有する第1のシリサイド層が形成され、前記pチャネルMISFETのソースドレイン拡散層の表面には圧縮応力を有する第2のシリサイド層が形成される構成を有している。   According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device having an n-channel MISFET and a p-channel MISFET formed on a semiconductor substrate, a surface of the source / drain diffusion layer of the n-channel MISFET has a first silicide having a tensile stress. A layer is formed, and a second silicide layer having a compressive stress is formed on the surface of the source / drain diffusion layer of the p-channel MISFET.

上記発明において、前記第1のシリサイド層はコバルトダイシリサイドで形成され、前記第2のシリサイド層はニッケルシリサイドで形成されることが好ましい。   In the above invention, it is preferable that the first silicide layer is made of cobalt disilicide and the second silicide layer is made of nickel silicide.

また、上記発明において、前記ゲート電極のゲート長は100nm以下であることが好ましい。更に、前記nチャネルMISFETとpチャネルMISFETとを被覆するように、前記半導体基板上には引張り応力を有するシリコン窒化膜の形成されていることが好ましい。   In the above invention, the gate length of the gate electrode is preferably 100 nm or less. Further, a silicon nitride film having a tensile stress is preferably formed on the semiconductor substrate so as to cover the n-channel MISFET and the p-channel MISFET.

そして、上記半導体装置の製造方法にかかる発明は、半導体基板上にnチャネルMISFETとpチャネルMISFETとを形成する半導体装置の製造方法であって、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜を加工しゲート電極構造にする工程と、前記nチャネルMISFETの前記ゲート電極構造の側壁に引張り応力を有する第1のサイドウォールスペーサを形成し、前記pチャネルMISFETの前記ゲート電極構造の側壁に圧縮応力を有する第2のサイドウォールスペーサを形成する工程と、を有する構成となっている。   The invention according to the method for manufacturing a semiconductor device is a method for manufacturing a semiconductor device in which an n-channel MISFET and a p-channel MISFET are formed on a semiconductor substrate, wherein the polycrystalline silicon is formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film. Forming a film; processing the polycrystalline silicon film to form a gate electrode structure; forming a first sidewall spacer having a tensile stress on a sidewall of the gate electrode structure of the n-channel MISFET; forming a second sidewall spacer having compressive stress on the sidewall of the gate electrode structure of the p-channel MISFET.

また、上記半導体装置の製造方法にかかる発明は、半導体基板上にnチャネルMISFETとpチャネルMISFETとを形成する半導体装置の製造方法であって、前記nチャネルMISFETの一導電型不純物を含有するソースドレイン拡散層と前記pチャネルMISFETの逆導電型不純物を含有するソースドレイン拡散層とを順次に形成する工程と、前記両方のソースドレイン拡散層を形成した後、前記nチャネルMISFETのソースドレイン拡散層表面に引張り応力を有する第1のシリサイド層を形成し、その後に、前記pチャネルMISFETのソースドレイン拡散層表面に圧縮応力を有する第2のシリサイド層を形成する工程と、を有する構成となっている。   The invention according to the method for manufacturing a semiconductor device is a method for manufacturing a semiconductor device in which an n-channel MISFET and a p-channel MISFET are formed on a semiconductor substrate, the source including one conductivity type impurity of the n-channel MISFET. A step of sequentially forming a drain diffusion layer and a source / drain diffusion layer containing a reverse conductivity type impurity of the p-channel MISFET, and after forming both the source / drain diffusion layers, the source / drain diffusion layer of the n-channel MISFET Forming a first silicide layer having a tensile stress on the surface, and then forming a second silicide layer having a compressive stress on the surface of the source / drain diffusion layer of the p-channel MISFET. Yes.

上記発明において、前記第1のシリサイド層は、前記pチャネルMISFET上を絶縁膜で被覆し、前記nチャネルMISFETのソースドレイン拡散層表面を含む全面に第1の高融点金属膜を堆積させた後に、第1の熱処理を施すことで前記nチャネルMISFETのソースドレイン拡散層表面を前記第1の高融点金属膜でシリサイド化して形成し、前記第2のシリサイド層は、前記第1のシリサイド層および前記pチャネルMISFETのソースドレイン拡散層表面を含む全面に第2の高融点金属膜を堆積させ後に、前記第1の熱処理の温度より低い温度の第2の熱処理を施すことで前記pチャネルMISFETのソースドレイン拡散層表面を前記第2の高融点金属膜でシリサイド化して形成する。   In the above invention, the first silicide layer is formed by covering the p-channel MISFET with an insulating film and depositing the first refractory metal film on the entire surface including the surface of the source / drain diffusion layer of the n-channel MISFET. The surface of the source / drain diffusion layer of the n-channel MISFET is silicided with the first refractory metal film by performing a first heat treatment, and the second silicide layer includes the first silicide layer and the first silicide layer. A second refractory metal film is deposited on the entire surface including the surface of the source / drain diffusion layer of the p-channel MISFET, and then a second heat treatment at a temperature lower than the temperature of the first heat treatment is performed, whereby the p-channel MISFET. The surface of the source / drain diffusion layer is formed by silicidation with the second refractory metal film.

本発明の構成によれば、これまでの半導体装置の素子構造の微細化に適合しており、従来の半導体装置の製造プロセスとの整合性が非常に高い方法でもってチャネル領域の格子歪みを制御でき、nチャネルおよびpチャネルMISFETの駆動能力を簡便に向上させることができる。   According to the configuration of the present invention, the lattice distortion of the channel region is controlled by a method that is suitable for miniaturization of the element structure of the conventional semiconductor device and has a very high consistency with the manufacturing process of the conventional semiconductor device. In addition, the driving capability of the n-channel and p-channel MISFETs can be easily improved.

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の実施の形態にかかるnチャネルMISFETとpチャネルMISFETの平面図であり、図2は、図1のX−Xで切断した断面図である。そして、図3は、本実施の形態における効果を説明するためのMISFETの模式的な斜視図である。なお、図1では、本発明の構成を判り易くするために斜線を施している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of an n-channel MISFET and a p-channel MISFET according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. FIG. 3 is a schematic perspective view of the MISFET for explaining the effects in the present embodiment. In FIG. 1, hatched lines are provided to facilitate understanding of the configuration of the present invention.

本発明の半導体装置を構成するnチャネルMISFETとpチャネルMISFETについて説明する。図1,2に示すようにシリコン基板1上にpウェル層1aとnウェル層1bが形成され、その表面部にSTI型の素子分離領域2で画定した活性領域3,4が設けられる。そして、活性領域3にnチャネルMISFETが、活性領域4にpチャネルMISFETがそれぞれ形成される。   An n-channel MISFET and a p-channel MISFET constituting the semiconductor device of the present invention will be described. As shown in FIGS. 1 and 2, a p-well layer 1a and an n-well layer 1b are formed on a silicon substrate 1, and active regions 3 and 4 defined by an STI type element isolation region 2 are provided on the surface thereof. An n-channel MISFET is formed in the active region 3 and a p-channel MISFET is formed in the active region 4.

nチャネルMISFETは、図2に示すように、ゲート絶縁膜5を介してpウェル層1a上に形成されたポリシリコンから成るSiゲート電極6、Siゲート電極6に対して圧縮応力を与え自らは引張り応力を有する第1サイドウォールスペーサ7、n導電型のソースドレイン拡散層8、上記Siゲート電極6およびソースドレイン拡散層8の表面に形成し上記ソースドレイン拡散層8に対して圧縮応力を与え自らは引張り応力を有する第1シリサイド層9を有する構造になっている。   As shown in FIG. 2, the n-channel MISFET gives compressive stress to the Si gate electrode 6 made of polysilicon formed on the p-well layer 1a via the gate insulating film 5 and the Si gate electrode 6 itself. The first sidewall spacer 7 having tensile stress, the n-conducting type source / drain diffusion layer 8, the Si gate electrode 6 and the source / drain diffusion layer 8 are formed on the surface, and compressive stress is applied to the source / drain diffusion layer 8. The structure itself has a first silicide layer 9 having a tensile stress.

ここで、第1サイドウォールスペーサ7は、シラン系原料ガスとアンモニア系原料ガスを用いた化学気相成長(CVD)法で堆積させるシリコン窒化膜であり、しかも、熱CVD法あるいは触媒CVD法のようにシリコン基板上に堆積するとき、そのシリコン窒化膜に引張り応力が生じる膜である。なお、プラズマ励起のCVD(PECVD)法で堆積するシリコン窒化膜は、シリコン基板上に堆積するとき、そのシリコン窒化膜に逆に圧縮応力が生じる膜になるのでこの膜は使用しない。   Here, the first sidewall spacer 7 is a silicon nitride film deposited by a chemical vapor deposition (CVD) method using a silane-based source gas and an ammonia-based source gas. Thus, when deposited on a silicon substrate, a tensile stress is generated in the silicon nitride film. Note that a silicon nitride film deposited by plasma-excited CVD (PECVD) is a film that causes compressive stress on the silicon nitride film when it is deposited on a silicon substrate, so this film is not used.

また、第1シリサイド層9は、コバルトシリサイド、チタンシリサイドのようにシリサイド層をシリコン基板上に形成するとき、その層中に引張り応力が生じるシリサイド層である。   The first silicide layer 9 is a silicide layer in which tensile stress is generated in a silicide layer formed on a silicon substrate, such as cobalt silicide and titanium silicide.

次に、pチャネルMISFETは、図2に示すように、ゲート絶縁膜5を介してnウェル層1b上に形成されたポリシリコンから成るSiゲート電極6、Siゲート電極6に対して引張り応力を与え自らは圧縮応力を有する第2サイドウォールスペーサ10、p導電型のソースドレイン拡散層11、上記Siゲート電極6およびソースドレイン拡散層11の表面に形成し上記ソースドレイン拡散層11に対して引張り応力を与え自らは圧縮応力を有する第2シリサイド層12を有する構造になっている。   Next, as shown in FIG. 2, the p-channel MISFET applies tensile stress to the Si gate electrode 6 and Si gate electrode 6 made of polysilicon formed on the n-well layer 1 b via the gate insulating film 5. The first sidewall spacer 10 having compressive stress, the p conductivity type source / drain diffusion layer 11, the Si gate electrode 6 and the source / drain diffusion layer 11 are formed on the surface of the source / drain diffusion layer 11. It has a structure having the second silicide layer 12 which gives stress and itself has compressive stress.

ここで、第2サイドウォールスペーサ10は、シラン系原料ガスと酸素系原料ガスを用いたCVD法で堆積させるシリコン酸化膜である。このシリコン酸化膜は、シリコン基板上に堆積するとき、そのシリコン酸化膜に圧縮応力が生じる膜である。シリコン酸化膜の堆積方法は種々のものがあるが、その中でもHTO(High Temperature Oxidation)法で成膜したシリコン酸化膜が好ましい。この方法は、通常ではシランガスと亜酸化窒素ガスを用い成膜温度が700℃程度と比較的に高温な成膜であり、大きな上記圧縮応力がシリコン酸化膜に生じるようになる。なお、他の方法で成膜したシリコン酸化膜は、その後の半導体装置製造の熱プロセスで容易に緻密化し、何れも最終的には上記圧縮応力が膜中に生じるようになる。   Here, the second sidewall spacer 10 is a silicon oxide film deposited by a CVD method using a silane-based source gas and an oxygen-based source gas. This silicon oxide film is a film in which compressive stress is generated in the silicon oxide film when deposited on the silicon substrate. There are various methods for depositing a silicon oxide film. Among these, a silicon oxide film formed by an HTO (High Temperature Oxidation) method is preferable. In this method, silane gas and nitrous oxide gas are usually used, and the film formation temperature is relatively high at about 700 ° C., and a large compressive stress is generated in the silicon oxide film. A silicon oxide film formed by another method is easily densified by a subsequent thermal process for manufacturing a semiconductor device, and eventually the compressive stress is generated in the film.

そして、第2シリサイド層12は、ニッケルシリサイドのようにシリサイド層をシリコン基板上に形成するとき、その層中に圧縮応力が生じるシリサイド層である。   The second silicide layer 12 is a silicide layer in which compressive stress is generated in a silicide layer formed on a silicon substrate, such as nickel silicide.

また、図1,2に示すように、上記構造のnチャネルMISFETおよびpチャネルMISFETを被覆するキャップ膜13が形成してある。ここで、キャップ膜13は、第1サイドウォールスペーサ7と同様な材料で、例えば上述したように成膜した膜に引張り応力が生じるシリコン窒化膜が好ましい。   As shown in FIGS. 1 and 2, a cap film 13 covering the n-channel MISFET and the p-channel MISFET having the above structure is formed. Here, the cap film 13 is preferably made of the same material as that of the first sidewall spacer 7, for example, a silicon nitride film in which a tensile stress is generated in the film formed as described above.

次に、上記実施の形態のMISFET構造で生ずる作用効果について、図3を参照して説明する。図3において、図1,2と同等な部分には同一の参照番号が付してある。   Next, the function and effect produced by the MISFET structure of the above embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the same reference numerals are assigned to the same parts as in FIGS.

はじめに、上述したサイドウォールスペーサの場合について説明する。半導体装置の素子構造が微細化しその設計寸法基準が例えば65nm〜45nmとなってくると、図2からも判るように、Siゲート電極6のチャネル方向の寸法は65nm〜45nmでその高さは100nm〜150nmとなり、Siゲート電極6のパターンのアスペクト比は2〜3と非常に大きくなる。そして、図1に示しているように、その肉厚がSiゲート電極6の厚さと同程度になる第1サイドウォールスペーサ7が、nチャネルMISFETのSiゲート電極6の周縁に形成される。同様に、第2サイドウォールスペーサ10がpチャネルMISFETのSiゲート電極6の周縁に形成される。   First, the case of the sidewall spacer described above will be described. When the element structure of the semiconductor device is miniaturized and the design dimension standard is, for example, 65 nm to 45 nm, the dimension of the Si gate electrode 6 in the channel direction is 65 nm to 45 nm and the height is 100 nm as can be seen from FIG. The aspect ratio of the pattern of the Si gate electrode 6 is as very large as 2-3. Then, as shown in FIG. 1, a first sidewall spacer 7 whose thickness is approximately the same as the thickness of the Si gate electrode 6 is formed on the periphery of the Si gate electrode 6 of the n-channel MISFET. Similarly, the second sidewall spacer 10 is formed on the periphery of the Si gate electrode 6 of the p-channel MISFET.

上記の構造において、上記第1サイドウォールスペーサ7、第2サイドウォールスペーサ10による応力とそれにより生じる歪みはそれぞれ次のようになる。すなわち、nチャネルMISFETの場合では、第1サイドウォールスペーサ7は、上述したようにSiゲート電極6に大きな圧縮応力を与える。そして、更に、図3に示すように、シリコン基板のpウェル層1aの表面すなわちnチャネルMISFETのチャネル領域に対してもその上下(z)方向に圧縮応力を与えるようになり、それに伴ってz方向に圧縮歪み−εzが生じることになる。この圧縮歪み−εzは電子の実効質量を低減させる。そして、電子の移動度が数%程度増大し、nチャネルMISFETの駆動能力が向上するようになる。pチャネルMISFETの場合では、第2サイドウォールスペーサ10は、上述したようにSiゲート電極6に大きな引張り応力を与え、更に、図3に示すように、シリコン基板のnウェル層1bの表面すなわちpチャネルMISFETのチャネル領域に対してz方向に引張り応力を与えるようになり、それに伴ってz方向に引張り歪みεzが生じることになる。この引張り歪みεzは正孔の実効質量を低減させ、正孔の移動度が数%程度増大し、結果としてpチャネルMISFETの駆動能力が向上する。   In the above structure, the stress caused by the first sidewall spacer 7 and the second sidewall spacer 10 and the distortion caused thereby are as follows. That is, in the case of the n-channel MISFET, the first sidewall spacer 7 gives a large compressive stress to the Si gate electrode 6 as described above. Further, as shown in FIG. 3, a compressive stress is also applied in the vertical (z) direction to the surface of the p-well layer 1a of the silicon substrate, that is, the channel region of the n-channel MISFET. A compressive strain −εz is generated in the direction. This compressive strain -εz reduces the effective mass of electrons. Then, the mobility of electrons increases by several percent, and the driving capability of the n-channel MISFET is improved. In the case of the p-channel MISFET, the second sidewall spacer 10 applies a large tensile stress to the Si gate electrode 6 as described above, and further, as shown in FIG. 3, the surface of the n-well layer 1b of the silicon substrate, that is, p A tensile stress is applied in the z direction to the channel region of the channel MISFET, and accordingly, a tensile strain εz is generated in the z direction. This tensile strain εz reduces the effective mass of holes and increases the mobility of holes by several percent, resulting in an improvement in the driving capability of the p-channel MISFET.

上述したサイドウォールスペーサ構造からの応力起因によるチャネル領域での歪みεzは、素子構造が微細化しSiゲート電極6パターンのアスペクト比が上述したように2〜3と大きくなると共に増大し、本発明の実施の形態のMISFETの駆動能力の向上は更に顕著になる。なお、このようにアスペクト比が増大すると、後述するが、Siゲート電極6表面の第1、第2シリサイド層9,12に起因する応力はほとんど無視できるようになる。   The strain εz in the channel region due to the stress from the sidewall spacer structure described above increases as the device structure becomes finer and the aspect ratio of the Si gate electrode 6 pattern increases to 2 to 3 as described above. The improvement in the driving capability of the MISFET of the embodiment becomes even more remarkable. When the aspect ratio increases in this way, as will be described later, the stress caused by the first and second silicide layers 9 and 12 on the surface of the Si gate electrode 6 can be almost ignored.

このようにして、本実施の形態のサイドウォールスペーサ構造を備えた、微細なnチャネル、pチャネルMISFETを含んで構成された半導体装置においては、共にその駆動能力が向上するようになり、半導体装置の高速化あるいは高性能化が簡便な手法で達成される。   In this way, in the semiconductor device including the fine n-channel and p-channel MISFETs having the sidewall spacer structure of the present embodiment, the drive capability is improved, and the semiconductor device Can be achieved by a simple method.

次に、上述したシリサイド層について説明する。半導体装置の素子構造が微細化してくると、図1からも判るように、Siゲート電極6のチャネル方向の寸法に対してソースドレイン拡散層8,11の占める相対的な面積は増大し、それと共にその表面に形成される第1シリサイド層9、第2シリサイド層12の占める面積も相対的に増大してくる。   Next, the above-described silicide layer will be described. As the element structure of the semiconductor device is miniaturized, as can be seen from FIG. 1, the relative area occupied by the source / drain diffusion layers 8 and 11 with respect to the dimension of the Si gate electrode 6 in the channel direction increases. At the same time, the area occupied by the first silicide layer 9 and the second silicide layer 12 formed on the surface is relatively increased.

上記の構造において、上記第1シリサイド層9、第2シリサイド層11による応力とそれにより生じる歪みはそれぞれ次のようになる。すなわち、nチャネルMISFETの場合では、ソース側とドレイン側に形成される2箇所の第1シリサイド層9はチャネル領域を挟み、ソースドレイン拡散層8に大きな圧縮応力を与える。そして、この圧縮応力は、図3に示すように、シリコン基板のpウェル層1aの表面すなわちnチャネルMISFETのチャネル領域に対してチャネル方向(x方向)に引張り歪みεxを生じさせる。この引張り歪みεxは電子の実効質量を低減させる。そして、この場合、電子の移動度が10%程度増大し、nチャネルMISFETの駆動能力が向上することになる。一方、pチャネルMISFETの場合では、第2シリサイド層12は、同様にそのチャネル領域を挟み、ソースドレイン拡散層11に引張り応力を与える。そして、この引張り応力は、図3に示すように、シリコン基板のnウェル層1bの表面すなわちpチャネルMISFETのチャネル領域に対してチャネル方向(x方向)に圧縮歪み−εxを生じさせる。この圧縮歪み−εxは正孔の実効質量を低減させる。そして、この場合も正孔の移動度が増大し、pチャネルMISFETの駆動能力が向上する。   In the above structure, the stress caused by the first silicide layer 9 and the second silicide layer 11 and the distortion caused thereby are as follows. That is, in the case of the n-channel MISFET, the two first silicide layers 9 formed on the source side and the drain side sandwich the channel region and give a large compressive stress to the source / drain diffusion layer 8. As shown in FIG. 3, this compressive stress generates a tensile strain εx in the channel direction (x direction) with respect to the surface of the p-well layer 1a of the silicon substrate, that is, the channel region of the n-channel MISFET. This tensile strain εx reduces the effective mass of electrons. In this case, the electron mobility is increased by about 10%, and the driving capability of the n-channel MISFET is improved. On the other hand, in the case of a p-channel MISFET, the second silicide layer 12 similarly applies a tensile stress to the source / drain diffusion layer 11 with the channel region interposed therebetween. Then, as shown in FIG. 3, this tensile stress generates a compressive strain −εx in the channel direction (x direction) with respect to the surface of the n-well layer 1b of the silicon substrate, that is, the channel region of the p-channel MISFET. This compressive strain -εx reduces the effective mass of holes. Also in this case, the hole mobility is increased, and the driving capability of the p-channel MISFET is improved.

このようにして、本実施の形態のシリサイド層構造を備えた、微細なnチャネル、pチャネルMISFETを含んで構成された半導体装置においては、共にその駆動能力が向上するようになり、半導体装置の高速化あるいは高性能化が簡便な手法で達成される。   As described above, in the semiconductor device including the fine n-channel and p-channel MISFET having the silicide layer structure according to the present embodiment, the drive capability thereof is improved. High speed or high performance can be achieved by a simple method.

次に、本発明の半導体装置の製造方法について、図4〜6を参照して説明する。図4乃至6は、半導体装置の製造方法を示すnチャネル、pチャネルMISFETの工程別素子断面図である。ここで、図1,2と同じものは同一符号で示す。   Next, the manufacturing method of the semiconductor device of this invention is demonstrated with reference to FIGS. 4 to 6 are cross-sectional element sectional views of n-channel and p-channel MISFETs showing a method of manufacturing a semiconductor device. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

例えば、p導電型のシリコン基板1表面にSTI型の素子分離領域2を周知の方法で形成する。そして、周知のイオン注入と熱処理とを施し、nチャネルMISFETを形成する領域になるpウェル層1aと、pチャネルMISFETを形成する領域になるnウェル層1bを形成した後、二酸化シリコン換算膜厚が2nm程度の酸窒化膜あるいはハフニウムシリケート膜等でゲート絶縁膜5を形成し、ポリシリコン膜の成膜とフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いた微細加工とにより、幅寸法が65nm程度、その高さが150nm程度になるSiゲート電極6を形成する(図4(a))。   For example, the STI type element isolation region 2 is formed on the surface of the p-conductivity type silicon substrate 1 by a known method. Then, well-known ion implantation and heat treatment are performed to form a p-well layer 1a that becomes a region for forming an n-channel MISFET and an n-well layer 1b that becomes a region for forming a p-channel MISFET. The gate insulating film 5 is formed of an oxynitride film or hafnium silicate film having a thickness of about 2 nm, and the width dimension is about 65 nm by forming a polysilicon film and performing fine processing using a photolithography technique and a dry etching technique. A Si gate electrode 6 having a height of about 150 nm is formed (FIG. 4A).

次に、イオン注入でpウェル層1aの表面およびSiゲート電極6にヒ素等のn導電型不純物を導入し、pウェル層1a表面にエクステーション層8aを形成する。同様に、別のイオン注入と熱処理とでnウェル層1bの表面およびSiゲート電極6にボロン等のp導電型不純物を導入し、nウェル層1b表面にエクステーション層11aを形成する(図4(b))。   Next, an n-conductivity type impurity such as arsenic is introduced into the surface of the p-well layer 1a and the Si gate electrode 6 by ion implantation, thereby forming an extreme layer 8a on the surface of the p-well layer 1a. Similarly, p-conductivity type impurities such as boron are introduced into the surface of the n-well layer 1b and the Si gate electrode 6 by another ion implantation and heat treatment, thereby forming an extreme layer 11a on the surface of the n-well layer 1b (FIG. 4). (B)).

次に、全面にHTO法で膜厚が80nm程度のシリコン酸化膜を堆積し、異方性ドライエッチングによるエッチバックを施し、Siゲート電極6の側壁に第2サイドウォールスペーサ10を形成する。ここで、第2サイドウォールスペーサ10の厚さは60nm〜70nmである(図4(c))。   Next, a silicon oxide film having a thickness of about 80 nm is deposited on the entire surface by the HTO method and etched back by anisotropic dry etching to form a second sidewall spacer 10 on the sidewall of the Si gate electrode 6. Here, the thickness of the second sidewall spacer 10 is 60 nm to 70 nm (FIG. 4C).

引続いて、公知のフォトリソグラフィ技術で形成したレジストマスクをエッチングマスクにして、nチャネルMISFETのSiゲート電極6の側壁の第2サイドウォールスペーサ10を弗酸系の化学薬液で選択的に除去する。このようにして、pチャネルMISFETのSiゲート電極6の側壁のみに第2サイドウォールスペーサ10を形成する(図5(a))。   Subsequently, the second side wall spacer 10 on the side wall of the Si gate electrode 6 of the n-channel MISFET is selectively removed with a hydrofluoric acid chemical solution using a resist mask formed by a known photolithography technique as an etching mask. . In this way, the second sidewall spacer 10 is formed only on the sidewall of the Si gate electrode 6 of the p-channel MISFET (FIG. 5A).

次に、全面に上述したような公知の熱CVD法あるいは触媒CVD法により膜厚が70nm程度のシリコン窒化膜を堆積し、その後、異方性ドライエッチングによるエッチバックを施し、nチャネルMISFETのSiゲート電極6の側壁に第1サイドウォールスペーサ7を形成する。ここで、第1サイドウォールスペーサ7の厚さは60nm程度である(図5(b))。なお、この場合のエッチバックは、pチャネルMISFETの第2サイドウォールスペーサ10表面に堆積した上記シリコン窒化膜を全て除去する。   Next, a silicon nitride film having a film thickness of about 70 nm is deposited on the entire surface by the known thermal CVD method or catalytic CVD method as described above, and then etched back by anisotropic dry etching, so that Si of n channel MISFET is formed. A first sidewall spacer 7 is formed on the side wall of the gate electrode 6. Here, the thickness of the first sidewall spacer 7 is about 60 nm (FIG. 5B). In this case, the etch back removes all the silicon nitride film deposited on the surface of the second sidewall spacer 10 of the p-channel MISFET.

このようにした後、周知のイオン注入と熱処理とを施し、上記Siゲート電極6および第1サイドウォールスペーサ7、第2サイドウォールスペーサ10に対して自己整合になる、ソースドレイン拡散層8,11を形成する(図5(c))。上記イオン注入では、pウェル層1a表面、nウェル層1b表面と共に、Siゲート電極6にもn導電型あるいはp導電型の不純物を導入する。ここで、上記熱処理ではいわゆる急速熱処理による1000℃、10秒程度の急速熱アニール(RTA)がなされる。この熱処理により、イオン注入で導入した不純物の活性化と共に、第1サイドウォールスペーサ7および第2サイドウォールスペーサ10の緻密化を行う。   After doing so, well-known ion implantation and heat treatment are performed, and the source / drain diffusion layers 8 and 11 that are self-aligned with the Si gate electrode 6, the first sidewall spacer 7, and the second sidewall spacer 10. Is formed (FIG. 5C). In the ion implantation, impurities of n conductivity type or p conductivity type are introduced into the Si gate electrode 6 together with the surface of the p well layer 1a and the surface of the n well layer 1b. Here, in the heat treatment, rapid thermal annealing (RTA) is performed at 1000 ° C. for about 10 seconds by so-called rapid heat treatment. By this heat treatment, the impurities introduced by ion implantation are activated and the first sidewall spacer 7 and the second sidewall spacer 10 are densified.

次に、膜厚が10nm程度のシリコン酸化膜の全面堆積と周知のレジストマスクをエッチングマスクにしたウェットエッチングで、pチャネルMISFETの領域を保護する酸化膜マスク14を形成する。この酸化膜マスク14は、Siゲート電極6、ソースドレイン拡散層11および第2サイドウォールスペーサ10を完全に被覆する(図6(a))。   Next, an oxide film mask 14 for protecting the p-channel MISFET region is formed by depositing the entire surface of a silicon oxide film having a thickness of about 10 nm and wet etching using a known resist mask as an etching mask. This oxide film mask 14 completely covers the Si gate electrode 6, the source / drain diffusion layer 11, and the second sidewall spacer 10 (FIG. 6A).

このようにした後、いわゆるサリサイド技術により、nチャネルMISFETのSiゲート電極6表面、ソースドレイン拡散層8表面にコバルトシリサイドで第1シリサイド層9を形成する。このサリサイド技術では、はじめに全面にスパッタ法で膜厚が10nm程度のコバルトを成膜し、500℃、30秒程度のRTAを施す。そして、未反応のコバルトを塩酸系の化学薬液で除去した後、再度RTAで800℃、30秒程度の熱処理を施し、低抵抗のコバルトダイシリサイド(CoSi)を形成する(図6(b))。 After this, a first silicide layer 9 is formed of cobalt silicide on the surface of the Si gate electrode 6 and the source / drain diffusion layer 8 of the n-channel MISFET by a so-called salicide technique. In this salicide technique, cobalt having a film thickness of about 10 nm is first formed on the entire surface by sputtering, and RTA is performed at 500 ° C. for about 30 seconds. Then, after removing unreacted cobalt with a hydrochloric acid chemical solution, heat treatment is again performed by RTA at 800 ° C. for about 30 seconds to form low-resistance cobalt disilicide (CoSi 2 ) (FIG. 6B). ).

次に、pチャネルMISFET上を被覆する酸化膜マスク14をドライエッチング等で除去する。そして、今度は、pチャネルMISFETの領域に選択的にニッケルシリサイドの第2シリサイド層12を形成する。この場合のサリサイド技術では、はじめに全面にスパッタ法で膜厚が15nm程度のニッケル膜を成膜し、450℃、30秒程度のRTAを施す。そして、未反応のニッケルを塩酸系の化学薬液で除去する。このようにして、pチャネルMISFETのSiゲート電極6表面、ソースドレイン拡散層11表面にニッケルシリサイドから成る第2シリサイド層12を形成する(図6(c))。このニッケルシリサイドの形成では、熱処理が500℃以下になるために、上記ニッケルは、コバルトシリサイドのような第1シリサイド層9とは熱反応せず、第1シリサイド層9表面にニッケルシリサイド層が形成されることはない。   Next, the oxide film mask 14 covering the p-channel MISFET is removed by dry etching or the like. Next, the second silicide layer 12 of nickel silicide is selectively formed in the p channel MISFET region. In the salicide technique in this case, first, a nickel film having a film thickness of about 15 nm is formed on the entire surface by sputtering, and RTA is performed at 450 ° C. for about 30 seconds. Then, unreacted nickel is removed with a hydrochloric acid chemical solution. In this way, the second silicide layer 12 made of nickel silicide is formed on the surface of the Si gate electrode 6 and the surface of the source / drain diffusion layer 11 of the p-channel MISFET (FIG. 6C). In the formation of nickel silicide, since the heat treatment is 500 ° C. or less, the nickel does not thermally react with the first silicide layer 9 such as cobalt silicide, and a nickel silicide layer is formed on the surface of the first silicide layer 9. It will never be done.

そして、全面に公知の熱CVD法あるいは触媒CVD法により膜厚が100nm程度のシリコン窒化膜を堆積してキャップ膜13を形成し、図2で示した素子断面図の素子構造になる。以後は、図示しないが、従来の技術で説明したように全面に層間絶縁膜を形成し、半導体装置の配線構造を形成していくことになる。ここで、このような層間絶縁膜の成膜、配線構造の形成等、上記以後の半導体装置製造の熱プロセス温度は全て450℃以下である。   Then, a silicon nitride film having a film thickness of about 100 nm is deposited on the entire surface by a known thermal CVD method or catalytic CVD method to form a cap film 13, and the element structure shown in the element cross-sectional view shown in FIG. 2 is obtained. Thereafter, although not shown, an interlayer insulating film is formed on the entire surface as described in the prior art to form a wiring structure of a semiconductor device. Here, the thermal process temperatures of the subsequent semiconductor device manufacturing, such as the formation of the interlayer insulating film and the formation of the wiring structure, are all 450 ° C. or lower.

上記半導体装置の製造方法により、nチャネルMISFETのSiゲート電極6とそのチャネル領域のz方向に対して局所的に強い圧縮応力を及ぼす第1サイドウォールスペーサ7が簡便に形成される。また、pチャネルMISFETのSiゲート電極6とそのチャネル領域のz方向に対しては局所的な強い引張り応力を及ぼす第2サイドウォールスペーサ10が簡便に形成される。このように、半導体装置の素子構造の微細化において、従来の半導体装置の製造プロセスをそのまま使用し、従来の技術に対して高い整合性を有する製造方法でもって、上述したnチャネルMISFETとpチャネルMISFETの駆動能力を簡便に向上させることが可能になる。上記の実施の形態ではSiゲート電極6の幅寸法は65nm程度、その高さは150nm程度であったが、サイドウォールスペーサからの応力を利用しMISFETの駆動能力の向上は、Siゲート電極6の幅寸法(ゲート長)が100nm以下になると生じることを確認している。なお、Siゲート電極以外にポリシリコンと異なる材料で形成したゲート電極の場合でも、上述したような応力を生成させれば同様の効果が生じる。   By the semiconductor device manufacturing method, the n-channel MISFET Si gate electrode 6 and the first sidewall spacer 7 that exerts a strong compressive stress locally in the z direction of the channel region are simply formed. Further, the second side wall spacer 10 that exerts a strong local tensile stress on the Si gate electrode 6 of the p channel MISFET and the z direction of the channel region is simply formed. As described above, in the miniaturization of the element structure of the semiconductor device, the above-described n-channel MISFET and p-channel are used by a manufacturing method that uses a conventional semiconductor device manufacturing process as it is and has high consistency with the conventional technology. It becomes possible to easily improve the driving capability of the MISFET. In the above embodiment, the Si gate electrode 6 has a width dimension of about 65 nm and a height of about 150 nm. However, the improvement of the driving capability of the MISFET by using the stress from the side wall spacers It has been confirmed that this occurs when the width dimension (gate length) is 100 nm or less. Even in the case of a gate electrode formed of a material different from polysilicon other than the Si gate electrode, the same effect can be obtained by generating the stress as described above.

また、上記半導体装置の製造方法により、nチャネルMISFETのチャネル領域のx方向に対して局所的に強い引張り応力を及ぼす第1シリサイド層9がソースドレイン拡散層8表面に形成され、pチャネルMISFETのチャネル領域のx方向に対して局所的に強い圧縮応力を及ぼす第2シリサイド層12がソースドレイン拡散層11表面に簡便に形成される。このように、この場合も、従来の半導体装置の製造プロセスをそのまま使用しており、従来の技術に対して高い整合性を有する製造方法でもって、上述したnチャネルMISFETとpチャネルMISFETの駆動能力を簡便に向上させることが可能になる。   In addition, the first silicide layer 9 that exerts a strong tensile stress locally on the x direction of the channel region of the n-channel MISFET is formed on the surface of the source / drain diffusion layer 8 by the method for manufacturing the semiconductor device. A second silicide layer 12 that exerts a strong compressive stress locally in the x direction of the channel region is simply formed on the surface of the source / drain diffusion layer 11. Thus, in this case as well, the conventional semiconductor device manufacturing process is used as it is, and the above-described driving capability of the n-channel MISFET and the p-channel MISFET is achieved by a manufacturing method having high consistency with the conventional technology. Can be easily improved.

上記第1シリサイド層9には、低抵抗である相構造のチタンダイシリサイド(TiSi)、あるいは、モリブデンシリサイド、タングステンシリサイドのような多種類の高融点金属のシリサイドを用いることができる。また、第2シリサイド層12にはニッケルシリサイド層が好適であるが、その及ぼす応力の絶対値は第1シリサイド層9のそれより小さくなるために、第1シリサイド層より厚くする必要がある。しかし、シリサイド層が厚すぎるとpチャネルMISFETのソースドレイン拡散層11の接合特性が劣化することから、適当な膜厚が存在する。また、第1シリサイド層9の場合も同様であり、その適度な膜厚が存在する。上記のサリサイド技術では、Siゲート電極6の表面にもシリサイド層が形成される。このシリサイド層の膜厚は、上述しているようにSiゲート電極6の1/5以下であり、上述したサイドウォールスペーサ7又は10による応力印加においてその影響は無視できる程度である。 For the first silicide layer 9, titanium disilicide (TiSi 2 ) having a phase structure with low resistance, or various types of refractory metal silicides such as molybdenum silicide and tungsten silicide can be used. The second silicide layer 12 is preferably a nickel silicide layer. However, since the absolute value of the stress exerted by the nickel silicide layer is smaller than that of the first silicide layer 9, it is necessary to make it thicker than the first silicide layer. However, if the silicide layer is too thick, the junction characteristics of the source / drain diffusion layer 11 of the p-channel MISFET deteriorate, so that an appropriate film thickness exists. The same applies to the first silicide layer 9, and an appropriate film thickness exists. In the salicide technique described above, a silicide layer is also formed on the surface of the Si gate electrode 6. The thickness of the silicide layer is 1/5 or less of the Si gate electrode 6 as described above, and its influence is negligible when stress is applied by the sidewall spacer 7 or 10 described above.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を限定するものでない。当業者においては、本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment mentioned above does not limit this invention. Those skilled in the art can make various modifications and changes without departing from the technical idea and the technical scope of the present invention.

例えば、上述した第1サイドウォールスペーサ7に高い多孔性を有するシリコン酸化膜を用いてもよい。何れにしろ、ゲート電極に圧縮応力を生じさせる材料膜(絶縁体、半導体、導電体を問わない)、あるいは、これらの積層膜であればよい。同様に、第2サイドウォールスペーサ10にPECVDで成膜したシリコン窒化膜を用いてもよく、この場合も、ゲート電極に引張り応力を生じさせる材料膜(絶縁体、半導体、導電体を問わない)、あるいは、これらの積層膜であればよい。   For example, a silicon oxide film having high porosity may be used for the first sidewall spacer 7 described above. In any case, any material film (whether an insulator, a semiconductor, or a conductor) that causes compressive stress in the gate electrode, or a laminated film thereof may be used. Similarly, a silicon nitride film formed by PECVD may be used for the second sidewall spacer 10, and in this case as well, a material film that generates tensile stress on the gate electrode (regardless of an insulator, a semiconductor, or a conductor) Alternatively, any laminated film of these may be used.

また、上記半導体装置において、nチャネルMISFETとpチャネルMISFETとの間において、そのサイドウォールスペーサのみが上述した互いに異なる材料で形成される構造になるようにし、ソースドレイン拡散層8,11上のシリサイド層は同じ材料で構成してもよい。逆に、nチャネルMISFETとpチャネルMISFETとの間において、ソースドレイン拡散層のシリサイド層のみが上述した互いに異なる材料で形成される構造にし、サイドウォールスペーサは同じ材料で構成してもよい。   Further, in the semiconductor device, between the n-channel MISFET and the p-channel MISFET, only the sidewall spacer is formed of the above-described different materials, and the silicide on the source / drain diffusion layers 8 and 11 is formed. The layers may be composed of the same material. Conversely, between the n-channel MISFET and the p-channel MISFET, only the silicide layer of the source / drain diffusion layer may be formed of a different material as described above, and the sidewall spacers may be formed of the same material.

更には、本発明は、シリコン基板上に半導体装置を形成する場合の他に、GaAs基板、GaN基板のような化合物半導体基板上に半導体装置を形成する場合にも同様に適用できる。   Furthermore, the present invention can be similarly applied not only when a semiconductor device is formed on a silicon substrate but also when a semiconductor device is formed on a compound semiconductor substrate such as a GaAs substrate or a GaN substrate.

本発明の実施の形態にかかるMISFET構造を示す平面図である。It is a top view which shows the MISFET structure concerning embodiment of this invention. 同MISFET構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the same MISFET structure. 本発明の作用効果を説明するためのMISFETの斜視図である。It is a perspective view of MISFET for demonstrating the effect of this invention. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程別素子断面図である。It is element sectional drawing according to process which shows the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 図4に示す工程の続きの工程別素子断面図である。FIG. 5 is an element sectional view by process following the process illustrated in FIG. 4. 図5に示す工程の続きの工程別素子断面図である。FIG. 6 is an element sectional view by process following the process illustrated in FIG. 5. 従来の技術にかかる半導体装置のデバイス構造起因の応力付与を示す素子断面図である。It is element sectional drawing which shows the stress provision resulting from the device structure of the semiconductor device concerning a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
1a pウェル層
1b nウェル層
2 素子分離領域
3,4 活性領域
5 ゲート絶縁膜
6 Siゲート電極
7 第1サイドウォールスペーサ
8,11 ソースドレイン拡散層
8a,11a エクステーション層
9 第1シリサイド層
10 第2サイドウォールスペーサ
12 第2シリサイド層
13 キャップ膜
14 酸化マスク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 1a p well layer 1b n well layer 2 element isolation region 3, 4 active region 5 gate insulating film 6 Si gate electrode 7 first sidewall spacer 8, 11 source / drain diffusion layer 8a, 11a extension layer 9 first Silicide layer 10 Second sidewall spacer 12 Second silicide layer 13 Cap film 14 Oxide mask

Claims (10)

半導体基板上に形成されたnチャネルMISFETとpチャネルMISFETとを有する半導体装置において、前記nチャネルMISFETのゲート電極の側壁には引張り応力を有する第1のサイドウォールスペーサが形成され、前記pチャネルMISFETのゲート電極の側壁には圧縮応力を有する第2のサイドウォールスペーサが形成されていることを特徴とする半導体装置。   In a semiconductor device having an n-channel MISFET and a p-channel MISFET formed on a semiconductor substrate, a first sidewall spacer having a tensile stress is formed on a sidewall of a gate electrode of the n-channel MISFET, and the p-channel MISFET A semiconductor device, wherein a second sidewall spacer having a compressive stress is formed on a sidewall of the gate electrode. 前記第1のサイドウォールスペーサはシリコン窒化膜であり、前記第2のサイドウォールスペーサはシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first sidewall spacer is a silicon nitride film, and the second sidewall spacer is a silicon oxide film. 半導体基板上に形成されたnチャネルMISFETとpチャネルMISFETとを有する半導体装置において、前記nチャネルMISFETのソースドレイン拡散層の表面には引張り応力を有する第1のシリサイド層が形成され、前記pチャネルMISFETのソースドレイン拡散層の表面には圧縮応力を有する第2のシリサイド層が形成されていることを特徴とする半導体装置。   In a semiconductor device having an n-channel MISFET and a p-channel MISFET formed on a semiconductor substrate, a first silicide layer having a tensile stress is formed on the surface of the source / drain diffusion layer of the n-channel MISFET, and the p-channel A semiconductor device, wherein a second silicide layer having a compressive stress is formed on a surface of a source / drain diffusion layer of a MISFET. 半導体基板上に形成されたnチャネルMISFETとpチャネルMISFETとを有する半導体装置において、前記nチャネルMISFETのソースドレイン拡散層の表面には引張り応力を有する第1のシリサイド層が形成され、前記pチャネルMISFETのソースドレイン拡散層の表面には圧縮応力を有する第2のシリサイド層が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。   In a semiconductor device having an n-channel MISFET and a p-channel MISFET formed on a semiconductor substrate, a first silicide layer having a tensile stress is formed on the surface of the source / drain diffusion layer of the n-channel MISFET, and the p-channel 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a second silicide layer having a compressive stress is formed on a surface of the source / drain diffusion layer of the MISFET. 前記第1のシリサイド層はコバルトダイシリサイドで形成され、前記第2のシリサイド層はニッケルシリサイドで形成されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 3, wherein the first silicide layer is formed of cobalt disilicide, and the second silicide layer is formed of nickel silicide. 前記ゲート電極のゲート長が100nm以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a gate length of the gate electrode is 100 nm or less. 前記nチャネルMISFETとpチャネルMISFETとを被覆するように、前記半導体基板上には引張り応力を有するシリコン窒化膜が形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。   7. The silicon nitride film having a tensile stress is formed on the semiconductor substrate so as to cover the n-channel MISFET and the p-channel MISFET. 8. Semiconductor device. 半導体基板上にnチャネルMISFETとpチャネルMISFETとを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して多結晶シリコン膜を形成する工程と、
前記多結晶シリコン膜を加工しゲート電極構造にする工程と、
前記nチャネルMISFETの前記ゲート電極構造の側壁に引張り応力を有する第1のサイドウォールスペーサを形成し、前記pチャネルMISFETの前記ゲート電極構造の側壁に圧縮応力を有する第2のサイドウォールスペーサを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device in which an n-channel MISFET and a p-channel MISFET are formed on a semiconductor substrate,
Forming a polycrystalline silicon film on the semiconductor substrate via a gate insulating film;
Processing the polycrystalline silicon film to form a gate electrode structure;
A first sidewall spacer having a tensile stress is formed on the sidewall of the gate electrode structure of the n-channel MISFET, and a second sidewall spacer having a compressive stress is formed on the sidewall of the gate electrode structure of the p-channel MISFET. And the process of
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
半導体基板上にnチャネルMISFETとpチャネルMISFETとを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記nチャネルMISFETの一導電型不純物を含有するソースドレイン拡散層と前記pチャネルMISFETの逆導電型不純物を含有するソースドレイン拡散層とを順次に形成する工程と、
前記両方のソースドレイン拡散層を形成した後、前記nチャネルMISFETのソースドレイン拡散層表面に引張り応力を有する第1のシリサイド層を形成し、その後に、前記pチャネルMISFETのソースドレイン拡散層表面に圧縮応力を有する第2のシリサイド層を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device in which an n-channel MISFET and a p-channel MISFET are formed on a semiconductor substrate,
Sequentially forming a source / drain diffusion layer containing one conductivity type impurity of the n-channel MISFET and a source / drain diffusion layer containing a reverse conductivity type impurity of the p-channel MISFET;
After forming both the source / drain diffusion layers, a first silicide layer having a tensile stress is formed on the surface of the source / drain diffusion layer of the n-channel MISFET, and then on the surface of the source / drain diffusion layer of the p-channel MISFET. Forming a second silicide layer having compressive stress;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記第1のシリサイド層は、前記pチャネルMISFET上を絶縁膜で被覆し、前記nチャネルMISFETのソースドレイン拡散層表面を含む全面に第1の高融点金属膜を堆積させた後に、第1の熱処理を施すことで前記nチャネルMISFETのソースドレイン拡散層表面を前記第1の高融点金属膜でシリサイド化して形成し、前記第2のシリサイド層は、前記第1のシリサイド層および前記pチャネルMISFETのソースドレイン拡散層表面を含む全面に第2の高融点金属膜を堆積させ後に、前記第1の熱処理の温度より低い温度の第2の熱処理を施すことで前記pチャネルMISFETのソースドレイン拡散層表面を前記第2の高融点金属膜でシリサイド化して形成することを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。

The first silicide layer is formed by covering the p-channel MISFET with an insulating film and depositing a first refractory metal film on the entire surface including the surface of the source / drain diffusion layer of the n-channel MISFET. The surface of the source / drain diffusion layer of the n-channel MISFET is silicided with the first refractory metal film by performing heat treatment, and the second silicide layer includes the first silicide layer and the p-channel MISFET. The second refractory metal film is deposited on the entire surface including the surface of the source / drain diffusion layer, and then a second heat treatment at a temperature lower than the temperature of the first heat treatment is performed, whereby the source / drain diffusion layer of the p-channel MISFET 10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the surface is formed by silicidation with the second refractory metal film.

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