JP2006059980A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 相補型半導体装置の電流駆動能力を向上させる。
【解決手段】 シリコン基板11に素子分離12を形成し、p型ウェル13とn型ウェル14を形成する。NMIS領域及びPMIS領域のシリコン基板11上にゲート絶縁膜15を介してゲート電極16を形成する。n型及びp型エクステンション領域17,18を形成した後、ゲート電極16側壁にサイドウォール19を形成し、n型及びp型ソース/ドレイン領域21,22を形成する。酸化防止膜23上にシリコン膜24を形成し、該シリコン膜24を熱酸化により体積膨張させてシリコン酸化膜25を形成する。シリコン酸化膜25をパターニングして、NMIS領域のゲート電極16上及びPMIS領域のp型ソース/ドレイン領域22上に圧縮応力誘起膜25a,25bを形成する。
【選択図】 図3
【解決手段】 シリコン基板11に素子分離12を形成し、p型ウェル13とn型ウェル14を形成する。NMIS領域及びPMIS領域のシリコン基板11上にゲート絶縁膜15を介してゲート電極16を形成する。n型及びp型エクステンション領域17,18を形成した後、ゲート電極16側壁にサイドウォール19を形成し、n型及びp型ソース/ドレイン領域21,22を形成する。酸化防止膜23上にシリコン膜24を形成し、該シリコン膜24を熱酸化により体積膨張させてシリコン酸化膜25を形成する。シリコン酸化膜25をパターニングして、NMIS領域のゲート電極16上及びPMIS領域のp型ソース/ドレイン領域22上に圧縮応力誘起膜25a,25bを形成する。
【選択図】 図3
Description
本発明は、相補型半導体装置及びその製造方法に係り、特に電流駆動能力の向上に関する。
近年、MISFET(metal insulator semiconductor field effect transistor)等の半導体装置の高速化・高性能化を実現するため、半導体装置の微細化が進んでいる。この半導体装置の微細化に伴い、エクステンション領域がより浅く形成されるようになり、チャネル部の不純物濃度が高くなっている。これにより、エクステンション領域のシート抵抗が増大し、さらにチャネル部のキャリア移動度が不純物散乱により低下してしまう。すなわち、半導体装置が微細化されると、電流駆動能力が低下してしまうという問題があった。
従来、CMOSFETのnFETの電流駆動能力を改善する手法が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。
また、nFETとpFETの上面に、異なる応力を有するSiN膜を応力制御膜として形成する手法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
また、nFETとpFETの上面に、異なる応力を有するSiN膜を応力制御膜として形成する手法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
K.Ota、外7名,"Novel Locally Strained Channel Technique for High Performance 55nm CMOS",IEDM Tech. Dig. 2002,p.27-30
特開2003−86708号公報(図1)
しかしながら、上記非特許文献1の手法では、N型,P型の区別なく全体に一様な方向の応力しか誘起することができないため、1つの導電型のFETの電流駆動能力の改善にとどまってしまうという問題があった。
また、上記特許文献1の手法では、nFETとpFETとで異なる膜を作り分けており、工程数が多く、製造コストが増加してしまうという問題があった。さらに、応力窒化膜として用いられた窒化膜は水素を多量に含有するため、熱工程で容易に水素を放出してしまい、この水素によりMISFETの信頼性が劣化してしまうという問題があった。
また、上記特許文献1の手法では、nFETとpFETとで異なる膜を作り分けており、工程数が多く、製造コストが増加してしまうという問題があった。さらに、応力窒化膜として用いられた窒化膜は水素を多量に含有するため、熱工程で容易に水素を放出してしまい、この水素によりMISFETの信頼性が劣化してしまうという問題があった。
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、信頼性を劣化させることなく、相補型半導体装置の電流駆動能力を改善することを目的とする。
本発明に係る半導体装置は、n型回路領域とp型回路領域とを有する相補型の半導体装置であって、
前記n型及びp型回路領域の基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールと、
前記n型回路領域の前記ゲート電極に対して自己整合的に形成されたn型エクステンション領域と、
前記p型回路領域の前記ゲート電極に対して自己整合的に形成されたp型エクステンション領域と、
前記n型回路領域の前記サイドウォールに対して自己整合的に形成されたn型ソース/ドレイン領域と、
前記p型回路領域の前記サイドウォールに対して自己整合的に形成されたp型ソース/ドレイン領域と、
前記n型回路領域の前記ゲート電極上、及び前記p型ソース/ドレイン領域上に形成された圧縮応力誘起膜とを備えたことを特徴とするものである。
前記n型及びp型回路領域の基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールと、
前記n型回路領域の前記ゲート電極に対して自己整合的に形成されたn型エクステンション領域と、
前記p型回路領域の前記ゲート電極に対して自己整合的に形成されたp型エクステンション領域と、
前記n型回路領域の前記サイドウォールに対して自己整合的に形成されたn型ソース/ドレイン領域と、
前記p型回路領域の前記サイドウォールに対して自己整合的に形成されたp型ソース/ドレイン領域と、
前記n型回路領域の前記ゲート電極上、及び前記p型ソース/ドレイン領域上に形成された圧縮応力誘起膜とを備えたことを特徴とするものである。
本発明に係る半導体装置において、
前記圧縮応力誘起膜が熱酸化膜であることが好適である。
前記圧縮応力誘起膜が熱酸化膜であることが好適である。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、n型回路領域とp型回路領域とを有する相補型の半導体装置の製造方法であって、
前記n型回路領域の基板上層にp型ウェルを形成し、前記p型回路領域の基板上層にn型ウェルを形成する工程と、
前記基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に導電性を有するゲート電極材料膜を形成する工程と、
前記ゲート電極材料膜をパターニングすることにより前記n型及びp型回路領域にゲート電極を形成した後、前記ゲート絶縁膜をパターニングする工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記p型ウェルにn型不純物を注入した後、該n型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記p型ウェル上層にn型エクステンション領域を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記n型ウェルにp型不純物を注入した後、該p型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記n型ウェル上層にp型エクステンション領域を形成する工程と、
前記n型及びp型エクステンション領域を形成した後、前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォール及びゲート電極をマスクとして、前記p型ウェルにn型不純物を注入し、該n型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記p型ウェル上層にn型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記サイドウォール及びゲート電極をマスクとして、前記n型ウェルにp型不純物を注入し、該p型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記n型ウェルにp型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記n型回路領域の前記ゲート電極上、及び前記p型ソース/ドレイン領域上に、圧縮応力誘起膜を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
前記n型回路領域の基板上層にp型ウェルを形成し、前記p型回路領域の基板上層にn型ウェルを形成する工程と、
前記基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に導電性を有するゲート電極材料膜を形成する工程と、
前記ゲート電極材料膜をパターニングすることにより前記n型及びp型回路領域にゲート電極を形成した後、前記ゲート絶縁膜をパターニングする工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記p型ウェルにn型不純物を注入した後、該n型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記p型ウェル上層にn型エクステンション領域を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記n型ウェルにp型不純物を注入した後、該p型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記n型ウェル上層にp型エクステンション領域を形成する工程と、
前記n型及びp型エクステンション領域を形成した後、前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォール及びゲート電極をマスクとして、前記p型ウェルにn型不純物を注入し、該n型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記p型ウェル上層にn型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記サイドウォール及びゲート電極をマスクとして、前記n型ウェルにp型不純物を注入し、該p型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記n型ウェルにp型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記n型回路領域の前記ゲート電極上、及び前記p型ソース/ドレイン領域上に、圧縮応力誘起膜を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、n型回路領域とp型回路領域とを有する相補型の半導体装置の製造方法であって、
前記n型回路領域の基板上層にp型ウェルを形成し、前記p型回路領域の基板上層にn型ウェルを形成する工程と、
前記基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極材料膜を形成する工程と、
前記ゲート電極材料膜をパターニングすることにより前記n型及びp型回路領域にゲート電極を形成した後、前記ゲート絶縁膜をパターニングする工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記p型ウェルにn型不純物を注入した後、該n型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記p型ウェル上層にn型エクステンション領域を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記n型ウェルにp型不純物を注入した後、該p型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記n型ウェル上層にp型エクステンション領域を形成する工程と、
前記n型及びp型エクステンション領域を形成した後、前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォール及びゲート電極をマスクとして、前記p型ウェルにn型不純物を注入し、該n型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記p型ウェル上層にn型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記サイドウォール及びゲート電極をマスクとして、前記n型ウェルにp型不純物を注入し、該p型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記n型ウェルにp型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記n型及びp型ソース/ドレイン領域を形成した後、前記基板全面に酸化防止膜を形成する工程と、
前記酸化防止膜上にシリコン膜を形成し、該シリコン膜を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜をパターニングすることにより、前記n型回路領域の前記ゲート電極上、及び前記p型ソース/ドレイン領域上に前記シリコン酸化膜を残す工程とを含むことを特徴とするものである。
前記n型回路領域の基板上層にp型ウェルを形成し、前記p型回路領域の基板上層にn型ウェルを形成する工程と、
前記基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極材料膜を形成する工程と、
前記ゲート電極材料膜をパターニングすることにより前記n型及びp型回路領域にゲート電極を形成した後、前記ゲート絶縁膜をパターニングする工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記p型ウェルにn型不純物を注入した後、該n型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記p型ウェル上層にn型エクステンション領域を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記n型ウェルにp型不純物を注入した後、該p型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記n型ウェル上層にp型エクステンション領域を形成する工程と、
前記n型及びp型エクステンション領域を形成した後、前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォール及びゲート電極をマスクとして、前記p型ウェルにn型不純物を注入し、該n型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記p型ウェル上層にn型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記サイドウォール及びゲート電極をマスクとして、前記n型ウェルにp型不純物を注入し、該p型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記n型ウェルにp型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記n型及びp型ソース/ドレイン領域を形成した後、前記基板全面に酸化防止膜を形成する工程と、
前記酸化防止膜上にシリコン膜を形成し、該シリコン膜を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜をパターニングすることにより、前記n型回路領域の前記ゲート電極上、及び前記p型ソース/ドレイン領域上に前記シリコン酸化膜を残す工程とを含むことを特徴とするものである。
本発明に係る半導体装置の製造方法において、
前記シリコン膜を900℃未満の温度で熱酸化することが好適である。
前記シリコン膜を900℃未満の温度で熱酸化することが好適である。
本発明は以上説明したように、n型回路領域のゲート電極上及びp型回路領域のp型ソース/ドレイン領域上に圧縮応力誘起膜を形成することにより、相補型半導体装置の電流駆動能力を改善することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
図1は、本発明の実施の形態による半導体装置を説明するための断面図である。
図1に示すように、p型シリコン基板11にシリコン酸化膜からなる素子分離12が形成されている。該素子分離12によりn型チャネルMISFET領域(以下「NMIS領域」という。)とp型チャネルMISFET領域(以下「PMIS領域」という。)とが分離されている。NMIS領域の活性領域にp型ウェル13が形成され、PMIS領域の活性領域にn型ウェル14が形成されている。
図1に示すように、p型シリコン基板11にシリコン酸化膜からなる素子分離12が形成されている。該素子分離12によりn型チャネルMISFET領域(以下「NMIS領域」という。)とp型チャネルMISFET領域(以下「PMIS領域」という。)とが分離されている。NMIS領域の活性領域にp型ウェル13が形成され、PMIS領域の活性領域にn型ウェル14が形成されている。
NMIS領域において、p型ウェル13のチャネル領域(図示せず)上にゲート絶縁膜15を介してゲート電極16が形成されている。PMIS領域においても、n型ウェル14のチャネル領域(図示せず)上にゲート絶縁膜15を介してゲート電極16が形成されている。ゲート絶縁膜15としては、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜のほか、これらの膜よりも高い比誘電率を有する高誘電率膜を用いることができる。また、ゲート絶縁膜15を積層構造としてもよい。高誘電率膜としては、例えば、HfO2膜,ZrO2膜,Al2O3膜のような金属酸化物膜、HfSiOx膜,ZrSiOx膜のような金属シリケート膜、HfAlOx膜,ZrAlOx膜のような金属アルミネート膜、La2O3膜,Y2O3膜のようなランタノイド系元素の酸化物膜を用いることができる。また、ゲート電極16の材料としては、ポリシリコン膜、ポリシリコンゲルマニウム膜、タンタル膜、窒化タンタル膜、ハフニウム膜のような導電膜を用いることができる。
ゲート電極16の側壁は、シリコン窒化膜等の絶縁膜からなるサイドウォール19により覆われている。
ゲート電極16の側壁は、シリコン窒化膜等の絶縁膜からなるサイドウォール19により覆われている。
p型ウェル13の上層には、ゲート電極16に対して自己整合的に形成されたn型エクステンション領域17と、サイドウォール19に対して自己整合的に形成されたn型ソース/ドレイン領域21とが形成されている。同様に、n型ウェル14の上層には、ゲート電極16に対して自己整合的に形成されたp型エクステンション領域18と、サイドウォール19に対して自己整合的に形成されたp型ソース/ドレイン領域22とが形成されている。
ゲート電極16を覆うように基板全面に酸化防止膜23としてのシリコン窒化膜が形成されている。酸化防止膜23は、ソース/ドレイン領域21,22の表面、及びゲート電極16の上面を保護するための膜である。すなわち、後述する圧縮応力誘起膜の形成時にMISFETの表面を保護するための膜である。
酸化防止膜23を介してNMIS領域のゲート電極16上に圧縮応力誘起膜25aとしての熱酸化膜が形成されている。同様に、酸化防止膜23を介してPMIS領域のp型ソース/ドレイン領域22上に圧縮応力誘起膜25bとしての熱酸化膜が形成されている。熱酸化膜25a,25bは、同時に形成され、同じ膜質を有する膜である。後述するが、圧縮応力誘起膜25a,25bは、シリコン膜を熱酸化することにより得られる膜であり、熱酸化時の体積膨張の影響により圧縮応力が残存する膜である。圧縮応力誘起膜25aによりNMISFETのチャネル部に引張歪みが誘起され、圧縮応力誘起膜25bによりPMISFETのチャネル部に圧縮歪みが誘起される。
酸化防止膜23を介してNMIS領域のゲート電極16上に圧縮応力誘起膜25aとしての熱酸化膜が形成されている。同様に、酸化防止膜23を介してPMIS領域のp型ソース/ドレイン領域22上に圧縮応力誘起膜25bとしての熱酸化膜が形成されている。熱酸化膜25a,25bは、同時に形成され、同じ膜質を有する膜である。後述するが、圧縮応力誘起膜25a,25bは、シリコン膜を熱酸化することにより得られる膜であり、熱酸化時の体積膨張の影響により圧縮応力が残存する膜である。圧縮応力誘起膜25aによりNMISFETのチャネル部に引張歪みが誘起され、圧縮応力誘起膜25bによりPMISFETのチャネル部に圧縮歪みが誘起される。
次に、上記半導体装置の製造方法について説明する。図2及び図3は、図1に示す半導体装置であるCMISFETの製造方法を説明するための工程断面図である。
先ず、図2(a)に示すように、p型シリコン基板11にSTI(shallow trench isolation)法を用いて素子分離12を形成する。そして、素子分離12で分離されたNMIS領域の活性領域に、p型不純物を注入し、熱処理を行うことによりp型ウェル13を形成する。また、PMIS領域の活性領域に、n型不純物を注入し、熱処理を行うことにより、n型ウェル14を形成する。
次に、シリコン基板11上にゲート絶縁膜15を形成する。ゲート絶縁膜15として、例えば、シリコン酸化膜を熱酸化法により0.7nm〜1.0nmの膜厚で形成することができる。また、シリコン基板11上又は該シリコン酸化膜上に、ALD(atomic layer deposition)法やMOCVD(metal organic chemical vapor deposition)法により、シリコン酸化膜よりも高い比誘電率を有するHfAlOx膜を、例えば、1.2nm〜2.5nmの膜厚で形成することができる。例えば、HfAlOx膜をALD法により形成する場合、原料:HfCl4及びTMA、酸化剤:H2O又はO3、基板温度:300℃の条件を用いることができる。
その後、ゲート絶縁膜15上にゲート電極材料膜としてのポリシリコンゲルマニウム膜を、例えば、150nm程度の膜厚で形成する。ポリシリコンゲルマニウム膜は、例えば、SiH4流量:0.6slm;H2希釈10%GeH4流量:0.58slm;温度:475℃;圧力:10Paの条件で形成できる。ポリシリコンゲルマニウム膜(Si1−xGex膜)のGe組成xは、0.15−0.5(15%−50%)に制御することが好適である。その後、ポリシリコンゲルマニウム膜にゲートドーパントとしてリンイオン又はボロンイオンを注入し拡散させる。
なお、ゲート絶縁膜とポリシリコンゲルマニウム膜との間に、シード層としてのシリコン膜を形成することができる。該シード層は、例えば、原料:シランガス、圧力:100Pa、温度:480℃の条件で形成できる。
なお、ゲート絶縁膜とポリシリコンゲルマニウム膜との間に、シード層としてのシリコン膜を形成することができる。該シード層は、例えば、原料:シランガス、圧力:100Pa、温度:480℃の条件で形成できる。
次に、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、ゲート電極材料膜とゲート絶縁膜を順次パターニングする。これにより、NMIS領域及びPMIS領域においてゲート絶縁膜15を介してゲート電極16が形成される。
次に、リソグラフィ技術を用いてPMIS領域を覆うレジストパターンを形成し、NMIS領域のゲート電極16をマスクとして用いてn型不純物としての砒素イオンを、例えば、加速電圧:2keV、ドーズ量:1×1015atoms/cm2で注入し、活性化のための熱処理を行う。これにより、NMIS領域のシリコン基板11上層(すなわち、p型ウェル13上層)にn型エクステンション領域17が形成される。その後、レジストパターンを除去する。
次に、リソグラフィ技術を用いてPMIS領域を覆うレジストパターンを形成し、NMIS領域のゲート電極16をマスクとして用いてn型不純物としての砒素イオンを、例えば、加速電圧:2keV、ドーズ量:1×1015atoms/cm2で注入し、活性化のための熱処理を行う。これにより、NMIS領域のシリコン基板11上層(すなわち、p型ウェル13上層)にn型エクステンション領域17が形成される。その後、レジストパターンを除去する。
続いて、NMIS領域をレジストパターンで覆い、PMIS領域のゲート電極16をマスクとして用いてp型不純物としてのボロンイオンを、例えば、加速電圧:0.2keV、ドーズ量:1×1015atoms/cm2で注入する。これにより、PMIS領域のシリコン基板11上層(すなわち、n型ウェル14上層)にp型エクステンション領域18が形成される。
次に、シリコン基板11全面にシリコン窒化膜等の絶縁膜を、例えば、50nm〜80nmの膜厚で形成する。続いて、該シリコン窒化膜を異方性エッチングする。これにより、図2(b)に示すように、NMIS領域及びPMIS領域のゲート電極16の側壁を覆うサイドウォール19が自己整合的に形成される。
次に、PMIS領域をレジストパターンで覆い、NMIS領域のサイドウォール19及びゲート電極16をマスクとして用いてn型不純物としての砒素イオンを、例えば、加速電圧:35keV、ドーズ量:5×1015atoms/cm2で注入し、活性化のための熱処理を行う。これにより、NMIS領域のシリコン基板11上層(すなわち、p型ウェル13上層)にn型ソース/ドレイン領域21が形成される。その後、レジストパターンを除去する。
次に、NMIS領域をレジストパターンで覆い、PMIS領域のサイドウォール19及びゲート電極16をマスクとして用いてp型不純物としてのボロンイオンを、例えば、加速電圧:5keV、ドーズ量:3×1015atoms/cm2で注入し、活性化のための熱処理を行う。これにより、PMIS領域のシリコン基板11上層(すなわち、n型ウェル14上層)にp型ソース/ドレイン領域22が形成される。その後、レジストパターンを除去する。
次に、図2(c)に示すように、基板全面に、CVD法を用いて酸化防止膜23としてのシリコン窒化膜を、例えば、10nm程度の膜厚で形成する。なお、シリコン窒化膜23の膜厚は圧縮応力誘起膜25a,25bの膜厚に比べて薄いため、シリコン窒化膜23に含まれる水素の半導体装置への影響は考慮しなくてもよい。一方、厚膜の圧縮応力誘起膜としてシリコン窒化膜を用いると、上述したように半導体装置の信頼性が低下してしまう。
次に、図3(a)に示すように、酸化防止膜23上に、CVD法を用いてシリコン膜24を、例えば、20nm程度の膜厚で形成する。シリコン膜24の形成条件は、原料ガス:SiH4、原料ガス流量:0.1slm、圧力:10000Pa、温度:500℃を用いることができる。そして、シリコン膜24を熱酸化すると、図3(b)に示すように、体積膨張により約2.2倍の膜厚44nmのシリコン酸化膜25に変化する。このシリコン酸化膜25中には、熱酸化時の体積膨張の影響により圧縮応力が残留する。ここで、熱酸化の温度は、900℃未満が好適であり、600℃以上700℃以下がより好適である。900℃以上の温度で熱酸化すると、シリコン酸化膜25自体が粘性を示すようになり、応力が緩和されてしまう。なお、本実施の形態では、圧縮応力は熱酸化時の体積膨張を利用するため、圧縮応力の大きさを熱酸化量すなわちシリコン酸化膜25の膜厚で制御可能である。シリコン酸化膜25の膜厚が厚いほど、圧縮応力が大きくなる。
次に、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、図3(c)に示すように、NMIS領域のゲート電極16上にシリコン酸化膜25aを残すとともに、PMIS領域のp型ソース/ドレイン領域22上にシリコン酸化膜25bを残す。
次に、図3(a)に示すように、酸化防止膜23上に、CVD法を用いてシリコン膜24を、例えば、20nm程度の膜厚で形成する。シリコン膜24の形成条件は、原料ガス:SiH4、原料ガス流量:0.1slm、圧力:10000Pa、温度:500℃を用いることができる。そして、シリコン膜24を熱酸化すると、図3(b)に示すように、体積膨張により約2.2倍の膜厚44nmのシリコン酸化膜25に変化する。このシリコン酸化膜25中には、熱酸化時の体積膨張の影響により圧縮応力が残留する。ここで、熱酸化の温度は、900℃未満が好適であり、600℃以上700℃以下がより好適である。900℃以上の温度で熱酸化すると、シリコン酸化膜25自体が粘性を示すようになり、応力が緩和されてしまう。なお、本実施の形態では、圧縮応力は熱酸化時の体積膨張を利用するため、圧縮応力の大きさを熱酸化量すなわちシリコン酸化膜25の膜厚で制御可能である。シリコン酸化膜25の膜厚が厚いほど、圧縮応力が大きくなる。
次に、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて、図3(c)に示すように、NMIS領域のゲート電極16上にシリコン酸化膜25aを残すとともに、PMIS領域のp型ソース/ドレイン領域22上にシリコン酸化膜25bを残す。
以上説明したように、本実施の形態では、基板全面に形成したシリコン膜24を熱酸化することにより体積膨張させて圧縮応力を誘起するシリコン酸化膜25を形成し、該シリコン酸化膜25をパターニングしてNMIS領域のゲート電極16上及びPMIS領域のp型ソース/ドレイン領域22上にシリコン酸化膜25a,25bを形成した。シリコン酸化膜25aによりnMISFETのチャネル部に引張歪みを誘起し、シリコン酸化膜25bによりpMISFETのチャネル部に圧縮歪みを誘起することができるため、CMISFETにおけるnMISFETとpMISFETの両方の電流駆動能力を改善することができる。
また、本実施の形態では、圧縮応力誘起膜の製膜、リソグラフィプロセス、圧縮応力誘起膜のエッチングを各1回行うことにより、CMISFETの電流駆動能力を改善することができる。よって、先行技術のように各2回行う場合に比べて、プロセスを簡便にすることができ、半導体装置の製造コストを低減することができる。
また、本実施の形態では、圧縮応力誘起膜として体積膨張させた熱酸化膜を用いた。よって、先行技術のようにシリコン窒化膜を用いた場合のような水素の発生がなく、半導体装置の信頼性の劣化を抑止することができる。
また、本実施の形態では、圧縮応力誘起膜の製膜、リソグラフィプロセス、圧縮応力誘起膜のエッチングを各1回行うことにより、CMISFETの電流駆動能力を改善することができる。よって、先行技術のように各2回行う場合に比べて、プロセスを簡便にすることができ、半導体装置の製造コストを低減することができる。
また、本実施の形態では、圧縮応力誘起膜として体積膨張させた熱酸化膜を用いた。よって、先行技術のようにシリコン窒化膜を用いた場合のような水素の発生がなく、半導体装置の信頼性の劣化を抑止することができる。
11 シリコン基板
12 素子分離
13 p型ウェル
14 n型ウェル
15 ゲート絶縁膜
16 ゲート電極
17 n型エクステンション領域
18 p型エクステンション領域
19 サイドウォール
21 n型ソース/ドレイン領域
22 p型ソース/ドレイン領域
23 酸化防止膜
24 シリコン膜
25 シリコン酸化膜
25a,25b 圧縮応力誘起膜
12 素子分離
13 p型ウェル
14 n型ウェル
15 ゲート絶縁膜
16 ゲート電極
17 n型エクステンション領域
18 p型エクステンション領域
19 サイドウォール
21 n型ソース/ドレイン領域
22 p型ソース/ドレイン領域
23 酸化防止膜
24 シリコン膜
25 シリコン酸化膜
25a,25b 圧縮応力誘起膜
Claims (5)
- n型回路領域とp型回路領域とを有する相補型の半導体装置であって、
前記n型及びp型回路領域の基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールと、
前記n型回路領域の前記ゲート電極に対して自己整合的に形成されたn型エクステンション領域と、
前記p型回路領域の前記ゲート電極に対して自己整合的に形成されたp型エクステンション領域と、
前記n型回路領域の前記サイドウォールに対して自己整合的に形成されたn型ソース/ドレイン領域と、
前記p型回路領域の前記サイドウォールに対して自己整合的に形成されたp型ソース/ドレイン領域と、
前記n型回路領域の前記ゲート電極上、及び前記p型ソース/ドレイン領域上に形成された圧縮応力誘起膜とを備えたことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記圧縮応力誘起膜が熱酸化膜であることを特徴とする半導体装置。 - n型回路領域とp型回路領域とを有する相補型の半導体装置の製造方法であって、
前記n型回路領域の基板上層にp型ウェルを形成し、前記p型回路領域の基板上層にn型ウェルを形成する工程と、
前記基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に導電性を有するゲート電極材料膜を形成する工程と、
前記ゲート電極材料膜をパターニングすることにより前記n型及びp型回路領域にゲート電極を形成した後、前記ゲート絶縁膜をパターニングする工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記p型ウェルにn型不純物を注入した後、該n型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記p型ウェル上層にn型エクステンション領域を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記n型ウェルにp型不純物を注入した後、該p型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記n型ウェル上層にp型エクステンション領域を形成する工程と、
前記n型及びp型エクステンション領域を形成した後、前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォール及びゲート電極をマスクとして、前記p型ウェルにn型不純物を注入し、該n型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記p型ウェル上層にn型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記サイドウォール及びゲート電極をマスクとして、前記n型ウェルにp型不純物を注入し、該p型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記n型ウェルにp型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記n型回路領域の前記ゲート電極上、及び前記p型ソース/ドレイン領域上に、圧縮応力誘起膜を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - n型回路領域とp型回路領域とを有する相補型の半導体装置の製造方法であって、
前記n型回路領域の基板上層にp型ウェルを形成し、前記p型回路領域の基板上層にn型ウェルを形成する工程と、
前記基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極材料膜を形成する工程と、
前記ゲート電極材料膜をパターニングすることにより前記n型及びp型回路領域にゲート電極を形成した後、前記ゲート絶縁膜をパターニングする工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記p型ウェルにn型不純物を注入した後、該n型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記p型ウェル上層にn型エクステンション領域を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記n型ウェルにp型不純物を注入した後、該p型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記n型ウェル上層にp型エクステンション領域を形成する工程と、
前記n型及びp型エクステンション領域を形成した後、前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォール及びゲート電極をマスクとして、前記p型ウェルにn型不純物を注入し、該n型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記p型ウェル上層にn型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記サイドウォール及びゲート電極をマスクとして、前記n型ウェルにp型不純物を注入し、該p型不純物を活性化させる熱処理を行うことにより、前記n型ウェルにp型ソース/ドレイン領域を形成する工程と、
前記n型及びp型ソース/ドレイン領域を形成した後、前記基板全面に酸化防止膜を形成する工程と、
前記酸化防止膜上にシリコン膜を形成し、該シリコン膜を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜をパターニングすることにより、前記n型回路領域の前記ゲート電極上、及び前記p型ソース/ドレイン領域上に前記シリコン酸化膜を残す工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項4に記載の半導体装置の製造方法において、
前記シリコン膜を900℃未満の温度で熱酸化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2004239625A JP2006059980A (ja) | 2004-08-19 | 2004-08-19 | 半導体装置及びその製造方法 |
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JP2004239625A JP2006059980A (ja) | 2004-08-19 | 2004-08-19 | 半導体装置及びその製造方法 |
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JP2006059980A true JP2006059980A (ja) | 2006-03-02 |
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-
2004
- 2004-08-19 JP JP2004239625A patent/JP2006059980A/ja active Pending
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