JP2006228950A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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.
近年、半導体装置の高集積化および高機能化の要求に伴い、素子構造の微細化が進んでいる。このような状況下では、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を設けてなる従来構成の半導体装置(いわゆるMOSトランジスタ)において、単純な微細化による特性改善と、それによって顕著になる短チャネル効果(例えばパンチスルー現象)の抑制の両立が難しくなっている。 In recent years, with the demand for higher integration and higher functionality of semiconductor devices, element structures have been miniaturized. Under such circumstances, in a conventional semiconductor device (so-called MOS transistor) in which a gate electrode is provided on a semiconductor substrate via a gate insulating film, characteristics are improved by simple miniaturization, and a noticeable short circuit. It is difficult to simultaneously suppress the channel effect (for example, punch-through phenomenon).
そのため、キャリアの移動度変化により特性改善を目指す試みが行なわれている。その代表例として、ストレスで特性改善を狙う手法が知られている。そのストレスコントロール手法の一つとして、コンタクトストッパ用ライナー膜、STIライナー膜がある。コンタクトストッパ用ライナー膜については、非特許文献1,2に開示されており、STIライナー膜については、特許文献1,2に開示されている。
For this reason, attempts have been made to improve characteristics by changing the mobility of carriers. As a typical example, a technique for improving characteristics by stress is known. As one of the stress control methods, there are a contact stopper liner film and an STI liner film. The contact stopper liner film is disclosed in
しかしながら、特許文献1,2においても指摘されているように、STIライナー膜には、素子分離絶縁膜の端部でのディボットが大きくなりやすいという欠点がある。ディボットが大きくなると、この後に形成されるゲート電極材料がディボット内に埋まり、ゲートの短絡や、寄生トランジスタの発生といった不具合が生じる。
However, as pointed out in
また、コンタクトストッパ用ライナー膜には、ストレスをより多くかけるためライナー膜の膜厚を厚くした時に、接続孔形成不良(コンタクト開口不良)を起こしやすくなる欠点がある。ソース・ドレイン領域に達する接続孔が良好に形成されないと、当該接続孔に導電性材料が埋め込まれて形成されるコンタクトの接続不良を生じる。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大きなディボットやコンタクト接続不良の発生を回避しつつ半導体基板にストレスをかけることにより、キャリアの移動度を向上させた半導体装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the mobility of carriers by applying stress to the semiconductor substrate while avoiding the occurrence of large divots and poor contact connections. Is to provide.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大きなディボットやコンタクト接続不良の発生を回避して、半導体基板にストレスを効率良くかけることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of efficiently applying stress to a semiconductor substrate while avoiding the occurrence of large divots and poor contact connections. There is to do.
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置は、半導体基板に形成された素子分離絶縁膜と、前記半導体基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の両側の前記半導体基板に形成されたソースあるいはドレインとなる2つの半導体領域と、前記素子分離絶縁膜と前記半導体基板との界面から、前記半導体領域上および前記ゲート電極上まで連続して形成され、前記半導体基板にストレスをかけるライナー膜とを有する。 In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention is formed on an element isolation insulating film formed on a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. The semiconductor substrate is formed continuously from the interface between the two semiconductor regions to be the source or drain and the element isolation insulating film and the semiconductor substrate to the semiconductor region and the gate electrode, and stresses the semiconductor substrate. And a liner film.
上記の本発明の半導体装置では、ライナー膜は、素子分離絶縁膜と半導体基板との界面から、半導体領域上およびゲート電極上まで連続して形成されているため、半導体基板に作用する面積が大きくなる。このため、ライナー膜により、半導体基板に効率良くストレスがかかる。このストレスにより、ゲート電極下における半導体基板の領域(チャネル)でのキャリアの移動度が向上する。また、ライナー膜が連続して形成されていることにより、大きなディボットの発生が回避される。 In the semiconductor device of the present invention described above, the liner film is continuously formed from the interface between the element isolation insulating film and the semiconductor substrate to the semiconductor region and the gate electrode, so that the area acting on the semiconductor substrate is large. Become. For this reason, the liner film efficiently stresses the semiconductor substrate. This stress improves carrier mobility in the region (channel) of the semiconductor substrate under the gate electrode. Further, since the liner film is continuously formed, generation of a large divot is avoided.
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体基板に活性領域を区画するダミー素子分離膜を形成する工程と、活性領域における前記半導体基板上に、ゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の両側における前記半導体基板に、ソースあるいはドレインとなる2つの半導体領域を形成する工程と、前記ダミー素子分離膜を除去して、前記半導体基板に素子分離用溝を形成する工程と、前記素子分離用溝の内壁、前記半導体領域上および前記ゲート電極上にライナー膜を形成する工程と、前記素子分離用溝を埋め込むように、前記ライナー膜上に絶縁膜を形成する工程とを有する。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a dummy element isolation film that partitions an active region on the semiconductor substrate, and a gate electrode is formed on the semiconductor substrate in the active region. A step of forming two semiconductor regions to be a source or a drain on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode, and removing the dummy element isolation film to form an element isolation groove in the semiconductor substrate. Forming a liner film on the inner wall of the element isolation trench, on the semiconductor region and on the gate electrode, and forming an insulating film on the liner film so as to fill the element isolation groove Process.
上記の本発明の半導体装置の製造方法では、ゲート電極および半導体領域を形成した後に、ダミー素子分離膜を除去して素子分離用溝を形成することにより、素子分離用溝の内壁、半導体領域上およびゲート電極上に連続したライナー膜を形成することができる。これにより、半導体基板に作用する面積が大きく、そのため薄膜化が可能なライナー膜が形成される。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the gate electrode and the semiconductor region are formed, the dummy element isolation film is removed to form an element isolation groove, whereby the inner wall of the element isolation groove is formed on the semiconductor region. In addition, a continuous liner film can be formed on the gate electrode. Thereby, the area which acts on the semiconductor substrate is large, and therefore a liner film which can be thinned is formed.
本発明の半導体装置によれば、大きなディボットやコンタクト接続不良の発生を回避しつつ半導体基板にストレスをかけることにより、キャリアの移動度を向上させることができる。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、大きなディボットやコンタクト接続不良の発生を回避して、半導体基板にストレスを効率良くかけた半導体装置を製造することができる。
According to the semiconductor device of the present invention, carrier mobility can be improved by applying stress to the semiconductor substrate while avoiding the occurrence of large divots and poor contact connections.
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to manufacture a semiconductor device in which stress is efficiently applied to a semiconductor substrate while avoiding the occurrence of a large divot or contact connection failure.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor device according to the first embodiment.
例えばシリコンからなる半導体基板1には、活性領域を区画する素子分離用溝2が形成されている。活性領域における半導体基板1上に、例えば酸化シリコンからなるゲート絶縁膜3を介して、例えばポリシリコンからなるゲート電極4が形成されている。
For example, in a
ゲート電極4の上面には、例えばコバルトシリサイドからなるシリサイド層5が形成されており、ゲート電極4の側壁には、例えば窒化シリコンからなるサイドウォール絶縁膜6が形成されている。
A
ゲート電極4の両側の半導体基板1、より詳細にはサイドウォール絶縁膜6の直下の半導体基板1には、浅いエクステンション領域7が形成されている。pチャネルMOSトランジスタの場合には、p型のエクステンション領域7が形成され、nチャネルMOSトランジスタの場合には、n型のエクステンション領域7が形成される。
A
ゲート電極4の両側における半導体基板1内であって、エクステンション領域7の外側には、エクステンション領域7よりも深いソース・ドレイン領域8が形成されている。ソース・ドレイン領域8は、ソースあるいはドレインとなる半導体領域である。pチャネルMOSトランジスタの場合には、p型のソース・ドレイン領域8が形成され、nチャネルMOSトランジスタの場合には、n型のソース・ドレイン領域8が形成される。
A source /
ソース・ドレイン領域8の表面には、例えばコバルトシリサイドからなるシリサイド層9が形成されている。
A
素子分離用溝2の内壁、ソース・ドレイン領域8上およびゲート電極4上の全面に、例えば酸化シリコンからなるパッド絶縁膜10を介してライナー膜11が形成されている。パッド絶縁膜10の膜厚は、例えば10nm〜50nmである。
A
ライナー膜11は、例えば窒化シリコン(SiN)膜、あるいは酸化窒化シリコン(SiON)膜からなる。なお、ライナー膜11は、単層に限られず積層膜であってもよい。ライナー膜11の膜厚は、例えば10nm〜100nmである。後述するように、ライナー膜11は、半導体基板1にストレスをかけて、キャリアの移動度を向上させる機能をもつ。
The
ライナー膜11上には、素子分離用溝2を埋め込み、ゲート電極4を覆う絶縁膜12が形成されている。絶縁膜12は、例えば酸化シリコンからなる。絶縁膜12は、素子分離用溝2を埋め込む素子分離絶縁膜12aと、半導体基板1の主面より上側に位置する層間絶縁膜12bとを兼ねる。なお、本例では、絶縁膜12は、単層以外にも多層により形成されていてもよい。
An
絶縁膜12内には、2つのソース・ドレイン領域8、より詳細には2つのシリサイド層9に接続するコンタクト13が形成されている。コンタクト13は、例えばタングステンからなる。
In the
図示はしないが、コンタクト13上には第1層配線が形成されており、第1層配線上には、さらに多層の配線層が形成されている。
Although not shown, a first layer wiring is formed on the
上記の本実施形態に係る半導体装置では、素子分離絶縁膜12aと半導体基板1との界面から、ソース・ドレイン領域8上およびゲート電極4上まで連続してライナー膜11が形成されている。本実施形態のライナー膜11は、従来のコンタクトストッパ用ライナー膜と、STIライナー膜を繋げた形状をもつ。なお、図1では、コンタクト13部分でライナー膜11が途切れているが、平面的に見た場合には、コンタクト13の周囲でライナー膜11は繋がっている。
In the semiconductor device according to the present embodiment, the
ライナー膜11となる窒化シリコン膜あるいは酸化窒化シリコン膜は、膜中の応力を任意に調整しやすい。すなわち、ライナー膜11は、圧縮応力をもつ膜、あるいは引っ張り応力をもつ膜となる。この結果、半導体基板1のチャネル(ゲート電極4下の領域)を広げようとする力F1、あるいは半導体基板1のチャネルを収縮させようとする力F2が働く。この力、すなわちチャネルにかかる機械的ストレスを制御することにより、キャリア(nチャネルMOSトランジスタであれば電子、pチャネルMOSトランジスタであれば正孔)の移動度を向上させることができる。キャリアの移動度が向上すれば、駆動電流を大きくすることができ、半導体装置の微細化と同等の効果を奏することができるようになる。
The silicon nitride film or silicon oxynitride film to be the
ここで、本実施形態では、ライナー膜11は、素子分離絶縁膜12aと半導体基板1との界面から、ソース・ドレイン領域8上およびゲート電極4上まで連続して形成されているため、半導体基板1の全面にストレスをかけることができ、この結果、半導体基板1のチャネルに強いストレスをかけることができる。
In this embodiment, since the
すなわち、半導体基板1のチャネルに所定のストレスをかけようとした場合には、例えば従来のコンタクトストッパ用ライナー膜(ソース・ドレイン領域8およびゲート電極4上のみに形成される)と比べて、ライナー膜11の膜厚を薄膜化することができる。このため、ソース・ドレイン領域8に達するコンタクト用の接続孔を確実に形成することができ、コンタクトの接続不良を防止することができる。ただし、ライナー膜11は、コンタクトストッパ(エッチングストッパ)用としての役割を果たす程度の膜厚が必要である。
That is, when a predetermined stress is applied to the channel of the
さらに、本実施形態では、素子分離用溝2の内壁からソース・ドレイン領域8上にかけてライナー膜11が繋がっており、かつ、素子分離用溝2を埋め込むように絶縁膜12が形成されている。このような構造は、後述するように、一旦ダミー素子分離膜を除去した後に、ライナー膜11および絶縁膜12を形成することで可能となる。ダミー素子分離膜の形成において従来のSTIライナー膜を使用しないことにより、STIライナー膜を使用した従来の素子分離絶縁膜と比べて、発生するディボットは小さくなる。
Furthermore, in this embodiment, the
以上のように、本実施形態に係る半導体装置によれば、大きなディボットやコンタクト接続不良の発生を回避しつつ半導体基板にストレスをかけることができ、キャリアの移動度を向上させることができる。キャリアの移動度の向上により、駆動電流を大きくすることができ、半導体装置の微細化と同等の効果を奏する。 As described above, according to the semiconductor device of this embodiment, stress can be applied to the semiconductor substrate while avoiding the occurrence of large divots and poor contact connections, and the carrier mobility can be improved. By improving the carrier mobility, the driving current can be increased, and the same effect as miniaturization of the semiconductor device can be achieved.
大きなディボットや、コンタクト開口不良の発生を回避できるため、キャリアの移動度を向上させつつ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。 Since the occurrence of a large divot or contact opening failure can be avoided, the reliability of the semiconductor device can be improved while improving the carrier mobility.
次に、上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図2〜図8を参照して説明する。図2〜図7は、図1に対応する工程断面図である。すなわち、図2〜図7は、ゲート長方向における工程断面図である。図8は、ゲート幅方向(図1の紙面に垂直な方向)における工程断面図である。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 7 are process cross-sectional views corresponding to FIG. 2 to 7 are process cross-sectional views in the gate length direction. FIG. 8 is a process sectional view in the gate width direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1).
まず、図2(a)に示すように、半導体基板1に、STI(Shallow Trench Isolation)技術により、素子分離用溝2を形成し、素子分離用溝2を埋め込んでダミー素子分離膜14を形成する。ここで、ダミー素子分離膜14の形成では、従来の窒化シリコン膜からなるSTIライナー膜を使わずに、単純に酸化シリコン膜により形成する。このように、最初のダミー素子分離絶縁膜の形成では、STIライナー膜を形成しないことにより、図2(a)に示すように、ダミー素子分離膜14の端部に発生するディボット14aは、従来のSTIライナー膜を使用する素子分離絶縁膜に比べて小さくなる。
First, as shown in FIG. 2A, an
次に、図2(b)に示すように、例えば、熱酸化法により、活性領域における半導体基板1上に、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜3を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, the
次に、図3(a)に示すように、活性領域における半導体基板1上に、ゲート絶縁膜3を介して例えばポリシリコンからなるゲート電極4を形成する。ゲート電極4の形成は、半導体基板1の全面にゲート電極材料としてポリシリコンを堆積して、レジストマスクを用いてゲート電極材料をエッチングすることにより行う。
Next, as shown in FIG. 3A, a
図8(a)は、当該工程後のゲート幅方向における断面図である。ゲート電極4は、ダミー素子分離膜14上にまで伸びて形成されている。ここで、特にゲート電極4が横切るダミー素子分離膜14の幅が広い場合には、素子分離用溝2内であってゲート電極4下に柱1aを残しておくことが好ましい。柱1aの形成は、半導体基板1に素子分離用溝2を形成する際に、柱1aを残すようなパターンで半導体基板1をエッチングすればよい。
FIG. 8A is a cross-sectional view in the gate width direction after the process. The
次に、図3(b)に示すように、ゲート電極4をマスクとしたイオン注入により、ゲート電極4の両側における半導体基板1にエクステンション領域7を形成する。pチャネルMOSトランジスタの場合には、p型不純物としてボロンをイオン注入して、p型のエクステンション領域7を形成する。nチャネルMOSトランジスタの場合には、n型不純物として砒素あるいはリンをイオン注入して、n型のエクステンション領域7を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B,
次に、図4(a)に示すように、ゲート電極4の側壁に、例えば窒化シリコンからなるサイドウォール絶縁膜6を形成する。当該工程では、ゲート電極4を被覆するように半導体基板1の全面に窒化シリコン膜を堆積させた後に、エッチバックを行うことによりゲート電極4の側壁にサイドウォール絶縁膜6を形成する。
Next, as shown in FIG. 4A, a
次に、図4(b)に示すように、ゲート電極4およびサイドウォール絶縁膜6をマスクとしたイオン注入により、ゲート電極4の両側であってエクステンション領域7の外側における半導体基板1に、エクステンション領域7よりも深いソース・ドレイン領域8を形成する。pチャネルMOSトランジスタの場合には、p型不純物としてボロンをイオン注入して、p型のソース・ドレイン領域8を形成する。nチャネルMOSトランジスタの場合には、n型不純物として砒素あるいはリンをイオン注入して、n型のソース・ドレイン領域8を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, an extension is applied to the
次に、図5(a)に示すように、ゲート電極4の表面にシリサイド層5を形成し、ソース・ドレイン領域8の表面にシリサイド層9を形成する。当該工程では、ゲート電極4を被覆するように半導体基板1上に、例えばコバルト層を堆積させて、熱処理によりシリサイド層5およびシリサイド層9を形成した後に、コバルト層を除去する。
Next, as shown in FIG. 5A, a
以上のようにして、半導体基板1にトランジスタが作製される。従来の半導体装置の製造方法では、その後、層間絶縁膜の形成およびコンタクトの形成工程に移るが、本実施形態では、以下のような工程に移る。
As described above, a transistor is manufactured on the
図5(b)に示すように、半導体基板1の素子分離用溝2を埋め込むダミー素子分離膜14をウェットエッチングにより除去する。これにより、素子分離用溝2が露出形成される。このエッチングでは、サイドウォール絶縁膜6やゲート電極4に対するダミー素子分離膜14のエッチング選択比が高いエッチング液を使用する。また、シリサイド層9が形成されているため、シリサイド層9に対するダミー素子分離膜14のエッチング選択比が高いエッチング液を使用する。
As shown in FIG. 5B, the dummy
図8(b)は、当該工程後のゲート幅方向における断面図である。図8(b)に示すように、ダミー素子分離膜14を除去することにより、素子分離用溝2上においてゲート電極4は宙に浮いてしまう。しかし、本実施形態では、特に幅広な素子分離用溝2では、ゲート電極4を柱1aで支えているため、ゲート電極4が折れるのを防止することができる。
FIG. 8B is a cross-sectional view in the gate width direction after the process. As shown in FIG. 8B, the
次に、図6(a)に示すように、素子分離用溝2の内壁、ソース・ドレイン領域8上およびゲート電極4上に、例えば酸化シリコンからなるパッド絶縁膜10を形成する。例えば、10nm〜50nmの膜厚のパッド絶縁膜10を形成する。
Next, as shown in FIG. 6A, a
次に、図6(b)に示すように、パッド絶縁膜10上に、窒化シリコン膜あるいは酸化窒化シリコン膜を堆積させてライナー膜11を形成する。例えば、10nm〜100nmの膜厚のライナー膜11を形成する。ライナー膜11として、窒化シリコン膜あるいは酸化窒化シリコン膜を形成する場合には、膜中の応力を任意に調整することができる。例えば、プラズマCVD法により窒化シリコン膜を成膜することにより、圧縮応力をもつライナー膜11を形成できる。あるいは、熱CVD法により窒化シリコン膜を成膜することにより、引っ張り応力をもつライナー膜11を形成できる。
Next, as shown in FIG. 6B, a
また、例えば、ライナー膜11を成膜した後に、ライナー膜11に不純物(例えば、Geイオン)をイオン注入することにより、膜中の応力を調整できる。このため、例えば、CMOSトランジスタを形成する場合には、nチャネルMOSトランジスタに合わせて最適なライナー膜11を成膜した後に、pチャネルMOSトランジスタの領域におけるライナー膜11にGeイオンをイオン注入して膜中の応力を調整してもよい。なお、反対に、pチャネルMOSトランジスタに合わせて最適なライナー膜11を成膜した後に、nチャネルMOSトランジスタの領域におけるライナー膜11にGeイオンをイオン注入して膜中の応力を調整してもよい。
Further, for example, after the
次に、図7(a)に示すように、素子分離用溝2およびゲート電極4を埋め込むように、ライナー膜11上に例えば酸化シリコン膜を堆積させて絶縁膜12を形成する。絶縁膜12は、素子分離用溝2を埋め込む素子分離絶縁膜12aと、ゲート電極4を覆う層間絶縁膜12bとに大別できる。ここで、素子分離絶縁膜12aと、層間絶縁膜12bとで適切な絶縁膜が異なる場合には、絶縁膜12を2層以上の膜により形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 7A, for example, a silicon oxide film is deposited on the
次に、図7(b)に示すように、レジストマスクを用いて絶縁膜12をエッチングすることにより、ソース・ドレイン領域8、より詳細にはシリサイド層9に達する接続孔13aを形成する。当該工程では、まず、ライナー膜11をエッチングストッパ(コンタクトストッパ)として絶縁膜12をエッチングする。その後、接続孔13a内に露出したライナー膜11およびパッド絶縁膜10を除去する。上記したように、ライナー膜11の膜厚は、エッチングストッパとして機能し得る膜厚を確保しつつ、接続孔13aの形成不良を生じないような膜厚で形成しているため、シリサイド層9に達する接続孔13aを精度良く形成することができる。
Next, as shown in FIG. 7B, the insulating
次に、接続孔13aをタングステン等の導電材料で埋め込むことにより、接続孔13a内にコンタクト13を形成する(図1参照)。その後、多層配線形成工程を実施することにより、半導体装置が製造される。
Next, the
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、半導体基板1にトランジスタを形成した後に、ダミー素子分離膜14を一旦除去し、その後、素子分離用溝2の内壁、ソース・ドレイン領域8上およびゲート電極4上に連続して繋がるライナー膜11を形成している。
As described above, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, after the transistor is formed on the
本実施形態では、ダミー素子分離膜14の形成では、従来のSTIライナー膜を使用しないことから、ダミー素子分離膜14の端部に発生するディボット14aは、従来のSTIライナー膜を使用した素子分離絶縁膜の端部に発生するディボットに比べて小さくなる。また、半導体基板1にストレスをかけるためのライナー膜11の膜厚を薄膜化できることから、接続孔13aの形成不良を防止することができる。シリサイド層9に達する接続孔13aを精度良く形成できるため、コンタクト13の接続不良を防止することができる。
In this embodiment, since the conventional STI liner film is not used in forming the dummy
このため、大きなディボットの発生や、コンタクト接続不良の発生を回避しつつ、半導体基板1にストレスを効率良くかけることができる。このため、歩留まりを低下させることなく、キャリアの移動度を向上させた半導体装置を製造することができる。
For this reason, stress can be efficiently applied to the
(第2実施形態)
図9は、第2実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。なお、図1と同一の構成要素には、同一の符号を付してあり、その説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor device according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.
本実施形態では、半導体基板1の素子分離用溝2の内壁(素子分離絶縁膜12aと半導体基板1との界面)、ソース・ドレイン領域8上およびゲート電極4上に連続して、直接ライナー膜11が形成されている。
In the present embodiment, the liner film is formed directly on the inner wall (interface between the element
第1実施形態において、ライナー膜11と半導体基板1との間にパッド絶縁膜10を介在させたのは、半導体基板1上にライナー膜11として電荷保持特性をもつ窒化シリコンあるいは酸化窒化シリコンを直接形成すると、MOSトランジスタの電気的特性へ影響を及ぼす懸念があったからである。しかしながら、このような影響が無ければ、第1実施形態で説明したパッド絶縁膜10は無くても良い。
In the first embodiment, the
上記の半導体装置は、第1実施形態において図6(a)に示したパッド絶縁膜10の形成工程を行わないことにより、製造することができる。本実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
The semiconductor device described above can be manufactured by not performing the step of forming the
(第3実施形態)
図10は、第3実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。なお、図1と同一の構成要素には、同一の符号を付してあり、その説明は省略する。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor device according to the third embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.
本実施形態では、例えば酸化シリコンからなるパッド絶縁膜10aは、素子分離用溝2の内壁にのみ形成されている例である。
In this embodiment, for example, the
次に、上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図11〜図14を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、第1実施形態と同様にして、図2(a)〜図4(b)に示す工程を経る。そして、本実施形態では、シリサイド層5,9を形成せずに、図11(a)に示すように、ダミー素子分離膜14を除去する。これにより、素子分離用溝2が露出形成される。
First, similarly to the first embodiment, the steps shown in FIGS. 2A to 4B are performed. In this embodiment, the dummy
次に、図11(b)に示すように、素子分離用溝2の内壁、ソース・ドレイン領域8上およびゲート電極4上に、例えば酸化シリコンからなるパッド絶縁膜10を形成する。例えば、10nm〜50nmの膜厚のパッド絶縁膜10を形成する。
Next, as shown in FIG. 11B, a
次に、図12(a)に示すように、素子分離用溝2内のみを埋め込むマスク層15を形成する。マスク層15の形成では、例えば、全面にレジスト膜を形成した後に、当該レジスト膜をエッチバックする。これにより、素子分離用溝2内のみにレジスト膜からなるマスク層15を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 12A, a
次に、図12(b)に示すように、マスク層15をエッチングマスクとして、マスク層15から露出したパッド絶縁膜10をウェットエッチングする。これにより、ソース・ドレイン領域8上およびゲート電極4上のパッド絶縁膜10が除去され、素子分離用溝2の内壁にのみパッド絶縁膜10aが残る。その後、マスク層15を除去する。
Next, as shown in FIG. 12B, the
次に、図13(a)に示すように、ゲート電極4の表面にシリサイド層5を形成し、ソース・ドレイン領域8の表面にシリサイド層9を形成する。当該工程では、ゲート電極4を被覆するように半導体基板1上に、例えばコバルト層を堆積させて、熱処理によりシリサイド層5およびシリサイド層9を形成する。このとき、素子分離用溝2にはパッド絶縁膜10aが残っているため、シリサイド層は形成されない。その後、コバルト層を除去する。
Next, as shown in FIG. 13A, a
次に、図13(b)に示すように、パッド絶縁膜10a上、ソース・ドレイン領域8上およびゲート電極4上の全面に、窒化シリコン膜あるいは酸化窒化シリコン膜を堆積させてライナー膜11を形成する。例えば、10nm〜100nmの膜厚のライナー膜11を形成する。なお、ライナー膜11の形成方法としては、第1実施形態で説明したとおりである。
Next, as shown in FIG. 13B, a silicon nitride film or a silicon oxynitride film is deposited on the entire surface of the
次に、図14(a)に示すように、素子分離用溝2およびゲート電極4を埋め込むように、ライナー膜11上に例えば酸化シリコン膜を堆積させて絶縁膜12を形成する。絶縁膜12は、素子分離用溝2を埋め込む素子分離絶縁膜12aと、ゲート電極4を覆う層間絶縁膜12bとに大別できる。ここで、素子分離絶縁膜12aと、層間絶縁膜12bとで適切な絶縁膜が異なる場合には、絶縁膜12を2層以上の膜により形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 14A, for example, a silicon oxide film is deposited on the
次に、図14(b)に示すように、レジストマスクを用いて絶縁膜12をエッチングすることにより、ソース・ドレイン領域8、より詳細にはシリサイド層9に達する接続孔13aを形成する。当該工程では、まず、ライナー膜11をエッチングストッパ(コンタクトストッパ)として絶縁膜12をエッチングする。その後、接続孔13a内に露出したライナー膜11を除去する。上記したように、ライナー膜11の膜厚は、エッチングストッパとして機能し得る膜厚を確保しつつ、接続孔13aの形成不良を生じないような膜厚で形成しているため、シリサイド層9に達する接続孔13aを精度良く形成することができる。
Next, as shown in FIG. 14B, the insulating
次に、接続孔13aをタングステン等の導電材料で埋め込むことにより、接続孔13a内にコンタクト13を形成する(図10参照)。その後、多層配線形成工程を実施することにより、半導体装置が製造される。
Next, the
上記の本実施形態に係る半導体装置の製造方法によっても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。本実施形態では、シリサイド層5,9を形成する前に、ダミー素子分離膜14を除去している。このため、仮にシリサイド層に対して選択的にダミー素子分離膜14をエッチングすることができない場合に特に有効となる。また、ダミー素子分離膜14のエッチング時にシリサイド層5,9にダメージが入ることを防止することができる。
The same effects as those of the first embodiment can also be obtained by the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment. In the present embodiment, the dummy
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本実施形態で挙げた材料や数値は一例であり、これに限定されるものではない。また、例えば、図2〜図4に示すトランジスタの形成工程は、適宜変更可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the description of the above embodiment.
For example, the materials and numerical values given in the present embodiment are examples, and the present invention is not limited to these. For example, the formation process of the transistor illustrated in FIGS.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1…半導体基板、1a…柱、2…素子分離用溝、3…ゲート絶縁膜、4…ゲート電極、5…シリサイド層、6…サイドウォール絶縁膜、7…エクステンション領域、8…ソース・ドレイン領域、9…シリサイド層、10,10a…パッド絶縁膜、11…ライナー膜、12…絶縁膜、12a…素子分離絶縁膜、12b…層間絶縁膜、13…コンタクト、13a…接続孔、14…ダミー素子分離膜、14a…ディボット、15…マスク層
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記半導体基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側の前記半導体基板に形成されたソースあるいはドレインとなる2つの半導体領域と、
前記素子分離絶縁膜と前記半導体基板との界面から、前記半導体領域上および前記ゲート電極上まで連続して形成され、前記半導体基板にストレスをかけるライナー膜と
を有する半導体装置。 An element isolation insulating film formed on a semiconductor substrate;
A gate electrode formed on the semiconductor substrate;
Two semiconductor regions serving as a source or drain formed on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode;
A semiconductor device comprising: a liner film that is formed continuously from the interface between the element isolation insulating film and the semiconductor substrate to the semiconductor region and the gate electrode, and applies stress to the semiconductor substrate.
前記ライナー膜は、前記素子分離用溝の内壁から、前記半導体基板上および前記ゲート電極上まで連続して形成された
請求項1記載の半導体装置。 The element isolation insulating film is formed by being embedded in an element isolation trench formed in the semiconductor substrate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the liner film is continuously formed from an inner wall of the element isolation trench to the semiconductor substrate and the gate electrode.
前記層間絶縁膜および前記ライナー膜を貫通して形成され、前記2つの半導体領域に接続するコンタクトと、
をさらに有する請求項1記載の半導体装置。 An interlayer insulating film formed in an upper layer of the semiconductor substrate;
A contact formed through the interlayer insulating film and the liner film and connected to the two semiconductor regions;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
活性領域における前記半導体基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の両側における前記半導体基板に、ソースあるいはドレインとなる2つの半導体領域を形成する工程と、
前記ダミー素子分離膜を除去して、前記半導体基板に素子分離用溝を形成する工程と、
前記素子分離用溝の内壁、前記半導体領域上および前記ゲート電極上にライナー膜を形成する工程と、
前記素子分離用溝を埋め込むように、前記ライナー膜上に絶縁膜を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。 Forming a dummy element isolation film for partitioning an active region on the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the semiconductor substrate in the active region;
Forming two semiconductor regions to be a source or a drain on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode;
Removing the dummy element isolation film and forming an element isolation groove in the semiconductor substrate;
Forming a liner film on the inner wall of the element isolation trench, on the semiconductor region and on the gate electrode;
And a step of forming an insulating film on the liner film so as to fill the element isolation trench.
請求項4記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor device manufacturing method according to claim 4, further comprising a step of forming a pad insulating film on at least an inner wall of the element isolation groove before the step of forming the liner film after the step of forming the element isolation groove. Method.
前記絶縁膜を形成する工程の後、前記半導体領域上の前記絶縁膜および前記ライナー膜に接続孔を形成する工程と、
前記接続孔に導電材料を埋め込み、前記半導体領域に接続するコンタクトを形成する工程と
を有する請求項4記載の半導体装置の製造方法。
In the step of forming the insulating film, an insulating film that fills the element isolation trench and covers the gate electrode and the semiconductor region is formed,
After the step of forming the insulating film, forming a connection hole in the insulating film and the liner film on the semiconductor region;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising: embedding a conductive material in the connection hole and forming a contact connected to the semiconductor region.
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