JP2007080913A - Semiconductor device and its fabrication process - 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し、特に金属ゲート電極を備えた半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor device including a metal gate electrode and a manufacturing method thereof.
高性能のCMOSFET(Complementally Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)構造のLSI(Large Scale Integrated circuit)を形成する上では、ゲート電極の空乏化を抑制することが重要になる。近年一般的に用いられているPoly−Siゲート電極を金属ゲート電極に置き換えることは、そのようなゲート電極の空乏化抑制に有効な手段と考えられている。 In forming an LSI (Large Scale Integrated circuit) having a high-performance CMOSFET (Complementally Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) structure, it is important to suppress depletion of the gate electrode. Replacing a poly-Si gate electrode generally used in recent years with a metal gate electrode is considered to be an effective means for suppressing the depletion of such a gate electrode.
Poly−Siゲート電極を用いたCMOSFETでは、通常、閾値電圧の低減を目的として、pチャネル型MOSFET(pMOSFET)に多数キャリアが正孔となるp型Poly−Siを、nチャネル型MOSFET(nMOSFET)に多数キャリアが電子となるn型Poly−Siを、それぞれ用いる。一方、金属ゲート電極を用いたCMOSFETの場合には、閾値電圧を制御するためにpMOSFETとnMOSFETで異なる仕事関数の金属を用いることが必要になる。 In a CMOSFET using a Poly-Si gate electrode, for the purpose of reducing a threshold voltage, p-type Poly-Si in which majority carriers are holes is usually used as a p-channel MOSFET (pMOSFET) and an n-channel MOSFET (nMOSFET). And n-type Poly-Si in which majority carriers are electrons. On the other hand, in the case of a CMOSFET using a metal gate electrode, it is necessary to use metals having different work functions for the pMOSFET and the nMOSFET in order to control the threshold voltage.
このような金属ゲート電極の形成方法は、従来いくつか提案されている。例えば、まず、ウェハ上に形成されたゲート絶縁膜上に窒化チタン(TiN)層を形成し、そのうちnMOSFET領域にあるTiN層を除去した後、nMOSFET領域とpMOSFET領域の双方に窒化珪化タンタル(TaSiN)層およびPoly−Si層を形成する。そして、pMOSFET領域とnMOSFET領域のそれぞれの金属ゲート電極部分を残し、それ以外の部分のPoly−Si層、TaSiN層、TiN層をエッチングする。それにより、pMOSFET領域にPoly−Si層/TaSiN層/TiN層の3層の金属ゲート電極を形成し、nMOSFET領域にPoly−Si層/TaSiN層の2層の金属ゲート電極を形成して、各領域に異なる仕事関数と厚さを有する金属ゲート電極を形成する(非特許文献1参照)。 Several methods for forming such a metal gate electrode have been proposed. For example, a titanium nitride (TiN) layer is first formed on a gate insulating film formed on a wafer, and after removing the TiN layer in the nMOSFET region, tantalum nitride silicide (TaSiN) is formed in both the nMOSFET region and the pMOSFET region. ) Layer and a Poly-Si layer. Then, the metal gate electrode portions of the pMOSFET region and the nMOSFET region are left, and the other portions of the Poly-Si layer, TaSiN layer, and TiN layer are etched. Thereby, three metal gate electrodes of Poly-Si layer / TaSiN layer / TiN layer are formed in the pMOSFET region, and two metal gate electrodes of Poly-Si layer / TaSiN layer are formed in the nMOSFET region. Metal gate electrodes having different work functions and thicknesses are formed in the regions (see Non-Patent Document 1).
このほか、ゲート絶縁膜上に形成したTiN層のnMOSFET領域にのみ窒素(N)をイオン注入することで、pMOSFET領域とnMOSFET領域の金属層の仕事関数を異ならせる方法も提案されている(非特許文献2参照)。この場合には、pMOSFET領域とnMOSFET領域に同じ厚さの金属ゲート電極が形成されるようになる。
しかし、金属ゲート電極を形成する際には、次のような問題が生じる場合があった。
例えば上記のように、pMOSFET領域のゲート絶縁膜上に3層のゲート電極材料を形成し、nMOSFET領域のゲート絶縁膜上にpMOSFET領域の上側2層と同じ材質の2層のゲート電極材料を形成して、それを所定パターンにエッチング加工して金属ゲート電極を形成する場合には、各領域でエッチング終了までに要する時間に差が生じてくる。そのため、ゲート電極材料が薄く形成されているnMOSFET領域側のゲート絶縁膜の方がより長くエッチングに晒されるようになり、ゲート絶縁膜やさらにその下の半導体基板にまでエッチングダメージが入ってしまう場合があった。
However, when forming the metal gate electrode, the following problems may occur.
For example, as described above, a three-layer gate electrode material is formed on the gate insulating film in the pMOSFET region, and a two-layer gate electrode material of the same material as the upper two layers in the pMOSFET region is formed on the gate insulating film in the nMOSFET region. When the metal gate electrode is formed by etching it into a predetermined pattern, there is a difference in the time required to complete the etching in each region. For this reason, the gate insulating film on the nMOSFET region side where the gate electrode material is formed thinly is exposed to etching for a longer time, and etching damage is caused to the gate insulating film and the semiconductor substrate therebelow. was there.
このような問題は、pMOSFET領域とnMOSFET領域に形成されたエッチング加工前のゲート電極材料の厚さが異なっている場合に限らず、同じ厚さである場合にも同様に起こり得る。 Such a problem is not limited to the case where the thicknesses of the gate electrode materials before the etching process formed in the pMOSFET region and the nMOSFET region are different from each other.
図19から図22は従来の金属ゲート電極形成方法の一例を示す図であって、図19はゲート電極材料の形成工程の要部断面模式図、図20は第1のエッチング工程の要部断面模式図、図21および図22は第2のエッチング工程の要部断面模式図である。 19 to 22 are diagrams showing an example of a conventional method for forming a metal gate electrode. FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of an essential part of a gate electrode material forming process, and FIG. 20 is an essential cross-sectional view of a first etching process. FIG. 21 and FIG. 22 are schematic cross-sectional views of the relevant part in the second etching step.
例えば、図19に示すように、Si基板100に、pMOSFET領域100aとnMOSFET領域100bとを画定するSTI(Shallow Trench Isolation)101が形成されており、ゲート絶縁膜102を介して、pMOSFET領域100aに第1の金属層103が形成され、nMOSFET領域100bには第2の金属層104が形成されている場合を想定する。ここで、第1の金属層103は、第2の金属層104に比べ、そのエッチングレートが低いものとする。
For example, as shown in FIG. 19, an STI (Shallow Trench Isolation) 101 that defines a
このような構造に対し、pMOSFET領域100aとnMOSFET領域100bを同時にエッチングしてそれぞれの金属ゲート電極を形成しようとする場合には、図19に示したように、まず全面にマスク膜105を形成した後、パターニングを行い、図20に示すように、pMOSFET領域100aとnMOSFET領域100bにそれぞれマスクパターン105aを形成する。そして、それをマスクにして、第1,第2の金属層103,104のエッチングを行うことになる。
In the case where the
しかしながら、第1,第2の金属層103,104を同条件で同時にエッチングしたときには、第1の金属層103の方がエッチングレートが低いため、図21に示すように、nMOSFET領域100bの第2の金属層104の方が早くエッチングが終了することになる。このとき残っているpMOSFET領域100aの第1の金属層103のエッチングを終了するためにそのままエッチングを続けると、上記同様、nMOSFET領域100bのゲート絶縁膜102やSi基板100にエッチングダメージ106が入ってしまう場合があるという問題が起こることになる(図22)。
However, when the first and
このようなゲート絶縁膜や半導体基板へのエッチングダメージは、その後のソース・ドレイン・エクステンション領域やソース・ドレイン領域を形成するためのイオン注入を行ったときに、それらの領域の位置ずれ等を引き起こす場合があり、MOSFETのオン・オフ特性に悪影響を及ぼしかねず、CMOSFETの性能劣化を招くおそれがある。 Such etching damage to the gate insulating film and the semiconductor substrate causes misalignment of these regions when ion implantation for forming the source / drain / extension region and the source / drain region is performed thereafter. In some cases, the on / off characteristics of the MOSFET may be adversely affected and the performance of the CMOSFET may be degraded.
また、以上のような問題のほかにも、金属ゲート電極そのものの特性を考えた場合には、次のような問題が生じる場合もある。例えば、CMOSFETの一方の金属ゲート電極では比抵抗の高い金属層を厚く形成し、他方の金属ゲート電極では比抵抗の低い金属層を薄く形成した場合等には、それによってCMOSFETの回路のオン/オフ特性等の高性能化が阻害されてしまうようになる。このように、金属ゲート電極を形成する際には、場合により、金属ゲート電極を構成する仕事関数の異なる金属層の膜厚のほか、その抵抗を考慮することも必要になる。 In addition to the above problems, the following problems may occur when the characteristics of the metal gate electrode itself are considered. For example, when one metal gate electrode of the CMOSFET is formed with a thick metal layer having a high specific resistance and the other metal gate electrode is formed with a thin metal layer having a low specific resistance, the ON / OFF of the circuit of the CMOSFET is thereby performed. High performance such as off characteristics will be hindered. As described above, when forming the metal gate electrode, in addition to the thickness of the metal layer having a different work function constituting the metal gate electrode, it is necessary to consider its resistance.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、金属ゲート電極を備えた高性能かつ高品質の半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a high-performance and high-quality semiconductor device including a metal gate electrode and a method for manufacturing the same.
本発明では上記課題を解決するために、金属ゲート電極を備えた半導体装置において、仕事関数の異なる金属層を有する金属ゲート電極を備えた複数のトランジスタを有し、前記複数のトランジスタの前記金属ゲート電極が有する前記仕事関数の異なる金属層のうち所定のエッチング条件におけるエッチングレートの低い金属層が、前記所定のエッチング条件におけるエッチングレートの高い金属層よりも薄く形成されていることを特徴とする半導体装置が提供される。 In order to solve the above problems, the present invention provides a semiconductor device including a metal gate electrode, the semiconductor device including a plurality of transistors including metal gate electrodes having metal layers having different work functions, and the metal gates of the plurality of transistors. Of the metal layers having different work functions, the metal layer having a low etching rate under a predetermined etching condition is formed thinner than the metal layer having a high etching rate under the predetermined etching condition. An apparatus is provided.
このような半導体装置によれば、所定のエッチング条件でのエッチングレートの低い金属層が、そのエッチング条件でのエッチングレートの高い金属層よりも薄く形成されているため、金属層をエッチングして金属ゲート電極を形成する際、例えばそれらを同時にエッチングした場合でも、それらのエッチングレート差を厚さの違いで相殺し、エッチングを同時あるいはほぼ同時に終了させることが可能になる。それにより、その金属層の下に形成されているゲート絶縁膜やさらにその下の半導体基板に対するエッチングダメージが最小限に抑えられた半導体装置が得られるようになる。 According to such a semiconductor device, the metal layer having a low etching rate under a predetermined etching condition is formed thinner than the metal layer having a high etching rate under the etching condition. When the gate electrodes are formed, for example, even when they are etched at the same time, the etching rate difference is canceled by the difference in thickness, and the etching can be completed simultaneously or almost simultaneously. As a result, it is possible to obtain a semiconductor device in which etching damage to the gate insulating film formed under the metal layer and the semiconductor substrate therebelow is minimized.
さらに、本発明では、金属ゲート電極を備えた半導体装置において、仕事関数の異なる金属層を有する金属ゲート電極を備えた複数のトランジスタを有し、前記複数のトランジスタの前記金属ゲート電極が有する前記金属層のうち比抵抗の高い金属層が、比抵抗の低い金属層よりも薄く形成されていることを特徴とする半導体装置が提供される。 Furthermore, in the present invention, in a semiconductor device including a metal gate electrode, the semiconductor device includes a plurality of transistors each including a metal gate electrode having a metal layer having a different work function, and the metal gate electrode of the plurality of transistors includes the metal. A semiconductor device is provided in which a metal layer having a high specific resistance is formed thinner than a metal layer having a low specific resistance.
このような半導体装置によれば、比抵抗の高い金属層が、比抵抗の低い金属層よりも薄く形成されているため、半導体装置のオン/オフ特性等の性能の劣化を抑制することが可能になる。 According to such a semiconductor device, since the metal layer having a high specific resistance is formed thinner than the metal layer having a low specific resistance, it is possible to suppress deterioration in performance such as on / off characteristics of the semiconductor device. become.
また、本発明では、金属ゲート電極を備えた半導体装置の製造方法において、半導体基板上の異なるトランジスタの形成領域にそれぞれゲート絶縁膜を介して仕事関数および厚さの異なる金属層を形成する工程と、前記仕事関数および厚さの異なる金属層を同時またはほぼ同時にエッチングが終了する条件で同時にエッチングする工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 Further, according to the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device having a metal gate electrode, a step of forming metal layers having different work functions and thicknesses through gate insulating films in different transistor formation regions on a semiconductor substrate, And a step of simultaneously etching the metal layers having different work functions and thicknesses under the condition that etching is completed simultaneously or substantially simultaneously.
このような半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上の異なるトランジスタの形成領域にそれぞれゲート絶縁膜を介して仕事関数および厚さの異なる金属層を形成し、それらの金属層を同時あるいはほぼ同時にエッチングが終了するような条件で同時にエッチングするので、その金属層の下に形成されているゲート絶縁膜やさらにその下の半導体基板に対するエッチングダメージを最小限に抑えることができるようになる。 According to such a method of manufacturing a semiconductor device, metal layers having different work functions and thicknesses are formed in the formation regions of different transistors on the semiconductor substrate via the gate insulating films, respectively, and these metal layers are formed simultaneously or substantially. At the same time, etching is performed under the condition that the etching is completed, so that it is possible to minimize etching damage to the gate insulating film formed under the metal layer and the semiconductor substrate therebelow.
本発明では、金属ゲート電極に用いられる仕事関数の異なる金属層を、異なる厚さで形成し、それらを所定の条件でエッチングするようにした。これにより、金属層の下に形成されたゲート絶縁膜やさらにその下の半導体基板に対するエッチングダメージを最小限に抑えることが可能になり、高性能かつ高品質の半導体装置が実現可能になる。 In the present invention, metal layers having different work functions used for the metal gate electrode are formed with different thicknesses and etched under predetermined conditions. As a result, etching damage to the gate insulating film formed under the metal layer and the semiconductor substrate therebelow can be minimized, and a high-performance and high-quality semiconductor device can be realized.
以下、本発明の実施の形態を、CMOSFETを例に図面を参照して詳細に説明する。
まず、第1の実施の形態について説明する。
図1はCMOSFETの一例の要部断面模式図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings taking CMOSFETs as an example.
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an essential part of an example of a CMOSFET.
図1に示すCMOSFET1は、シリコン(Si)基板2にSTI3が形成され、STI3により、第1のMOSFET10と第2のMOSFET20の素子領域が画定されている。ここで、第1,第2のMOSFET10,20は、一方がpチャネル型で、もう一方がnチャネル型である。
In the CMOSFET 1 shown in FIG. 1, an
第1のMOSFET10は、Si基板2上にゲート絶縁膜11を介して形成された金属ゲート電極12を有し、その外側には側壁絶縁膜13が形成されている。また、金属ゲート電極12両側のSi基板2内には、側壁絶縁膜13直下に所定導電型のソース・ドレイン・エクステンション領域14が形成され、さらに側壁絶縁膜13両側のSi基板2内には、所定導電型のソース・ドレイン領域15が形成されている。
The
第2のMOSFET20もこれと同様の構造を有しており、Si基板2上にゲート絶縁膜21と金属ゲート電極22の積層構造を有し、その外側に側壁絶縁膜23が形成されている。また、Si基板2内には、所定領域に所定導電型のソース・ドレイン・エクステンション領域24およびソース・ドレイン領域25が形成されている。
The
ここで、第1,第2のMOSFET10,20の金属ゲート電極12,22は、それぞれゲート絶縁膜11,21上に第1,第2の金属層31,32が形成され、それらの上に共に第3の金属層33が積層された構造を有している。第1,第2の金属層31,32は、異なる仕事関数を有しているものとする。また、第1,第2の金属層31,32は、第2の金属層32の方が第1の金属層31よりも厚く形成されている。
Here, the first and second
このように第1,第2の金属層31,32の厚さが異なっていると、仮に第1,第2の金属層31,32の材質が同じであるとして、それを同条件で同時にエッチングしたときには、薄い第1の金属層31の方が早くエッチングが終了することになる。したがって、金属ゲート電極12,22を形成する際には、エッチングレートの低い金属層を第1の金属層31として薄く形成し、エッチングレートの高い金属層を第2の金属層32として厚く形成してエッチングを行えば、エッチングレート差を厚さの違いで相殺し、第1,第2の金属層31,32のエッチングを同時あるいはほぼ同時に終了させることが可能になる。それにより、ゲート絶縁膜11,21やSi基板2へのダメージを最小限に抑えることが可能になる。
If the thicknesses of the first and second metal layers 31 and 32 are different in this way, the materials of the first and second metal layers 31 and 32 are assumed to be the same, and are etched simultaneously under the same conditions. In this case, the etching of the first
あるいは、薄く形成した第1の金属層31の方でエッチングレートが低く、厚く形成した第2の金属層32の方でエッチングレートが高くなるように、エッチング条件を設定し、エッチングを行うようにしても、同様の効果が得られる。
Alternatively, etching is performed by setting the etching conditions so that the etching rate is lower in the
続いて、上記構成を有するCMOSFET1の形成方法について述べる。なお、ここでは、第1のMOSFET10がpMOSFETであり、第2のMOSFET20がnMOSFETである場合を例にして説明する。
Next, a method for forming the CMOSFET 1 having the above configuration will be described. Here, a case where the
図2から図9は第1の実施の形態のCMOSFETの形成方法の一例を説明する図である。以下、形成方法の一例を図2から図9を参照して順に説明する。
図2は第1の実施の形態のゲート絶縁膜の形成工程の要部断面模式図である。
2 to 9 are diagrams for explaining an example of the method of forming the CMOSFET according to the first embodiment. Hereinafter, an example of the forming method will be described in order with reference to FIGS.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an essential part of a gate insulating film forming process according to the first embodiment.
まず、常法に従ってSTI3を形成してpMOSFETを形成する領域(pMOSFET領域)10aとnMOSFETを形成する領域(nMOSFET領域)20aとが画定されたSi基板2を熱酸化し、厚さ約0.5nmの酸化シリコン(SiO2)膜を成長させる。
First, according to a conventional method, the
次いで、温度約280℃、圧力約0.3Torr(約40Pa)の雰囲気で、テトラ−ターシャリ−ブトキシ−ハフニウム(HTB)とジシラン(Si2H6)を原料とした有機金属化学気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)法により、pMOSFET領域10aおよびnMOSFET領域20aに厚さ約2.5nmのハフニウムシリケート(HfSiO)膜を形成する。
Next, metalorganic chemical vapor deposition (Metal) using tetra-tertiary-butoxy-hafnium (HTB) and disilane (Si 2 H 6 ) as raw materials in an atmosphere at a temperature of about 280 ° C. and a pressure of about 0.3 Torr (about 40 Pa). A hafnium silicate (HfSiO) film having a thickness of about 2.5 nm is formed in the
次いで、温度約700℃、圧力約0.76Torr(約101Pa)のアンモニア(NH3)/窒素(N2)雰囲気で熱処理を行い、HfSiO膜にNを導入する。これにより、図2に示すようにpMOSFET領域10aおよびnMOSFET領域20aに窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)のゲート絶縁膜40を形成する。
Next, heat treatment is performed in an ammonia (NH 3 ) / nitrogen (N 2 ) atmosphere at a temperature of about 700 ° C. and a pressure of about 0.76 Torr (about 101 Pa) to introduce N into the HfSiO film. Thereby, as shown in FIG. 2, a
図3は第1の実施の形態の第1の金属層の形成工程の要部断面模式図である。
ゲート絶縁膜40の形成後は、四塩化チタン(TiCl4)とNH3を原料とした化学気相成長(Chemical Vapor Deposition,CVD)法により、図3に示すようにpMOSFET領域10aおよびnMOSFET領域20aに第1の金属層31として厚さ約10nmのTiN層を形成する。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an essential part of the first metal layer forming step according to the first embodiment.
After the formation of the
図4は第1の実施の形態の第1の金属層の除去工程の要部断面模式図である。
第1の金属層31の形成後は、フォトリソグラフィ技術を用い、図4に示すようにpMOSFET領域10aにマスク膜41を形成する。そして、それを温度60℃の過酸化水素水(H2O2/H2O)に浸し、nMOSFET領域20aにある第1の金属層31を除去し、図4に示した状態を得る。その後、マスク膜41は除去する。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an essential part of the first metal layer removing step of the first embodiment.
After the formation of the
図5は第1の実施の形態の第2の金属層の形成工程の要部断面模式図である。
マスク膜41の除去後は、スパッタ法により、図5に示すようにpMOSFET領域10aおよびnMOSFET領域20aに第2の金属層32として厚さ約25nmの珪化タンタル(TaSi)層を形成する。このように、ここでは後述するエッチングレートを考慮し、第2の金属層32を第1の金属層31よりも厚く形成する。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an essential part of the second metal layer forming step according to the first embodiment.
After removal of the
図6は第1の実施の形態の第2の金属層の除去工程の要部断面模式図である。
第2の金属層32の形成後は、フォトリソグラフィ技術を用い、図6に示すようにnMOSFET領域20aにマスク膜42を形成する。その後、塩素(Cl2)/三フッ化窒素(NF3)/アルゴン(Ar)/酸素(O2)=40/40/140/16(sccm(=mL/min,0℃,101.3kPa))の条件で、第1の金属層31上にある第2の金属層32をドライエッチングし、図6に示した状態を得る。ドライエッチング後、マスク膜42は除去する。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an essential part of the second metal layer removing step of the first embodiment.
After the formation of the
図7は第1の実施の形態の第3の金属層の形成工程の要部断面模式図である。
マスク膜42の除去後は、低抵抗化のために、スパッタ法により、図7に示すようにpMOSFET領域10aおよびnMOSFET領域20aに第3の金属層33として厚さ約50nmのタングステン(W)層を形成する。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the relevant part showing a third metal layer forming step according to the first embodiment.
After the removal of the
図8は第1の実施の形態の第3の金属層のエッチング工程の要部断面模式図である。
第3の金属層33の形成後は、図8に示すように、まず金属ゲート電極の形成領域にフォトリソグラフィ技術を用いてマスク膜43を形成する。そして、Cl2/NF3/Ar/O2=40/40/140/16(sccm)の条件で、第3の金属層33をドライエッチングする。例えばハーフピッチ(hp)が65nmの世代では、加工後の第3の金属層33の寸法(ゲート長)を約50nmとする。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the relevant part in the third metal layer etching step of the first embodiment.
After the formation of the
図9は第1の実施の形態の第1,第2の金属層のエッチング工程の要部断面模式図である。
第3の金属層33のエッチング後は、第1,第2の金属層31,32を、Cl2/四フッ化炭素(CF4)/N2=40/40/20(sccm)の条件で、同時にドライエッチングする。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the relevant part in the etching process of the first and second metal layers of the first embodiment.
After the etching of the
このエッチング条件では、第1の金属層31であるTiN層のエッチングレートは約30nm/minであり、第2の金属層32であるTaSi層のエッチングレートは約75nm/minである。ここでは、このようなエッチングレートを考慮して、第1の金属層31の厚さを約10nmとし、第2の金属層32の厚さを約25nmとしている。そのため、上記のようなエッチング条件では、pMOSFET領域10aとnMOSFET領域20aに対して同時にエッチングを行っても、厚さの異なる第1,第2の金属層31,32のエッチングが同時あるいはほぼ同時に終了するようになる。
Under this etching condition, the etching rate of the TiN layer as the
ドライエッチング後には、図9に示したように、pMOSFET領域10aに薄いTiN層の第1の金属層31とW層の第3の金属層33が積層された金属ゲート電極12が形成され、nMOSFET領域20aに厚いTaSi層の第2の金属層32とW層の第3の金属層33が積層された金属ゲート電極22が形成される。
After the dry etching, as shown in FIG. 9, the
金属ゲート電極12,22の形成後は、次のような手順で上記図1に示したような構成のCMOSFET1を形成する。
まず、ゲート絶縁膜40をドライエッチングしてpMOSFET領域10aとnMOSFET領域20aにそれぞれゲート絶縁膜11,21を形成し、その後、マスク膜43を除去する。そして、pMOSFET領域10aに金属ゲート電極12をマスクにしてイオン注入を行い、ソース・ドレイン・エクステンション領域14を形成し、nMOSFET領域20aに金属ゲート電極22をマスクにしてイオン注入を行い、ソース・ドレイン・エクステンション領域24を形成する。
After the formation of the
First, the
その後、pMOSFET領域10aおよびnMOSFET領域20aにそれぞれ側壁絶縁膜13,23を形成する。そして、pMOSFET領域10aに金属ゲート電極12および側壁絶縁膜13をマスクにしてイオン注入を行い、ソース・ドレイン領域15を形成し、nMOSFET領域20aに金属ゲート電極22および側壁絶縁膜23をマスクにしてイオン注入を行い、ソース・ドレイン領域25を形成する。
Thereafter, sidewall insulating
なお、上記の不純物拡散層形成時のイオン注入に用いる不純物としては、例えば、pMOSFET領域10aにはフッ化ホウ素(BF2)を、nMOSFET領域20aにはヒ素(As)を、それぞれ用いることができる。
As impurities used for ion implantation at the time of forming the impurity diffusion layer, for example, boron fluoride (BF 2 ) can be used for the
以上説明したように、この第1の実施の形態では、pMOSFET領域10aとnMOSFET領域20aに、それぞれ用いる金属層のエッチングレートに応じた厚さで第1,第2の金属層31,32を形成するようにした。そして、それらを同時に同条件でエッチングすることにより、第1,第2の金属層31,32のエッチングレート差をそれらの厚さの違いによって相殺する。それにより、金属ゲート電極12,22をエッチング加工によって形成する際のゲート絶縁膜40およびSi基板2へのエッチングダメージを最小限に抑えることが可能になる。
As described above, in the first embodiment, the first and second metal layers 31 and 32 are formed in the
その結果、エッチングレートの低い第1の金属層31は薄く、エッチングレートの高い第2の金属層32は厚く形成され、pMOSFETとnMOSFETで異なる仕事関数と厚さの金属ゲート電極12,22を有する高性能かつ高品質のCMOSFET1が形成されるようになる。
As a result, the
なお、ここでは、所定のエッチング条件においてエッチングレートが低い第1の金属層31を薄く形成し、エッチングレートが高い第2の金属層32を厚く形成するようにしたが、薄く形成した第1の金属層31よりも厚く形成した第2の金属層32の方がエッチングレートが高くなるように条件を調整してエッチングを行うようにしてもよい。このような方法によっても、上記構成のCMOSFET1を形成することができ、高性能かつ高品質のCMOSFET1が形成可能になる。
Here, the
次に、第2の実施の形態について説明する。
金属ゲート電極を備えたCMOSFETにおいては、その金属ゲート電極の抵抗がオン/オフ特性等の回路性能を決定する要素のひとつとなり、比抵抗の高い金属層を厚く形成した金属ゲート電極を用いると、回路性能は劣化する。金属ゲート電極を形成する際には、金属層の抵抗を考慮してpMOSFET側とnMOSFET側の厚さを設定することが望ましい。以下、金属ゲート電極に用いる金属層の抵抗を考慮した場合のCMOSFETの形成方法の一例について、図10から図18を参照して説明する。
Next, a second embodiment will be described.
In a CMOSFET provided with a metal gate electrode, the resistance of the metal gate electrode is one of the factors that determine circuit performance such as on / off characteristics, and when a metal gate electrode having a thick metal layer with a high specific resistance is used, Circuit performance is degraded. When forming the metal gate electrode, it is desirable to set the thickness of the pMOSFET side and the nMOSFET side in consideration of the resistance of the metal layer. Hereinafter, an example of a method of forming the CMOSFET in consideration of the resistance of the metal layer used for the metal gate electrode will be described with reference to FIGS.
図10は第2の実施の形態のゲート絶縁膜の形成工程の要部断面模式図である。
まず、常法に従ってSTI50を形成してpMOSFET領域10bとnMOSFET領域20bとが画定されたSi基板51を熱酸化し、厚さ約0.5nmのSiO2膜を成長させる。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the relevant part in the step of forming the gate insulating film according to the second embodiment.
First, an
次いで、温度約300℃、圧力約125mTorr(約17Pa)の雰囲気で、テトラキス−エチル−メチル−アミノ−ハフニウム(TEMAHf)と水蒸気(H2O)を原料とした原子層成長(Atomic Layer Deposition,ALD)法により、pMOSFET領域10bおよびnMOSFET領域20bに、ゲート絶縁膜52として厚さ約3nmのハフニア(HfO2)膜を形成する。
Next, atomic layer deposition (Atomic Layer Deposition, ALD) using tetrakis-ethyl-methyl-amino-hafnium (TEMAHf) and water vapor (H 2 O) as raw materials in an atmosphere at a temperature of about 300 ° C. and a pressure of about 125 mTorr (about 17 Pa). ) Method, a hafnia (HfO 2 ) film having a thickness of about 3 nm is formed as the
図11は第2の実施の形態の第1の金属層の形成工程の要部断面模式図である。
ゲート絶縁膜52の形成後は、六フッ化タングステン(WF6)を原料に用いたCVD法により、図11に示すようにpMOSFET領域10bおよびnMOSFET領域20bに第1の金属層53として厚さ約20nmのW層を形成する。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of an essential part of the first metal layer forming step according to the second embodiment.
After the formation of the
図12は第2の実施の形態の第1の金属層の除去工程の要部断面模式図である。
第1の金属層53の形成後は、フォトリソグラフィ技術を用い、図12に示すようにpMOSFET領域10bにマスク膜54を形成する。そして、CF4=100(sccm)の条件でドライエッチングし、nMOSFET領域20bにある第1の金属層53を除去し、図12に示した状態を得る。その後、マスク膜54は除去する。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the relevant part in the first metal layer removing step of the second embodiment.
After the formation of the
図13は第2の実施の形態の第2の金属層の形成工程の要部断面模式図である。
マスク膜54の除去後は、スパッタ法により、図13に示すようにpMOSFET領域10bおよびnMOSFET領域20bに第2の金属層55として厚さ約10nmのTaSi層を形成する。このように、ここではW層とTaSi層の比抵抗および後述のエッチングレートを考慮し、第2の金属層55を第1の金属層53よりも薄く形成する。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the relevant part in the second metal layer forming step of the second embodiment.
After the removal of the
図14は第2の実施の形態の第2の金属層の除去工程の要部断面模式図である。
第2の金属層55の形成後は、フォトリソグラフィ技術を用い、図14に示すようにnMOSFET領域20bにマスク膜56を形成する。その後、Cl2/CF4/N2=40/40/20(sccm)の条件で、第1の金属層53上にある第2の金属層55をドライエッチングし、図14に示した状態を得る。ドライエッチング後、マスク膜56は除去する。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of an essential part of the second metal layer removing step according to the second embodiment.
After the formation of the
図15は第2の実施の形態の第3の金属層の形成工程の要部断面模式図である。
マスク膜56の除去後は、低抵抗化のために、スパッタ法により、図15に示すようにpMOSFET領域10bおよびnMOSFET領域20bに第3の金属層57として厚さ約50nmの珪化タングステン(WSi)層を形成する。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of an essential part of a third metal layer forming step according to the second embodiment.
After the removal of the
図16は第2の実施の形態の第3の金属層のエッチング工程の要部断面模式図である。
第3の金属層57の形成後は、図16に示すように、まず金属ゲート電極の形成領域にフォトリソグラフィ技術を用いてマスク膜58を形成する。そして、Cl2/NF3/Ar/O2=40/40/140/16(sccm)の条件で、第3の金属層57をドライエッチングする。例えばhp65nmの世代では、加工後の第3の金属層57の寸法(ゲート長)を約50nmとする。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of the relevant part in the third metal layer etching step of the second embodiment.
After the formation of the
図17は第2の実施の形態の第1,第2の金属層のエッチング工程の要部断面模式図である。
第3の金属層57のエッチング後は、第1,第2の金属層53,55を、Cl2/NF3/Ar/O2=40/40/140/16(sccm)の条件で、同時にドライエッチングする。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of the relevant part in the etching process of the first and second metal layers of the second embodiment.
After the etching of the
このエッチング条件では、第1の金属層53であるW層のエッチングレートは約150nm/minであり、第2の金属層55であるTaSi層のエッチングレートは約75nm/minである。ここでは、第2の金属層55のTaSi層の方がより比抵抗の低い第1の金属層53のW層よりも薄くなるようにすると共に、両金属層のエッチングレートを考慮して、第1の金属層53の厚さを約20nmとし、第2の金属層55の厚さを約10nmとしている。そのため、上記のようなエッチング条件では、pMOSFET領域10bとnMOSFET領域20bに対して同時にエッチングを行っても、厚さの異なる第1,第2の金属層53,55のエッチングが同時あるいはほぼ同時に終了するようになる。
Under this etching condition, the etching rate of the W layer as the
ドライエッチング後には、図17に示したように、pMOSFET領域10bに厚いW層の第1の金属層53とWSi層の第3の金属層57が積層された金属ゲート電極59が形成され、nMOSFET領域20bに薄いTaSi層の第2の金属層55とWSi層の第3の金属層57が積層された金属ゲート電極60が形成される。
After the dry etching, as shown in FIG. 17, a
なお、この図17に示した第1,第2の金属層53,55のエッチングは、上記図16に示した第3の金属層57のエッチングと同条件で行うことができる。したがって、第3の金属層57のエッチングに連続して、第1,第2の金属層53,55をエッチングするようにしてもよい。
The etching of the first and second metal layers 53 and 55 shown in FIG. 17 can be performed under the same conditions as the etching of the
図18は第2の実施の形態の不純物拡散層および側壁絶縁膜の形成工程の要部断面模式図である。
金属ゲート電極59,60の形成後は、まず、ゲート絶縁膜52をドライエッチングしてpMOSFET領域10bとnMOSFET領域20bにそれぞれゲート絶縁膜61,62を形成する。その後、図17に示したマスク膜58は除去する。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of an essential part in the step of forming the impurity diffusion layer and the sidewall insulating film according to the second embodiment.
After the formation of the
そして、pMOSFET領域10bに金属ゲート電極59をマスクにしてイオン注入を行い、ソース・ドレイン・エクステンション領域63を形成し、nMOSFET領域20bに金属ゲート電極60をマスクにしてイオン注入を行い、ソース・ドレイン・エクステンション領域64を形成する。
Then, ion implantation is performed on the
その後、pMOSFET領域10bおよびnMOSFET領域20bにそれぞれ側壁絶縁膜65,66を形成する。そして、pMOSFET領域10bに金属ゲート電極59および側壁絶縁膜65をマスクにしてイオン注入を行い、ソース・ドレイン領域67を形成し、nMOSFET領域20bに金属ゲート電極60および側壁絶縁膜66をマスクにしてイオン注入を行い、ソース・ドレイン領域68を形成する。
Thereafter, sidewall insulating
なお、上記の不純物拡散層形成時のイオン注入に用いる不純物としては、例えば、pMOSFET領域10bにはBF2を、nMOSFET領域20bにはAsを、それぞれ用いることができる。
For example, BF 2 can be used for the
以上説明したように、この第2の実施の形態では、pMOSFET領域10bとnMOSFET領域20bに、それぞれ用いる金属層のエッチングレートと比抵抗に応じた厚さで第1,第2の金属層53,55を形成するようにした。そして、それらを同時に同条件でエッチングすることにより、第1,第2の金属層53,55のエッチングレート差をそれらの厚さの違いによって相殺すると共に、金属層の比抵抗に応じた厚さの金属ゲート電極59,60を形成する。それにより、金属ゲート電極59,60をエッチング加工によって形成する際のゲート絶縁膜52およびSi基板51へのエッチングダメージを最小限に抑えることが可能になる。
As described above, in the second embodiment, the
その結果、比抵抗が低くエッチングレートの高い第1の金属層53は厚く、比抵抗が高くエッチングレートの低い第2の金属層55は薄く形成され、pMOSFETとnMOSFETで異なる仕事関数と厚さの金属ゲート電極59,60を有する高性能かつ高品質のCMOSFETが形成されるようになる。
As a result, the
なお、ここでは、所定のエッチング条件においてエッチングレートが高く比抵抗が低い第1の金属層53を厚く形成し、エッチングレートが低く比抵抗が高い第2の金属層55を薄く形成するようにしたが、厚く形成した比抵抗の低い第1の金属層53よりも薄く形成した比抵抗の高い第2の金属層55の方がエッチングレートが低くなるように条件を調整してエッチングを行うようにしてもよい。このような方法によっても、図18に示したような構成のCMOSFETを形成することができ、高性能かつ高品質のCMOSFETが形成可能になる。
Here, the
以上、第1,第2の実施の形態について説明したが、上記第1,第2の実施の形態で述べたCMOSFETは一例であって、材質、形成条件等は、必要に応じ、適当に変更することが可能である。 Although the first and second embodiments have been described above, the CMOSFET described in the first and second embodiments is an example, and materials, formation conditions, and the like are appropriately changed as necessary. Is possible.
例えば、第1の金属層31,53と第2の金属層32,55のエッチング条件は、それらの材質の組み合わせや膜厚に応じて設定することが可能であり、また、エッチング条件に応じてそれらの材質の組み合わせや膜厚を設定することも可能である。
For example, the etching conditions of the
また、ゲート絶縁膜11,21,61,62(ゲート絶縁膜40,52)は、上記のHfSiONやHfO2のようなHfと酸素(O)を含んだHf酸化物系材料のほか、ジルコニウム(Zr)とOを含んだZr酸化物系材料、ランタン(La)とOを含んだLa酸化物系材料、TaとOを含んだTa酸化物系材料等も用いることが可能である。さらに、SiO2、酸化窒化シリコン(SiON)、窒化シリコン(SiN)等の材料も用いることが可能である。
In addition, the
また、上記第1,第2の実施の形態では、低抵抗化を目的として、第1の金属層31,53や第2の金属層32,55の上に第3の金属層33,57を形成するようにしたが、この第3の金属層33,57は必ずしも形成することを要しない。例えば、第1の金属層31,53や第2の金属層32,55の抵抗がそれ単独で十分に低い場合には、その上に第3の金属層33,57を形成することは不要である。
In the first and second embodiments, the
また、上記第1,第2の実施の形態では、第1の金属層31,53と第2の金属層32,55を異なる材料で形成することに加え、第1の金属層31,53と第3の金属層33,57、第2の金属層32,55と第3の金属層33,57もそれぞれ異なる材料で形成するようにしたが、第1の金属層31,53と第3の金属層33,57、第2の金属層32,55と第3の金属層33,57は同じ材料で形成されていても構わない。例えば、上記第2の実施の形態において、第1,第2の金属層53,55としてW層,TaSi層を用い、第3の金属層57としてWSi層に代えてW層を用いることも可能である。
In the first and second embodiments, in addition to forming the
また、上記第2の実施の形態において触れたように(図16および図17参照)、第1の金属層31,53、第2の金属層32,55、第3の金属層33,57の材料の組み合わせや積層順によっては、第3の金属層33,57のエッチングと第1の金属層31,53および第2の金属層32,55のエッチングとを1工程で行うことも可能である。ただし、その場合は、1工程で行ったときと2工程で行ったときに得られる金属ゲート電極12,22,59,60の形状やウェハ面内における均一性等に留意する。
As mentioned in the second embodiment (see FIGS. 16 and 17), the first metal layers 31, 53, the second metal layers 32, 55, and the third metal layers 33, 57 Depending on the combination of materials and the stacking order, the etching of the
(付記1) 金属ゲート電極を備えた半導体装置において、
仕事関数の異なる金属層を有する金属ゲート電極を備えた複数のトランジスタを有し、
前記複数のトランジスタの前記金属ゲート電極が有する前記仕事関数の異なる金属層のうち所定のエッチング条件におけるエッチングレートの低い金属層が、前記所定のエッチング条件におけるエッチングレートの高い金属層よりも薄く形成されていることを特徴とする半導体装置。
(Additional remark 1) In the semiconductor device provided with the metal gate electrode,
Having a plurality of transistors with metal gate electrodes having metal layers with different work functions;
Of the metal layers having different work functions of the metal gate electrodes of the plurality of transistors, a metal layer having a low etching rate under a predetermined etching condition is formed thinner than a metal layer having a high etching rate under the predetermined etching condition. A semiconductor device characterized by that.
(付記2) 前記エッチングレートの低い金属層と前記エッチングレートの高い金属層とは、前記所定のエッチング条件で同時にエッチングしたときに、同時またはほぼ同時にエッチングが終了するような厚さで、それぞれ形成されていることを特徴とする付記1記載の半導体装置。 (Appendix 2) The metal layer having a low etching rate and the metal layer having a high etching rate are formed in such a thickness that the etching is completed at the same time or almost simultaneously when the etching is simultaneously performed under the predetermined etching conditions. 2. The semiconductor device according to appendix 1, wherein:
(付記3) 前記複数のトランジスタは、pチャネル型MOSFETとnチャネル型MOSFETであることを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(付記4) 前記pチャネル型MOSFETと前記nチャネル型MOSFETのゲート絶縁膜は、組成に少なくなくともハフニウムと酸素を含むことを特徴とする付記3記載の半導体装置。
(Supplementary note 3) The semiconductor device according to supplementary note 1, wherein the plurality of transistors are a p-channel MOSFET and an n-channel MOSFET.
(Supplementary note 4) The semiconductor device according to
(付記5) 金属ゲート電極を備えた半導体装置において、
仕事関数の異なる金属層を有する金属ゲート電極を備えた複数のトランジスタを有し、
前記複数のトランジスタの前記金属ゲート電極が有する前記金属層のうち比抵抗の高い金属層が、比抵抗の低い金属層よりも薄く形成されていることを特徴とする半導体装置。
(Additional remark 5) In the semiconductor device provided with the metal gate electrode,
Having a plurality of transistors with metal gate electrodes having metal layers with different work functions;
A semiconductor device, wherein a metal layer having a high specific resistance among the metal layers of the metal gate electrodes of the plurality of transistors is formed thinner than a metal layer having a low specific resistance.
(付記6) 前記比抵抗の高い金属層と前記比抵抗の低い金属層とは、所定のエッチング条件で同時にエッチングを行ったときに、同時またはほぼ同時にエッチングが終了するような厚さで、それぞれ形成されていることを特徴とする付記5記載の半導体装置。 (Appendix 6) The metal layer having a high specific resistance and the metal layer having a low specific resistance are each of such thicknesses that the etching is completed simultaneously or substantially simultaneously when etching is performed simultaneously under predetermined etching conditions. The semiconductor device according to appendix 5, wherein the semiconductor device is formed.
(付記7) 前記複数のトランジスタは、pチャネル型MOSFETとnチャネル型MOSFETであることを特徴とする付記5記載の半導体装置。
(付記8) 前記pチャネル型MOSFETと前記nチャネル型MOSFETのゲート絶縁膜は、組成に少なくなくともハフニウムと酸素を含むことを特徴とする付記7記載の半導体装置。
(Supplementary note 7) The semiconductor device according to supplementary note 5, wherein the plurality of transistors are a p-channel MOSFET and an n-channel MOSFET.
(Supplementary note 8) The semiconductor device according to supplementary note 7, wherein the gate insulating films of the p-channel MOSFET and the n-channel MOSFET contain at least hafnium and oxygen in composition.
(付記9) 金属ゲート電極を備えた半導体装置の製造方法において、
半導体基板上の異なるトランジスタの形成領域にそれぞれゲート絶縁膜を介して仕事関数および厚さの異なる金属層を形成する工程と、
前記仕事関数および厚さの異なる金属層を同時またはほぼ同時にエッチングが終了する条件で同時にエッチングする工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Additional remark 9) In the manufacturing method of the semiconductor device provided with the metal gate electrode,
Forming a metal layer having a different work function and thickness through a gate insulating film in a formation region of different transistors on a semiconductor substrate;
Etching the metal layers having different work functions and thicknesses at the same time under the condition that the etching is completed simultaneously or substantially simultaneously; and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(付記10) 前記半導体基板上の前記異なるトランジスタの形成領域にそれぞれ前記ゲート絶縁膜を介して前記仕事関数および厚さの異なる金属層を形成する工程においては、
前記仕事関数および厚さの異なる金属層を同時またはほぼ同時にエッチングが終了する条件で同時にエッチングする工程において用いられるエッチング条件でエッチングレートが低い金属層を、前記エッチング条件でエッチングレートが高い金属層よりも薄く形成することを特徴とする付記9記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 10) In the step of forming the metal layer having a different work function and thickness through the gate insulating film in each of the different transistor formation regions on the semiconductor substrate,
The metal layer having a low etching rate under the etching conditions used in the step of simultaneously etching the metal layers having different work functions and thicknesses at the same time or almost simultaneously with the etching is more than the metal layer having a high etching rate under the etching conditions. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 9, wherein the semiconductor device is formed thin.
(付記11) 前記仕事関数および厚さの異なる金属層を同時またはほぼ同時にエッチングが終了する条件で同時にエッチングする工程においては、
前記仕事関数および厚さの異なる金属層のうち薄い金属層のエッチングレートが、より厚い金属層のエッチングレートよりも低くなる条件でエッチングすることを特徴とする付記9記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 11) In the step of simultaneously etching the metal layers having different work functions and thicknesses at the same time or almost simultaneously under the condition that the etching is finished,
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 9, wherein etching is performed under a condition that an etching rate of a thin metal layer among metal layers having different work functions and thicknesses is lower than an etching rate of a thicker metal layer.
(付記12) 前記半導体基板上の前記異なるトランジスタの形成領域にそれぞれ前記ゲート絶縁膜を介して前記仕事関数および厚さの異なる金属層を形成する工程においては、
前記仕事関数および厚さの異なる金属層のうち比抵抗の高い金属層を比抵抗の低い金属層よりも薄く形成し、
前記仕事関数および厚さの異なる金属層を同時またはほぼ同時にエッチングが終了する条件で同時にエッチングする工程においては、
前記比抵抗の高い金属層のエッチングレートが、前記比抵抗の低い金属層のエッチングレートよりも低くなる条件でエッチングすることを特徴とする付記9記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 12) In the step of forming the work layers and the metal layers having different thicknesses through the gate insulating films in the formation regions of the different transistors on the semiconductor substrate,
Among the metal layers having different work functions and thicknesses, a metal layer having a high specific resistance is formed thinner than a metal layer having a low specific resistance,
In the step of etching the metal layers having different work functions and thicknesses at the same time under the condition that the etching is completed simultaneously or almost simultaneously,
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 9, wherein etching is performed under a condition that an etching rate of the metal layer having a high specific resistance is lower than an etching rate of the metal layer having a low specific resistance.
1 CMOSFET
2,51 Si基板
3,50 STI
10 第1のMOSFET
10a,10b pMOSFET領域
11,21,40,52,61,62 ゲート絶縁膜
12,22,59,60 金属ゲート電極
13,23,65,66 側壁絶縁膜
14,24,63,64 ソース・ドレイン・エクステンション領域
15,25,67,68 ソース・ドレイン領域
20 第2のMOSFET
20a,20b nMOSFET領域
31,53 第1の金属層
32,55 第2の金属層
33,57 第3の金属層
41,42,43,54,56,58 マスク膜
1 CMOSFET
2,51
10 First MOSFET
10a,
20a,
Claims (5)
仕事関数の異なる金属層を有する金属ゲート電極を備えた複数のトランジスタを有し、
前記複数のトランジスタの前記金属ゲート電極が有する前記仕事関数の異なる金属層のうち所定のエッチング条件におけるエッチングレートの低い金属層が、前記所定のエッチング条件におけるエッチングレートの高い金属層よりも薄く形成されていることを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device provided with a metal gate electrode,
Having a plurality of transistors with metal gate electrodes having metal layers with different work functions;
Of the metal layers having different work functions of the metal gate electrodes of the plurality of transistors, a metal layer having a low etching rate under a predetermined etching condition is formed thinner than a metal layer having a high etching rate under the predetermined etching condition. A semiconductor device characterized by that.
仕事関数の異なる金属層を有する金属ゲート電極を備えた複数のトランジスタを有し、
前記複数のトランジスタの前記金属ゲート電極が有する前記金属層のうち比抵抗の高い金属層が、比抵抗の低い金属層よりも薄く形成されていることを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device provided with a metal gate electrode,
Having a plurality of transistors with metal gate electrodes having metal layers with different work functions;
A semiconductor device, wherein a metal layer having a high specific resistance among the metal layers of the metal gate electrodes of the plurality of transistors is formed thinner than a metal layer having a low specific resistance.
半導体基板上の異なるトランジスタの形成領域にそれぞれゲート絶縁膜を介して仕事関数および厚さの異なる金属層を形成する工程と、
前記仕事関数および厚さの異なる金属層を同時またはほぼ同時にエッチングが終了する条件で同時にエッチングする工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor device provided with a metal gate electrode,
Forming a metal layer having a different work function and thickness through a gate insulating film in a formation region of different transistors on a semiconductor substrate;
Etching the metal layers having different work functions and thicknesses at the same time under the condition that the etching is completed simultaneously or substantially simultaneously; and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記仕事関数および厚さの異なる金属層を同時またはほぼ同時にエッチングが終了する条件で同時にエッチングする工程において用いられるエッチング条件でエッチングレートが低い金属層を、前記エッチング条件でエッチングレートが高い金属層よりも薄く形成することを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。 In the step of forming the work layers and the metal layers having different thicknesses through the gate insulating films in the formation regions of the different transistors on the semiconductor substrate,
The metal layer having a low etching rate under the etching conditions used in the step of simultaneously etching the metal layers having different work functions and thicknesses at the same time or almost simultaneously with the etching is more than the metal layer having a high etching rate under the etching conditions. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor device is formed thin.
前記仕事関数および厚さの異なる金属層のうち比抵抗の高い金属層を比抵抗の低い金属層よりも薄く形成し、
前記仕事関数および厚さの異なる金属層を同時またはほぼ同時にエッチングが終了する条件で同時にエッチングする工程においては、
前記比抵抗の高い金属層のエッチングレートが、前記比抵抗の低い金属層のエッチングレートよりも低くなる条件でエッチングすることを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。 In the step of forming the work layers and the metal layers having different thicknesses through the gate insulating films in the formation regions of the different transistors on the semiconductor substrate,
Among the metal layers having different work functions and thicknesses, a metal layer having a high specific resistance is formed thinner than a metal layer having a low specific resistance,
In the step of etching the metal layers having different work functions and thicknesses at the same time under the condition that the etching is completed simultaneously or almost simultaneously,
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein etching is performed under a condition that an etching rate of the metal layer having a high specific resistance is lower than an etching rate of the metal layer having a low specific resistance.
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