JP2007123439A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、金属ゲート電極を用いたMIS型トランジスタを備えた半導体装置において、金属ゲート電極を構成する金属の内部応力が原因となって周辺材料へ印加される応力を抑制する方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, in a semiconductor device including a MIS transistor using a metal gate electrode, applied to peripheral materials due to internal stress of a metal constituting the metal gate electrode. The present invention relates to a method for suppressing stress.
従来から、半導体装置を構成する電極として、高濃度にドーピングされた半導体(高濃度不純物半導体)が利用されている。このように、例えば電界効果型素子のゲート電極を形成する材料として高濃度不純物半導体を用いれば、簡単な素子製造工程を得ることができる。 Conventionally, a highly doped semiconductor (high concentration impurity semiconductor) has been used as an electrode constituting a semiconductor device. Thus, for example, if a high-concentration impurity semiconductor is used as a material for forming a gate electrode of a field effect element, a simple element manufacturing process can be obtained.
しかしながら、高濃度不純物半導体は、特に電界効果型素子のゲート電極に利用した際には、ゲート電極に電圧を印加すると、ゲート電極内部におけるゲート絶縁膜との界面に空乏層が生じて、ゲート絶縁膜の実効的な厚さが増加し、電気的特性の劣化が起こるという問題がある。 However, when a high-concentration impurity semiconductor is used for a gate electrode of a field effect element, when a voltage is applied to the gate electrode, a depletion layer is formed at the interface with the gate insulating film inside the gate electrode, thereby There is a problem in that the effective thickness of the film increases and the electrical characteristics deteriorate.
以下、従来のMIS型トランジスタを備えた半導体装置の製造方法について説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device having a conventional MIS transistor will be described.
図9(a)〜(d)並びに図10(a)〜(d)は、従来の半導体装置の製造方法の各工程における断面状態を工程順に示している。なお、図9(a)及び図10(a)では、各図を代表して、n型MISトランジスタが形成される領域であるn型MISトランジスタ形成領域Rnとp型MISトランジスタが形成される領域であるp型MISトランジスタ形成領域Rpとを示している。 9 (a) to 9 (d) and FIGS. 10 (a) to 10 (d) show the cross-sectional states in the respective steps of the conventional method for manufacturing a semiconductor device in the order of steps. In FIG. 9A and FIG. 10A, the n-type MIS transistor formation region Rn and the p-type MIS transistor are formed as regions where the n-type MIS transistor is formed. P-type MIS transistor formation region Rp.
まず、図9(a)に示すように、半導体基板101の上に、通常の素子分離形成方法により、シャロートレンチアイソレーション(STI)よりなる素子分離領域102を形成する。これにより、n型MISトランジスタの活性領域とp型MISトランジスタの活性領域とを区画する。続いて、n型MISトランジス形成領域Rnにおける半導体基板101中にp型不純物をイオン注入してp型ウェル領域101aを形成する一方、p型MISトランジス形成領域Rpにおける半導体基板101中にn型不純物をイオン注入してn型ウェル領域101bを形成する。
First, as shown in FIG. 9A, an
続いて、半導体基板101上に、ゲート絶縁膜となるゲート酸化膜、ゲート形成用シリコン膜となるポリシリコン膜、及び保護絶縁膜となる保護酸化膜を順次形成する。続いて、リソグラフィ技術及び異方性ドライエッチングを用いて、保護酸化膜、ポリシリコン膜及びゲート酸化膜を順次エッチングすることにより、ゲート絶縁膜103a及び103b、ゲート形成用シリコン膜104a及び104b、並びに保護絶縁膜105a及び105bを形成する。これにより、n型MISトランジス形成領域Rnにおける半導体基板101上には、ゲート絶縁膜103a、ゲート形成用シリコン膜104a及び保護絶縁膜105aよりなるn型ゲート形成部106aが形成されると共に、p型MISトランジス形成領域Rpにおける半導体基板101上には、ゲート絶縁膜103b、ゲート形成用シリコン膜104b及び保護絶縁膜105bよりなるp型ゲート形成部106bが形成される。
Subsequently, a gate oxide film to be a gate insulating film, a polysilicon film to be a gate forming silicon film, and a protective oxide film to be a protective insulating film are sequentially formed on the
続いて、n型ゲート形成部106aをマスクに用いて、n型MISトランジス形成領域Rnにおける半導体基板101にn型不純物をイオン注入することにより、n型エクステンション領域107aを形成し、さらに、n型ゲート形成部106aをマスクに用いて、n型MISトランジスタ形成領域Rnにおける半導体基板101にp型不純物をイオン注入することにより、p型ポケット領域108aを形成する。また、p型ゲート形成部106bをマスクに用いて、p型MISトランジスタ形成領域Rpにおける半導体基板101にp型不純物をイオン注入することにより、p型エクステンション領域108bを形成し、さらに、p型ゲート形成部106bをマスクに用いて、p型MISトランジス形成領域Rpにおける半導体基板101にn型不純物をイオン注入することにより、n型ポケット領域108bを形成する。
Subsequently, by using the n-type
次に、図9(b)に示すように、半導体基板101上の全面に、シリコン酸化膜からなる厚さ20nmの第1の絶縁膜と、シリコン窒化膜からなる厚さ50nmの第2の絶縁膜とを順次形成する。その後、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜を順次エッチバックすることにより、n型ゲート形成部106a及びp型ゲート形成部106bの各側面上に、第1の絶縁膜からなる断面形状がL字状の第1のサイドウォール109a及び109bと、第1のサイドウォール109a及び109b上に第2の絶縁膜からなる第2のサイドウォール110a及び110bを形成する。
Next, as shown in FIG. 9B, a first
続いて、n型MISトランジス形成領域Rnにおける半導体基板101にn型ゲート形成部106a並びに第1及び第2のサイドウォール9a及び10aをマスクに用いて、n型不純物であるヒ素イオンを、注入エネルギーが10keVであって且つ注入ドーズ量が1×1015/cm2 の条件にてイオン注入することにより、n型ソース・ドレイン領域111aを形成する。また、p型MISトランジス形成領域Rpにおける半導体基板101にp型ゲート形成部106b並びに第1及び第2のサイドウォール109b及び110bをマスクに用いて、p型不純物であるボロンイオンを、注入エネルギーが2keVであって且つ注入ドーズ量が1×1015/cm2 の条件下にてイオン注入することにより、p型ソース・ドレイン領域111bを形成する。
Subsequently, arsenic ions, which are n-type impurities, are implanted into the
次に、図9(c)に示すように、半導体基板101上の全面に、ニッケルからなる厚さ10nmの金属膜を形成する。続いて、半導体基板101に対して500℃であって且つ20秒程度の熱処理を行い、金属とシリコンとを反応させることにより、n型ソース・ドレイン領域111a及びp型ソース・ドレイン領域111b上に、シリサイド膜112a及び112bを選択的に形成する。その後、未反応で残存している金属膜を選択的に除去する。
Next, as shown in FIG. 9C, a 10 nm thick metal film made of nickel is formed on the entire surface of the
次に、図9(d)に示すように、半導体基板101上の全面に、シリコン窒化膜からなる厚さ30nmのエッチングストップ膜113を形成する。
Next, as shown in FIG. 9D, an
次に、図10(a)に示すように、エッチングストップ膜113上にシリコン酸化膜からなる厚さ300nmの層間絶縁膜114を形成する。続いて、CMP法を用いて、ゲート形成用シリコン膜104a及び104bの表面が露出するまで、層間絶縁膜114及びエッチングストップ膜13を研磨・除去することにより、その表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 10A, an interlayer
次に、図10(b)に示すように、半導体基板101上の全面に、ニッケルからなる厚さ100nmの金属膜(図示せず)を形成する。続いて、半導体基板101に対して例えば温度が400℃の窒素雰囲気下にて熱処理を行って、ゲート形成用シリコン膜104a及び104bのシリコンと該シリコンに接触する金属とを互いに反応させることにより、ゲート形成用シリコン膜104a及び104bをフルシリサイド(Fully Silicided :FUSI)化してフルシリサイドゲート電極104A及び104Bを形成する。このようにして形成されたフルシリサイドゲート電極104A及び104Bは、引っ張り内部応力を有する。
Next, as shown in FIG. 10B, a 100 nm thick metal film (not shown) made of nickel is formed on the entire surface of the
次に、図10(c)に示すように、カバレッジに優れたCVD法を用いて、n型ゲート形成部106a及びp型ゲート形成部106bを含む半導体基板101上の全面に、シリコン酸化膜からなる厚さ200nmの層間絶縁膜117を形成する。続いて、層間絶縁膜117、層間絶縁膜114及びエッチングストップ膜113を順次エッチングすることにより、n型MISトランジス形成領域Rnのn型ソース・ドレイン領域111a上のシリサイド膜112aに到達するコンタクトホール118aと、p型MISトランジス形成領域Rpのp型ソース・ドレイン領域111b上のシリサイド膜112bに到達するコンタクトホール118bを形成する。
Next, as shown in FIG. 10C, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the
次に、図10(d)に示すように、コンタクトホール118a及び118bを含む層間絶縁膜117上に、タングステンからなる金属膜を形成した後、CMP法により、該金属膜における層間絶縁膜117上の部分を研磨・除去することにより、コンタクトホール118a及び118b内にコンタクトプラグ119a及び119bを形成する。続いて、コンタクトプラグ119a及び119bを含む層間絶縁膜117上に、Alからなる厚さ100nmの金属膜を形成した後に、該金属膜をパターニングすることにより、コンタクトプラグ119a及び119bに接続する金属配線120を形成する。(以上、例えば特許文献1参照)
ところで、例えば前述した従来の半導体装置の製造方法のように、金属ゲート電極を形成する場合には、金属の熱膨張係数が半導体の熱膨張係数よりも大きいので、形成されたゲート電極は内部に向かって収縮しようとする大きな引っ張り内部応力を持つことになる。このため、ゲート電極の周辺材料に応力が印加されることになる。半導体素子におけるキャリアが移動する領域に応力が印加されると、キャリアの種類によっては、印加される応力の向きに応じてキャリアの移動度が低下する場合があり、半導体素子の電気特性が劣化してしまうという問題がある。 By the way, when the metal gate electrode is formed as in the conventional method of manufacturing a semiconductor device described above, for example, the thermal expansion coefficient of the metal is larger than the thermal expansion coefficient of the semiconductor. It will have a large internal stress that tends to shrink toward it. For this reason, stress is applied to the peripheral material of the gate electrode. When stress is applied to the carrier moving region in the semiconductor element, depending on the type of carrier, the mobility of the carrier may decrease depending on the direction of the applied stress, and the electrical characteristics of the semiconductor element deteriorate. There is a problem that it ends up.
電界効果型の半導体素子の場合には、ゲート電極の下部に形成されたゲート絶縁膜の直下の領域がキャリアの流れるチャネル領域であるので、金属ゲート電極が持つ引っ張り内部応力による影響が特に問題となる。電界効果型の半導体素子の場合、前述の従来例でも説明したように、金属よりなるゲート電極を形成する際には、該ゲート電極が形成される領域の左右にサイドウォールとなる絶縁膜が接して存在しており、さらに、該ゲート電極が形成される領域の下部にゲート絶縁膜を有している。このため、金属ゲート電極の形成後に収縮しようとする際には、金属ゲート電極のこの引っ張り内部応力が周辺材料へ印加されることにより、ゲート絶縁膜の直下に位置するチャネル領域の左右方向には圧縮応力が働くと共に、該チャネル領域の上下方向には引っ張り応力が働く。この場合に、チャネル領域の左右方向に流れるキャリアの移動度に与える影響を考えると、 例えば、(100)基板における<110>の結晶軸方向に電子が移動する場合、又は(100)基板における<100>の結晶軸方向に電子が移動する場合、電子の移動度は低下する。また、(100)基板における<110>の結晶軸方向にホールが移動する場合、ホールの移動度は向上し、(100)基板における<100>の結晶軸方向にホールが移動する場合、ホールの移動度はほとんど影響を受けない。このように、金属ゲート電極が有する引っ張り内部応力が周辺材料へ与えられることにより、チャネル領域の左右方向に流れるキャリアの移動度に影響が生じる。 In the case of a field effect type semiconductor device, the region immediately below the gate insulating film formed under the gate electrode is a channel region where carriers flow, so the influence of the tensile internal stress of the metal gate electrode is particularly problematic. Become. In the case of a field effect semiconductor element, as described in the above-described conventional example, when forming a gate electrode made of metal, an insulating film serving as a sidewall is in contact with the left and right sides of the region where the gate electrode is formed. Furthermore, a gate insulating film is provided below the region where the gate electrode is formed. Therefore, when attempting to shrink after the formation of the metal gate electrode, the tensile internal stress of the metal gate electrode is applied to the peripheral material, so that the channel region located immediately below the gate insulating film is laterally moved. While compressive stress works, tensile stress works in the vertical direction of the channel region. In this case, considering the influence on the mobility of carriers flowing in the left and right direction of the channel region, for example, when electrons move in the <110> crystal axis direction in the (100) substrate, or <100 in the (100) substrate When electrons move in the direction of the crystal axis of 100>, the electron mobility decreases. In addition, when holes move in the <110> crystal axis direction in the (100) substrate, the hole mobility is improved, and in the case where the holes move in the <100> crystal axis direction in the (100) substrate, Mobility is hardly affected. As described above, the tensile internal stress of the metal gate electrode is applied to the peripheral material, which affects the mobility of carriers flowing in the left-right direction of the channel region.
前記に鑑み、本発明は、金属ゲート電極による周辺材料へ印加される応力を緩和することができる構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供することである。 In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a structure capable of relieving stress applied to a peripheral material by a metal gate electrode and a method for manufacturing the same.
前記の目的を達成するため、本発明の一側面に係る半導体装置は、半導体基板の上に形成された第1のゲート絶縁膜と、第1のゲート絶縁膜の上に形成された第1の金属ゲート電極と、半導体基板における第1の金属ゲートの側方に位置する領域に形成された第1の不純物拡散領域と、第1の金属ゲート電極の側面上に形成された第1のサイドウォールとを有するnチャネル型MISトランジスタを備えた半導体装置であって、第1の金属ゲート電極と第1のサイドウォールとの間には、第1の金属ゲート電極が有する内部応力を低減させる構造を有するストレス緩和部が形成されている。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to one aspect of the present invention includes a first gate insulating film formed on a semiconductor substrate and a first gate insulating film formed on the first gate insulating film. A metal gate electrode; a first impurity diffusion region formed in a region located on a side of the first metal gate in the semiconductor substrate; and a first sidewall formed on a side surface of the first metal gate electrode And a structure for reducing internal stress of the first metal gate electrode between the first metal gate electrode and the first sidewall. The stress relieving part which has is formed.
本発明の一側面に係る半導体装置によると、第1の金属ゲート電極の側面には、当該第1の金属ゲート電極が有する内部応力を低減させる構造を有するストレス緩和部が形成されているので、第1の金属ゲート電極が有する引っ張り内部応力を低減させることができる。これにより、金属ゲート電極による周辺材料へ印加される応力を緩和することができるので、nチャネル型MISトランジスタにおけるチャネル領域に流れるキャリアの移動度を向上させ、電気的特性に優れた半導体装置することができる。 According to the semiconductor device of one aspect of the present invention, the stress relief portion having a structure for reducing the internal stress of the first metal gate electrode is formed on the side surface of the first metal gate electrode. The tensile internal stress of the first metal gate electrode can be reduced. As a result, stress applied to the peripheral material by the metal gate electrode can be relieved, so that the mobility of carriers flowing in the channel region in the n-channel MIS transistor is improved, and a semiconductor device having excellent electrical characteristics is provided. Can do.
本発明の一側面に係る半導体装置において、ストレス緩和部は、半導体基板上に形成され、絶縁膜がエッチングにより除去されて残存している部分よりなる第1の絶縁膜と、エッチングにより露出する第1の絶縁膜の上面を底部とし且つ第1の金属ゲート電極と第1のサイドウォールとによって囲まれてなる隙間部とを有していることが好ましい。 In the semiconductor device according to one aspect of the present invention, the stress relieving portion is formed on the semiconductor substrate, and the first insulating film formed by a portion remaining after the insulating film is removed by etching and the first insulating film exposed by etching. It is preferable that the upper surface of one insulating film is a bottom portion and has a gap portion surrounded by the first metal gate electrode and the first sidewall.
このように、ストレス緩和部は、絶縁膜がエッチングにより除去されて残存している部分よりなる第1の絶縁膜を備えることにより、このエッチング除去の際に、金属ゲート電極が有する引っ張り内部応力を低減することができる。また、第1の絶縁膜の上が隙間部であり、金属ゲート電極の側面には空気が存在するので、金属ゲート電極が有する引っ張り内部応力がより低減される。 As described above, the stress mitigating portion includes the first insulating film formed of the portion that remains after the insulating film is removed by etching, so that the tensile internal stress of the metal gate electrode can be reduced when the etching is removed. Can be reduced. Further, since the gap is above the first insulating film and air exists on the side surface of the metal gate electrode, the tensile internal stress of the metal gate electrode is further reduced.
本発明の一側面に係る半導体装置において、ストレス緩和部は、半導体基板上に形成され、絶縁膜がエッチングにより除去されて残存している部分よりなる第1の絶縁膜と、エッチングにより露出する第1の絶縁膜の上面上に形成された第2の絶縁膜とを有していることが好ましい。 In the semiconductor device according to one aspect of the present invention, the stress relieving portion is formed on the semiconductor substrate, and the first insulating film formed by a portion remaining after the insulating film is removed by etching and the first insulating film exposed by etching. And a second insulating film formed on the upper surface of the first insulating film.
このように、ストレス緩和部は、絶縁膜がエッチングにより除去されて残存している部分よりなる第1の絶縁膜を備えることにより、このエッチング除去の際に、金属ゲート電極が有する引っ張り内部応力を低減することができる。 As described above, the stress mitigating portion includes the first insulating film formed of the portion that remains after the insulating film is removed by etching, so that the tensile internal stress of the metal gate electrode can be reduced when the etching is removed. Can be reduced.
本発明の一側面に係る半導体装置において、ストレス緩和部と第1の金属ゲート電極との間、又は、ストレス緩和部と第1の金属ゲート電極との間に、第3の絶縁膜が側壁絶縁膜としてさらに形成されている構造であってもよい。 In the semiconductor device according to one aspect of the present invention, the third insulating film is sidewall-insulated between the stress relaxation portion and the first metal gate electrode or between the stress relaxation portion and the first metal gate electrode. It may be a structure further formed as a film.
本発明の一側面に係る半導体装置において、ストレス緩和部及び第3の絶縁膜によって、断面形状がL字状又はI字状の側壁絶縁膜を構成する場合であってもよい。 In the semiconductor device according to one aspect of the present invention, the stress relaxation portion and the third insulating film may form a sidewall insulating film having an L-shaped or I-shaped cross section.
本発明の一側面に係る半導体装置において、半導体基板の上に形成された第2のゲート絶縁膜と、第2のゲート絶縁膜の上に形成された第2の金属ゲート電極と、半導体基板における第2の金属ゲートの側方に位置する領域に形成された第2の不純物拡散領域と、第2の金属ゲート電極の側面上に形成された第2のサイドウォールとを有するpチャネル型MISトランジスタをさらに備え、第2のサイドウォールと第2の金属ゲート電極との間には、第2の金属ゲート電極が有する内部応力を低減させる構造を有していない構造をもつことが好ましい。 In the semiconductor device according to one aspect of the present invention, a second gate insulating film formed on the semiconductor substrate, a second metal gate electrode formed on the second gate insulating film, and the semiconductor substrate A p-channel MIS transistor having a second impurity diffusion region formed in a region located on the side of the second metal gate and a second sidewall formed on the side surface of the second metal gate electrode It is preferable that a structure that does not have a structure that reduces the internal stress of the second metal gate electrode is provided between the second sidewall and the second metal gate electrode.
このように、pチャネル型MISトランジスタにおいては、金属ゲート電極の引っ張り内部応力が低減されない構成であるので、同一半導体基板1上にnチャネル型MISトランジスタとpチャネル型MISトランジスタとが形成された優れた電気的特性を有する半導体装置を実現することができる。
As described above, the p-channel type MIS transistor has a configuration in which the tensile internal stress of the metal gate electrode is not reduced. Therefore, the n-channel type MIS transistor and the p-channel type MIS transistor are formed on the
本発明の一側面に係る半導体装置において、金属ゲート電極はとして、フルシリサイド化されてなるゲート電極又は金属が埋め込まれてなる金属ゲート電極である構成であることが好ましい。 In the semiconductor device according to one aspect of the present invention, the metal gate electrode is preferably configured to be a fully silicided gate electrode or a metal gate electrode embedded with metal.
本発明の第1の側面に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板における素子分離によって区画されたn型半導体形成領域に配置されたnチャネル型MISトランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、半導体基板の上に、第1のゲート絶縁膜及び第1のゲート用シリコン膜を順次形成し、第1のゲート絶縁膜及び第1のゲート用シリコン膜をパターニングすることにより、第1のゲート絶縁膜及び第1のゲート用シリコン膜よりなる第1のゲート電極形成膜を形成する工程と、第1のゲート電極形成膜の側面上に第1の絶縁膜を形成する工程と、第1の絶縁膜の側面上に第1のサイドウォールを形成する工程と、第1の絶縁膜及び前記第1のサイドウォールが形成された第1のゲート電極形成膜をマスクとして、半導体基板に第1の不純物層を形成する工程と、第1の不純物を形成する工程よりも後に、第1のゲート電極形成膜に対して所定の処理を行って、第1の金属ゲート電極を形成する工程と、第1の金属ゲート電極と第1のサイドウォールとの間に存在している第1の絶縁膜をエッチングすることにより、第1の金属ゲート電極と前記第1のサイドウォールとの間に、第1の絶縁膜がエッチングされて残存している部分の上面を露出させる第1の凹部を形成する工程とを備える。 A method for manufacturing a semiconductor device according to a first aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having an n-channel type MIS transistor disposed in an n-type semiconductor formation region partitioned by element isolation in a semiconductor substrate, A first gate insulating film and a first gate silicon film are sequentially formed on a semiconductor substrate, and the first gate insulating film and the first gate silicon film are patterned to thereby form a first gate insulating film. Forming a first gate electrode forming film comprising a film and a first gate silicon film, forming a first insulating film on a side surface of the first gate electrode forming film, and a first insulation Forming a first sidewall on a side surface of the film, and a first gate electrode formation film on which the first insulating film and the first sidewall are formed as a mask on the semiconductor substrate; A step of forming a first metal gate electrode by performing a predetermined process on the first gate electrode formation film after the step of forming the impurity layer, the step of forming the first impurity, By etching the first insulating film existing between the first metal gate electrode and the first side wall, the first insulating film is etched between the first metal gate electrode and the first side wall. Forming a first recess that exposes the upper surface of the remaining portion of the insulating film etched.
本発明の第1の側面に係る半導体装置の製造方法によると、第1の金属ゲート電極と前記第1のサイドウォールとの間に、第1の絶縁膜がエッチングされて残存している部分の上面を露出させる第1の凹部を形成し、第1の金属ゲート電極に接している第1の絶縁膜を一部除去するので、第1の金属ゲート電極の形成時に発生した該第1の金属ゲート電極の引っ張り内部応力を低減させることができる。これにより、金属ゲート電極による周辺材料へ印加される応力を緩和することができるので、nチャネル型MISトランジスタにおけるチャネル領域に流れるキャリアの移動度を向上させ、電気的特性に優れた半導体装置することができる。 According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention, the portion of the first insulating film remaining after etching is left between the first metal gate electrode and the first sidewall. Since the first concave portion exposing the upper surface is formed and the first insulating film in contact with the first metal gate electrode is partially removed, the first metal generated at the time of forming the first metal gate electrode The tensile internal stress of the gate electrode can be reduced. As a result, stress applied to the peripheral material by the metal gate electrode can be relieved, so that the mobility of carriers flowing in the channel region in the n-channel MIS transistor is improved, and a semiconductor device having excellent electrical characteristics is provided. Can do.
本発明の第1の側面に係る半導体装置の製造方法において、第1の凹部を形成する工程よりも後に、第1の凹部に隙間部が形成されるように絶縁膜を堆積する工程をさらに備えることにより、第1の絶縁膜の上の第1の凹部が隙間部となり、金属ゲート電極の側面には空気が存在するので、金属ゲート電極が有する引っ張り内部応力がより低減される。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention further includes a step of depositing an insulating film so that a gap is formed in the first recess after the step of forming the first recess. As a result, the first recess on the first insulating film becomes a gap, and air exists on the side surface of the metal gate electrode, so that the tensile internal stress of the metal gate electrode is further reduced.
本発明の第2の側面に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板における素子分離によって区画されたn型半導体形成領域に配置されたnチャネル型MISトランジスタと、半導体基板における素子分離によって区画されたp型半導体形成領域に配置されたpチャネル型MISトランジスタとを有する半導体装置の製造方法であって、半導体基板上に、ゲート絶縁膜及びゲート用シリコン膜を順次形成し、ゲート絶縁膜及びゲート用シリコン膜をパターニングすることにより、n型半導体形成領域に、ゲート絶縁膜及びゲート用シリコン膜よりなる第1のゲート電極形成膜を形成すると共に、p型半導体形成領域に、ゲート絶縁膜及びゲート用シリコン膜よりなる第2のゲート電極形成膜を形成する工程と、第1のゲート電極形成膜の側面上に第1の絶縁膜を形成すると共に、第2のゲート電極形成膜の側面上に第2の絶縁膜を形成する工程と、第1の絶縁膜の側面上に第1のサイドウォールを形成すると共に、第2の絶縁膜の側面上に第2のサイドウォールを形成する工程と、第1の絶縁膜及び前記第1のサイドウォールが形成された第1のゲート電極形成膜をマスクとして、n型半導体形成領域に第1の不純物層を形成する工程と、第2の絶縁膜及び第2のサイドウォールが形成された第2のゲート電極形成膜をマスクとして、p型半導体形成領域に第2の不純物層を形成する工程と、第1の不純物及び第2の不純物を形成する工程よりも後に、第1のゲート電極形成膜及び第2のゲート電極形成膜に対して所定の処理を行って、第1の金属ゲート電極及び第2の金属ゲート電極を形成する工程と、エッチング処理により、第1の金属ゲート電極と第1のサイドウォールとの間に存在している第1の絶縁膜を除去し、第1の絶縁膜がエッチングされて残存している部分の上面を露出させる第1の凹部を形成する一方で、第2の金属ゲート電極と第2のサイドウォールとの間に存在している第2の絶縁膜は除去しない工程とを備える。 A method of manufacturing a semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes an n-channel MIS transistor disposed in an n-type semiconductor formation region partitioned by element isolation in a semiconductor substrate, and an element isolation in the semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor device having a p-channel type MIS transistor disposed in a p-type semiconductor formation region, wherein a gate insulating film and a gate silicon film are sequentially formed on a semiconductor substrate, and the gate insulating film and the gate use film are formed. By patterning the silicon film, a first gate electrode forming film made of a gate insulating film and a gate silicon film is formed in the n-type semiconductor forming region, and a gate insulating film and gate gate are formed in the p-type semiconductor forming region. A step of forming a second gate electrode formation film made of a silicon film, and a side surface of the first gate electrode formation film; Forming a first insulating film, forming a second insulating film on the side surface of the second gate electrode formation film, forming a first sidewall on the side surface of the first insulating film; The step of forming the second sidewall on the side surface of the second insulating film, and the n-type using the first insulating film and the first gate electrode forming film on which the first sidewall is formed as a mask The step of forming the first impurity layer in the semiconductor formation region and the second gate electrode formation film in which the second insulating film and the second sidewall are formed are used as a mask to form the second impurity in the p-type semiconductor formation region. After the step of forming the impurity layer and the step of forming the first impurity and the second impurity, a predetermined treatment is performed on the first gate electrode formation film and the second gate electrode formation film, First metal gate electrode and second metal gate electrode The first insulating film existing between the first metal gate electrode and the first sidewall is removed by the step of forming and etching process, and the first insulating film is etched and remains. Forming a first recess exposing the upper surface of the exposed portion, and removing the second insulating film existing between the second metal gate electrode and the second sidewall. .
本発明の第2の側面に係る半導体装置の製造方法によると、nチャネル型MISトランジスタにおいては、金属ゲート電極の側面に形成された第1の絶縁膜をエッチングして第1の凹部を形成することによって金属ゲート電極の引っ張り内部応力を開放する構成であると共に、pチャネル型MISトランジスタにおいては、金属ゲート電極の引っ張り内部応力が開放されない構成であるので、同一半導体基板1上にnチャネル型MISトランジスタとpチャネル型MISトランジスタとが形成された優れた電気的特性を有する半導体装置を実現することができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the second aspect of the present invention, in the n-channel MIS transistor, the first insulating film formed on the side surface of the metal gate electrode is etched to form the first recess. Thus, the tensile internal stress of the metal gate electrode is released, and in the p-channel type MIS transistor, the tensile internal stress of the metal gate electrode is not released, so that the n-channel type MIS is formed on the
本発明の第1及び第2の側面に係る半導体装置の製造方法において、第1の凹部を形成する工程よりも後に、第1の凹部に隙間部が形成されるように絶縁膜を堆積する工程をさらに備えることにより、第1の絶縁膜の上の第1の凹部が隙間部となり、金属ゲート電極の側面には空気が存在するので、金属ゲート電極が有する引っ張り内部応力がより低減される。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, a step of depositing an insulating film so that a gap is formed in the first recess after the step of forming the first recess. Furthermore, since the first recess on the first insulating film becomes a gap and air exists on the side surface of the metal gate electrode, the tensile internal stress of the metal gate electrode is further reduced.
本発明の第1及び第2の側面に係る半導体装置の製造方法において、第1の凹部を形成する工程よりも後に、第1の凹部に絶縁膜を埋め込む工程をさらに備えることにより、第1の凹部に絶縁膜が埋め込まれた構成であってもよい。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, the method further includes a step of embedding an insulating film in the first recess after the step of forming the first recess. A configuration in which an insulating film is embedded in the recess may be used.
本発明の第1及び第2の側面に係る半導体装置の製造方法において、第1の金属ゲート電極を形成する工程は、第1のゲート電極形成膜の上に金属膜を形成した後に、金属膜に対して熱処理を施すことにより、第1のゲート用シリコン膜がフルシリサイド化されてなる第1の金属ゲート電極を形成する工程であってもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, the step of forming the first metal gate electrode includes forming the metal film on the first gate electrode formation film, A step of forming a first metal gate electrode in which the first gate silicon film is fully silicided may be performed by performing a heat treatment.
本発明の第1及び第2の側面に係る半導体装置の製造方法において、第1の金属ゲート電極を形成する工程は、第1のゲート用シリコン膜を除去することにより、ゲート絶縁膜の上面を露出する第2の凹部を形成した後に、該第2の凹部に金属を埋め込むことにより、金属が埋め込まれてなる第1の金属ゲート電極を形成する工程であってもよい。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, the step of forming the first metal gate electrode includes removing the first gate silicon film to form the upper surface of the gate insulating film. A step of forming a first metal gate electrode in which a metal is embedded by embedding a metal in the second recess after forming the exposed second recess.
本発明の第1及び第2の側面に係る半導体装置の製造方法において、第1のゲート電極形成膜を形成する工程よりも後であって且つ第1の絶縁膜を形成する工程よりも前に、第1のゲート電極形成膜をマスクとして、半導体基板における第1のゲート電極形成膜の側方に第1のエクステンション拡散層を形成する工程をさらに備えてもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the first and second aspects of the present invention, after the step of forming the first gate electrode formation film and before the step of forming the first insulating film. The semiconductor device may further include a step of forming a first extension diffusion layer on the side of the first gate electrode formation film in the semiconductor substrate using the first gate electrode formation film as a mask.
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、金属ゲート電極により発生する周辺材料への応力を緩和することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, stress on the peripheral material generated by the metal gate electrode can be relaxed.
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について説明する。
(First embodiment)
The semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、例えばシリコンよりなる半導体基板1には、素子分離2によって互いに分離されたp型ウェル領域1aとn型ウェル領域1bとが形成されている。p型ウェル領域1aは、n型MISトランジスタ形成領域Rnにおける半導体基板1中にp型不純物(例えばホウ素など)がイオン注入されてなる領域であり、n型ウェル領域1bは、p型MISトランジスタ形成領域Rpにおけるn型不純物(例えばヒ素など)がイオン注入されてなる領域である。p型ウェル領域1aにおける半導体基板1の上には、下から順に形成されたゲート絶縁膜3aとポリシリコン膜よりなるフルシリサイドゲート電極4Aとが形成されている。また、n型ウェル領域1bにおける半導体基板1の上には、下から順に形成されたゲート絶縁膜3bとポリシリコン膜よりなるフルシリサイドゲート電極4Bとが形成されている。
As shown in FIG. 1, a p-
n型MISトランジスタ形成領域Rnにおいて、p型ウェル領域1aには、n型不純物イオンが注入されてなるn型ソース・ドレイ領域11aが形成されている。n型ソース・ドレイン領域11aは、ゲート絶縁膜3a及びフルシリサイドゲート電極4Aの側方の下側領域に形成され、n型不純物がイオン注入されてなる接合深さが比較的浅いn型エクステンション領域7aと該n型エクステンション領域7aの下側に形成されたp型ポケット領域8aとを有している。
In the n-type MIS transistor formation region Rn, an n-type source /
一方、p型MISトランジスタ形成領域Rpにおいて、n型ウェル領域1bには、p型不純物イオンが注入されてなるp型ソース・ドレイ領域11bが形成されている。p型ソース・ドレイン領域11bは、ゲート絶縁膜3b及びフルシリサイドゲート電極4Bの側面の下側領域に形成され、p型不純物がイオン注入されてなる接合深さが比較的浅いp型エクステンション領域7bと該p型エクステンション領域7bの下側に形成されたn型ポケット領域8bとを有している。
On the other hand, in the p-type MIS transistor formation region Rp, a p-type source /
n型MISトランジスタ形成領域Rnにおいて、ゲート絶縁膜3a及びフルシリサイドゲート電極4Aの側面上には、断面形状がL字状の第1のサイドウォール9aが形成されており、該第1のサイドウォール9aの底面及び側面上には、第2のサイドウォール10aが形成されている。ここで、第1のサイドウォール9aは、その一部がエッチングにより除去されており、その上端位置は後述する第1のサイドウォール9bの上端位置よりも低く形成されている。つまり、フルシリサイドゲート電極4Aと第2のサイドウォール10aとの間に凹部が一旦形成され、該凹部に後述の第2の層間絶縁膜17が埋め込まれた構成となっている。また、第1のサイドウォール9aの上端位置は、ゲート絶縁膜3aの上面よりも高く、且つ、フルシリサイドゲート電極4Aの高さの1/2以下、好ましくは1/3以下であることが望ましい。
In the n-type MIS transistor formation region Rn, a
一方、p型MISトランジスタ形成領域Rpにおいて、ゲート絶縁膜3b及びフルシリサイドゲート電極4Bの側面上には、断面形状がL字状の第1のサイドウォール9bが形成されており、該第1のサイドウォール9bの底面及び側面上には、第2のサイドウォール10bが形成されている。
On the other hand, in the p-type MIS transistor formation region Rp, on the side surfaces of the
n型MISトランジスタ形成領域Rn及びp型MISトランジスタ形成領域Rpにおいて、半導体基板1の上には、第1のサイドウォール9a及び9bの側面並びに第2のサイドウォール10a及び10bの側面を覆うように、エッチングストップ膜13が形成されている。エッチングストップ膜13の上面及び側面の上には第1の層間絶縁膜14が形成されている。また、第1の層間絶縁膜14、エッチングストップ膜13、第2のサイドウォール10a及び10b、第1のサイドウォール9a及び9b、並びにフルシリサイドゲート電極4A及び4Bの上には第2の層間絶縁膜17が形成されている。なお、第2の層間絶縁膜17は、前述したように、フルシリサイドゲート電極4Aと第2のサイドウォール10aとの間にも埋め込まれている。
In the n-type MIS transistor formation region Rn and the p-type MIS transistor formation region Rp, the side surfaces of the
第1及び第2の層間絶縁膜14及び17中には、n型MISトランジスタ形成領域Rnにおいて、シリサイド膜12aに到達するコンタクトプラグ19aが形成されていると共に、p型MISトランジスタ形成領域Rpにおいて、シリサイド膜12bに到達するコンタクトプラグ19bが形成されている。第2の層間絶縁膜17の上には、コンタクトプラグ19a及び19bの上端に接続する金属配線20が形成されている。
In the first and second
以下に、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造によって得られる効果について説明する。 The effects obtained by the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below.
図2(a)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置におけるn型MISトランジスタ形成領域Rnを取り出して示した断面図であり、(b)は、n型MISトランジスタ形成領域Rnにおいて、(a)のIIa−IIa線の断面に沿った横方向の位置(μm)と横方向の応力(MPa)との関係図である。 2A is a cross-sectional view showing the n-type MIS transistor formation region Rn in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2B is a cross-sectional view of the n-type MIS transistor formation region Rn. It is a related figure of the horizontal position (micrometer) along the cross section of the IIa-IIa line | wire of (a), and a horizontal stress (MPa).
図2(b)にから明らかなように、本発明の第1の実施形態におけるn型MISトランジスタ形成領域では、第1及び第2のサイドウォール9a及び10aの直下の領域からフルシリサイドゲート電極4Aの直下の領域にかけて、横方向の引っ張り応力が従来の構造(例えば図10(d)参照)に比べて上昇していることが分かる。特に、フルシリサイドゲート電極4Aの直下の領域では、従来構造と比べると、横方向の引っ張り応力は約100MPa上昇しており、ピエゾ抵抗効果から計算すると、<100>の結晶軸方向のn型MISトランジスタの場合であれば、チャネル領域を移動する電子の移動度は5%向上していることになる。
As is clear from FIG. 2B, in the n-type MIS transistor formation region in the first embodiment of the present invention, the full
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below.
図3(a)〜(d)、図4(a)〜(d)、並びに図5(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程における断面状態を工程順に示している。なお、図3(a)、図4(a)及び図5(a)では、各図を代表して、n型MISトランジスタが形成される領域であるn型MISトランジスタ形成領域Rnとp型MISトランジスタが形成される領域であるp型MISトランジスタ形成領域Rpとを示している。 FIGS. 3A to 3D, FIGS. 4A to 4D, and FIGS. 5A and 5B show respective steps of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The cross-sectional state in FIG. 3A, 4A, and 5A, the n-type MIS transistor formation region Rn and the p-type MIS, which are regions where the n-type MIS transistor is formed, are representative of the respective drawings. A p-type MIS transistor formation region Rp, which is a region where transistors are formed, is shown.
まず、図3(a)に示すように、半導体基板1の上に、通常の素子分離形成方法により、シャロートレンチアイソレーション(STI)よりなる素子分離領域2を形成する。これにより、n型MISトランジスタの活性領域とp型MISトランジスタの活性領域とを区画する。続いて、n型MISトランジス形成領域Rnにおける半導体基板1中にp型不純物をイオン注入してp型ウェル領域1aを形成する一方、p型MISトランジス形成領域Rpにおける半導体基板1中にn型不純物をイオン注入してn型ウェル領域1bを形成する。
First, as shown in FIG. 3A, an
続いて、半導体基板1上に、ゲート絶縁膜となるゲート酸化膜、ゲート形成用シリコン膜となるポリシリコン膜、及び保護絶縁膜となる保護酸化膜を順次形成する。続いて、リソグラフィ技術及び異方性ドライエッチングを用いて、保護酸化膜、ポリシリコン膜及びゲート酸化膜を順次エッチングすることにより、ゲート絶縁膜3a及び3b、ゲート形成用シリコン膜4a及び4b、並びに保護絶縁膜5a及び5bを形成する。これにより、n型MISトランジス形成領域Rnにおける半導体基板1上には、ゲート絶縁膜3a、ゲート形成用シリコン膜4a及び保護絶縁膜5aよりなるn型ゲート形成部6aが形成されると共に、p型MISトランジス形成領域Rpにおける半導体基板1上には、ゲート絶縁膜3b、ゲート形成用シリコン膜4b及び保護絶縁膜5bからなるp型ゲート形成部6bが形成される。
Subsequently, a gate oxide film to be a gate insulating film, a polysilicon film to be a gate forming silicon film, and a protective oxide film to be a protective insulating film are sequentially formed on the
続いて、n型ゲート形成部6aをマスクに用いて、n型MISトランジス形成領域Rnにおける半導体基板1にn型不純物をイオン注入することにより、n型エクステンション領域7aを形成し、さらに、n型ゲート形成部6aをマスクに用いて、n型MISトランジスタ形成領域Rnにおける半導体基板1にp型不純物をイオン注入することにより、p型ポケット領域8aを形成する。また、p型ゲート形成部6bをマスクに用いて、p型MISトランジスタ形成領域Rpにおける半導体基板1にp型不純物をイオン注入することにより、p型エクステンション領域7aを形成し、さらに、p型ゲート形成部6bをマスクに用いて、p型MISトランジス形成領域Rpにおける半導体基板1にn型不純物をイオン注入することにより、n型ポケット領域8bを形成する。
Subsequently, by using the n-type
次に、図3(b)に示すように、半導体基板1上の全面に、シリコン酸化膜からなる厚さ20nmの第1の絶縁膜と、シリコン窒化膜からなる厚さ50nmの第2の絶縁膜とを順次形成する。その後、第2の絶縁膜及び第1の絶縁膜を順次エッチバックすることにより、n型ゲート形成部6a及びp型ゲート形成部6bの各側面上に、第1の絶縁膜からなる断面形状がL字状の第1のサイドウォール9a及び9bと、第1のサイドウォール9a及び9b上に第2の絶縁膜からなる第2のサイドウォール10a及び10bを形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a first insulating film made of a silicon oxide film having a thickness of 20 nm and a second insulating film made of a silicon nitride film having a thickness of 50 nm are formed on the entire surface of the
続いて、n型MISトランジス形成領域Rnにおける半導体基板1に、n型ゲート形成部6a並びにサイドウォール9a及び10aをマスクに用いて、n型不純物であるヒ素イオンを、注入エネルギーが10keVであって且つ注入ドーズ量が1×1015/cm2 の条件にてイオン注入することにより、n型ソース・ドレイン領域11aを形成する。また、p型MISトランジス形成領域Rpにおける半導体基板1に、p型ゲート形成部6b並びにサイドウォール9b及び10bをマスクに用いて、p型不純物であるボロンイオンを、注入エネルギーが2keVであって且つドーズ量が1×1015/cm2 の条件下にてイオン注入することにより、p型ソース・ドレイン領域11bを形成する。
Subsequently, arsenic ions, which are n-type impurities, are implanted into the
次に、図3(c)に示すように、半導体基板1上の全面に、ニッケルからなる厚さ10nmの金属膜を形成する。続いて、半導体基板1に対して500℃で20秒程度の熱処理を行い、金属とシリコンとを反応させることにより、n型ソース・ドレイン領域11a及びp型ソース・ドレイン領域11b上に、シリサイド膜12a及び12bを選択的に形成する。その後、未反応で残存している金属膜を選択的に除去する。
Next, as shown in FIG. 3C, a 10 nm thick metal film made of nickel is formed on the entire surface of the
次に、図3(d)に示すように、半導体基板1上の全面に、シリコン窒化膜からなる厚さ30nmのエッチングストップ膜13を形成する。
Next, as shown in FIG. 3D, an
次に、図4(a)に示すように、エッチングストップ膜13上にシリコン酸化膜からなる厚さ300nmの第1の層間絶縁膜14を形成する。続いて、CMP法を用いて、ゲート形成用シリコン膜4a及び4bの表面が露出するまで、第1の層間絶縁膜14及びエッチングストップ膜13を研磨・除去することにより、その表面を平坦化する。但し、この工程では、CMP法によって保護絶縁膜5a及び5bが露出するまで研磨・除去した後に、保護絶縁膜5a及び5bをエッチングしてゲート形成用シリコン膜4a及び4bを露出させてもよい。また、その後、ゲート形成用シリコン膜4a及び4bを所望の厚さ分だけエッチングしてもよい。この場合、例えば、ゲート形成用シリコン膜4aの厚さは80nmとし、ゲート形成用シリコン膜4bの厚さは40nmとする。
Next, as shown in FIG. 4A, a 300 nm-thick first
次に、図4(b)に示すように、半導体基板1上の全面に、ニッケルからなる厚さ100nmの金属膜(図示せず)を形成する。続いて、半導体基板1に対して例えば温度が400℃の窒素雰囲気下にて熱処理を行って、ゲート形成用シリコン膜4a及び4bのシリコンと該シリコンに接触する金属とを互いに反応させることにより、ゲート形成用シリコン膜4a及び4bをフルシリサイド(FUSI)化してフルシリサイドゲート電極4A及び4Bを形成する。このようにして形成されたフルシリサイドゲート電極4A及び4Bは、引っ張り内部応力を有する。
Next, as shown in FIG. 4B, a 100 nm thick metal film (not shown) made of nickel is formed on the entire surface of the
次に、図4(c)に示すように、層間絶縁膜14上に、n型ゲート形成部6aを露出させると共にp型ゲート形成部6bを覆う開口パターンを有するレジスト15を形成する。その後、レジスト15をマスクに用いて、例えばCF4 ガス等のエッチングを用いたドライエッチング、又はフッ酸溶液を用いたウェットエッチングよりフルシリサイドゲート電極4Aと第2のサイドウォール10aとの間に介在している第1のサイドウォール9aを除去する。このとき、エッチング後における第1のサイドウォール9aの上端位置は、ゲート絶縁膜3aの上面よりも高く、且つ、フルシリサイドゲート電極4Aの高さの1/2以下、好ましくは1/3以下にする。これにより、フルシリサイドゲート電極4Aと第2のサイドウォール10aとの間に凹部16が形成される。このように、第1のサイドウォール9aをエッチングして凹部16を形成することにより、フルシリサイドゲート電極4Aが有する引っ張り内部応力が開放され低減される。
Next, as illustrated in FIG. 4C, a resist 15 having an opening pattern that exposes the n-type
次に、図4(d)に示すように、カバレッジに優れたCVD法を用いて、n型ゲート形成部6a及びp型ゲート形成部6bを含む半導体基板1上の全面に、シリコン酸化膜からなる厚さ200nmの第2の層間絶縁膜17を形成する。このとき、フルシリサイドゲート電極4Aと第2のサイドウォール10aとの間に形成されている凹部16にも第2の層間絶縁膜17が埋め込まれる。
Next, as shown in FIG. 4D, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the
次に、図5(a)に示すように、第2の層間絶縁膜17、第1の層間絶縁膜14及びエッチングストップ膜13を順次エッチングすることにより、n型MISトランジス形成領域Rnのn型ソース・ドレイン領域11a上のシリサイド膜12aに到達するコンタクトホール18aと、p型MISトランジス形成領域Rpのp型ソース・ドレイン領域11b上のシリサイド膜12bに到達するコンタクトホール18bを形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, the second
次に、図5(b)に示すように、コンタクトホール18a及び18bを含む第2の層間絶縁膜17上に、タングステンからなる金属膜を形成した後、CMP法により、該金属膜における第2の層間絶縁膜17上の部分を研磨・除去することにより、コンタクトホール18a及び18b内にコンタクトプラグ19a及び19bを形成する。続いて、コンタクトプラグ19a及び19bを含む第2の層間絶縁膜17上に、Alからなる厚さ100nmの金属膜を形成した後に、該金属膜をパターニングすることにより、コンタクトプラグ19a及び19bに接続する金属配線20を形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, after a metal film made of tungsten is formed on the second
以上のように、本発明の第1の実施形態に係る製造方法によると、n型MISトランジスタ形成領域Rpでは、フルシリサイドゲート電極4Aの引っ張り内部応力は開放されている一方、p型MISトランジスタ形成領域Rpでは、フルシリサイドゲート電極4Bは引っ張り内部応力を有したままである。ここで、キャリアとなる正孔又は電子の移動度は、チャネルに印加される金属ゲート電極からの引っ張り内部応力の方向に応じて増加又は減少する。例えば、(100)基板における<110>方向又は<100>方向にキャリアが流れる場合、ホールであれば、ゲート電極の引っ張り内部応力が周辺材料に印加されている方が移動度が向上する一方、電子であればゲート電極の引っ張り内部応力が周辺材料に印加されていない方が移動度が向上する。このため、本実施形態では、p型MISトランジスタ形成領域Rpでは、フルシリサイドゲート電極4Bの引っ張り内部応力が開放されない構成とすると共に、n型MISトランジスタ形成領域Rnでは、フルシリサイドゲート電極4Aの引っ張り内部応力を開放する構成とすれば、同一半導体基板1上にn型MISトランジスタとp型MISトランジスタとが形成された優れた電気的特性を有する半導体装置を実現することができる。
As described above, according to the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention, in the n-type MIS transistor formation region Rp, the tensile internal stress of the full
なお、凹部16に材料を埋め込む場合の堆積条件における温度が、シリサイド形成時の熱処理温度よりも高い場合には、引っ張り内部応力が一旦開放されたフルシリサイドゲート電極4Aが該熱処理後に再度引っ張り内部応力を持つことになるので、凹部16に材料を埋め込む場合(ここでは、第2の層間絶縁膜17を堆積する場合)の堆積条件における温度は、シリサイド形成時の熱処理温度よりも低いことが望ましい。
When the temperature in the deposition condition when the material is embedded in the
--第1の実施形態の変形例--
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例について説明する。
--Modification of the first embodiment--
Hereinafter, modifications of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention will be described.
図6(a)〜(c)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例における各工程における断面状態を工程順に示している。なお、本変形例に係る半導体装置の製造方法の各工程において、前述した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同じ工程の説明は省略し、以下では、主に相違する工程について説明する。また、図6(a)では、各図を代表して、n型MISトランジスタが形成される領域であるn型MISトランジスタ形成領域Rnとp型MISトランジスタが形成される領域であるp型MISトランジスタ形成領域Rpとを示している。 6A to 6C show the cross-sectional states in the respective steps in the modification of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. In each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to this modification, the description of the same steps as those for the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention described above will be omitted, and the following will mainly differ. The process will be described. In FIG. 6A, the n-type MIS transistor formation region Rn, which is a region where an n-type MIS transistor is formed, and a p-type MIS transistor, which is a region where a p-type MIS transistor is formed, on behalf of each figure The formation region Rp is shown.
まず、図6(a)に示す工程までは、前述した第1の実施形態における図3(a)〜(d)及び図4(a)〜(c)を用いた説明と同様に行うことにより、図6(a)に示す構造を得る。なお、図6(a)に示す断面図では、凹部16を形成した後に、図4(c)に示すレジスト15を除去した後の状態を示している。
First, the steps shown in FIG. 6A are performed in the same manner as described with reference to FIGS. 3A to 3D and FIGS. 4A to 4C in the first embodiment. Then, the structure shown in FIG. 6A shows a state after the resist 15 shown in FIG. 4C is removed after the
次に、図6(b)に示すように、カバレッジの悪いCVD法を用いて、n型ゲート形成部6a及びp型ゲート形成部6bを含む半導体基板1上の全面に、シリコン酸化膜からなる厚さ200nmの第2の層間絶縁膜17を形成する。このとき、第2の層間絶縁膜17のカバレッジが悪いため、第2の層間絶縁膜17が凹部16内に完全に埋め込まれないので、隙間(ボイド)16Aが形成される。
Next, as shown in FIG. 6B, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the
以降の工程は、前述した図5(a)及び(b)を用いた説明と同様の工程を行うことにより、図6(c)に示す構成を得ることができる。 In the subsequent steps, the configuration shown in FIG. 6C can be obtained by performing the same steps as described with reference to FIGS. 5A and 5B.
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例によると、フルシリサイドゲート電極4Aの側面に形成された第1のサイドウォール9aを除去することによる第1の実施形態によって得られる効果に加えて、以下の効果を有する。本実施形態におけるフルシリサイドゲート電極4aの側面には、隙間16A(ボイド)が形成されており、その隙間には空気が存在していることになるので、フルシリサイドゲート電極4Aが有する引っ張り内部応力は必ず開放されることになる。ここで、凹部16に材料を埋め込む場合には、その材料によっては、チャネルに印加される引っ張り内部応力を元々有している材料を埋め込む場合も考えられるが、本実施形態の変形例によると、隙間16Aを形成することにより、フルシリサイドゲート電極4Aが有する引っ張り内部応力を確実に開放すると共に、チャネルに印加される引っ張り応力を新たに発生させることがない構成を実現することができる。
According to the modification of the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, the first embodiment is obtained by removing the
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
(Second Embodiment)
A method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described below.
図7(a)〜(d)、及び図8(a)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程における断面状態を工程順に示しており、図8(b)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を説明するための断面図を示している。なお、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程において、前述した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同じ工程の説明は一部省略している。また、図7(a)及び図8(a)では、各図を代表して、n型MISトランジスタが形成される領域であるn型MISトランジスタ形成領域Rnとp型MISトランジスタが形成される領域であるp型MISトランジスタ形成領域Rpとを示している。。 FIGS. 7A to 7D and FIG. 8A show the cross-sectional states in each step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps, and FIG. ) Shows a cross-sectional view for explaining a modification of the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment of the present invention. Note that, in each step of the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, a part of the description of the same steps as those of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention is omitted. Yes. In FIGS. 7A and 8A, the n-type MIS transistor formation region Rn and the p-type MIS transistor are formed, which are regions where the n-type MIS transistor is formed, on behalf of the respective drawings. P-type MIS transistor formation region Rp. .
まず、図7(a)に示す工程までは、前述した第1の実施形態における図3(a)〜(d)及び図4(a)を用いた説明と同様に行うことにより、図6(a)に示す構造を得る。 First, the steps shown in FIG. 7A are performed in the same manner as described with reference to FIGS. 3A to 3D and FIG. The structure shown in a) is obtained.
次に、図7(b)に示すように、例えばKOH溶液を用いたウェットエッチングにより、ゲート形成用シリコン膜4a及び4bを選択的に除去した後に、半導体基板1上の全面に、金属膜(図示せず)を形成する。続いて、CMP法により、該金属膜における第1の層間絶縁膜14上に存在している部分を除去することにより、ゲート形成用シリコン膜4a及び4bが除去されて形成された凹部内におけるゲート絶縁膜3a及び3b上に、金属ゲート電極21a及び21bを形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, after the gate forming
次に、図7(c)に示すように、第1の層間絶縁膜14上に、n型ゲート形成部6aを露出させると共にp型ゲート形成部6bを覆う開口パターンを有するレジスト15を形成する。その後、レジスト15をマスクに用いて、例えばCF4 ガス等のエッチングを用いたドライエッチング、又はフッ酸溶液を用いたウェットエッチングより金属ゲート電極21aと第2のサイドウォール10aとの間に介在している第1のサイドウォール9aを除去する。このとき、エッチング後における第1のサイドウォール9aの上端位置は、ゲート絶縁膜3aの上面よりも高く、且つ、金属ゲート電極21aの高さの1/2以下、好ましくは1/3以下にする。これにより、金属ゲート電極21aと第2のサイドウォール10aとの間に凹部16が形成される。このように、第1のサイドウォール9aをエッチングして凹部16を形成することにより、金属ゲート電極21aが有する引っ張り内部応力が開放され低減される。
Next, as shown in FIG. 7C, a resist 15 having an opening pattern that exposes the n-type
次に、図7(d)に示すように、カバレッジに優れたCVD法を用いて、n型ゲート形成部6a及びp型ゲート形成部6bを含む半導体基板1上の全面に、シリコン酸化膜からなる厚さ200nmの第2の層間絶縁膜17を形成する。このとき、金属ゲート電極21aと第2のサイドウォール10aとの間に形成されている凹部16にも第2の層間絶縁膜17が埋め込まれる。
Next, as shown in FIG. 7D, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the
次に、図8(a)に示すように、第2の層間絶縁膜17、第1の層間絶縁膜14及びエッチングストップ膜13を順次エッチングすることにより、n型MISトランジス形成領域Rnのn型ソース・ドレイン領域11a上のシリサイド膜12aに到達するコンタクトホール18aと、p型MISトランジス形成領域Rpのp型ソース・ドレイン領域11b上のシリサイド膜12bに到達するコンタクトホール18bを形成する。続いて、コンタクトホール18a及び18bを含む第2の層間絶縁膜17上に、タングステンからなる金属膜を形成した後、CMP法により、該金属膜における第2の層間絶縁膜17上の部分を研磨・除去することにより、コンタクトホール18a及び18b内にコンタクトプラグ19a及び19bを形成する。続いて、コンタクトプラグ19a及び19bを含む第2の層間絶縁膜17上に、Alからなる厚さ100nmの金属膜を形成した後に、該金属膜をパターニングすることにより、コンタクトプラグ19a及び19bに接続する金属配線20を形成する。
Next, as shown in FIG. 8A, the second
以上のように、本発明の第2の実施形態に係る製造方法によると、n型MISトランジスタ形成領域Rpでは、金属ゲート電極21aの引っ張り内部応力は開放されている一方、p型MISトランジスタ形成領域Rpでは、金属ゲート電極21bは引っ張り内部応力を有したままである。このため、本実施形態では、p型MISトランジスタ形成領域Rpでは、金属ゲート電極21bの引っ張り内部応力が開放されない構成とすると共に、n型MISトランジスタ形成領域Rnでは、金属ゲート電極21aの引っ張り内部応力を開放する構成とすれば、第1の実施形態と同様の理由で、同一半導体基板1上にn型MISトランジスタとp型MISトランジスタとが形成された優れた電気的特性を有する半導体装置を実現することができる。
As described above, according to the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, in the n-type MIS transistor formation region Rp, the tensile internal stress of the
なお、凹部16に材料を埋め込む場合(ここでは、第2の層間絶縁膜17を堆積する場合)の堆積条件における温度がシリサイド形成時の熱処理温度よりも低いことが望ましいことは、前述の第1の実施形態と同様である。 Note that it is desirable that the temperature under the deposition conditions when the material is embedded in the recess 16 (here, when depositing the second interlayer insulating film 17) is lower than the heat treatment temperature during silicide formation. This is the same as the embodiment.
また、以上で説明した第2の実施形態では、前述した第1の実施形態におけるフルシリサイドゲート電極4A及び4Bの代わりに、金属ゲート電極21a及び21bを形成した場合について説明したが、本実施形態においても、第1の実施形態の変形例と同様の変形例を構成する場合であっても同様に実施可能であることは言うまでもない。すなわち、上述した図7(c)に示した工程の後に、第1の実施形態の変形例における図6(b)及び(c)を用いた説明と同様にすることにより、図8(b)に示すように、ゲート電極が金属ゲート電極21a及び21bであって、その側面にボイド16Aが形成されている場合の構造を実現することができる。なお、この構造である場合における効果は、第1の実施形態の変形例で述べた効果と同様であることは言うまでもない。
In the second embodiment described above, the case where the
なお、以上の各実施形態では、ゲート絶縁膜(3a、3b)及びゲート電極(4a、4b)の側面上に、断面形状がL字状の第1のサイドウォール(9a、9b)と、第2のサイドウォール(10a、10b)とを形成した場合について説明したが、第1のサイドウォール(9a、9b)とゲート絶縁膜(3a、3b)及びゲート電極(4a、4b)との間に断面形状がI字状のオフセットスペーサを形成した構成であってもよい。このとき、n型MISトランジスタ形成領域Rnにおけるオフセットスペーサの上部を除去して凹部を形成することにより、金属ゲート電極の引っ張り内部応力を開放してもよく、この場合は、n型MISトランジスタ形成領域Rnにおける第1のサイドウォール(9a)の上部を除去して凹部16を形成する必要は必ずしもないし、第1のサイドウォール(9a、9b)を設けなくてもよい。
In each of the embodiments described above, the first sidewall (9a, 9b) having an L-shaped cross-section on the side surfaces of the gate insulating films (3a, 3b) and the gate electrodes (4a, 4b), and the first The case where the second sidewalls (10a, 10b) are formed has been described, but the first sidewalls (9a, 9b), the gate insulating films (3a, 3b), and the gate electrodes (4a, 4b) are formed. A configuration in which an offset spacer having an I-shaped cross section may be formed. At this time, the tensile internal stress of the metal gate electrode may be released by removing the upper portion of the offset spacer in the n-type MIS transistor formation region Rn to form a recess. In this case, the n-type MIS transistor formation region It is not always necessary to form the
以上説明したように、本発明は、金属ゲート電極形成時における応力の緩和が可能な構造を有する半導体装置及びその製造方法などにとって有用である。 As described above, the present invention is useful for a semiconductor device having a structure that can relieve stress when forming a metal gate electrode, a manufacturing method thereof, and the like.
1 半導体基板
1a n型MISトランジスタの活性領域
1b p型MISトランジスタの活性領域
2 素子分離領域
3a、3b ゲート絶縁膜
4a、4b ゲート形成用シリコン膜
5a、5b 保護絶縁膜
6a n型ゲート形成部
6b p型ゲート形成部
7a n型エクステンション領域
7b p型エクステンション領域
8a p型ポケット領域
8b n型ポケット領域
9a、9b 第1のサイドウォール
10a、10b 第2のサイドウォール
11a n型ソース・ドレイン領域
11b p型ソース・ドレイン領域
12a、12b シリサイド膜
13 エッチングストップ膜
14 第1の層間絶縁膜
15 レジスト
16 凹部
16A 隙間(ボイド)
17 第2の層間絶縁膜
18a、18b コンタクトホール
19a、19b コンタクトプラグ
20 金属配線
21a、21b 金属ゲート電極
Rn n型MISトランジスタ形成領域
Rp p型MISトランジスタ形成領域
DESCRIPTION OF
17 Second
Claims (19)
前記第1の金属ゲート電極と前記第1のサイドウォールとの間には、前記第1の金属ゲート電極が有する内部応力を低減させる構造を有するストレス緩和部が形成されている
ことを特徴とする半導体装置。 A first gate insulating film formed on the semiconductor substrate; a first metal gate electrode formed on the first gate insulating film; and a side of the first metal gate in the semiconductor substrate. A semiconductor device including an n-channel MIS transistor having a first impurity diffusion region formed in a region located at a first side wall and a first sidewall formed on a side surface of the first metal gate electrode. And
A stress relaxation portion having a structure for reducing internal stress of the first metal gate electrode is formed between the first metal gate electrode and the first sidewall. Semiconductor device.
前記半導体基板上に形成され、絶縁膜がエッチングにより除去されて残存している部分よりなる第1の絶縁膜と、
前記エッチングにより露出する前記第1の絶縁膜の上面を底部とし且つ前記第1の金属ゲート電極と前記第1のサイドウォールとによって囲まれてなる隙間部とを有している
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The stress relieving part
A first insulating film formed on the semiconductor substrate, the first insulating film comprising a portion remaining after the insulating film is removed by etching;
A top portion of the first insulating film exposed by the etching is a bottom portion, and a gap portion surrounded by the first metal gate electrode and the first sidewall is provided. The semiconductor device according to claim 1.
前記半導体基板上に形成され、絶縁膜がエッチングにより除去されて残存している部分よりなる第1の絶縁膜と、
前記エッチングにより露出する前記第1の絶縁膜の上面上に形成された第2の絶縁膜とを有している
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The stress relieving part
A first insulating film formed on the semiconductor substrate, the first insulating film comprising a portion remaining after the insulating film is removed by etching;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a second insulating film formed on an upper surface of the first insulating film exposed by the etching.
前記第2のサイドウォールと前記第2の金属ゲート電極との間には、前記第2の金属ゲート電極が有する内部応力を低減させる構造を有していない構造をもつ
ことを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれか1項に記載の半導体装置。 A second gate insulating film formed on the semiconductor substrate; a second metal gate electrode formed on the second gate insulating film; and the second metal gate side of the semiconductor substrate. A p-channel MIS transistor having a second impurity diffusion region formed in a region located on the side and a second sidewall formed on a side surface of the second metal gate electrode,
The structure between the second sidewall and the second metal gate electrode does not have a structure for reducing the internal stress of the second metal gate electrode. The semiconductor device according to any one of 1 to 5.
前記半導体基板の上に、第1のゲート絶縁膜及び第1のゲート用シリコン膜を順次形成し、前記第1のゲート絶縁膜及び前記第1のゲート用シリコン膜をパターニングすることにより、前記第1のゲート絶縁膜及び前記第1のゲート用シリコン膜よりなる第1のゲート電極形成膜を形成する工程と、
前記第1のゲート電極形成膜の側面上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の側面上に第1のサイドウォールを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜及び前記第1のサイドウォールが形成された前記第1のゲート電極形成膜をマスクとして、前記半導体基板に第1の不純物層を形成する工程と、
前記第1の不純物を形成する工程よりも後に、前記第1のゲート電極形成膜に対して所定の処理を行って、第1の金属ゲート電極を形成する工程と、
前記第1の金属ゲート電極と前記第1のサイドウォールとの間に存在している前記第1の絶縁膜をエッチングすることにより、前記第1の金属ゲート電極と前記第1のサイドウォールとの間に、前記第1の絶縁膜がエッチングされて残存している部分の上面を露出させる第1の凹部を形成する工程とを備える
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device having an n-channel MIS transistor disposed in an n-type semiconductor formation region partitioned by element isolation in a semiconductor substrate,
A first gate insulating film and a first gate silicon film are sequentially formed on the semiconductor substrate, and the first gate insulating film and the first gate silicon film are patterned, whereby the first gate insulating film and the first gate silicon film are patterned. Forming a first gate electrode formation film comprising a first gate insulating film and the first gate silicon film;
Forming a first insulating film on a side surface of the first gate electrode formation film;
Forming a first sidewall on a side surface of the first insulating film;
Forming a first impurity layer on the semiconductor substrate using the first gate electrode formation film on which the first insulating film and the first sidewall are formed as a mask;
After the step of forming the first impurity, performing a predetermined treatment on the first gate electrode formation film to form a first metal gate electrode;
By etching the first insulating film existing between the first metal gate electrode and the first sidewall, the first metal gate electrode and the first sidewall are And a step of forming a first recess that exposes an upper surface of a portion remaining after the first insulating film is etched. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
ことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 The method further comprises depositing an insulating film on the first metal gate electrode after the step of forming the recess so that a gap is formed in the first recess. Item 9. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 8.
ことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising a step of embedding an insulating film in the first recess after the step of forming the first recess.
ことを特徴とする請求項8〜10のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the first metal gate electrode includes forming a metal film on the first gate electrode formation film, and then performing a heat treatment on the metal film to thereby form the first gate silicon. 11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising a step of forming the first metal gate electrode in which the film is fully silicided.
前記第1のゲート電極形成膜をマスクとして、前記半導体基板における前記第1のゲート電極形成膜の側方に第1のエクステンション拡散層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項8〜12のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 After the step of forming the first gate electrode formation film and before the step of forming the first insulating film,
9. The method according to claim 8, further comprising a step of forming a first extension diffusion layer on a side of the first gate electrode formation film in the semiconductor substrate using the first gate electrode formation film as a mask. 12. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記半導体基板上に、ゲート絶縁膜及びゲート用シリコン膜を順次形成し、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート用シリコン膜をパターニングすることにより、前記n型半導体形成領域に、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート用シリコン膜よりなる第1のゲート電極形成膜を形成すると共に、前記p型半導体形成領域に、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート用シリコン膜よりなる第2のゲート電極形成膜を形成する工程と、
前記第1のゲート電極形成膜の側面上に第1の絶縁膜を形成すると共に、前記第2のゲート電極形成膜の側面上に第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の側面上に第1のサイドウォールを形成すると共に、前記第2の絶縁膜の側面上に第2のサイドウォールを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜及び前記第1のサイドウォールが形成された前記第1のゲート電極形成膜をマスクとして、前記n型半導体形成領域に第1の不純物層を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜及び前記第2のサイドウォールが形成された前記第2のゲート電極形成膜をマスクとして、前記p型半導体形成領域に第2の不純物層を形成する工程と、
前記第1の不純物及び前記第2の不純物を形成する工程よりも後に、前記第1のゲート電極形成膜及び前記第2のゲート電極形成膜に対して所定の処理を行って、第1の金属ゲート電極及び第2の金属ゲート電極を形成する工程と、
エッチング処理により、前記第1の金属ゲート電極と前記第1のサイドウォールとの間に存在している前記第1の絶縁膜を除去し、前記第1の絶縁膜がエッチングされて残存している部分の上面を露出させる第1の凹部を形成する一方で、前記第2の金属ゲート電極と前記第2のサイドウォールとの間に存在している前記第2の絶縁膜は除去しない工程とを備える
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 An n-channel MIS transistor disposed in an n-type semiconductor formation region partitioned by element isolation in a semiconductor substrate, and a p-channel MIS transistor disposed in a p-type semiconductor formation region partitioned by the element isolation in the semiconductor substrate A method of manufacturing a semiconductor device comprising:
A gate insulating film and a gate silicon film are sequentially formed on the semiconductor substrate, and the gate insulating film and the gate silicon film are patterned to form the gate insulating film and the gate in the n-type semiconductor formation region. Forming a first gate electrode forming film made of a silicon film for forming, and forming a second gate electrode forming film made of the gate insulating film and the gate silicon film in the p-type semiconductor forming region;
Forming a first insulating film on a side surface of the first gate electrode forming film and forming a second insulating film on a side surface of the second gate electrode forming film;
Forming a first sidewall on the side surface of the first insulating film and forming a second sidewall on the side surface of the second insulating film;
Forming a first impurity layer in the n-type semiconductor formation region using the first gate electrode formation film formed with the first insulating film and the first sidewall as a mask;
Forming a second impurity layer in the p-type semiconductor formation region, using the second gate electrode formation film formed with the second insulating film and the second sidewall as a mask;
After the step of forming the first impurity and the second impurity, a predetermined treatment is performed on the first gate electrode formation film and the second gate electrode formation film to form a first metal Forming a gate electrode and a second metal gate electrode;
By etching, the first insulating film existing between the first metal gate electrode and the first sidewall is removed, and the first insulating film is etched and remains. Forming a first recess exposing the upper surface of the portion, and not removing the second insulating film existing between the second metal gate electrode and the second sidewall. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
ことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 The method further comprises depositing an insulating film on the first metal gate electrode after the step of forming the recess so that a gap is formed in the first recess. Item 15. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 14.
ことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, further comprising a step of embedding an insulating film in the first recess after the step of forming the recess.
前記第1のゲート電極形成膜をマスクとして、前記半導体基板における前記第1のゲート電極形成膜の側方に第1のエクステンション拡散層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項14〜18のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 After the step of forming the first gate electrode formation film and before the step of forming the first insulating film,
15. The method of claim 14, further comprising forming a first extension diffusion layer on a side of the first gate electrode formation film in the semiconductor substrate using the first gate electrode formation film as a mask. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 18.
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