JP2007324391A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】NMISトランジスタに損傷を与えることなく、NMIS領域上の内部応力を有する絶縁膜がPMIS領域上の絶縁膜に比べて引張応力を有する半導体装置を製造する方法、並びに、該方法によって製造された半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、半導体基板(1)におけるNMIS領域(3)上に形成されたNMISトランジスタと、半導体基板(1)におけるNMIS領域(3)と間隔をおいて形成されたPMIS領域(4)上に形成されたPMISトランジスタと、半導体基板(1)上に、NMISトランジスタとPMISトランジスタとを覆うように形成され、内部応力を有する連続した応力絶縁膜(22、22a)とを備える。応力絶縁膜(22、22a)におけるNMIS領域上に位置する部分(22a)は、PMIS領域(4)上に位置する部分(22)に比べて、引張の内部応力を有している。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体基板上に、NMIS及びPMISトランジスタを覆うように形成された内部応力を有する応力絶縁膜を有し、NMIS領域上の応力絶縁膜がPMIS領域上の応力絶縁膜に比べて引張応力を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
近年、半導体装置の電流駆動力を高める目的で、NMIS及びPMISトランジスタを覆う内部応力を持つ絶縁膜を用いて、電子の移動度を向上させる構造及び方法が提案されている。例えば、半導体基板の全面に、NMIS及びPMISトランジスタを覆うように、LPCVD法により、引張の内部応力を有する窒化膜を形成して、該窒化膜におけるPMISトランジスタ上の部分を除去する。その後、半導体基板1の全面に、PECVD法により、圧縮応力を有する窒化膜を形成することで、PMIS領域上には圧縮応力を有する窒化膜が形成されると共に、NMIS領域上には引張の内部応力を有する窒化膜が形成された構造を実現する方法が提案されている。
図6(a)〜(e)は、従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
まず、図6(a)では、半導体基板101に、素子分離102により互いに分離されたp型ウェルを含むNMIS領域103とn型ウェルを含むPMIS領域104とが形成されている。NMIS領域103の上にはゲート絶縁膜107及びゲート電極109からなるNMISトランジスタのゲート部が形成されており、PMIS領域104の上にはゲート絶縁膜108及びゲート電極110からなるPMISトランジスタのゲート部が形成されている。NMIS領域103には、n型不純物イオンが注入されたn型ソース・ドレイン領域119が形成されており、n型ソース・ドレイン領域119は、NMISトランジスタのゲート部の両側面の下側の領域に形成されたn型エクステンション領域114を有しており、PMIS領域104には、同様に、p型の不純物イオンが注入されたp型エクステンション領域115を有するp型ソース・ドレイン領域120が形成されている。また、NMIS及びPMISトランジスタのゲート部の側面上にはサイドウォール117及び118がそれぞれ形成されている。また、ゲート電極109及び110の各上部、並びにソース・ドレイン領域119及び120の各上部にはシリサイド層121が形成されている。
図6(b)では、図6(a)に示した状態から、CVD法を用いて、半導体基板101の全面に、NMIS及びPMISトランジスタを覆うように、引張の内部応力を有する窒化膜122aを形成する。続いて、窒化膜122aの上に、PMIS領域104を開口する第1のレジストマスク128を形成する。
次に、図6(c)では、図6(b)に示した状態から、第1のレジストマスク128を用いてエッチングすることにより、窒化膜122aにおけるPMIS領域104上の部分を除去する。その後、第1のレジストマスク128を除去する。
次に、図6(d)に示すように、CVD法を用いて、半導体基板101の全面に、圧縮応力を有する窒化膜122bを形成する。続いて、窒化膜122bの上に、NMIS領域103を開口する第2のレジストマスク130を形成する。
次に、図6(e)に示すように、第2のレジストマスク130を用いてエッチングすることにより、窒化膜122bにおける窒化膜122a上の部分を除去する。その後、第2のレジストマスク130を除去し、以降、配線部等を形成する(以上、例えば特許文献1参照)。
特開2003−60076号公報
ところで、前述した従来の半導体装置の製造方法によると、図6(c)の工程において、PMIS領域104上の引張の内部応力を有する窒化膜122aを除去する際に、ソース・ドレイン領域120、ゲート電極121、シリサイド層121、又はサイドウォール118に損傷を与え、PMISトランジスタの特性を劣化させる危険性が大きい。
前記に鑑み、本発明の目的は、MISトランジスタに損傷を与えることなく、内部応力を有する絶縁膜のうちNMIS領域上の部分がPMIS領域上の部分に比べて引張の内部応力を有する半導体装置を製造する方法を提供すると共に、その方法により製造された半導体装置を提供する。
本発明の一側面に係る半導体装置は、半導体基板におけるNMIS領域上に形成されたNMISトランジスタと、半導体基板におけるPMIS領域上に形成されたPMISトランジスタと、半導体基板上に、NMISトランジスタとPMISトランジスタとを覆うように形成され、内部応力を有する連続した応力絶縁膜とを備え、応力絶縁膜におけるNMIS領域上に位置する部分は、応力絶縁膜におけるPMIS領域上に位置する部分に比べて、引張の内部応力を有している。
本発明の一側面に係る半導体装置によると、応力絶縁膜におけるNMIS領域上に位置する部分は、応力絶縁膜におけるPMIS領域上に位置する部分に比べて、引張の内部応力を有しているため、NMISトランジスタの駆動能力が向上する。また、応力絶縁膜は連続した膜において、NMIS領域上に位置する部分がPMIS領域上に位置する部分に比べて引張の内部応力を有するので、製造工程においてNMIS及びPMISトランジスタに損傷を与えることなく、駆動能力に優れたNMISトランジスタを実現できる。
本発明の一側面に係る半導体装置において、応力絶縁膜におけるPMIS領域上に位置する部分は、圧縮の内部応力を有していることが好ましい。
このようにすると、NMISトランジスタに加えて、PMISトランジスタの駆動能力も向上させることができる。
本発明の一側面に係る半導体装置において、応力絶縁膜におけるNMIS領域上に位置する部分は、応力絶縁膜におけるPMIS領域上に位置する部分に比べて、水素含有量が少ない場合には、応力絶縁膜におけるNMIS領域上に位置する部分がPMIS領域上に位置する部分に比べて引張の内部応力を有する。
本発明の一側面に係る半導体装置において、NMISトランジスタは、NMIS領域上に形成された第1のゲート絶縁膜及び第1のゲート電極よりなる第1のゲート部と、第1のゲート部の側面に形成された第1の側壁絶縁膜と、NMIS領域における第1のゲート部の側方に位置する領域に形成された第1のエクステンション拡散領域とを備え、PMISトランジスタは、PMIS領域上に形成された第2のゲート絶縁膜及び第2のゲート電極よりなる第2のゲート部と、第2のゲート部の側面に形成された第2の側壁絶縁膜と、PMIS領域における第2のゲート部の側方に位置する領域に形成された第2のエクステンション拡散領域とを備えていることが好ましい。
本発明の一側面に係る半導体装置において、応力絶縁膜の上に形成された層間絶縁膜をさらに備え、層間絶縁膜におけるNMIS領域上に位置する部分が引張の内部応力を有しており、層間絶縁膜におけるPMIS領域上に位置する部分が圧縮の内部応力を有している場合には、NMIS及びPMISトランジスタの駆動能力がさらに向上する。
本発明の一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NMIS領域上にNMISトランジスタを形成し、半導体基板におけるPMIS領域上にPMISトランジスタを形成する工程(a)と、半導体基板上に、NMISトランジスタ及びPMISトランジスタを覆う内部応力を有する応力絶縁膜を形成する工程(b)と、応力絶縁膜の上に、PMIS領域をマスクするように、紫外光を透過しない保護膜を形成する工程(c)と、工程(c)よりも後に、半導体基板に対して紫外光を照射することにより、応力絶縁膜における前記NMIS領域上に位置する部分に、応力絶縁膜におけるPMIS領域上に位置する部分に比べて、引張の内部応力を持たせる工程(d)とを備える。
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法によると、PMIS領域上に形成した保護膜をマスクとして、紫外光を照射することにより、応力絶縁膜におけるNMIS領域上に位置する部分を、応力絶縁膜におけるPMIS領域上に位置する部分に比べて、引張の内部応力を持たせるため、NMISトランジスタの駆動能力を向上させることができる。また、紫外光を用いて、応力絶縁膜におけるNMIS領域上に位置する部分をPMIS領域上に位置する部分に比べて引張の内部応力を持たせるので、NMIS及びPMISトランジスタに損傷を与えることなく、駆動能力に優れたNMISトランジスタを形成することができる。
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、工程(b)は、圧縮の内部応力を有する応力絶縁膜を形成する工程を含むことが好ましい。
このよにすると、NMISトランジスタに加えて、PMISトランジスタの駆動能力も向上させることができる。
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、工程(d)では、紫外光を照射することによって、応力絶縁膜におけるNMIS領域上に位置する部分が、応力絶縁膜におけるPMIS領域上に位置する部分に比べて、水素含有量が少なくなる場合には、応力絶縁膜におけるNMIS領域上に位置する部分がPMIS領域上に位置する部分に比べて引張の内部応力を有する。
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、工程(b)よりも後であって且つ工程(c)よりも前に、応力絶縁膜の上にエッチングストッパー膜を形成する工程をさらに備えることが好ましい。
このようにすると、PMIS領域をマスクする保護膜を形成する際におけるNMIS領域上の応力絶縁膜の膜減りを防止することができる。このため、応力絶縁膜におけるNMIS領域上の部分は、膜減りによる引張の内部応力の減少が抑制され、優れた引張の内部応力を有する膜となる。
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、工程(b)よりも後であって且つ工程(c)よりも前に、応力絶縁膜の上に層間絶縁膜を形成する工程(e)をさらに備え、工程(c)は、層間絶縁膜の上に、PMIS領域をマスクするように保護膜を形成する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、PMIS領域をマスクする保護膜を形成する際におけるNMIS領域上の応力絶縁膜の膜減りを防止することができる。このため、応力絶縁膜におけるNMIS領域上の部分は、膜減りによる引張の内部応力の減少が抑制され、優れた引張の内部応力を有する膜となる。
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、工程(e)は、応力絶縁膜におけるPMIS領域上に位置する部分上に、圧縮の内部応力を有する第1の層間絶縁膜を形成する工程であり、工程(c)は、第1の層間絶縁膜の上に、PMIS領域をマスクするように保護膜を形成する工程を含み、工程(d)よりも後に、応力絶縁膜におけるNMIS領域上に位置する部分上に、引張の内部応力を有する第2の層膜絶縁膜を形成する工程をさらに備える場合には、NMIS及びPMISトランジスタの駆動能力がさらに向上する。
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、工程(c)よりも前に、保護膜を形成する下地膜の表面を平坦化しておくことが好ましい。
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、保護膜としてシリコンよりなる膜を用いることができる。
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、保護膜は、膜厚が5nm以上であれば、紫外光の透過を防止することができる。
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、層間絶縁膜上に保護膜を形成する場合には、該保護膜として窒化物よりなる膜を用いることができる。
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、工程(d)において、基板温度が350℃以上であって且つ600℃以下であれば、応力絶縁膜におけるNMIS流域上の部分に引張の内部応力を持たせることができると共に、NMIS及びPMISトランジスタへの熱による損傷を防止することができる。
本発明の一側面に係る半導体装置の製造方法において、工程(a)において、NMISトランジスタは、NMIS領域上に形成された第1のゲート絶縁膜及び第1のゲート電極よりなる第1のゲート部と、第1のゲート部の側面に形成された第1の側壁絶縁膜と、NMIS領域における第1のゲート部の側方に位置する領域に形成された第1のエクステンション拡散領域とを備え、PMISトランジスタは、PMIS領域上に形成された第2のゲート絶縁膜及び第2のゲート電極よりなる第2のゲート部と、第2のゲート部の側面に形成された第2の側壁絶縁膜と、PMIS領域における第2のゲート部の側方に位置する領域に形成された第2のエクステンション拡散領域とを備えていることが好ましい。
本発明の一側面に係る半導体装置及びその製造方法によると、PMIS領域上に形成した保護膜をマスクとして、紫外光を照射することにより、応力絶縁膜におけるNMIS領域上に位置する部分を、応力絶縁膜におけるPMIS領域上に位置する部分に比べて、引張の内部応力を持たせるため、NMIS及びPMISトランジスタに損傷を与えることなく、NMISトランジスタの駆動能力を向上させることができる。
(第1の実施形態)
まず、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。
図1は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の断面構造を示している。
図1に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板1には、素子分離2により互いに分離されたp型ウェルを含むNMIS領域3とn型ウェルを含むPMIS領域4とが形成されている。
NMIS領域3の上には、下から順次形成されたゲート絶縁膜7及びゲート電極9からなるNMISトランジスタのゲート部が形成されている。PMIS領域4の上には、下から順次形成されたゲート絶縁膜8及びゲート電極10からなるPMISトランジスタのゲート部が形成されている。
NMIS領域3には、ヒ素等のn型不純物イオンが注入された不純物拡散層であるn型ソース・ドレイン領域19が形成されている。n型ソース・ドレイン領域19は、NMISトランジスタのゲート部の両側面の下側の領域に形成された接合深さが比較的浅いn型エクステンション領域14を有している。PMIS領域4には、同様に、ホウ素等のp型の不純物イオンが注入されたp型エクステンション領域15を有するp型ソース・ドレイン領域20が形成されている。
NMISトランジスタのゲート部の側面上には、酸化膜からなる断面I字状(板状)のオフセットスペーサ12が形成されており、該オフセットスペーサ12の側面上には、例えば窒化シリコン(SiN)からなるサイドウォール17が形成されている。PMISトランジスタのゲート部の側面上には、同様に、酸化膜からなる断面I字状のオフセットスペーサ13が形成されており、該オフセットスペーサ13の側面上には、例えば窒化シリコンからなるサイドウォール18が形成されている。また、ゲート電極9及び10の各上部、並びにソース・ドレイン領域19及び20の各上部には、例えばNi、Co、又はTi等の金属膜とシリコンとが熱処理によって反応してなるシリサイド層21が形成されている。
半導体基板1の全面上には、NMISトランジスタ及びPMISトランジスタを覆うように、連続した窒化膜が形成されており、該窒化膜は、NMIS領域3上に形成された引張の内部応力を有する窒化膜22aとPMIS領域4上に形成された圧縮応力を有する窒化膜22とからなっている。このように、NMIS領域3上の窒化膜22aはPMIS領域4上の窒化膜22と比較して引張の内部応力を有している。窒化膜22及び窒化膜22aの上には、層間絶縁膜26が形成されており、該層間絶縁膜26の上には図示しない配線部等が形成されている。
次に、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、図2(a)〜(e)及び図3(a)〜(d)を参照しながら説明する。
図2(a)〜(e)及び図3(a)〜(d)は、本発明の第1の実施形態に係る製造方法を工程順に示す断面図である。
まず、図2(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素子分離2を形成した後、半導体基板1に不純物注入を行いp型ウェルを含むNMIS領域3とn型ウェルを含むPMIS領域4とを形成する。
次に、図2(b)に示すように、半導体基板1上に、熱酸化等により例えばSiO2 、SiON、又はHfSiONよりなる絶縁膜5を形成し、該絶縁膜5の上に、例えば厚さが約140nmのポリシリコン膜6を堆積する。
次に、図2(c)に示すように、フォトリソグラフィー及びドライエッチング技術を用いてパターニングを行い、NMIS領域3及びPMIS領域4に、ゲート絶縁膜7及びゲート電極9からなるNMISトランジスタのゲート部と、ゲート絶縁膜8及びゲート電極10からなるPMISトランジスタのゲート部をそれぞれ形成する。
次に、図2(d)に示すように、半導体基板1上の全面に、化学気相堆積(CVD)によりNMISトランジスタ及びPMISトランジスタの各ゲート部の側面及び上面を覆うように、厚さが約14nmの酸化膜(図示せず)を形成した後に、エッチバックにより、NMISトランジスタ及びPMISトランジスタの各ゲート部の側面に断面I字状(板状)のオフセットサイドウォール12及び13をそれぞれ形成する。なお、酸化膜には、例えば高温酸化(HTO)膜等を用いればよい。
次に、図2(e)に示すように、ゲート電極9及びオフセットスペーサ12をマスクとして、NMISトランジスタのゲート部の両側面の下側におけるNMIS領域3に、例えばヒ素等のn型不純物を注入してn型エクステンション領域14を形成する。また、ゲート電極10及びオフセットスペーサ13をマスクとして、PMISトランジスタのゲート部の両側面の下側におけるPMIS領域4に、例えばホウ素等のp型不純物を注入してp型エクステンション領域15を形成する。
次に、図3(a)に示すように、半導体基板1上の全面に、例えば厚さが65nm程度のシリコン窒化膜を堆積した後に、該シリコン窒化膜をエッチバックすることにより、オフセットスペーサ12及び13の各側面上に、例えばシリコン窒化膜等からなるサイドウォール17及び18をそれぞれ形成する。続いて、NMIS領域3に、ゲート電極9、オフセットスペーサ12及びサイドウォール17を注入マスクとして、n型不純物を選択的に注入してn型のソース・ドレイン領域19を形成し、また、PMIS領域4に、ゲート電極10、オフセットスペーサ13及びサイドウォール18を注入マスクとして、p型不純物を選択的に注入してp型のソース・ドレイン領域20を形成する。さらに、例えば1000℃程度の短時間での熱処理によって活性化処理を行った後に、半導体基板1上の全面に、スパッタ法により、例えばNi、Co、又はTi等の金属膜を成長させて熱処理を行うことにより、ゲート電極9及び10の各上部、並びにソース・ドレイン領域19及び20の各上部に、金属膜とシリコンとが反応してなるシリサイド層21を形成する。
次に、図3(b)に示すように、半導体基板1上の全面に、LP−CVD法により、NMISトランジスタ及びPMISトランジスタを覆うように、厚さが30nm程度の圧縮応力を有する窒化膜22(なお、窒化膜22は単層であっても複数層であってもよい。)を形成する。なお、ここでは、窒化膜22として、通常のCVD法を用いて形成した窒化膜を用いてもよい。続いて、半導体基板1上の全面に、紫外光を透過しない材料よりなる保護膜23a、例えば、アモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜よりなる保護膜23aを約100nm形成した後に、NMIS領域3を開口する第1のレジストマスク24aを用いてエッチングすることにより、保護膜23aにおけるNMIS領域3上の部分を除去する。また、保護膜23aの膜厚としては、紫外光の透過を防止できる5nm以上であれば良いが、パターン化のしやすさを考慮すると200nm以下の膜厚であることがより好ましい。
なお、本工程において、窒化膜22上に、例えば紫外光を透過する酸化膜をエッチングストッパー膜として約10nm形成した後に、保護膜23を形成するようにしてもよい。このようにすると、保護膜23aにおけるNMIS領域3上の部分を除去する際に、酸化膜がエッチングストッパー膜として機能するので、窒化膜22におけるNMIS領域3上の部分の膜減りを防止することができる。
次に、図3(c)に示すように、第1のレジストマスク24aを除去した後に、半導体基板1の温度を400℃程度に昇温し、紫外光25を半導体基板1の全面に照射する。これにより、紫外光は、PMIS領域4上では保護膜23aによってマスクされ、窒化膜22におけるNMIS領域3上の部分に照射される。したがって、窒化膜22におけるNMIS領域3上の部分は引張の内部応力を有する窒化膜22aに変化する。その結果、NMIS領域3上には引張の内部応力を有する窒化膜22aが形成され、PMIS領域4上には圧縮応力を有する窒化膜22が形成されていることになる。また、言い換えると、窒化膜22におけるNMIS領域3上の部分は、紫外光によって膜中の水素含有量が低減された窒化膜22aに変化することから、NMIS領域3上の窒化膜22aにおける水素含有量は、PMIS領域4上の水素含有量よりも少ないものである。
なお、紫外光25を照射する際の半導体基板1の温度は、NMIS領域3上の窒化膜に引張応力を与えることができる350℃以上であればよく、ソース・ドレイン領域19等への熱による損傷を考慮すると600℃以下であることがより好ましい。
次に、図3(d)に示すように、PMIS領域4上に残存する保護膜23aを除去した後に、窒化膜22及び窒化膜22aの上に、層間絶縁膜26を形成し、以降、コンタクトや配線部等を形成する。
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よると、半導体基板1上の全面に、PMISトランジスタ及びNMISトランジスタを覆うように、圧縮応力を有する窒化膜22を形成した後に、PMIS領域4を覆う紫外光を透過しない保護膜23aを形成した状態で、半導体基板1の全面に紫外光を照射することにより、窒化膜22におけるNMIS領域3上の部分を引張の内部応力を有する窒化膜22aに変化させることができる。このように、各ソース・ドレイン領域19及び20、各ゲート電極9及び10、シリサイド層21、並びにサイドウォール17及び18に損傷を与えることなく、NMIS領域3上の窒化膜22aをPMIS領域4上の窒化膜22と比較して引張の内部応力を持たせることができるので、NMISトランジスタの駆動力を向上させることができる。また、このようにして製造された半導体装置では、NMIS領域3上の窒化膜22aは紫外光照射によって引張の内部応力が与えたものであるので、NMIS領域3上の窒化膜22aとPMIS領域4上の窒化膜22とは断続するものではなく連続しているものである。
(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、前述の第1の実施形態で用いた図2(a)〜(e)及び図3(a)、並びに図4(a)〜(c)を参照しながら説明する。なお、図4(a)〜(c)は、本発明の第2の実施形態に係る製造方法を工程順に示す断面図である。
まず、前述の第1の実施形態で用いた図2(a)〜(e)並びに図3(a)に示した工程を同様に行う。なお、当該工程は、前述の第1の実施形態にて説明した通りである。
次に、図4(a)に示すように、半導体基板1上の全面に、LP−CVD法により、NMISトランジスタ及びPMISトランジスタを覆うように、厚さが30nm程度の圧縮応力を有する窒化膜22(なお、窒化膜22は単層であっても複数層であってもよい。)を形成する。なお、ここでは、窒化膜22として、通常のCVD法を用いて形成した窒化膜を用いてもよい。続いて、窒化膜22の上に、層間絶縁膜26を形成した後に、例えば化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing :以下、CMPと称する)法を用いて、該層間絶縁膜26の表面を平坦化する。
続いて、層間絶縁膜26の上に、紫外光を透過しない材料よりなる保護膜23b、ここでは、例えば多結晶シリコン膜又はアモルファスシリコン膜よりなる保護膜23bを約100nm形成した後に、NMIS領域3を開口する第1のレジストマスク24bを用いてエッチングすることにより、保護膜23bにおけるNMIS領域3上の部分を除去する。また、保護膜23bの膜厚としては、紫外光の透過を防止できる5nm以上であれば良いが、パターン化のしやすさを考慮すると200nm以下の膜厚であることがより好ましい。
なお、ここで、第1のレジストマスク24bは、形成される保護膜23bによって、後述する紫外光25の照射時に該紫外光25がPMIS領域4上の窒化膜22に漏洩しないよう、NMIS領域3を開口するスペースが小さい第1のレジストマスク24bを用いて保護膜23bを形成することが好ましい。これにより、保護膜23bの端部は、NMIS領域3とPMIS領域4との間に位置する素子分離領域2の中央よりもNMIS領域3側に位置するように形成される。また、前工程で用いたNMIS領域3を開口するレジストマスクを第1のレジストマスク24bとしてそのまま用いる場合には、後述する紫外光25の量を調整することで、PMIS領域4上の窒化膜22への該紫外光25の漏洩を抑制することもできる。
次に、図4(b)に示すように、第1のレジストマスク24bを除去した後に、半導体基板1の温度を400℃程度に昇温し、紫外光25を半導体基板1の全面に照射する。これにより、紫外光は、PMIS領域4上では保護膜23bによってマスクされ、窒化膜22におけるNMIS領域3上の部分に照射される。したがって、窒化膜22におけるNMIS領域3上の部分は引張の内部応力を有する窒化膜22aに変化する。その結果、NMIS領域3上には引張の内部応力を有する窒化膜22aが形成され、PMIS領域4上には圧縮応力を有する窒化膜22が形成されていることになる。また、言い換えると、窒化膜22におけるNMIS領域3上の部分は、紫外光によって膜中の水素含有量が低減されることにより引張の内部応力を有する窒化膜22aに変化する。これにより、NMIS領域3上の窒化膜22aにおける水素含有量は、PMIS領域4上の窒化膜22における水素含有量よりも少なくなるため、NMIS領域3上の窒化膜22aはPMIS領域4上の窒化膜22に比べて引張の内部応力が大きくなる。
なお、紫外光25を照射する際の半導体基板1の温度は、NMIS領域3上の窒化膜に引張応力を与えることができる350℃以上であればよく、ソース・ドレイン領域19等への熱による損傷を考慮すると600℃以下であることがより好ましい。
次に、図4(c)に示すように、PMIS領域4上に残存する保護膜23bを除去した後、以降、コンタクトや配線部等を形成する。
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よると、半導体基板1上の全面に、PMISトランジスタ及びNMISトランジスタを覆うように、圧縮応力を有する窒化膜22を形成後、本実施形態ではさらに層間絶縁膜26を形成し平坦化し、該層間絶縁膜26の上にPMIS領域4を覆う紫外光を透過しない保護膜23aを形成した状態で、半導体基板1の全面に紫外光を照射することにより、窒化膜22におけるNMIS領域3上の部分を引張の内部応力を有する窒化膜22aに変化させることができる。このように、各ソース・ドレイン領域19及び20、各ゲート電極9及び10、シリサイド層21、並びにサイドウォール17及び18に損傷を与えることなく、NMIS領域3上の窒化膜22aをPMIS領域4上の窒化膜22と比較して引張の内部応力を持たせることができるので、NMISトランジスタの駆動力を向上させることができる。さらに、保護膜23bは層間絶縁膜26の上に形成されるので、保護膜23bのエッチング時に窒化膜22aがエッチングされることがないため、窒化膜22aの膜減りが生じることがなく、膜減りによって生じる応力の低下を防止することができる。
また、上記半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置は、図4(c)に示す構造を有し、該構造は図1に示した構造と同様であるので、その詳細な説明は繰り返さない。また、NMIS領域3上の窒化膜22aは紫外光照射によって引張の内部応力が与えたものであるので、従来例とは異なって、NMIS領域3上の窒化膜22aとPMIS領域4上の窒化膜22とは断続するものではなく連続しているものである点も同様である。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、第1の実施形態で用いた図2(a)〜(e)及び図3(a)、並びに図5(a)〜(c)を参照しながら説明する。なお、図5(a)〜(c)は、本発明の第3の実施形態に係る製造方法を工程順に示す断面図である。
まず、前述の第1の実施形態で用いた図2(a)〜(e)並びに図3(a)に示した工程を同様に行う。なお、当該工程は、前述の第1の実施形態にて説明した通りである。
次に、図5(a)に示すように、半導体基板1上の全面に、LP−CVD法により、NMISトランジスタ及びPMISトランジスタを覆うように、厚さが30nm程度の圧縮応力を有する窒化膜22(なお、窒化膜22は単層であっても複数層であってもよい。)を形成する。なお、ここでは、窒化膜22として、通常のCVD法を用いて形成した窒化膜を用いてもよい。続いて、窒化膜22の上に、例えばHDP(High-Density-Plasma)−NSG(Nondoped-Silicate-Glass)膜等の圧縮応力を有する層間絶縁膜27を形成した後に、例えばCMP法を用いて、該層間絶縁膜27の表面を平坦化する。
続いて、層間絶縁膜27の上に、紫外光を透過しない材料よりなる保護膜23b、ここでは、例えばアモルファスシリコン膜よりなる保護膜23bを約100nm形成した後に、NMIS領域3を開口する第1のレジストマスク24bを用いてエッチングすることにより、保護膜23b及び層間絶縁膜27におけるNMIS領域3上の部分を除去する。また、保護膜23bの膜厚としては、紫外光の透過を防止できる5nm以上であれば良いが、パターン化のしやすさを考慮すると200nm以下の膜厚であることがより好ましい。
なお、ここで、第1のレジストマスク24bは、形成される保護膜23bによって、後述する紫外光25の照射時に該紫外光25がPMIS領域4上の窒化膜22に漏洩しないよう、NMIS領域3を開口するスペースが小さい第1のレジストマスク24bを用いて保護膜23bを形成することが好ましい。これにより、保護膜23bの端部は、NMIS領域3とPMIS領域4との間に位置する素子分離領域2の中央よりもNMIS領域3側に位置するように形成される。また、前工程で用いたNMIS領域3を開口するレジストマスクを第1のレジストマスク24bとしてそのまま用いる場合には、後述する紫外光25の量を調整することで、PMIS領域4上の窒化膜22への該紫外光25の漏洩を抑制することもできる。
次に、図5(b)に示すように、第1のレジストマスク24bを除去した後に、半導体基板1の温度を400℃程度に昇温し、紫外光25を半導体基板1の全面に照射する。これにより、紫外光は、PMIS領域4上では保護膜23bによってマスクされ、窒化膜22におけるNMIS領域3上の部分に照射される。したがって、窒化膜22におけるNMIS領域3上の部分は引張の内部応力を有する窒化膜22aに変化する。その結果、NMIS領域3上には引張の内部応力を有する窒化膜22aが形成され、PMIS領域4上には圧縮応力を有する窒化膜22が形成されていることになる。また、言い換えると、窒化膜22におけるNMIS領域3上の部分は、紫外光によって膜中の水素含有量が低減されることにより引張の内部応力を有する窒化膜22aに変化する。これにより、NMIS領域3上の窒化膜22aにおける水素含有量は、PMIS領域4上の窒化膜22における水素含有量よりも少なくなるため、NMIS領域3上の窒化膜22aはPMIS領域4上の窒化膜22に比べて引張の内部応力が大きくなる。
なお、紫外光25を照射する際の半導体基板1の温度は、NMIS領域3上の窒化膜に引張応力を与えることができる350℃以上であればよく、ソース・ドレイン領域19等への熱による損傷を考慮すると600℃以下であることがより好ましい。
次に、図5(c)に示すように、半導体基板1の全面に、例えばTEOS(Tetraetylorthosilicate)膜等の引張の内部応力を有する層間絶縁膜29を形成した後に、CMPにより、該層間絶縁膜29をPMIS領域4上の保護膜23bが除去されるところまで研磨除去して平坦化し、以降、コンタクトや配線部等を形成する。
本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、半導体基板1上の全面に、PMISトランジスタ及びNMISトランジスタを覆うように、圧縮応力を有する窒化膜22を形成後、さらにPMIS領域4に、圧縮応力を有する層間絶縁膜27及び平坦化した該層間絶縁膜27上に紫外光25を透過しない保護膜23bを選択的に形成した状態で、半導体基板1の全面に紫外光を照射することにより、窒化膜22におけるNMIS領域3上の部分を引張の内部応力を有する窒化膜22aに変化させることができる。このように、各ソース・ドレイン領域19及び20、各ゲート電極9及び10、シリサイド層21、並びにサイドウォール17及び18に損傷を与えることなく、NMIS領域3上の窒化膜22aをPMIS領域4上の窒化膜22と比較して引張の内部応力を持たせることができるので、NMISトランジスタの駆動力を向上させることができる。さらに、引張の内部応力を有する窒化膜22aを形成した後に、NMIS領域3に引張の内部応力を有する層間絶縁膜29を形成するため、NMIS領域3では、NMISトランジスタを覆うように引張の内部応力を有する窒化膜22a及び層間絶縁膜29が形成され、PMIS領域4では、PMISトランジスタを覆うように圧縮の内部応力を有する窒化膜22及び層間絶縁膜27が形成されるので、NMISトランジスタ及びPMISトランジスタの駆動能力をさらに向上させることができる。
また、上記半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置は、図5(c)に示す構造を有し、該構造は図1に示した構造と比較して、本実施形態の層間絶縁膜が、PMIS領域4に形成された圧縮の内部応力を有する層間絶縁膜27とNMIS領域3に形成された引張の内部応力を有する層間絶縁膜29とからなる点で異なるが、その他は同様であって対応する部分の説明は繰り返さない。この異なる構造により、図1の場合と比較して、上述の通り、NMISトランジスタ及びPMISトランジスタの駆動能力がさらに向上する。なお、NMIS領域3上の窒化膜22aは紫外光照射によって引張の内部応力が与えられたものであるので、従来例とは異なって、NMIS領域3上の窒化膜22aとPMIS領域4上の窒化膜22とは断続するものではなく連続しているものである点は図1に示した構造と同様である。
なお、以上の第1〜3の実施形態における半導体装置及びその製造方法では、ゲート電極9及び10の側面に、第1の側壁絶縁膜を構成するオフセットサイドウォール12及びサイドウォール17、並びに第2の側壁絶縁膜を構成するオフセットサイドウォール13及びサイドウォール18とが形成された構造を有する半導体装置の場合について説明したが、第1及び第2の側壁絶縁膜として、オフセットサイドウォール12及び13に代えて又は共に、サイドウォール17及び18の側面に断面形状がL字状の絶縁膜を有する構造の半導体装置の場合であっても、本発明は同様に実施可能である。
また、以上の第1〜第3の実施形態において、保護膜の材料としては、紫外光25を透過しない特性を有する材料であれば、上述したシリコンよりなる膜の他に、半導体装置の構造又はその製造工程に応じて適宜選択して用いることができる。例えば、第2及び第3の実施形態では、保護膜23bは層間絶縁膜26又は27の上に形成されるので、窒化膜よりなる保護膜23bを用いることもできる。
半導体装置の電流駆動力を高める目的で、NMIS及びPMISトランジスタを覆う内部応力を持つ絶縁膜を用いて、電子又は正孔の移動度を向上させる半導体装置及びその製造方法にとって有用である。
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。 (a)〜(e)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を工程順に示す断面図である。 (a)〜(d)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を工程順に示す断面図である。 (a)〜(c)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を工程順に示す断面図である。 (a)〜(c)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。 (a)〜(e)は、従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
符号の説明
1 半導体基板
2 素子分離領域
3 PMIS領域
4 NMIS領域
5 絶縁膜
6 ポリシリコン膜
7、8 ゲート絶縁膜
9、10 ゲート電極
12、13 オフセットサイドウォール
14、15 エクステンション拡散層
17、18 サイドウォール
19、20 ソース・ドレイン領域
21 シリサイド層
22 圧縮の内部応力を有する窒化膜
22a 引張の内部応力を有する窒化膜
23a、23b 保護膜
24a、24b 第1のレジストマスク
25 紫外光
26、27、29 層間絶縁膜

Claims (17)

  1. 半導体基板におけるNMIS領域上に形成されたNMISトランジスタと、
    前記半導体基板におけるPMIS領域上に形成されたPMISトランジスタと、
    前記半導体基板上に、前記NMISトランジスタと前記PMISトランジスタとを覆うように形成され、内部応力を有する連続した応力絶縁膜とを備え、
    前記応力絶縁膜における前記NMIS領域上に位置する部分は、前記応力絶縁膜におけるPMIS領域上に位置する部分に比べて、引張の内部応力を有していることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記応力絶縁膜における前記PMIS領域上に位置する部分は、圧縮の内部応力を有していることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1又は2に記載の半導体装置において、
    前記応力絶縁膜における前記NMIS領域上に位置する部分は、前記応力絶縁膜におけるPMIS領域上に位置する部分に比べて、水素含有量が少ないことを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の半導体装置において、
    前記NMISトランジスタは、前記NMIS領域上に形成された第1のゲート絶縁膜及び第1のゲート電極よりなる第1のゲート部と、前記第1のゲート部の側面に形成された第1の側壁絶縁膜と、前記NMIS領域における前記第1のゲート部の側方に位置する領域に形成された第1のエクステンション拡散領域とを備え、
    前記PMISトランジスタは、前記PMIS領域上に形成された第2のゲート絶縁膜及び第2のゲート電極よりなる第2のゲート部と、前記第2のゲート部の側面に形成された第2の側壁絶縁膜と、前記PMIS領域における前記第2のゲート部の側方に位置する領域に形成された第2のエクステンション拡散領域とを備えていることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の半導体装置において、
    前記応力絶縁膜の上に形成された層間絶縁膜をさらに備え、
    前記層間絶縁膜における前記NMIS領域上に位置する部分は、引張の内部応力を有しており、前記層間絶縁膜における前記PMIS領域上に位置する部分は、圧縮の内部応力を有していることを特徴とする半導体装置。
  6. 半導体基板におけるNMIS領域上にNMISトランジスタを形成し、前記半導体基板におけるPMIS領域上にPMISトランジスタを形成する工程(a)と、
    前記半導体基板上に、前記NMISトランジスタ及び前記PMISトランジスタを覆う内部応力を有する応力絶縁膜を形成する工程(b)と、
    前記応力絶縁膜の上に、前記PMIS領域をマスクするように、紫外光を透過しない保護膜を形成する工程(c)と、
    前記工程(c)よりも後に、前記半導体基板に対して紫外光を照射することにより、前記応力絶縁膜における前記NMIS領域上に位置する部分に、前記応力絶縁膜における前記PMIS領域上に位置する部分に比べて、引張の内部応力を持たせる工程(d)とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 請求項6に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程(b)は、圧縮の内部応力を有する前記応力絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 請求項6又は7に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程(d)では、前記紫外光を照射することによって、前記応力絶縁膜における前記NMIS領域上に位置する部分は、前記応力絶縁膜における前記PMIS領域上に位置する部分に比べて、水素含有量が少なくなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  9. 請求項6〜8のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程(b)よりも後であって且つ前記工程(c)よりも前に、前記応力絶縁膜の上にエッチングストッパー膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  10. 請求項6〜8のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程(b)よりも後であって且つ前記工程(c)よりも前に、前記応力絶縁膜の上に層間絶縁膜を形成する工程(e)をさらに備え、
    前記工程(c)は、前記層間絶縁膜の上に、前記PMIS領域をマスクするように前記保護膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  11. 請求項10に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程(e)は、前記応力絶縁膜における前記PMIS領域上に位置する部分上に、圧縮の内部応力を有する第1の層間絶縁膜を形成する工程であり、
    前記工程(c)は、前記第1の層間絶縁膜の上に、前記PMIS領域をマスクするように前記保護膜を形成する工程を含み、
    前記工程(d)よりも後に、前記応力絶縁膜における前記NMIS領域上に位置する部分上に、引張の内部応力を有する第2の層膜絶縁膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  12. 請求項10又は11に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程(c)よりも前に、前記保護膜を形成する下地膜の表面を平坦化する工程をさらに備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  13. 請求項6〜12のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記保護膜は、シリコンよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  14. 請求項6〜13のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記保護膜は、膜厚が5nm以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  15. 請求項10〜12のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記保護膜は、窒化物よりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  16. 請求項6〜15のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程(d)において、基板温度は350℃以上であって且つ600℃以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  17. 請求項6〜16のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程(a)において、前記NMISトランジスタは、前記NMIS領域上に形成された第1のゲート絶縁膜及び第1のゲート電極よりなる第1のゲート部と、前記第1のゲート部の側面に形成された第1の側壁絶縁膜と、前記NMIS領域における前記第1のゲート部の側方に位置する領域に形成された第1のエクステンション拡散領域とを備え、
    前記PMISトランジスタは、前記PMIS領域上に形成された第2のゲート絶縁膜及び第2のゲート電極よりなる第2のゲート部と、前記第2のゲート部の側面に形成された第2の側壁絶縁膜と、前記PMIS領域における前記第2のゲート部の側方に位置する領域に形成された第2のエクステンション拡散領域とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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