JP2008010444A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】素子分離絶縁膜16によって区画された活性領域にPMOSFET100が形成されており、素子分離絶縁膜16の上部には、PMOSFET100のチャネル領域にゲート長方向に圧縮応力を印加する応力付与膜17が形成されている。即ち、素子分離絶縁膜16の上部にはゲート電極13を挟むようにゲート電極13と平行に溝が形成され、該溝は、アモルファスシリコンを熱酸化して形成された応力付与膜17により埋め込まれている。
【選択図】図1
Description
そして、上記応力付与膜により、Pチャネル型のMOS電界効果トランジスタにあっては、ゲート長方向に圧縮応力、あるいは、ゲート幅方向に引っ張り応力、あるいはこれら両方、あるいはゲート幅方向とゲート長方向の両方に引っ張り応力が印加され、Nチャネル型のMOS電界効果トランジスタにあっては、ゲート長方向に引っ張り応力、あるいはゲート幅方向に引っ張り応力、あるいはその両方が印加される。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るPMOSFETの構成を示す断面図である。図1に示すように、PMOSFET100が形成されるN型の半導体基板11には、P型のソース・ドレイン領域15がその表面に接するように設けられている。ソース・ドレイン領域15間の領域はチャネル領域である。ソース・ドレイン領域間の距離は、例えば、50nmである。
ゲート電極13は、チャネル領域上のゲート絶縁膜12を覆うように設けられており、ポリシリコン膜13aとシリサイド膜13bとの積層構造となっている。ゲート電極13の高さは、例えば、150nmである。また、ゲート電極13の半導体基板11の表面に平行な平面の大きさは、例えば、50nm×200nmである。
サイドウォール14は、ゲート電極13とゲート絶縁膜12の側面を覆い、下部がソース・ドレイン領域に接するように設けられている。材質は、例えば、酸化シリコンである。
図2は、CMOSに係る本発明の実施の形態を示す図であって、図2(a)はNMOSFETの平面図、図2(b)は図2(a)のA−A線の断面図、図2(c)はPMOSFETの平面図、図2(d)は図2(c)のB−B線の断面図である。
図2(a)、(b)、(c)、(d)に示すように、本実施の形態のCMOSは、NMOSFET200と、PMOSFET100とを備えている。
図2(c)、(d)に示すPMOSFET100は、第1の実施の形態(図1参照)で示されたものであって、図2(c)、(d)において、図1の部分に対応する部分には同一の参照符号が付せられている。図2(c)、(d)に示されるPMOSFET100において、ゲート電極長手方向(ゲート長方向と直交する方向)に平行な辺を持つ応力付与膜17によって、チャネル領域には、ゲート長方向への圧縮応力が印加されている。
図3〜図7は、本発明の第1の実施の形態の半導体装置の製造方法の一例を示す工程順の平面図と断面図である。各図において、(a)は平面図、(b)は、平面図(a)のB−B線の断面図である。
続いて、図4(a)、(b)に示すように、フォトリソグラフィ法により基板上にエッチングマスク18を形成し、これをマスクにエッチングを行なって、素子分離絶縁膜16の上部に、PMOSFET100のゲート電極長手方向(ゲート長方向と直交する方向)に平行な辺を持つ溝16aを形成する。素子分離絶縁膜がチャネル領域に印加する応力は、溝16aの深さによって決定されるため、この溝16aの深さはチャネル領域に印加すべき応力、換言すれば加えられるべき歪み量を考慮して決定される。
次に、図6(a)、(b)に示すように、CMP技術によってマスク18上のアモルファスシリコン19を取り除き、更に、エッチングの技術によってマスク18の側面に残存しているアモルファスシリコン19を所望の量だけ取り除く。本製造方法によって形成される素子分離絶縁膜がチャネル領域に及ぼす圧縮応力は、このアモルファスシリコン19の除去量に依存するので、この除去量はチャネル領域に印加すべき応力、つまり加えられるべき歪み量を考慮して決定される。
また、以上の製造方法によって形成されたPMOSFET100には、図4に示した溝16aの深さ、および、図6に示したアモルファスシリコン19の除去量を調整することで所望の圧縮応力を印加することができる。これは拡散層幅を変更するといったレイアウト変更を伴う応力の印加方法に比べ、素子設計段階において、最適なレイアウトを容易に実現することができ、素子設計との整合性が高い。
12、22 ゲート絶縁膜
13、23 ゲート電極
13a、23a ポリシリコン膜
13b、23b シリサイド膜
14、24 サイドウォール
15、25 ソース・ドレイン領域
16、26 素子分離絶縁膜
16a 溝
17 応力付与膜
18 エッチングマスク
19 アモルファスシリコン
100 PMOSFET
200 NMOSFET
Claims (16)
- 半導体基板上に形成された素子分離絶縁膜により区画された活性領域内にMOSFETが形成されている半導体装置において、素子分離絶縁膜の一部領域には応力付与膜が埋設されてことを特徴とする半導体装置。
- 前記応力付与膜の表面は、前記素子分離絶縁膜の表面より高くなっていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記応力付与膜の表面は、前記素子分離絶縁膜の表面より低くなっていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- PMOSFETのチャネル領域においてゲート長方向に圧縮応力が加えられていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- PMOSFETのチャネル領域においてゲート幅方向に引っ張り応力が加えられていることを特徴とする請求項1または3に記載の半導体装置。
- PMOSFETのチャネル領域においてゲート長方向には圧縮、ゲート幅方向には引っ張り応力が加えられていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。
- PMOSFETのチャネル領域においてゲート長方向およびゲート幅方向に圧縮応力が加えられていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。
- NMOSFETのチャネル領域においてゲート長方向に引っ張り応力が加えられていることを特徴とする請求項1または3に記載の半導体装置。
- NMOSFETのチャネル領域においてゲート幅方向に引っ張り応力が加えられていることを特徴とする請求項1または3に記載の半導体装置。
- NMOSFETのチャネル領域においてゲート幅方向およびゲート長方向に引っ張り応力が加えられていることを特徴とする請求項1または3に記載の半導体装置。
- PMOSFETとNMOSFETの両方を含むことを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の半導体装置。
- 半導体基板の表面領域内に素子分離絶縁膜を形成する工程と、前記素子分離絶縁膜によって区画された領域にMOSFETを形成する工程と、前記素子分離絶縁膜の一部をエッチング除去して溝を形成する工程と、前記溝内に熱処理ないし熱酸化により体積が変化する材料を埋設する工程と、熱処理ないし熱酸化を行って前記材料に体積変化を起こさせて前記素子分離絶縁膜内にMOSFETのチャネル領域に応力を印加する応力付与膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項1から3のいずれかに記載された半導体装置の製造方法であって、素子分離絶縁膜の一部をエッチング除去して溝を形成する工程と、前記溝内に熱処理ないし熱酸化により体積が変化する材料を埋設する工程と、熱処理ないし熱酸化を行って前記材料に体積変化を起こさせて前記素子分離絶縁膜内にMOSFETのチャネル領域に応力を印加する応力付与膜を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記熱処理ないし熱酸化により体積が変化する材料が熱処理ないし熱酸化により体積が増大する材料であることを特徴とする請求項12または13に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記熱処理ないし熱酸化により体積が変化する材料が熱処理ないし熱酸化により体積が減少する材料であることを特徴とする請求項12または13に記載の半導体装置の製造方法。
- 熱処理ないし熱酸化により体積が増大する材料がシリコンである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。
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