JP2008071852A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ストレスライナー膜によりチャネル形成流量に応力を印加した半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device in which stress is applied to a channel formation flow rate by a stress liner film.
MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の駆動能力向上技術として、ライナー窒化シリコン(SiN)膜の高い応力(ストレス)を利用して移動度を向上させる方法が、65nm世代以降の先端半導体技術として主流である。このライナー窒化シリコン膜の形成はMOSFET形成およびサリサイド層を形成した後に行われ、サイドウォールスペーサの上方に高い応力を有する絶縁膜(以下応力膜という)を形成することでトランジスタのチャネル部分へ応力(引張応力もしくは圧縮応力)を加え、キャリア移動度を向上させる技術である(例えば、特許文献1、非特許文献1参照。)。
As a technology for improving the driving capability of MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), the method of improving the mobility by using the high stress (stress) of the liner silicon nitride (SiN) film is the mainstream as the advanced semiconductor technology for the 65nm generation and beyond. It is. The liner silicon nitride film is formed after the MOSFET and the salicide layer are formed, and an insulating film (hereinafter referred to as a stress film) having a high stress is formed above the sidewall spacer, whereby stress ( This is a technique for improving carrier mobility by applying a tensile stress or a compressive stress (see, for example,
したがって、チャネル部分への応力のかかり方はチャネルから応力膜までの絶縁膜形状にも敏感に影響し、またゲート電極およびサイドウォールスペーサの幅や形状に大きく依存することになる。よって、サイドウォールスペーサの形成方法は、MOSFETやサリサイド層の形成だけでなく、応力膜の応力を効率よくチャネル領域に与える意味でも最適化が重要となる。 Therefore, how the stress is applied to the channel portion sensitively affects the shape of the insulating film from the channel to the stress film, and greatly depends on the width and shape of the gate electrode and the sidewall spacer. Therefore, optimization of the sidewall spacer formation method is important not only for the formation of the MOSFET and the salicide layer, but also for the purpose of efficiently applying the stress of the stress film to the channel region.
しかしながら、サイドウォールスペーサ形状の最適化はMOSFETや拡散抵抗の特性最適化の方向と、応力膜からの応力を効果的に伝える最適化の方向が相反する方向であり、しきい値電圧Vthのロールオフなどの特性を最適化しながら、応力を効果的に与えるプロセス構築は難しい。 However, the optimization of the sidewall spacer shape is the opposite of the direction of optimizing the MOSFET and diffusion resistance characteristics and the direction of optimizing the effective transmission of stress from the stress film. It is difficult to construct a process that effectively applies stress while optimizing characteristics such as off.
また、nMOSFETおよびpMOSFETの両方に最適な応力を有する応力膜を形成するデュアルストレスライナープロセスに対して適用させる場合は、nMOSFET、pMOSFETの作り分けに整合させる必要あり難しい。 In addition, when applied to a dual stress liner process for forming a stress film having an optimum stress for both nMOSFET and pMOSFET, it is necessary to match the formation of nMOSFET and pMOSFET, and it is difficult.
ここで、サイドウォールスペーサ構造がSIN/SiO2の2層構造の場合の応力膜を用いた従来のプロセス例を、図11〜図13の製造工程断面図によって説明する。 Here, a conventional process example using a stress film in the case where the sidewall spacer structure is a two-layer structure of SIN / SiO 2 will be described with reference to the manufacturing process cross-sectional views of FIGS.
図11(1)に示すように、シリコン基板111にnMOSFETの形成領域とpMOSFETの形成領域とを分離する素子分離領域161が形成され、このシリコン基板111上のnMOSFETの形成領域とpMOSFETの形成領域とに、ゲート絶縁膜112を介してゲート長Lmin=40nmのゲート電極113n、113pを形成する。次に、このゲート電極113n、113pの各両側のシリコン基板111に、接合深さXj=30nm程度のエクステンション拡散層領域114p、115pを形成するとともに、別工程でエクステンション拡散層領域114n、115nを形成する。次いで、上記ゲート電極113n、113p等を被覆するように、酸化シリコン(SiO2)膜121を15nmの厚さに形成し、続いて窒化シリコン(SiN)膜122を50nmの厚さに形成する。次いで、上記窒化シリコン膜122と酸化シリコン膜121とに全面エッチバックを行い、幅50nmのサイドウォールスペーサ124、サイドウォールスペーサ125を形成する。その後、ソース・ドレイン領域を形成するイオンインプランテーションをそれぞれに行い、さらに活性化の熱処理を行って、接合深さXj=130nmのソース・ドレイン領域116p、117pおよびソース・ドレイン領域116n、117nを形成する。
As shown in FIG. 11A, an
次に、図11(2)に示すように、各ソース・ドレイン領域116p、117p、ソース・ドレイン領域116n、117nおよびゲート電極113p、113n上のシリコンが露出している領域に、サリサイド層118p、119p、サリサイド層118n、119n、120nおよびサリサイド層120p、120nを形成する。これにより、各ソース・ドレイン領域116p、117p、ソース・ドレイン領域116n、117nおよびゲート電極113p、113nの低抵抗化が図れる。上記サリサイド層形成工程では、まず、ニッケルを9nmの膜厚に形成した後、350℃でRTAを行い、ニッケルシリサイド層を形成後、硫酸(H2SO4)によるウエットエッチングで未反応なニッケル層を除去する。さらに、500℃でRTAを行い、層転移させて低抵抗なニッケルシリサイド層を形成する。なお、ニッケルを形成する前に、ウエットエッチングで成膜表面の自然酸化膜を除去してシリコン面を露出させることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 11 (2), the
次に、図12(3)に示すように、応力膜として、nMOSFETの形成領域に対して1GPaの引張応力を有する応力膜131nを形成する。この成膜では、1GPaの引張応力を有する窒化シリコン膜を例えば70nmの膜厚に形成する。さらに酸化シリコン膜(図示せず)を15nmの膜厚に形成する。
Next, as shown in FIG. 12C, as the stress film, a
次に、図12(4)に示すように、nMOSFETの形成領域だけ応力膜131nを残すようにマスクして、pMOSFETの形成領域の応力膜131nと酸化シリコン膜(図示せず)をエッチングで除去する。
Next, as shown in FIG. 12D, the
次に、図13(5)に示すように、応力膜として、pMOSFETの形成領域に対して2GPaの圧縮応力を有する応力膜131pを形成する。この成膜では、2GPaの圧縮応力を有する窒化シリコン膜を例えば70nmの膜厚に形成する。したがって、nMOSFETの形成領域は下層より引張応力を有する窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、圧縮応力を有する窒化シリコン膜の3層構造となる。
Next, as shown in FIG. 13 (5), a
次に、図13(6)に示すように、pMOSFETの形成領域だけ応力膜131pを残すようにマスクして、nMOS領域の応力膜131pは下地の酸化シリコン膜をエッチングストッパーとして除去する。この時、nMOS、pMOSの境界部分(素子分離領域161上)は引張応力を与える応力膜131nと圧縮応力を与える応力膜131pとがオーバラップした構造となる。
Next, as shown in FIG. 13 (6), the
次に、nMOSのサイドウォールスペーサ構造がSIN/SiO2の2層構造であり、pMOSのサイドウォールスペーサ構造がSiO2/SiN/SiO2の3層構造の場合の応力膜を用いた従来のプロセス例を、図14〜図17の製造工程断面図によって説明する。 Next, a conventional process using a stress film when the nMOS sidewall spacer structure is a SIN / SiO 2 two-layer structure and the pMOS sidewall spacer structure is a SiO 2 / SiN / SiO 2 three-layer structure. An example will be described with reference to the manufacturing process cross-sectional views of FIGS.
図14(1)に示すように、シリコン基板111にnMOSFETの形成領域とpMOSFETの形成領域とを分離する素子分離領域161が形成され、このシリコン基板111上のnMOSFETの形成領域とpMOSFETの形成領域とに、ゲート絶縁膜112を介してゲート長Lmin=40nmのゲート電極113n、113pを形成した後、このゲート電極113n、113pの各両側のシリコン基板111に、接合深さXj=30nm程度のエクステンション拡散層領域114p、115pを形成するとともに、別工程でエクステンション拡散層領域114n、115nを形成する。次いで、上記ゲート電極113n、113p等を被覆するように、酸化シリコン(SiO2)膜121を10nmの厚さに形成し、続いて窒化シリコン(SiN)膜122を50nmの厚さに形成し、さらに酸化シリコン(SiO2)膜123を30nmの厚さに形成する。
As shown in FIG. 14A, an
次いで、レジストマスクを用いてnMOSFETの形成領域の上層の酸化シリコン膜123をエッチングにより除去する。次に、上記酸化シリコン膜123と窒化シリコン膜122と酸化シリコン膜121とに全面エッチバックを行い、nMOSFETの形成領域のゲート電極113n両側に、窒化シリコン膜122と酸化シリコン膜121とからなる幅50nmのサイドウォールスペーサ124を形成するとともに、pMOS領域のゲート電極113p両側に酸化シリコン膜123と窒化シリコン膜122と酸化シリコン膜121とからなる幅70nmのサイドウォールスペーサ125を形成する。その後、ソース・ドレイン領域を形成するイオンインプランテーションを行い、さらに活性化の熱処理を行って、接合深さXj=130nmのソース・ドレイン領域116p、117pおよびソース・ドレイン領域116n、117nを形成する。このイオンインプランテーション(I/I)工程はnMOSFET、pMOSFET各々について実施する。
Next, the
次に、図14(2)に示すように、各ソース・ドレイン領域116p、117p、ソース・ドレイン領域116n、117nおよびゲート電極113p、113n上のシリコンが露出している領域に、サリサイド層118p、119p、サリサイド層118n、119n、120nおよびサリサイド層120p、120nを形成する。これにより、各ソース・ドレイン領域116p、117p、ソース・ドレイン領域116n、117nおよびゲート電極113p、113nの低抵抗化が図れる。上記サリサイド層形成工程では、まず、ニッケルを9nmの膜厚に形成した後、350℃でRTAを行い、ニッケルシリサイド層を形成後、硫酸(H2SO4)によるウエットエッチングで未反応なニッケル層を除去する。さらに、500℃でRTAを行い、層転移させて低抵抗なニッケルシリサイド層を形成する。なお、ニッケルを形成する前に、ウエットエッチングで成膜表面の自然酸化膜を除去してシリコン面を露出させることが好ましい。このサリサイド工程は、nMOSFET、pMOSFET同時に形成する。
Next, as shown in FIG. 14 (2), the
次に、図15(3)に示すように、応力膜として、nMOSFETの形成領域に対して1GPaの引張応力を有する応力膜131nを形成する。この成膜では、1GPaの引張応力を有する窒化シリコン膜を例えば70nmの膜厚に形成する。さらに酸化シリコン膜(図示せず)を15nmの膜厚に形成する。
Next, as shown in FIG. 15C, a
次に、図15(4)に示すように、nMOSFETの形成領域だけ応力膜131nを残すようにマスクして、pMOSFETの形成領域の応力膜131nと酸化シリコン膜(図示せず)をエッチングで除去する。
Next, as shown in FIG. 15D, the
次に、図16(5)に示すように、応力膜として、pMOSFETの形成領域に対して2GPaの圧縮応力を有する応力膜131pを形成する。この成膜では、2GPaの圧縮応力を有する窒化シリコン膜を例えば70nmの膜厚に形成する。したがって、nMOSFETの形成領域は下層より引張応力を有する窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、圧縮応力を有する窒化シリコン膜の3層構造となる。
Next, as shown in FIG. 16 (5), a
次に、図17(6)に示すように、pMOSFETの形成領域だけ応力膜131pを残すようにマスクして、nMOS領域の応力膜131pは下地の酸化シリコン膜をエッチングストッパーとして除去する。この時、nMOS、pMOSの境界部分(素子分離領域161上)は引張応力を与える応力膜131nと圧縮応力を与える応力膜131pとがオーバラップした構造となる。
Next, as shown in FIG. 17 (6), the
解決しようとする問題点は、サイドウォールスペーサの厚みにより、応力膜の応力をチャネル領域に印加する効果が低減される点であり、サイドウォールスペーサを薄くすると、エクステンション領域が短くなり、MOSFETの特性劣化につながる。このように、トランジスタ特性の最適化と、応力膜からの応力を効果的に伝える最適化とが相反するため、しきい値電圧Vthのロールオフなどの特性を最適化しながら、応力を効果的に与えることが難しい点である。 The problem to be solved is that the effect of applying the stress of the stress film to the channel region is reduced by the thickness of the side wall spacer. When the side wall spacer is made thinner, the extension region becomes shorter and the MOSFET characteristics are reduced. It leads to deterioration. In this way, optimization of transistor characteristics and optimization of effectively transmitting stress from the stress film conflict, so that stress can be effectively applied while optimizing characteristics such as roll-off of the threshold voltage Vth. It is a difficult point to give.
本発明は、サイドウォールスペーサとしての機能を果たすとともに、応力膜の応力を効果的にチャネル領域に伝えることを課題とする。 An object of the present invention is to perform a function as a sidewall spacer and to effectively transmit stress of a stress film to a channel region.
請求項1に係る本発明は、半導体領域上に、第1導電型のチャネルを有する第1トランジスタと第1導電型とは逆の第2導電型のチャネルを有する第2トランジスタとを形成する半導体装置の製造方法であって、前記各トランジスタのゲート電極両側の前記半導体領域に、エクステンション領域を形成する際に用いるサイドウォール絶縁膜の少なくとも最下層を残すように前記サイドウォール絶縁膜の一部を除去して、前記各ゲート電極側壁および前記各エクステンション領域を被覆する絶縁膜を形成する工程と、前記半導体領域上を被覆して前記各ゲート電極下方の前記半導体領域に応力を印加する応力膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
The present invention according to
請求項1に係る本発明では、前記ゲート電極側壁および前記エクステンション領域上を被覆するように形成された絶縁膜は、サイドウォール絶縁膜の一部を除去したものからなることから、サイドウォール絶縁膜の一部を除去する前にソース・ドレイン領域が形成されることでエクステンション領域を確定することができ、サイドウォール絶縁膜の一部を除去した後に応力膜が形成されることで、除去した分だけ、応力膜の応力の伝達を阻害するサイドウォール絶縁膜が薄くなると共に、応力膜がチャネル領域に近づくので、応力膜の応力がチャネル領域に伝わり易くなる。
In the present invention according to
請求項1に係る本発明によれば、MOSFET物理パラメータを変えずにチャネル領域に印加される応力を高めることができるため、移動度上昇による性能向上ができるので、オン電流(Ion)−オフ電流(Ioff)において効果が高めることができるという利点がある。また、pMOSFETとnMOSFETとの両方に異なる応力の応力膜を形成するプロセスとの整合性もよく、nMOSFET、pMOSFET共に効果を得ることが可能になる。 According to the first aspect of the present invention, since the stress applied to the channel region can be increased without changing the MOSFET physical parameters, the performance can be improved due to the increase in mobility, so that the on-current (Ion) -off-current There is an advantage that the effect can be enhanced in (Ioff). In addition, the compatibility with the process of forming a stress film having different stresses on both the pMOSFET and the nMOSFET is good, and it is possible to obtain an effect on both the nMOSFET and the pMOSFET.
請求項1に係る本発明の一実施の形態(第1実施例)を、図1〜図5の製造工程断面図によって説明する。
An embodiment (first example) of the present invention according to
図1(1)に示すように、半導体領域11にnMOSFETの形成領域とpMOSFETの形成領域とを分離する素子分離領域61が形成され、この半導体領域11上のnMOSFETの形成領域とpMOSFETの形成領域とに、ゲート絶縁膜12を介してpMOSFETのゲート電極13p、nMOSFETのゲート電極13nを形成する。上記半導体領域11はバルクのシリコン基板であっても、SOI基板のシリコン層であってもよく、また化合物半導体基板であってもよい。ここでは、一例として、シリコン基板で説明する。上記ゲート電極13は、例えばゲート長Lmin=40nmに形成される。
As shown in FIG. 1A, an
次に、上記ゲート電極13p両側の半導体領域11にエクステンション領域14p、15pを形成する。また上記ゲート電極13n両側の半導体領域11にエクステンション領域14n、15nを形成する。このエクステンション領域14p、15p、エクステンション領域14n、15nは、例えばイオン注入法により、接合深さXj=30nm程度の不純物拡散層領域で形成する。この不純物には、nMOSFETを形成する場合にはn型不純物を用い、pMOSFETを形成する場合にはp型不純物を用いる。
Next,
次いで、上記ゲート電極13p、13n等を被覆するように、上記半導体領域11上に、複数層(例えば2層)のサイドウォール絶縁膜として、第1サイドウォール絶縁膜21を例えば酸化シリコン(SiO2)膜で形成し、第2サイドウォール絶縁膜22を例えば窒化シリコン(SiN)膜で形成する。上記酸化シリコン膜は例えば10nmの厚さに形成され、上記窒化シリコン膜は例えば50nmの厚さに形成される。次いで、上記第2サイドウォール絶縁膜22と第1サイドウォール絶縁膜21とに全面エッチバックを行い、ゲート電極13p、13nの両側に、サイドウォール絶縁膜24p、24nを形成する。
Next, a first
その後、ソース・ドレイン領域を形成するイオンインプランテーションを行い、さらに活性化の熱処理を行って、上記エクステンション領域14p、15pよりも高濃度で、接合深さXj=130nmのソース・ドレイン領域16p、17pを形成する。また、上記エクステンション領域14n、15nよりも高濃度で、接合深さXj=130nmのソース・ドレイン領域16n、17nを形成する。このイオンインプランテーション(I/I)工程はnMOSFET、pMOSFET各々について実施する。
Thereafter, ion implantation for forming source / drain regions is performed, and further heat treatment for activation is performed, and source /
次に、図1(2)に示すように、サリサイドプロセスにより、ソース・ドレイン領域16p、17p上、ソース・ドレイン領域16n、17n上のシリコンが露出している領域に上記各ソース・ドレイン領域よりも低抵抗な導体層18p、19p、18n、19nを形成するとともに、ゲート電極13p、13n上のシリコンが露出している領域に上記ゲート電極13p、13nよりも低抵抗な導体層20p、20nを形成する。これにより、各ソース・ドレイン領域16p、17p、ソース・ドレイン領域16n、17nおよびゲート電極13p、13nの低抵抗化が図れる。このサリサイドプロセスの一例を説明する。まず、シリサイドを形成するための金属層を形成する。この金属層として、例えばニッケルを9nmの膜厚に形成する。その後、350℃でRTAを行い、金属シリサイド層を形成する。次いで、金属がニッケルの場合、硫酸(H2SO4)によるウエットエッチングにより未反応なニッケル層を除去する。さらに、500℃のRTAを行い、ニッケルシリサイド層を層転移させて、低抵抗なニッケルシリサイド層を形成する。なお、ニッケルを形成する前に、ウエットエッチングで成膜表面の自然酸化膜を除去してシリコン面を露出させることが好ましい。また、上記金属層には、ニッケル以外に、例えばハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)等の高融点金属、およびパラジウム(Pd)、白金(Pt)、金(Au)等、シリサイド化によりゲート電極13p、13nおよびソース・ドレイン領域16p、17p、ソース・ドレイン領域16n、17nが低抵抗化される金属材料を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 1B, by the salicide process, the source /
次に、図2(3)に示すように、pMOSFETの形成領域をレジストマスク51で覆い、等方性エッチングによりnMOSFETの形成領域の上記第2サイドウォール絶縁膜22〔前記図1(1)参照〕を除去する。この等方性エッチングは、例えば熱リン酸を用いたウエットエッチングにより行う。これにより、上記ゲート電極13nの側壁およびエクステンション領域14n、15n上を被覆するように第1サイドウォール絶縁膜21からなる絶縁膜25nが形成された。このように、等方性エッチングを行うことから、下地の少なくとも最下層の第1サイドウォール絶縁膜21にダメージを与えないようにそれ以外のサイドウォール絶縁膜を除去することが可能になる。この絶縁膜25nは、第1サイドウォール絶縁膜21からなるため、ゲート電極13nの側壁およびエクステンション領域14n、15n上には10nmの厚さの薄膜で形成されることになる。このように、均一な厚さの膜で形成されることによって、必要最小限の膜厚で形成することができ、従来のサイドウォールスペーサよりも膜厚を薄くすることができる。その後、上記レジストマスク51を除去する。
Next, as shown in FIG. 2 (3), the pMOSFET formation region is covered with a resist
次に、図2(4)に示すように、上記半導体領域11(nMOSFETの形成領域上、pMOSFETの形成領域)上に、応力膜として、1GPaの引張応力を有する応力膜31nを形成する。この応力膜31nは、例えば400℃の成膜温度によるプラズマCVD法によって、プラズマ−窒化シリコン膜で、例えば20nm〜100nmの膜厚に、好ましくは50nm〜70nmの膜厚に形成する。さらに酸化シリコン膜(図示せず)を例えば15nmの厚さに形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, a
次に、図3(5)に示すように、nMOSFETの形成領域のみに上記酸化シリコン膜と上記応力膜31nを残すようにマスク(図示せず)して、pMOSFETの形成領域の酸化シリコン膜(図示せず)と応力膜31nとをエッチングで除去する。
Next, as shown in FIG. 3 (5), a mask (not shown) is formed so as to leave the silicon oxide film and the
次に、図3(6)に示すように、上記マスク(図示せず)を利用して、等方性エッチングにより、pMOSFETの形成領域の上記第2サイドウォール絶縁膜22〔前記図1(1)参照〕を除去する。この等方性エッチングは、例えば熱リン酸を用いたウエットエッチングにより行う。これにより、上記ゲート電極13pの側壁およびエクステンション領域14p、15p上を被覆するように第1サイドウォール絶縁膜21からなる絶縁膜25pが形成された。このように、等方性エッチングを行うことから、下地の少なくとも最下層の第1サイドウォール絶縁膜21にダメージを与えないようにそれ以外のサイドウォール絶縁膜を除去することが可能になる。この絶縁膜25pは、第1サイドウォール絶縁膜21からなるため、ゲート電極13pの側壁およびエクステンション領域14p、15p上には10nmの厚さの薄膜で形成されることになる。このように、均一な厚さの膜で形成されることによって、必要最小限の膜厚で形成することができ、従来のサイドウォールスペーサよりも膜厚を薄くすることができる。
Next, as shown in FIG. 3 (6), the second
次に、図4(7)に示すように、全面に応力膜として、2GPaの圧縮応力を有する応力膜31pを形成する。この応力膜31pは、例えば400℃の成膜温度によるプラズマCVD法によって、プラズマ−窒化シリコン膜で、例えば20nm〜100nmの膜厚に、好ましくは50nm〜70nmの膜厚に形成する。
Next, as shown in FIG. 4 (7), a
次に、図5(8)に示すように、pMOSFETの形成領域のみに上記酸化シリコン膜と上記応力膜31pを残すようにマスク(図示せず)して、nMOSFETの形成領域の酸化シリコン膜(図示せず)と応力膜31pとをエッチングで除去する。この時、nMOSFET、pMOSFETの境界部分(素子分離領域61上)は引張応力を与える応力膜31nと圧縮応力を与える応力膜31pとがオーバラップした構造となる。
Next, as shown in FIG. 5 (8), a mask (not shown) is formed so as to leave the silicon oxide film and the
このようにして、半導体領域11に、ゲート電極13n側壁およびエクステンション領域13n、14n上に薄膜のサイドウォール絶縁膜21からなる絶縁膜25nを備え、応力膜31nが形成された第1導電型(n型)の第1トランジスタ1と、ゲート電極13p側壁およびエクステンション領域13p、14p上に薄膜のサイドウォール絶縁膜21からなる絶縁膜25pを備え、応力膜31pが形成された第1導電型とは逆導電型である第2導電型(p型)の第2トランジスタ2とからなる半導体装置3が形成される。
In this way, the
上記第1実施例では、従来、サイドウォールスペーサとして残していた第2サイドウォール絶縁膜22を除去したので、その分、応力膜31p、31nをゲート電極13p、13n下の半導体領域11に形成されるチャネル領域に近づけることが可能になるため、チャネル部分に印加される応力を、従来構造より強くすることが可能になる。また、特殊なプロセスを必要としないため、従来プロセスとの整合性がよい。また、サイドウォール絶縁膜を複数層に形成すること、サイドウォール絶縁膜の一部を除去することの追加ですむので、プロセスの変更が少ない。
In the first embodiment, since the second
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第2実施例)を、図6〜図10の製造工程断面図によって説明する。この第2実施例は、nMOSFETのサイドウォールスペーサ構造がSIN/SiO2の2層構造であり、pMOSFETのサイドウォールスペーサ構造がSiO2/SiN/SiO2の3層構造の場合の一例である。 Next, an embodiment (second example) according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the manufacturing process cross-sectional views of FIGS. The second embodiment is an example in which the sidewall spacer structure of the nMOSFET has a two-layer structure of SIN / SiO 2 and the sidewall spacer structure of the pMOSFET has a three-layer structure of SiO 2 / SiN / SiO 2 .
図6(1)に示すように、半導体領域11にnMOSFETの形成領域とpMOSFETの形成領域とを分離する素子分離領域61が形成され、この半導体領域11上のnMOSFETの形成領域とpMOSFETの形成領域とに、ゲート絶縁膜12を介してpMOSFETのゲート電極13p、nMOSFETのゲート電極13nを形成する。上記半導体領域11はバルクのシリコン基板であっても、SOI基板のシリコン層であってもよく、また化合物半導体基板であってもよい。ここでは、一例として、シリコン基板で説明する。上記ゲート電極13は、例えばゲート長Lmin=40nmに形成される。
As shown in FIG. 6A, an
次に、上記ゲート電極13p両側の半導体領域11にエクステンション領域14p、15pを形成する。また上記ゲート電極13n両側の半導体領域11にエクステンション領域14n、15nを形成する。このエクステンション領域14p、15p、エクステンション領域14n、15nは、例えばイオン注入法により、接合深さXj=30nm程度の不純物拡散層領域で形成する。この不純物には、nMOSFETを形成する場合にはn型不純物を用い、pMOSFETを形成する場合にはp型不純物を用いる。
Next,
次いで、上記ゲート電極13p、13n等を被覆するように、上記半導体領域11上に、複数層(例えば2層)のサイドウォール絶縁膜として、第1サイドウォール絶縁膜21を例えば酸化シリコン(SiO2)膜で形成し、第2サイドウォール絶縁膜22を例えば窒化シリコン(SiN)膜で形成し、第3サイドウォール絶縁膜23を例えば酸化シリコン(SiO2)膜で形成する。上記第1サイドウォール絶縁膜21の酸化シリコン膜は例えば10nmの厚さに形成され、上記第2サイドウォール絶縁膜22の窒化シリコン膜は例えば50nmの厚さに形成され、上記第3サイドウォール絶縁膜23の酸化シリコン膜は例えば30nmの厚さに形成される。
Next, a first
次に、レジストマスク(図示せず)を用いてnMOSFETの形成領域の第3サイドウォール絶縁膜23をエッチングにより除去する。次いで、上記第3サイドウォール絶縁膜23から第1サイドウォール絶縁膜21に全面エッチバックを行い、ゲート電極13nの両側に、第2サイドウォール絶縁膜22と第1サイドウォール絶縁膜21とからなるサイドウォール絶縁膜26nを形成するとともに、ゲート電極13pの両側に、第3サイドウォール絶縁膜23と第2サイドウォール絶縁膜22と第1サイドウォール絶縁膜21とからなるサイドウォール絶縁膜26pを形成する。このように、nMOSFETの形成領域に形成されるサイドウォール絶縁膜26nとpMOSFETの形成領域に形成されるサイドウォール絶縁膜26pとでは、サイドウォール絶縁膜の積層数が異なっている。
Next, the third
その後、ソース・ドレイン領域を形成するイオンインプランテーションを行い、さらに活性化の熱処理を行って、上記エクステンション領域14p、15pよりも高濃度で、接合深さXj=130nmのソース・ドレイン領域16p、17pを形成する。また、上記エクステンション領域14n、15nよりも高濃度で、接合深さXj=130nmのソース・ドレイン領域16n、17nを形成する。このイオンインプランテーション(I/I)工程はnMOSFET、pMOSFET各々について実施する。
Thereafter, ion implantation for forming the source / drain regions is performed, and further, an activation heat treatment is performed, and the source /
次に、図6(2)に示すように、サリサイドプロセスにより、ソース・ドレイン領域16p、17p上、ソース・ドレイン領域16n、17n上のシリコンが露出している領域に上記各ソース・ドレイン領域よりも低抵抗な導体層18p、19p、18n、19nを形成するとともに、ゲート電極13p、13n上のシリコンが露出している領域に上記ゲート電極13p、13nよりも低抵抗な導体層20p、20nを形成する。これにより、各ソース・ドレイン領域16p、17p、ソース・ドレイン領域16n、17nおよびゲート電極13p、13nの低抵抗化が図れる。
Next, as shown in FIG. 6 (2), by the salicide process, the source /
このサリサイドプロセスの一例を説明する。まず、シリサイドを形成するための金属層を形成する。この金属層として、例えばニッケルを9nmの膜厚に形成する。その後、350℃でRTAを行い、金属シリサイド層を形成する。次いで、金属がニッケルの場合、硫酸(H2SO4)によるウエットエッチングにより未反応なニッケル層を除去する。さらに、500℃のRTAを行い、ニッケルシリサイド層を層転移させて、低抵抗なニッケルシリサイド層を形成する。なお、ニッケルを形成する前に、ウエットエッチングで成膜表面の自然酸化膜を除去してシリコン面を露出させることが好ましい。また、上記金属層には、ニッケル以外に、例えばハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)等の高融点金属、およびパラジウム(Pd)、白金(Pt)、金(Au)等、シリサイド化によりゲート電極13p、13nおよびソース・ドレイン領域16p、17p、ソース・ドレイン領域16n、17nが低抵抗化される金属材料を用いることができる。
An example of this salicide process will be described. First, a metal layer for forming silicide is formed. As this metal layer, for example, nickel is formed to a thickness of 9 nm. Thereafter, RTA is performed at 350 ° C. to form a metal silicide layer. Next, when the metal is nickel, the unreacted nickel layer is removed by wet etching with sulfuric acid (H 2 SO 4 ). Further, RTA at 500 ° C. is performed to transfer the nickel silicide layer to form a low resistance nickel silicide layer. Before forming nickel, it is preferable to remove the natural oxide film on the film formation surface by wet etching to expose the silicon surface. In addition to nickel, the metal layer includes a high melting point metal such as hafnium (Hf) and tantalum (Ta), and palladium (Pd), platinum (Pt), gold (Au), etc. 13p, 13n, source /
次に、図7(3)に示すように、pMOSFETの形成領域をレジストマスク51で覆い、等方性エッチングによりnMOSFETの形成領域の上記第2サイドウォール絶縁膜22を除去する。この等方性エッチングは、例えば熱リン酸を用いたウエットエッチングにより行う。これにより、上記ゲート電極13nの側壁およびエクステンション領域14n、15n上を被覆するように第1サイドウォール絶縁膜21からなる絶縁膜25nが形成された。このように、等方性エッチングを行うことから、下地の少なくとも最下層の第1サイドウォール絶縁膜21にダメージを与えないようにそれ以外のサイドウォール絶縁膜を除去することが可能になる。この絶縁膜25nは、第1サイドウォール絶縁膜21からなるため、ゲート電極13nの側壁およびエクステンション領域14n、15n上には10nmの厚さの薄膜で形成されることになる。このように、均一な厚さの膜で形成されることによって、必要最小限の膜厚で形成することができ、従来のサイドウォールスペーサよりも膜厚を薄くすることができる。
Next, as shown in FIG. 7C, the formation region of the pMOSFET is covered with a resist
次に、図7(4)に示すように、上記半導体領域11(nMOSFETの形成領域上、pMOSFETの形成領域)上に、応力膜として、1GPaの引張応力を有する応力膜31nを形成する。この応力膜31nは、例えば400℃の成膜温度によるプラズマCVD法によって、プラズマ−窒化シリコン膜で、例えば20nm〜100nmの膜厚に、好ましくは50nm〜70nmの膜厚に形成する。さらに酸化シリコン膜(図示せず)を例えば15nmの厚さに形成する。
Next, as shown in FIG. 7 (4), a
次に、図8(5)に示すように、nMOSFETの形成領域のみに上記酸化シリコン膜と上記応力膜31nを残すようにマスク(図示せず)して、pMOSFETの形成領域の酸化シリコン膜(図示せず)と応力膜31nとをエッチングで除去する。
Next, as shown in FIG. 8 (5), a mask (not shown) is formed so as to leave the silicon oxide film and the
次に、図8(6)に示すように、nMOSFETの形成領域を被覆するマスク52を形成した後、等方性エッチングにより、pMOSFETの形成領域の上記第3サイドウォール絶縁膜23および上記第2サイドウォール絶縁膜22〔前記図6(1)参照〕を除去する。窒化シリコンからなる上記第2サイドウォール絶縁膜22を除去する等方性エッチングは、例えば熱リン酸を用いたウエットエッチングにより行う。これにより、第3サイドウォール絶縁膜23も、いわゆるリフトオフされて除去される。なお、酸化シリコンからなる上記第3サイドウォール絶縁膜23の除去は、別途、例えばフッ酸を用いたウエットエッチングにより行うこともできる。
Next, as shown in FIG. 8 (6), after forming a
この結果、上記ゲート電極13pの側壁およびエクステンション領域14p、15p上を被覆するように第1サイドウォール絶縁膜21からなる絶縁膜25pが形成された。このように、等方性エッチングを行うことから、下地の少なくとも最下層の第1サイドウォール絶縁膜21にダメージを与えないようにそれ以外のサイドウォール絶縁膜を除去することが可能になる。この絶縁膜25pは、第1サイドウォール絶縁膜21からなるため、ゲート電極13pの側壁およびエクステンション領域14p、15p上には10nmの厚さの薄膜で形成されることになる。このように、均一な厚さの膜で形成されることによって、必要最小限の膜厚で形成することができ、従来のサイドウォールスペーサよりも膜厚を薄くすることができる。その後、レジストマスク52を除去する。なお、上記応力膜31nを加工するさいに、上記レジストマスク52を形成して、エッチングマスクに用いてもよい。また、上記応力膜31nのエッチング加工では別のエッチングマスクを形成してもよい。
As a result, an insulating
次に、図9(7)に示すように、全面に応力膜として、2GPaの圧縮応力を有する応力膜31pを形成する。この応力膜31pは、例えば400℃の成膜温度によるプラズマCVD法によって、プラズマ−窒化シリコン膜で、例えば20nm〜100nmの膜厚に、好ましくは50nm〜70nmの膜厚に形成する。
Next, as shown in FIG. 9 (7), a
次に、図10(8)に示すように、pMOSFETの形成領域のみに上記酸化シリコン膜と上記応力膜31pを残すようにマスク(図示せず)して、nMOSFETの形成領域の酸化シリコン膜(図示せず)と応力膜31pとをエッチングで除去する。この時、nMOSFET、pMOSFETの境界部分(素子分離領域61上)は引張応力を与える応力膜31nと圧縮応力を与える応力膜31pとがオーバラップした構造となる。
Next, as shown in FIG. 10 (8), a mask (not shown) is formed so as to leave the silicon oxide film and the
このようにして、半導体領域11に、ゲート電極13n側壁およびエクステンション領域13n、14n上に薄膜のサイドウォール絶縁膜21からなる絶縁膜25nを備え、応力膜31nが形成された第1導電型(n型)の第1トランジスタ1と、ゲート電極13p側壁およびエクステンション領域13p、14p上に薄膜のサイドウォール絶縁膜21からなる絶縁膜25pを備え、応力膜31pが形成された第1導電型とは逆導電型である第2導電型(p型)の第2トランジスタ2とからなる半導体装置3が形成される。
In this way, the
上記第2実施例では、従来、サイドウォールスペーサとして残していた第3サイドウォール絶縁膜23、第2サイドウォール絶縁膜22を除去したので、その分、応力膜31p、31nをゲート電極13p、13n下の半導体領域11に形成されるチャネル領域に近づけることが可能になるため、チャネル部分に印加される応力を、従来構造より強くすることが可能になる。また、特殊なプロセスを必要としないため、従来プロセスとの整合性がよい。また、サイドウォール絶縁膜を複数層に形成すること、サイドウォール絶縁膜の一部を除去することの追加ですむので、プロセスの変更が少ない。
In the second embodiment, the third side
1…第1トランジスタ、2…第2トランジスタ、3…半導体装置、11…半導体領域、13p,13n…ゲート電極、14p,15p,14n,15n…エクステンション領域、16p,17p,16n,17n…ソース・ドレイン領、25p,25n…絶縁膜、31p,31n…応力膜
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記各トランジスタのゲート電極両側の前記半導体領域に、エクステンション領域を形成する際に用いるサイドウォール絶縁膜の少なくとも最下層を残すように前記サイドウォール絶縁膜の一部を除去して、前記各ゲート電極側壁および前記各エクステンション領域を被覆する絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体領域上を被覆して前記各ゲート電極下方の前記半導体領域に応力を印加する応力膜を形成する工程と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a first transistor having a first conductivity type channel and a second transistor having a second conductivity type channel opposite to the first conductivity type are formed on a semiconductor region,
A part of the sidewall insulating film is removed so as to leave at least the lowest layer of the sidewall insulating film used when forming the extension region in the semiconductor region on both sides of the gate electrode of each transistor, and each gate electrode Forming an insulating film covering the side wall and each extension region;
Forming a stress film that covers the semiconductor region and applies a stress to the semiconductor region below each gate electrode.
前記絶縁膜は前記導体層を形成する際のマスクになる
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 Forming a conductor layer on the gate electrode and the source / drain region of each transistor;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film serves as a mask for forming the conductor layer.
前記サイドウォール絶縁膜の一部を除去して前記絶縁膜を形成する工程は、前記導体層を形成する工程の直前、もしくは前記導体層を形成する工程の直後に行う
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 Forming a conductor layer on the gate electrode and the source / drain region of each transistor;
The step of forming the insulating film by removing a part of the sidewall insulating film is performed immediately before the step of forming the conductor layer or immediately after the step of forming the conductor layer. 2. A method of manufacturing a semiconductor device according to 1.
前記絶縁膜を形成する工程は、前記第1トランジスタに第1絶縁膜を形成する工程と、前記第2トランジスタに第2絶縁膜を形成する工程とからなり、
前記第1応力膜が形成される前に前記第1トランジスタの前記サイドウォール絶縁膜の一部を除去して前記第1トランジスタの第1絶縁膜を形成した後、
前記第2トランジスタの前記サイドウォール絶縁膜の一部を除去して前記第2トランジスタの第2絶縁膜を形成し、
その後に前記第2応力膜を形成する
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the stress film includes a step of forming a first stress film for applying stress to the first transistor and a step of forming a second stress film for applying stress to the second transistor.
The step of forming the insulating film includes a step of forming a first insulating film on the first transistor and a step of forming a second insulating film on the second transistor.
After forming the first insulating film of the first transistor by removing a part of the sidewall insulating film of the first transistor before forming the first stress film,
Removing a part of the sidewall insulating film of the second transistor to form a second insulating film of the second transistor;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second stress film is formed thereafter.
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