JP2008098469A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2008098469A
JP2008098469A JP2006279551A JP2006279551A JP2008098469A JP 2008098469 A JP2008098469 A JP 2008098469A JP 2006279551 A JP2006279551 A JP 2006279551A JP 2006279551 A JP2006279551 A JP 2006279551A JP 2008098469 A JP2008098469 A JP 2008098469A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
transistor
recess
semiconductor device
element isolation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006279551A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoyuki Ishizu
智之 石津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2006279551A priority Critical patent/JP2008098469A/en
Publication of JP2008098469A publication Critical patent/JP2008098469A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Element Separation (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a transistor using element isolation technique such as STI, current characteristics of the transistor being superior and characteristic variance depending upon its layout being suppressed. <P>SOLUTION: A semiconductor device has an active region 2 of the transistor formed on a surface portion of a semiconductor substrate 1 and an element isolation region 3 in a periphery of the active region 2, a gate electrode 6 formed on the active region 2, a recess region 4 formed by digging from a surface of the active region 2 on the boundary with the element isolation region 3, and an insulating film buried in the recess region 4. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法にかかわり、トランジスタの能力を向上させる技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and relates to a technique for improving the capability of a transistor.

近年、半導体プロセスの微細化が進むにつれ、回路素子のレイアウトパターンや配置方法などが回路の性能に大きく影響を及ぼすことが判明してきた。特に、STI(Shallow Trench Isolation)などの素子分離技術を用いたトランジスタにおいては、STIからトランジスタの活性領域にかかる機械的応力によりチャネルでのキャリアの移動度や閾値電圧が変化し、トランジスタの特性が大きく変動することが知られている(例えば、非特許文献1参照)。   In recent years, it has been found that as the semiconductor process becomes finer, the layout pattern and arrangement method of circuit elements greatly affect the performance of the circuit. In particular, in a transistor using an element isolation technique such as STI (Shallow Trench Isolation), the carrier mobility and threshold voltage in the channel change due to mechanical stress applied from the STI to the active region of the transistor, and the transistor characteristics are changed. It is known that it fluctuates greatly (for example, see Non-Patent Document 1).

図15は従来のSTIを用いたトランジスタの構造を概略的に示す断面図と平面図の模式図である。半導体基板21の表面に素子分離領域22が形成されている。すなわち、半導体基板21の表面から素子分離用の溝が形成され、酸化膜等の素子分離絶縁膜が溝に埋め込まれている。その際、絶縁膜の埋め込み性や欠陥抑制のため、約1000℃程度の熱処理が数10分実施される。その後、CMP(化学的機械的研磨)で半導体表面が平坦化され、素子分離領域22が形成される。素子分離領域22に囲まれた活性領域23に所望のイオン注入により、nチャネル型トランジスタ領域にはp型ウェル領域が形成され、pチャネル型トランジスタ領域にはn型ウェル領域が形成される。次に、活性領域23の表面を熱酸化することによりゲート絶縁膜が形成される。ゲート絶縁膜の形成後、ポリシリコン膜の堆積とレジストパターニングによりゲート電極24が形成される。その後、所望のイオン注入を行うことで、エクステンション領域25が形成される。次に、ゲート電極24を覆って酸化膜や窒化膜が堆積され、異方性エッチングによりゲート電極24の側壁にサイドウォールスペーサ26が形成される。サイドウォールスペーサ26の形成後、所望のイオン注入と不純物活性化のための熱処理によりソース/ドレイン領域27が形成される。次に、ゲート電極24上とソース/ドレイン領域27上の所望の領域がシリサイド化され、シリサイド領域が形成される。その後、トランジスタ全体を覆う状態にコンタクトエッチングのストッパ膜として窒化膜が堆積される。   FIG. 15 is a schematic view of a cross-sectional view and a plan view schematically showing the structure of a transistor using a conventional STI. An element isolation region 22 is formed on the surface of the semiconductor substrate 21. That is, a groove for element isolation is formed from the surface of the semiconductor substrate 21, and an element isolation insulating film such as an oxide film is embedded in the groove. At that time, heat treatment at about 1000 ° C. is performed for several tens of minutes in order to bury the insulating film and suppress defects. Thereafter, the semiconductor surface is planarized by CMP (chemical mechanical polishing), and the element isolation region 22 is formed. By desired ion implantation in the active region 23 surrounded by the element isolation region 22, a p-type well region is formed in the n-channel transistor region, and an n-type well region is formed in the p-channel transistor region. Next, a gate insulating film is formed by thermally oxidizing the surface of the active region 23. After the formation of the gate insulating film, the gate electrode 24 is formed by depositing a polysilicon film and resist patterning. Thereafter, the extension region 25 is formed by performing desired ion implantation. Next, an oxide film or a nitride film is deposited so as to cover the gate electrode 24, and a sidewall spacer 26 is formed on the side wall of the gate electrode 24 by anisotropic etching. After the formation of the sidewall spacers 26, source / drain regions 27 are formed by heat treatment for desired ion implantation and impurity activation. Next, desired regions on the gate electrode 24 and the source / drain regions 27 are silicided to form silicide regions. Thereafter, a nitride film is deposited as a contact etching stopper film so as to cover the entire transistor.

この場合、素子分離領域22が形成される過程において、素子分離領域22と活性領域23との界面領域に機械的応力が発生する。この応力は、トランジスタのチャネル領域28にまで歪を発生させ、電子や空孔の移動度や閾値電圧を変動させる。また、チャネル領域28に発生する歪は、ゲート電極24の端から素子分離領域22までのチャネル方向の距離に強く依存し、活性領域23のレイアウトによりトランジスタの特性が大きく変動する。   In this case, mechanical stress is generated in the interface region between the element isolation region 22 and the active region 23 in the process of forming the element isolation region 22. This stress causes strain to the channel region 28 of the transistor, and changes the mobility and threshold voltage of electrons and holes. Further, the strain generated in the channel region 28 strongly depends on the distance in the channel direction from the end of the gate electrode 24 to the element isolation region 22, and the characteristics of the transistor greatly vary depending on the layout of the active region 23.

近年、機械的応力を利用してトランジスタの性能を向上させる方法が報告されている。従来、トランジスタの電流特性向上に対しては、微細化が主に進められてきた。しかし、寄生抵抗の増加や基板濃度の増加によるキャリア移動度の低下で、微細化による電流特性向上が限界に近づきつつある。   In recent years, methods for improving the performance of transistors using mechanical stress have been reported. Conventionally, miniaturization has been mainly promoted to improve current characteristics of transistors. However, improvement in current characteristics due to miniaturization is approaching the limit due to a decrease in carrier mobility due to an increase in parasitic resistance and an increase in substrate concentration.

そこで、微細化に代わる技術として、引張応力を有する窒化膜などの応力制御膜をトランジスタ上部に堆積することで、nチャネル型トランジスタのチャネルに引張応力を印加し、キャリア移動度を向上させる方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−60076号公報(第5−6頁、第1−6図) G. Scott, et. al., IEDM digest, pp.91,1999.
Therefore, as an alternative to miniaturization, there is a method for improving carrier mobility by applying a tensile stress to the channel of an n-channel transistor by depositing a stress control film such as a nitride film having a tensile stress on the transistor. It is known (see, for example, Patent Document 1).
JP 2003-60076 (page 5-6, FIG. 1-6) G. Scott, et.al., IEDM digest, pp.91, 1999.

STIなどの素子分離技術を用いたトランジスタにおいては、プロセス工程によりトランジスタの活性領域に機械的応力が発生する。機械的応力の発生の要因としては、次のものがある。   In a transistor using an element isolation technique such as STI, mechanical stress is generated in an active region of the transistor by a process step. Factors that cause mechanical stress are as follows.

一つは、素子分離領域の形成過程の熱処理において、素子分離領域の埋め込み酸化膜とシリコン基板との熱膨張係数差によるものである。熱処理の加熱冷却過程において、材質の熱膨張収縮率の差により、素子分離領域と活性領域との界面において機械的応力が発生する。   One is due to the difference in thermal expansion coefficient between the buried oxide film in the element isolation region and the silicon substrate in the heat treatment in the process of forming the element isolation region. In the heat-cooling process of the heat treatment, mechanical stress is generated at the interface between the element isolation region and the active region due to the difference in the thermal expansion / contraction rate of the material.

もう一つは、ゲート酸化工程などにおいて、シリコン熱酸化によるシリコン/酸化膜界面での体積膨張によるものである。熱酸化により拡散した酸化種は、シリコン/酸化膜界面で反応し、体積が約2.3倍に膨張しながら酸化膜が形成される。形成された酸化膜は、既に存在している酸化膜を押し上げつつシリコンにも圧縮応力をかける。これがチャネルの圧縮歪となり、STIストレス依存性の要因となる。   The other is due to volume expansion at the silicon / oxide interface due to thermal oxidation of silicon in a gate oxidation process or the like. The oxidized species diffused by the thermal oxidation react at the silicon / oxide film interface, and an oxide film is formed while the volume expands about 2.3 times. The formed oxide film also applies compressive stress to silicon while pushing up the already existing oxide film. This becomes a compressive strain of the channel and becomes a factor of STI stress dependency.

これらSTIストレスなどの特性変化は活性領域の形状や大きさによって異なるため、レイアウトによってトランジスタ特性を大きく劣化させるだけでなく、SPICEシミュレーション精度の悪化の要因となり得る。   Since these characteristic changes such as STI stress vary depending on the shape and size of the active region, not only the transistor characteristics are greatly deteriorated by the layout, but also the SPICE simulation accuracy may be deteriorated.

近年、微細化以外のトランジスタ性能向上の手法として、応力を利用する方法が報告されている。例えば、nチャネル型トランジスタにおいて、トランジスタを覆って引張応力をもつ窒化膜を形成し、チャネルに引張歪を発生させて電子移動度を向上させる方法がある。   In recent years, methods using stress have been reported as methods for improving transistor performance other than miniaturization. For example, in an n-channel transistor, there is a method in which a nitride film having tensile stress is formed so as to cover the transistor, and tensile strain is generated in the channel to improve electron mobility.

しかし、これらの方法ではトランジスタの性能は全体的に向上しても、STIストレス依存性などのレイアウトに起因する特性ばらつきについては依然として解消されていない。   However, in these methods, even if the performance of the transistor is improved as a whole, characteristic variations due to layout such as STI stress dependency are still not solved.

本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、STIなどの素子分離技術を用いたトランジスタにおいて、トランジスタの電流特性に優れ、かつレイアウトに起因する特性ばらつきを抑制した半導体装置とその製造方法を提供することを目的としている。   The present invention was created in view of such circumstances, and in a transistor using an element isolation technique such as STI, a semiconductor device having excellent transistor current characteristics and suppressing variation in characteristics due to layout, and a semiconductor device thereof The object is to provide a manufacturing method.

本発明による半導体装置は、
半導体基板の表面部に形成されたトランジスタの活性領域および前記活性領域の周囲の素子分離領域と、
前記活性領域の上部に形成されたゲート電極と、
前記素子分離領域との境界において前記活性領域を表面から掘り下げて形成したリセス領域と、
前記リセス領域に埋め込まれた絶縁膜とを備えたものである。
A semiconductor device according to the present invention includes:
An active region of a transistor formed on a surface portion of a semiconductor substrate and an element isolation region around the active region;
A gate electrode formed on the active region;
A recess region formed by digging the active region from the surface at the boundary with the element isolation region;
And an insulating film embedded in the recess region.

この構成において、リセス(recess)とは、凹部のことである。周囲を素子分離領域で囲まれた活性領域をもつトランジスタにおいて、素子分離領域との境界で活性領域を表面から掘り下げてリセス領域を形成し、そのリセス領域に絶縁膜を埋め込んでいる。素子分離領域との境界で活性領域が除去されることにより、素子分離領域から活性領域にかかる機械的応力が解放され、トランジスタのチャネルにかかる歪を低減させることが可能になる。そして、素子分離領域からの機械的応力が解放されることは、トランジスタのレイアウトによってチャネル領域と素子分離領域までの距離が変化しても機械的応力は大きく変動しないことを意味する。このことから、レイアウトに起因するトランジスタの特性変動も抑制されることになる。   In this configuration, a recess is a recess. In a transistor having an active region surrounded by an element isolation region, a recess region is formed by digging the active region from the surface at the boundary with the element isolation region, and an insulating film is embedded in the recess region. By removing the active region at the boundary with the element isolation region, mechanical stress applied to the active region from the element isolation region is released, and distortion applied to the channel of the transistor can be reduced. The release of the mechanical stress from the element isolation region means that the mechanical stress does not vary greatly even if the distance between the channel region and the element isolation region changes depending on the transistor layout. For this reason, variation in transistor characteristics due to layout is also suppressed.

上記構成の半導体装置において、前記トランジスタがnチャネル型トランジスタであるときは、素子分離領域に埋め込まれている絶縁膜の熱膨張係数が半導体基板よりも小さい場合、活性領域には圧縮歪が発生する。nチャネル型トランジスタにおいては、素子分離領域との境界の活性領域を除去してリセス領域を形成することで、トランジスタのチャネルにかかる圧縮歪を低減することが可能である。つまり、nチャネル型トランジスタにおいては、チャネルにかかる圧縮歪の低減により、電子移動度を向上させることが可能となる。   In the semiconductor device having the above structure, when the transistor is an n-channel transistor, compressive strain is generated in the active region when the thermal expansion coefficient of the insulating film embedded in the element isolation region is smaller than that of the semiconductor substrate. . In an n-channel transistor, it is possible to reduce the compressive strain applied to the channel of the transistor by removing the active region at the boundary with the element isolation region to form a recess region. That is, in the n-channel transistor, the electron mobility can be improved by reducing the compressive strain applied to the channel.

上記のnチャネル型トランジスタとして構成された半導体装置において、前記リセス領域に埋め込まれた前記絶縁膜が引張応力を有する窒化膜であるという態様がある。nチャネル型トランジスタにおいて、素子分離領域との境界の活性領域を掘り下げて形成したリセス領域に、引張応力をもつ窒化膜が埋め込まれており、その窒化膜がもつ引張応力によりnチャネル型トランジスタのチャネルに引張歪が発生するため、電子移動度のさらなる向上が見込まれる。   In the semiconductor device configured as the n-channel transistor, there is a mode in which the insulating film embedded in the recess region is a nitride film having tensile stress. In an n-channel transistor, a nitride film having a tensile stress is embedded in a recess region formed by digging an active region at the boundary with an element isolation region, and the channel of the n-channel transistor is caused by the tensile stress of the nitride film. Further, since tensile strain occurs, further improvement in electron mobility is expected.

また上記構成の半導体装置において、前記トランジスタがpチャネル型トランジスタであるときは、素子分離領域との境界の活性領域を除去してリセス領域を形成することで、トランジスタのチャネルにかかる引張歪を低減することが可能である。つまり、pチャネル型トランジスタにおいては、チャネルにかかる引張歪の低減により、正孔移動度を向上させることが可能となる。   In the semiconductor device having the above structure, when the transistor is a p-channel transistor, the tensile strain applied to the channel of the transistor is reduced by removing the active region at the boundary with the element isolation region to form a recess region. Is possible. That is, in a p-channel transistor, hole mobility can be improved by reducing tensile strain applied to the channel.

上記のpチャネル型トランジスタとして構成された半導体装置において、前記リセス領域に埋め込まれた前記絶縁膜が圧縮応力を有する窒化膜であるという態様がある。pチャネル型トランジスタにおいて、リセス領域に埋め込まれた窒化膜がもつ圧縮応力によりpチャネル型トランジスタのチャネルに圧縮歪が増大するため、正孔移動度のさらなる向上が見込まれる。   In the semiconductor device configured as the p-channel transistor, there is an aspect in which the insulating film embedded in the recess region is a nitride film having a compressive stress. In the p-channel transistor, the compressive stress in the channel of the p-channel transistor is increased by the compressive stress of the nitride film embedded in the recess region, so that the hole mobility can be further improved.

なお上記の構成において、前記リセス領域は、前記活性領域と前記ゲート電極との重なり領域を外して形成されているのでもよい。活性領域の外周は素子分離領域で囲まれており、素子分離領域との境界において活性領域にリセス領域を形成するに当たり、活性領域の全周にわたって連続したリセス領域を形成する態様のほか、トランジスタの実効的なチャネル幅をより大きく確保するために、活性領域の全周の一部ではリセス領域を形成しない場合がある。つまり、活性領域がゲート電極と重なる領域を外してリセス領域を形成すれば、トランジスタの実効的なチャネル幅がより大きく確保され、トランジスタの電流特性の向上が期待される。   In the above configuration, the recess region may be formed by removing an overlapping region between the active region and the gate electrode. The outer periphery of the active region is surrounded by the element isolation region. In forming the recess region in the active region at the boundary with the element isolation region, in addition to the aspect of forming the recess region continuous over the entire periphery of the active region, In order to secure a larger effective channel width, the recess region may not be formed in a part of the entire circumference of the active region. In other words, if the recess region is formed by removing the region where the active region overlaps with the gate electrode, a larger effective channel width of the transistor is secured, and improvement of the current characteristics of the transistor is expected.

また上記の構成において、前記リセス領域が形成されない前記トランジスタを一部有していてもよい。   In the above structure, the transistor in which the recess region is not formed may be partially included.

本発明による半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成されたトランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板にエッチングにより素子分離領域の溝を形成する工程と、
前記溝に絶縁膜を埋め込む工程と、
前記絶縁膜を埋め込んだ後に高温の熱処理を施して前記素子分離領域を形成する工程と、
前記素子分離領域との境界において前記活性領域の少なくとも一部の領域を選択エッチングしてリセス領域を形成する工程と、
前記活性領域の上部にゲート電極を形成する工程と、
前記リセス領域に絶縁膜を埋め込む工程と、
前記活性領域にソース領域およびドレイン領域を形成する工程とを含むものである。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device having a transistor formed on a semiconductor substrate,
Forming a trench in an element isolation region by etching in the semiconductor substrate;
Embedding an insulating film in the groove;
Forming the element isolation region by performing a high-temperature heat treatment after embedding the insulating film;
Forming a recess region by selectively etching at least a part of the active region at a boundary with the element isolation region;
Forming a gate electrode on the active region;
Embedding an insulating film in the recess region;
Forming a source region and a drain region in the active region.

この半導体装置の製造方法において、溝に絶縁膜を埋め込み、埋め込んだ絶縁膜に対して高温の熱処理を施して素子分離領域を形成する工程において、素子分離領域から活性領域に機械的応力が発生するが、その応力をリセス領域の形成によって解放することが可能である。したがって、レイアウトに起因するトランジスタの特性変動が抑制された半導体装置を所期通りに製造することが可能となる。   In this semiconductor device manufacturing method, mechanical stress is generated from the element isolation region to the active region in the step of forming the element isolation region by embedding the insulating film in the trench and subjecting the embedded insulating film to a high temperature heat treatment. However, it is possible to release the stress by forming a recess region. Therefore, a semiconductor device in which fluctuations in transistor characteristics due to layout are suppressed can be manufactured as expected.

上記の半導体装置の製造方法では、前記リセス領域に絶縁膜を埋め込む工程において、nチャネル型トランジスタでは前記絶縁膜として引張応力を有する窒化膜を埋め込むという態様がある。   In the method of manufacturing a semiconductor device described above, in the step of embedding an insulating film in the recess region, in the n-channel transistor, a nitride film having a tensile stress is embedded as the insulating film.

また上記の半導体装置の製造方法では、前記リセス領域に絶縁膜を埋め込む工程において、pチャネル型トランジスタでは前記絶縁膜として圧縮応力を有する窒化膜を埋め込むという態様がある。   In the method for manufacturing a semiconductor device, in the step of embedding an insulating film in the recess region, in the p-channel transistor, a nitride film having a compressive stress is embedded as the insulating film.

本発明によれば、STIなどの素子分離技術を用いるトランジスタにおいて、素子分離領域との境界の活性領域を表面から掘り下げてリセス領域を形成することで、チャネルにかかる歪を制御し、トランジスタの電流特性を向上させ、かつレイアウトに起因するトランジスタの特性変動が抑制された半導体装置を実現することができる。   According to the present invention, in a transistor using an element isolation technique such as STI, the recess region is formed by digging the active region at the boundary with the element isolation region from the surface, thereby controlling the distortion applied to the channel and the transistor current. A semiconductor device in which characteristics are improved and variation in characteristics of transistors due to layout is suppressed can be realized.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における半導体装置の断面図および平面模式図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view and a schematic plan view of a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示すように、半導体基板1の表面領域に、トランジスタを構成するための活性領域2と素子分離領域3とが形成され、素子分離領域3には素子分離絶縁膜が埋め込まれている。また、素子分離領域3との境界領域において活性領域2の表面から掘り下げられた状態のリセス領域4が形成されている。リセス領域4には絶縁膜が埋め込まれている。この絶縁膜の埋め込みは、ゲート酸化工程やサイドウォールスペーサ形成工程において行われる。平面模式図で示すように、活性領域2は素子分離領域3によって囲まれ、活性領域2の全周にわたって素子分離領域3との境界領域にリセス領域4が形成されている。リセス領域4は矩形の環状となっている。   As shown in FIG. 1, an active region 2 and an element isolation region 3 for forming a transistor are formed in a surface region of a semiconductor substrate 1, and an element isolation insulating film is embedded in the element isolation region 3. In addition, a recess region 4 is formed in a state where it is dug down from the surface of the active region 2 in the boundary region with the element isolation region 3. An insulating film is embedded in the recess region 4. The insulating film is embedded in a gate oxidation process or a side wall spacer formation process. As shown in the schematic plan view, the active region 2 is surrounded by the element isolation region 3, and the recess region 4 is formed in the boundary region with the element isolation region 3 over the entire periphery of the active region 2. The recess area 4 has a rectangular annular shape.

上記のようにリセス領域4を形成すると、活性領域2にかかる機械的応力に変化が発生することになるが、このことについてプロセスシミュレーションにより解析を行った。シミュレーション解析の様子を図2(a)〜(c)に示す。   When the recess region 4 is formed as described above, a change occurs in the mechanical stress applied to the active region 2, and this was analyzed by process simulation. The state of the simulation analysis is shown in FIGS.

図2(a)はリセス領域を形成していない従来の形態である。図2(b)は、素子分離領域3との境界から活性領域2に向かう方向に5nmの距離までの領域を掘り下げ、リセス領域4を形成した場合の形態である。図2(c)は、図2(b)よりもリセス領域4の幅を広げ、境界から50nmの距離まで領域を掘り下げた場合の形態である。なお、リセス領域4の深さはすべて同じで、50nmの場合を想定してシミュレーションを行った。   FIG. 2A shows a conventional configuration in which no recess region is formed. FIG. 2B shows a case where the recess region 4 is formed by digging a region up to a distance of 5 nm in the direction from the boundary with the element isolation region 3 toward the active region 2. FIG. 2C shows a form in which the recess region 4 is wider than FIG. 2B and the region is dug down to a distance of 50 nm from the boundary. The depth of the recess region 4 is the same, and the simulation was performed assuming a case of 50 nm.

図3はリセス領域4の幅に対する活性領域2にかかる機械的応力についてのシミュレーション結果を示す。横軸は活性領域2の中心からの距離を示し、縦軸は活性領域2の表面における応力を示す。また、縦軸のマイナス符号は圧縮応力を示し、プラス符号は引張応力を示す。   FIG. 3 shows a simulation result of the mechanical stress applied to the active region 2 with respect to the width of the recess region 4. The horizontal axis indicates the distance from the center of the active region 2, and the vertical axis indicates the stress on the surface of the active region 2. Further, the minus sign on the vertical axis indicates compressive stress, and the plus sign indicates tensile stress.

図3より、リセス領域4を形成しない従来の形態(a)に対し、リセス幅を5nmに設定した形態(b)の結果は、圧縮応力が50MPa減少していることが分かる。また、リセス幅を50nmに設定した形態(c)においては、70MPaの圧縮応力の削減が見られた。このシミュレーション結果から、素子分離領域3との境界領域で活性領域2にリセス領域4を形成することにより、活性領域2にかかる圧縮応力が解放され、かつ、リセス領域4の幅の拡大に応じて圧縮応力が減少することが確認できた。このことから、特にnチャネル型トランジスタにおいて、リセス領域4の形成により電流特性の向上が見込まれる。   FIG. 3 shows that the compressive stress is reduced by 50 MPa in the result of the form (b) in which the recess width is set to 5 nm, compared to the conventional form (a) in which the recess region 4 is not formed. Further, in the embodiment (c) in which the recess width was set to 50 nm, a reduction in compressive stress of 70 MPa was observed. From this simulation result, by forming the recess region 4 in the active region 2 in the boundary region with the element isolation region 3, the compressive stress applied to the active region 2 is released, and the width of the recess region 4 is increased. It was confirmed that the compressive stress decreased. For this reason, particularly in an n-channel transistor, the current characteristics are expected to be improved by forming the recess region 4.

図4はリセス領域4の深さに対する活性領域2にかかる機械的応力についてのシミュレーション結果を示す。横軸は活性領域2の中心からの距離を示し、縦軸は活性領域2の表面における応力を示す。各リセス領域4の深さにおけるシミュレーション結果が図の(a)〜(d)に示され、(a)はリセス領域4を形成しない従来の形態の結果であり、(b)〜(d)はリセス領域4の深さがそれぞれ10nm、30nm、100nmの形態におけるシミュレーション結果である。   FIG. 4 shows a simulation result of mechanical stress applied to the active region 2 with respect to the depth of the recess region 4. The horizontal axis indicates the distance from the center of the active region 2, and the vertical axis indicates the stress on the surface of the active region 2. The simulation results at the depth of each recess region 4 are shown in FIGS. (A) to (d), (a) is the result of a conventional configuration in which the recess region 4 is not formed, and (b) to (d) are It is a simulation result in the case where the depth of the recess region 4 is 10 nm, 30 nm, and 100 nm, respectively.

図4に示すように、従来の形態(a)に対して各リセス深さ(b),(c),(d)での活性領域2の中心での圧縮応力は、10MPa、40MPa、130MPaの減少が見られた。このシミュレーション結果から、活性領域2の表面から掘り下げるリセス領域4の深さに応じて、活性領域2にかかる圧縮応力が減少することが確認できた。また、リセス領域4の深さ約10nm程度では圧縮応力削減の効果は小さく、トランジスタ性能向上にはリセス領域4の深さを約30nm以上にするのが望ましい。   As shown in FIG. 4, the compressive stress at the center of the active region 2 at each recess depth (b), (c), (d) is 10 MPa, 40 MPa, and 130 MPa as compared to the conventional configuration (a). A decrease was seen. From this simulation result, it was confirmed that the compressive stress applied to the active region 2 was reduced according to the depth of the recess region 4 dug from the surface of the active region 2. Further, when the depth of the recess region 4 is about 10 nm, the effect of reducing the compressive stress is small, and the depth of the recess region 4 is desirably about 30 nm or more for improving the transistor performance.

次に、活性領域のレイアウトが変わった場合について、実施の形態1における効果をシミュレーションで解析した。   Next, the effect of the first embodiment was analyzed by simulation when the layout of the active region was changed.

図5(a),(b)に、シミュレーション解析の対象とした半導体装置の形態の概略図を示す。図5(a)はリセス領域4を形成していない従来の形態であり、図5(b)は実施の形態1でリセス領域4を有し、リセス領域4の幅は50nm、深さは50nmの場合における形態である。図5(a),(b)に示した形態において、素子分離領域3で挟まれた活性領域2の長さに対して、活性領域2にかかる機械的応力をシミュレーションで解析した。   FIGS. 5A and 5B are schematic views showing the form of a semiconductor device subjected to simulation analysis. FIG. 5A shows a conventional configuration in which the recess region 4 is not formed, and FIG. 5B shows the recess region 4 in the first embodiment. The recess region 4 has a width of 50 nm and a depth of 50 nm. It is a form in the case of. In the form shown in FIGS. 5A and 5B, the mechanical stress applied to the active region 2 was analyzed by simulation with respect to the length of the active region 2 sandwiched between the element isolation regions 3.

図6に活性領域の長さに対する応力シミュレーション結果を示す。横軸は活性領域2の長さを示し、縦軸は活性領域2の中心の応力を示す。図の(a)は従来の形態でのシミュレーション結果、(b)は実施の形態1であるリセス領域4を有する形態でのシミュレーション結果であり、図5(a),(b)の形態とそれぞれ対応している。   FIG. 6 shows a stress simulation result with respect to the length of the active region. The horizontal axis indicates the length of the active region 2, and the vertical axis indicates the stress at the center of the active region 2. (A) of the figure is the simulation result in the conventional form, (b) is the simulation result in the form having the recess region 4 which is the first embodiment, and the forms of FIGS. 5 (a) and 5 (b), respectively. It corresponds.

図6に示されるように、両方の形態において活性領域長さが縮小するのに応じて活性領域2の中心の圧縮応力は増大する。また、従来の形態の圧縮応力の変化に対して、実施の形態1の圧縮応力の変化は約半分程度であり、活性領域のレイアウト依存性が大きく抑制されていることが確認できた。   As shown in FIG. 6, the compressive stress at the center of the active region 2 increases as the active region length decreases in both forms. Moreover, the change of the compressive stress of the first embodiment is about half of the change of the compressive stress of the conventional form, and it has been confirmed that the layout dependence of the active region is greatly suppressed.

次に、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法について説明する。図7(a)〜(d)は、実施の形態1の半導体装置を製造する工程を示す断面図である。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device in the first embodiment of the present invention will be described. 7A to 7D are cross-sectional views showing the steps for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

図7(a)に示す工程において、半導体基板1の表面から素子分離用の溝を形成し、その素子分離用の溝に酸化膜等の素子分離絶縁膜を埋め込む。その際、絶縁膜の埋め込み性や欠陥抑制のため、約1000℃程度の熱処理を数十分間実施する。その後、CMP(化学的機械的研磨)で半導体表面を平坦化し、素子分離領域3を形成する。   In the step shown in FIG. 7A, an element isolation groove is formed from the surface of the semiconductor substrate 1, and an element isolation insulating film such as an oxide film is embedded in the element isolation groove. At that time, heat treatment at about 1000 ° C. is performed for several tens of minutes in order to embed the insulating film and suppress defects. Thereafter, the semiconductor surface is planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing), and the element isolation region 3 is formed.

次に、図7(b)に示す工程において、半導体基板1の上にレジスト膜5を形成し、レジスト膜5をマスクとしてリソグラフィによるパターニングを行い、任意のリセス領域4を決定する。   Next, in the step shown in FIG. 7B, a resist film 5 is formed on the semiconductor substrate 1, and patterning by lithography is performed using the resist film 5 as a mask to determine an arbitrary recess region 4.

次に、図7(c)に示す工程において、異方性エッチングによりリセス領域4の活性領域2を選択的に除去する。リセス領域4は、素子分離領域3との境界領域で活性領域2の内部である。その際、リセス領域4の形状は、素子分離領域3との境界から活性領域2側に5nm以上の幅をもつことが望ましい。エッチングする深さは30nm以上に設定することが望ましい。その後、活性領域2に約1〜10KeVの注入エネルギー、注入量1×1013〜1×1014cm-2程度の所望のイオン注入を行うことで、nチャネル型トランジスタ領域にはp型ウェル領域を形成し、pチャネル型トランジスタ領域にはn型ウェル領域を形成する。 Next, in the step shown in FIG. 7C, the active region 2 in the recess region 4 is selectively removed by anisotropic etching. The recess region 4 is inside the active region 2 at the boundary region with the element isolation region 3. At this time, the recess region 4 preferably has a width of 5 nm or more from the boundary with the element isolation region 3 to the active region 2 side. The etching depth is preferably set to 30 nm or more. Thereafter, by performing desired ion implantation with an implantation energy of about 1 to 10 KeV and an implantation amount of about 1 × 10 13 to 1 × 10 14 cm −2 in the active region 2, a p-type well region is formed in the n-channel transistor region. And an n-type well region is formed in the p-channel transistor region.

次に、図7(d)に示す工程において、活性領域2の表面を熱酸化することによりゲート絶縁膜を形成する。ゲート絶縁膜の形成後、ポリシリコン膜の堆積とレジストパターニングによりゲート電極6を形成する。その後、ゲート電極6をマスクとして、nチャネル型トランジスタ形成領域ならば砒素などのn型不純物を、またpチャネル型トランジスタ形成領域ならばボロンなどのp型不純物を、それぞれ約1〜10KeVの注入エネルギー、1×1013〜1×1014cm-2程度の注入量でイオン注入し、エクステンション領域7を形成する。次に、ゲート電極6を覆って酸化膜や窒化膜を堆積する。このとき、リセス領域4にも酸化膜や窒化膜を埋め込む。ゲート電極6に達成した酸化膜や窒化膜に対して、異方性エッチングを行うことでゲート電極6の側壁にサイドウォールスペーサ8を形成する。その後、ゲート電極6とサイドウォールスペーサ8をマスクとして、nチャネル型トランジスタ形成領域ならば砒素などのn型不純物を、pチャネル型トランジスタ形成領域ならばボロンなどのp型不純物を、それぞれ5〜20KeVの注入エネルギー、1×1014〜1×1016cm-2程度の注入量でイオン注入し、不純物の活性化のための熱処理を実施し、ソース/ドレイン領域9を形成する。次に、ゲート電極6と活性領域2の表面にNiSi2 やCoSi2 などのシリサイド層を形成する。次に、トランジスタ全体を覆って、コンタクトエッチングのストッパ膜として、窒化膜10を堆積する。 Next, in the step shown in FIG. 7D, a gate insulating film is formed by thermally oxidizing the surface of the active region 2. After the formation of the gate insulating film, the gate electrode 6 is formed by depositing a polysilicon film and resist patterning. Thereafter, using the gate electrode 6 as a mask, an n-type impurity such as arsenic is used for the n-channel transistor formation region, and a p-type impurity such as boron is used for the implantation energy of about 1 to 10 KeV for the p-channel transistor formation region. The extension region 7 is formed by ion implantation with an implantation amount of about 1 × 10 13 to 1 × 10 14 cm −2 . Next, an oxide film or a nitride film is deposited so as to cover the gate electrode 6. At this time, an oxide film or a nitride film is also embedded in the recess region 4. Sidewall spacers 8 are formed on the side walls of the gate electrode 6 by performing anisotropic etching on the oxide film or nitride film achieved on the gate electrode 6. Thereafter, using the gate electrode 6 and the sidewall spacer 8 as a mask, an n-type impurity such as arsenic is used for the n-channel transistor formation region, and a p-type impurity such as boron is used for the p-channel transistor formation region. The source / drain regions 9 are formed by performing ion implantation at an implantation energy of about 1 × 10 14 to 1 × 10 16 cm −2 and performing heat treatment for impurity activation. Next, a silicide layer such as NiSi 2 or CoSi 2 is formed on the surfaces of the gate electrode 6 and the active region 2. Next, a nitride film 10 is deposited as a contact etching stopper film covering the entire transistor.

図7(d)の平面模式図で示すように、活性領域2の全周にわたってリセス領域4が形成される場合、ゲート電極6はリセス領域4をまたがって形成されてもよい。この場合、リセス領域4の形成による圧縮応力の減少は、チャネル方向の圧縮応力だけでなく、チャンネル幅Wの方向の圧縮応力にも効果がある。   As shown in the schematic plan view of FIG. 7D, when the recess region 4 is formed over the entire periphery of the active region 2, the gate electrode 6 may be formed across the recess region 4. In this case, the reduction of the compressive stress due to the formation of the recess region 4 is effective not only for the compressive stress in the channel direction but also for the compressive stress in the direction of the channel width W.

(実施の形態2)
図8は本発明の実施の形態2における半導体装置の断面図である。実施の形態2における半導体装置は、半導体基板1に活性領域2n,2pと素子分離領域3を有し、nチャネル型トランジスタ領域13とpチャネル型トランジスタ領域14を有している。素子分離領域3との境界領域において活性領域2n,2pの表面から掘り下げられて形成したリセス領域4n,4pを有している。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The semiconductor device according to the second embodiment has active regions 2n and 2p and an element isolation region 3 on a semiconductor substrate 1, and an n-channel transistor region 13 and a p-channel transistor region 14. Recess regions 4n and 4p formed by digging down from the surfaces of the active regions 2n and 2p in the boundary region with the element isolation region 3 are provided.

実施の形態1と異なる点は、nチャネル型トランジスタの活性領域2nを掘り下げたリセス領域4nに引張応力をもつ窒化膜11が埋め込まれている点と、pチャネル型トランジスタの活性領域2pを掘り下げたリセス領域4pに圧縮応力をもつ窒化膜12が埋め込まれている点である。   The difference from the first embodiment is that a nitride film 11 having a tensile stress is buried in a recess region 4n where the active region 2n of the n-channel transistor is dug down, and the active region 2p of the p-channel transistor is dug down. This is that a nitride film 12 having a compressive stress is embedded in the recess region 4p.

リセス領域4nに引張応力をもつ窒化膜11を埋め込むことで発生する機械的応力の変化について、プロセスシミュレーションで解析を行った。   A change in mechanical stress generated by embedding the nitride film 11 having tensile stress in the recess region 4n was analyzed by process simulation.

図9に、リセス領域4nを形成していない従来の形態(a)と、リセス領域4nを形成した実施の形態1(b)と、リセス領域4nを形成し引張応力をもつ窒化膜11を埋め込んだ実施の形態2(c)の3つの形態における、活性領域2nにかかる機械的応力のシミュレーション結果を示す。横軸は活性領域2nの中心からの距離を示し、縦軸は活性領域2nの表面における応力を示す。また、縦軸のマイナス符号は圧縮応力を示し、プラス符号は引張応力を示す。   9A and 9B, the conventional embodiment (a) in which the recess region 4n is not formed, the embodiment 1 (b) in which the recess region 4n is formed, and the nitride film 11 having the tensile stress is formed by forming the recess region 4n. The simulation result of the mechanical stress concerning the active region 2n in three forms of Embodiment 2 (c) is shown. The horizontal axis indicates the distance from the center of the active region 2n, and the vertical axis indicates the stress on the surface of the active region 2n. Further, the minus sign on the vertical axis indicates compressive stress, and the plus sign indicates tensile stress.

図9で示されるように、従来の形態(a)、実施の形態1(b)では活性領域2nにかかる応力が圧縮応力であったのに対し、リセス領域4nに引張応力をもつ窒化膜11を埋め込んだ実施の形態2(c)においては、引張応力に反転する結果になった。このことから、nチャネル型トランジスタにおいて、リセス領域4nに引張応力をもつ窒化膜11を埋め込むことで、トランジスタ電流特性の大幅な向上が期待できる。pチャネル型トランジスタにおいても同様の効果が得られる。pチャネル型トランジスタにおいては、チャネル領域に圧縮応力が印加されると正孔移動度が増加するため、リセス領域4pに圧縮応力をもつ窒化膜12を埋め込むことで、トランジスタ電流特性の向上が可能になる。   As shown in FIG. 9, the stress applied to the active region 2n is a compressive stress in the conventional embodiment (a) and the embodiment 1 (b), whereas the nitride film 11 having a tensile stress in the recess region 4n. In the embodiment 2 (c) in which is embedded, the result is reversed to the tensile stress. From this, in the n-channel transistor, a significant improvement in transistor current characteristics can be expected by embedding the nitride film 11 having tensile stress in the recess region 4n. The same effect can be obtained in a p-channel transistor. In a p-channel transistor, the hole mobility increases when compressive stress is applied to the channel region. Therefore, the transistor current characteristics can be improved by embedding the nitride film 12 having compressive stress in the recess region 4p. Become.

以上のことから、nチャネル型トランジスタ領域のリセス領域4nには引張応力をもつ窒化膜11を埋め込み、pチャネル型トランジスタ領域のリセス領域4pには圧縮応力をもつ窒化膜12を埋め込むことで、nチャネル型とpチャネル型の両方のトランジスタの電流特性の向上が期待でき、回路特性全体としての性能を向上することができる。特にnチャネル型トランジスタにおいて、大きな性能向上が得られる。   From the above, the nitride film 11 having tensile stress is embedded in the recess region 4n of the n-channel transistor region, and the nitride film 12 having compressive stress is embedded in the recess region 4p of the p-channel transistor region. Improvement in current characteristics of both channel-type and p-channel type transistors can be expected, and the performance of the entire circuit characteristics can be improved. In particular, a large performance improvement can be obtained in an n-channel transistor.

図10は実施の形態2における半導体装置の変形例を示す断面図である。図10で示されるように、リセス領域4n,4pに埋め込まれる窒化膜11,12は、素子分離領域3をまたがって形成されてもよい。形成される窒化膜の面積が増加することで、引張応力および圧縮応力の効果の増加が期待できる。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modification of the semiconductor device according to the second embodiment. As shown in FIG. 10, the nitride films 11 and 12 embedded in the recess regions 4 n and 4 p may be formed across the element isolation region 3. An increase in the area of the formed nitride film can be expected to increase the effects of tensile stress and compressive stress.

図11は実施の形態2における半導体装置の変形例を示す断面図である。図11で示されるように、nチャネル型トランジスタ領域13にのみリセス領域4nおよび引張応力をもつ窒化膜11が形成され、pチャネル型トランジスタ領域にはリセス領域は形成されていない。   FIG. 11 is a cross-sectional view showing a modification of the semiconductor device according to the second embodiment. As shown in FIG. 11, the recess region 4n and the nitride film 11 having tensile stress are formed only in the n-channel transistor region 13, and no recess region is formed in the p-channel transistor region.

この形態では、pチャネル型トランジスタ領域上の引張応力をもつ窒化膜を除去する工程と、新たに圧縮応力をもつ窒化膜を堆積する工程を省略できる。このことから、この変形例ではプロセス製造工程を簡略化でき、nチャネル型トランジスタの電流特性の向上が見込める半導体装置を提供できる。   In this embodiment, the step of removing the nitride film having tensile stress on the p-channel transistor region and the step of newly depositing the nitride film having compressive stress can be omitted. Thus, in this modification, the process manufacturing process can be simplified, and a semiconductor device that can improve the current characteristics of the n-channel transistor can be provided.

図12(a)〜(d)は実施の形態2の半導体装置を製造する工程を示す断面図である。   12A to 12D are cross-sectional views illustrating the steps for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment.

図12(a)において、素子分離領域3の形成、リソグラフィによりリセス領域4n,4pを決定する工程、異方性エッチングによりリセス領域4n,4pの活性領域を除去する工程までは、実施の形態1の半導体装置の製造方法と同様である。   In FIG. 12A, the steps up to the formation of the element isolation region 3, the step of determining the recess regions 4n and 4p by lithography, and the step of removing the active region of the recess regions 4n and 4p by anisotropic etching are performed. This is the same as the method for manufacturing the semiconductor device.

図12(b)に示す工程において、nチャネル型トランジスタ領域13に引張応力をもつ窒化膜11を堆積し、リセス領域4nに埋め込む。次に、リソグラフィによりpチャネル型トランジスタ領域14に堆積した引張応力をもつ窒化膜11を除去し、圧縮応力をもつ窒化膜12をpチャネル型トランジスタ領域14に堆積させ、リセス領域4pに埋め込む。   In the step shown in FIG. 12B, a nitride film 11 having a tensile stress is deposited in the n-channel transistor region 13 and buried in the recess region 4n. Next, the nitride film 11 having tensile stress deposited on the p-channel transistor region 14 is removed by lithography, and a nitride film 12 having compressive stress is deposited on the p-channel transistor region 14 and buried in the recess region 4p.

引張応力をもつ窒化膜11は0.1〜数GPa程度の引張応力を有する窒化シリコン膜などの絶縁膜で、例えば400W程度の低周波電力の条件でのプラズマCVD法で形成される。また、圧縮応力をもつ窒化膜12はプラズマCVD法等で水素の導入量を増加させながら形成することで得られる。窒化膜11,12の堆積膜厚は、リセス領域4n,4pを十分埋め込める膜厚で30nm〜数百nm程度が望ましい。   The nitride film 11 having a tensile stress is an insulating film such as a silicon nitride film having a tensile stress of about 0.1 to several GPa, and is formed by a plasma CVD method under a low frequency power condition of about 400 W, for example. The nitride film 12 having compressive stress can be obtained by increasing the amount of hydrogen introduced by plasma CVD or the like. The deposited film thickness of the nitride films 11 and 12 is preferably about 30 nm to several hundreds of nm so as to sufficiently fill the recess regions 4n and 4p.

次に、堆積した窒化膜11,12上にレジスト膜15を形成し、レジスト膜15をマスクとしてリソグラフィによるパターニングを行い、リセス領域4n,4pを除いた活性領域2n,2p上にある窒化膜11,12をエッチングにより除去する。   Next, a resist film 15 is formed on the deposited nitride films 11 and 12, and patterning by lithography is performed using the resist film 15 as a mask, and the nitride film 11 on the active regions 2n and 2p excluding the recess regions 4n and 4p. , 12 are removed by etching.

図12(c)に示す工程において、窒化膜11,12をエッチングした後、活性領域2n,2pに約1〜10KeVの注入エネルギー、1×1013〜1×1014cm-2程度の所望のイオン注入を行うことで、nチャネル型トランジスタ領域13にはp型ウェル領域を形成し、pチャネル型トランジスタ領域14にはn型ウェル領域を形成する。次に、活性領域2n,2pの表面を熱酸化することによりゲート絶縁膜16を形成する。 In the step shown in FIG. 12C, after the nitride films 11 and 12 are etched, an implantation energy of about 1 to 10 KeV is applied to the active regions 2n and 2p to a desired level of about 1 × 10 13 to 1 × 10 14 cm −2 . By performing ion implantation, a p-type well region is formed in the n-channel transistor region 13 and an n-type well region is formed in the p-channel transistor region 14. Next, the gate insulating film 16 is formed by thermally oxidizing the surfaces of the active regions 2n and 2p.

図12(d)において、ゲート絶縁膜形成以降のゲート電極6、サイドウォールスペーサ8、ソース/ドレイン領域9の形成は、実施の形態1の半導体装置の製造方法と同様である。   In FIG. 12D, the formation of the gate electrode 6, the sidewall spacer 8, and the source / drain region 9 after the formation of the gate insulating film is the same as in the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

(実施の形態3)
図13は本発明の実施の形態3における半導体装置の断面図および平面模式図である。
(Embodiment 3)
FIG. 13 is a sectional view and a schematic plan view of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

本実施の形態においては、リセス領域4は活性領域2において形成されるのであるが、その活性領域2がゲート電極6と重なる領域ではリセス領域4の形成が行われていない。実施の形態1の場合、図1で示されるように、トランジスタのチャネル領域の一部がリセス領域4と重なるため、トランジスタの実効的なチャネル幅Wがリセス領域4の幅分だけ小さくなる。このため、マスク寸法に対して仕上がり寸法のチャネル幅Wが減少し、トランジスタの電流特性が低下する。これに対して、本実施の形態では、活性領域2とゲート電極6との重なり領域を外してリセス領域4を設定することで、実効的なチャネル幅Wの減少による電流特性が低下することなく、機械的応力を利用したトランジスタの電流特性の向上が可能である。   In the present embodiment, the recess region 4 is formed in the active region 2, but the recess region 4 is not formed in a region where the active region 2 overlaps the gate electrode 6. In the case of the first embodiment, as shown in FIG. 1, since a part of the channel region of the transistor overlaps with the recess region 4, the effective channel width W of the transistor is reduced by the width of the recess region 4. For this reason, the channel width W of the finished dimension is reduced with respect to the mask dimension, and the current characteristics of the transistor are deteriorated. In contrast, in the present embodiment, the recess region 4 is set by removing the overlap region between the active region 2 and the gate electrode 6, so that the current characteristics due to the effective decrease in the channel width W do not deteriorate. Further, the current characteristics of the transistor can be improved by utilizing mechanical stress.

図14は実施の形態3における半導体装置の変形例を示す断面図および平面模式図である。図14に示すように、リセス領域4は、トランジスタのチャネル方向で素子分離領域3との境界領域に形成されている。この半導体装置では、リセス領域4をリソグラフィによるパターニングで設定する際、単純な形状でパターニングを行うため、プロセス製造を容易化できる。このため、プロセス製造が簡単で、かつ機械的応力を利用したトランジスタの電流特性の向上が可能である。   14A and 14B are a cross-sectional view and a plan view schematically illustrating a modification of the semiconductor device in the third embodiment. As shown in FIG. 14, the recess region 4 is formed in a boundary region with the element isolation region 3 in the channel direction of the transistor. In this semiconductor device, when the recess region 4 is set by patterning by lithography, patterning is performed with a simple shape, so that process manufacturing can be facilitated. Therefore, the process manufacturing is simple, and the current characteristics of the transistor using mechanical stress can be improved.

実施の形態3における半導体装置の製造方法は、実施の形態1における半導体の製造方法と同じであり、リセス領域4が設定されるレイアウトが異なるだけである。   The semiconductor device manufacturing method in the third embodiment is the same as the semiconductor manufacturing method in the first embodiment, except that the layout in which the recess region 4 is set is different.

本発明の技術は、STIなどの素子分離技術を用いるトランジスタを有する半導体装置において、トランジスタの電流特性が優れ、かつレイアウトに起因する特性変動も抑制した半導体装置を実現する上で有効である。   The technology of the present invention is effective for realizing a semiconductor device having a transistor using an element isolation technique such as STI, which has excellent current characteristics of the transistor and suppresses characteristic variation due to layout.

本発明の実施の形態1における半導体装置の断面図および平面模式図Sectional drawing and plane schematic diagram of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention 本発明の効果を検証するためのリセス領域幅依存性の応力シミュレーション解析を行った構造を示す断面図Sectional drawing which shows the structure which performed stress simulation analysis of the recess area width dependence for verifying the effect of this invention 本発明の効果を検証するためのリセス領域幅依存性の応力シミュレーション解析結果を示すグラフThe graph which shows the stress simulation analysis result of the recess area width dependence for verifying the effect of this invention 本発明の効果を検証するためのリセス領域深さ依存性の応力シミュレーション解析結果を示すグラフThe graph which shows the stress simulation analysis result of the depth dependence of a recess area | region for verifying the effect of this invention 本発明の効果を検証するための活性領域長さ依存性の応力シミュレーション解析を行った構造を示す断面図Sectional drawing which shows the structure which performed the stress simulation analysis of the active region length dependence for verifying the effect of this invention 本発明の効果を検証するための活性領域長さ依存性の応力シミュレーション解析結果を示すグラフThe graph which shows the stress simulation analysis result of the active region length dependence for verifying the effect of this invention 本発明の実施の形態1の半導体装置を製造する工程を示す断面図Sectional drawing which shows the process of manufacturing the semiconductor device of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置の断面図Sectional drawing of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態2の効果を検証するための応力シミュレーション解析結果を示すグラフThe graph which shows the stress simulation analysis result for verifying the effect of Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態2における半導体装置の変形例を示す断面図Sectional drawing which shows the modification of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態2における半導体装置の変形例を示す断面図Sectional drawing which shows the modification of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態2の半導体装置を製造する工程を示す断面図Sectional drawing which shows the process of manufacturing the semiconductor device of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における半導体装置の断面図および平面模式図Sectional drawing and plane schematic diagram of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention 本発明の実施の形態3における半導体装置の変形例を示す断面図および平面模式図Sectional drawing and plane schematic diagram which show the modification of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention 従来技術による半導体装置を説明する断面図および平面模式図Sectional drawing and plane schematic diagram explaining the semiconductor device by a prior art

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
2,2n,2p 活性領域
3 素子分離領域
4,4n,4p リセス領域
5 レジスト膜
6 ゲート電極
7 エクステンション領域
8 サイドウォールスペーサ
9 ソース/ドレイン領域
10 窒化膜
11 引張応力をもつ窒化膜
12 圧縮応力をもつ窒化膜
13 nチャネル型トランジスタ領域
14 pチャネル型トランジスタ領域
15 レジスト膜
16 ゲート酸化膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2,2n, 2p Active region 3 Element isolation region 4,4n, 4p Recess region 5 Resist film 6 Gate electrode 7 Extension region 8 Side wall spacer 9 Source / drain region 10 Nitride film 11 Nitride film with tensile stress 12 Nitride film having compressive stress 13 n-channel transistor region 14 p-channel transistor region 15 resist film 16 gate oxide film

Claims (10)

半導体基板の表面部に形成されたトランジスタの活性領域および前記活性領域の周囲の素子分離領域と、
前記活性領域の上部に形成されたゲート電極と、
前記素子分離領域との境界において前記活性領域を表面から掘り下げて形成したリセス領域と、
前記リセス領域に埋め込まれた絶縁膜とを備えた半導体装置。
An active region of a transistor formed on a surface portion of a semiconductor substrate and an element isolation region around the active region;
A gate electrode formed on the active region;
A recess region formed by digging the active region from the surface at the boundary with the element isolation region;
A semiconductor device comprising an insulating film embedded in the recess region.
前記トランジスタがnチャネル型トランジスタである請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the transistor is an n-channel transistor. 前記リセス領域に埋め込まれた前記絶縁膜が引張応力を有する窒化膜である請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein the insulating film embedded in the recess region is a nitride film having tensile stress. 前記トランジスタがpチャネル型トランジスタである請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the transistor is a p-channel transistor. 前記リセス領域に埋め込まれた前記絶縁膜が圧縮応力を有する窒化膜である請求項4に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 4, wherein the insulating film embedded in the recess region is a nitride film having compressive stress. 前記リセス領域は、前記活性領域と前記ゲート電極との重なり領域を外して形成されている請求項1から請求項5までのいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the recess region is formed by removing an overlapping region between the active region and the gate electrode. 前記リセス領域が形成されない前記トランジスタを一部有する請求項1から請求項6までのいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a part of the transistor in which the recess region is not formed. 半導体基板上に形成されたトランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板にエッチングにより素子分離領域の溝を形成する工程と、
前記溝に絶縁膜を埋め込む工程と、
前記絶縁膜を埋め込んだ後に高温の熱処理を施して前記素子分離領域を形成する工程と、
前記素子分離領域との境界において前記活性領域の少なくとも一部の領域を選択エッチングしてリセス領域を形成する工程と、
前記活性領域の上部にゲート電極を形成する工程と、
前記リセス領域に絶縁膜を埋め込む工程と、
前記活性領域にソース領域およびドレイン領域を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a transistor formed on a semiconductor substrate,
Forming a trench in an element isolation region by etching in the semiconductor substrate;
Embedding an insulating film in the groove;
Forming the element isolation region by performing a high-temperature heat treatment after embedding the insulating film;
Forming a recess region by selectively etching at least a part of the active region at a boundary with the element isolation region;
Forming a gate electrode on the active region;
Embedding an insulating film in the recess region;
Forming a source region and a drain region in the active region.
前記リセス領域に絶縁膜を埋め込む工程において、nチャネル型トランジスタでは前記絶縁膜として引張応力を有する窒化膜を埋め込む請求項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, wherein in the step of embedding an insulating film in the recess region, a nitride film having a tensile stress is embedded as the insulating film in the n-channel transistor. 前記リセス領域に絶縁膜を埋め込む工程において、pチャネル型トランジスタでは前記絶縁膜として圧縮応力を有する窒化膜を埋め込む請求項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, wherein in the step of embedding an insulating film in the recess region, a nitride film having a compressive stress is embedded as the insulating film in the p-channel transistor.
JP2006279551A 2006-10-13 2006-10-13 Semiconductor device and manufacturing method thereof Pending JP2008098469A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006279551A JP2008098469A (en) 2006-10-13 2006-10-13 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006279551A JP2008098469A (en) 2006-10-13 2006-10-13 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008098469A true JP2008098469A (en) 2008-04-24

Family

ID=39380984

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006279551A Pending JP2008098469A (en) 2006-10-13 2006-10-13 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008098469A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9922979B2 (en) 2015-03-25 2018-03-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated circuit device and method of manufacturing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9922979B2 (en) 2015-03-25 2018-03-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated circuit device and method of manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5286701B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP4736114B2 (en) Semiconductor device with low and high voltage transistors
JP5604483B2 (en) Low noise and high performance LSI device, layout and manufacturing method thereof
JP4700295B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5795260B2 (en) Transistor with embedded strain-inducing material having a step-shaped structure
JP5204645B2 (en) Technology for forming contact insulation layers with enhanced stress transmission efficiency
JP5206668B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US7514309B2 (en) Methods to selectively protect NMOS regions, PMOS regions, and gate layers during EPI process
JP5605134B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2005286341A (en) Low-noise and high-performance lsi element, layout, and its manufacturing method
US20080064173A1 (en) Semiconductor device, cmos device and fabricating methods of the same
JP2009500823A (en) Techniques for forming contact insulation layers and silicide regions with different properties
JP2007250665A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP5268385B2 (en) Semiconductor device
JP2009526409A (en) Method and apparatus for forming body contact element having structure (SOI) in which semiconductor is provided on insulator
US20100207175A1 (en) Semiconductor transistor device having an asymmetric embedded stressor configuration, and related manufacturing method
JP2007067118A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009111046A (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP2008262954A (en) Semiconductor device
JP4996197B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008098469A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008066548A (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP2008539592A (en) Semiconductor devices with gate insulating films with different blocking characteristics
JP2007005621A (en) Semiconductor device containing mos transistor of high strain
JP4590979B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof