JP2008235796A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Yaichiro Miura
弥一郎 三浦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the reliability of a semiconductor device which has high performance by acting stress upon a field effect transistor. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes an n-channel type field effect transistor Qn and p-channel type field effect transistor Qp, formed on a semiconductor substrate 1. The semiconductor device further has a first insulating film Z1, which is so formed as to cover both the transistors Qn and Qp to apply stress to the semiconductor substrate 1, and a second insulating film Z2 which is in contact with the first insulating film Z1 and so formed as to cover the n-channel type field effect transistor Qn from over the first insulating film Z1 so as to apply tensile stress to the semiconductor substrate 1. The thickness of the second insulating film Z2 is thinner than that of the first insulating film Z1, and one or both of them are silicon nitride films. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、nチャネル型電界効果トランジスタ、および、pチャネル型電界効果トランジスタを備える半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor device including an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor.

大容量の情報を高速に処理、記憶する半導体装置には、複数のMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)と呼ばれる電界効果トランジスタが搭載され、例えば論理回路やメモリアレイなどを構成している。これら電界効果トランジスタは半導体基板上に形成され、微細化による高集積化によって、半導体装置の高性能化を実現してきた。   A semiconductor device that processes and stores a large amount of information at a high speed is equipped with a plurality of field effect transistors called MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistors), and constitutes, for example, a logic circuit or a memory array. These field effect transistors are formed on a semiconductor substrate, and high integration of the semiconductor device has been realized by miniaturization.

一般的に、MIS型電界効果トランジスタは、ゲート電極(Metal)、ゲート絶縁膜(Insulator)およびチャネル形成領域(Semiconductor)の積層構造を有し、チャネル形成領域に導通するためのソース領域とドレイン領域とを有する構造を基本としている。   Generally, a MIS field effect transistor has a stacked structure of a gate electrode (Metal), a gate insulating film (Insulator), and a channel formation region (Semiconductor), and has a source region and a drain region for conducting to the channel formation region. It is based on a structure having

チャネル領域に流れるキャリアの極性によって、キャリアが電子の場合はnチャネル型電界効果トランジスタ(以下、単にn−chトランジスタと記す)、キャリアが正孔(ホール)の場合はpチャネル型電界効果トランジスタ(以下、単にp−chトランジスタと記す)と呼称されている。   Depending on the polarity of the carrier flowing in the channel region, an n-channel field effect transistor (hereinafter simply referred to as an n-ch transistor) when the carrier is an electron, and a p-channel field effect transistor when the carrier is a hole (hole) ( Hereinafter, this is simply referred to as a p-ch transistor).

近年、電界効果トランジスタの処理速度を高速化することで半導体装置を高性能化させる技術において、特に、微細化以外の手法として、チャネル領域に応力を加える技術が検討、実用化されている。n−chトランジスタにおいては、チャネル領域に引張応力を加えることでキャリア移動度が向上し、p−chトランジスタにおいては、チャネル領域に圧縮応力を加えることでキャリア移動度が向上することが明らかにされている。   In recent years, as a technique for improving the performance of a semiconductor device by increasing the processing speed of a field effect transistor, a technique for applying stress to a channel region has been studied and put into practical use as a technique other than miniaturization. In n-ch transistors, it has been clarified that carrier mobility is improved by applying tensile stress to the channel region, and in p-ch transistors, carrier mobility is improved by applying compressive stress to the channel region. ing.

これら両極性のトランジスタを対とした相補的な論理構成を回路の基本としている多くの半導体装置は、n−ch,p−chの両チャネル型電界効果トランジスタを有している。そして、チャネル領域への応力印加による高速化をもたらすためには、n型またはp型のチャネル領域において、それぞれ、引張または圧縮といった異なる応力を印加する必要がある。   Many semiconductor devices having a circuit based on a complementary logic configuration in which these bipolar transistors are paired have n-channel and p-channel field effect transistors. In order to increase the speed by applying stress to the channel region, it is necessary to apply different stresses such as tension or compression to the n-type or p-type channel region, respectively.

n−chトランジスタ上またはp−chトランジスタ上に異なる応力を持つ絶縁膜を形成することで、それぞれのトランジスタを高速化する技術が、例えば特開2006−324278号公報(特許文献1)、特開2003−273240号公報(特許文献2)などに開示されている。
特開2006−324278号公報 特開2003−273240号公報
For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-324278 (Patent Document 1) and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-324278 are disclosed in which an insulating film having different stresses is formed on an n-ch transistor or a p-ch transistor to speed up each transistor. No. 2003-273240 (Patent Document 2) and the like.
JP 2006-324278 A JP 2003-273240 A

しかし、上記のような、電界効果トランジスタへ応力を印加する技術において、本発明者は以下の課題を見出した。   However, in the technology for applying stress to the field effect transistor as described above, the present inventor has found the following problems.

例えば、特許文献1に開示されている技術では、n−chトランジスタを覆うように引張応力をもたらす絶縁膜を形成し、p−chトランジスタを覆うように圧縮応力をもたらす絶縁膜を形成している。ここでは、はじめに両トランジスタを一括して覆うように、例えば引張応力をもたらす第1窒化シリコン膜を堆積し、フォトリソグラフィ法によりp−chトランジスタ上の第1窒化シリコン膜を選択的に除去する。その後、例えば圧縮応力をもたらす第2窒化シリコン膜を堆積し、フォトリソグラフィ法によりn−chトランジスタ上の第2窒化シリコン膜を選択的に除去する。   For example, in the technique disclosed in Patent Document 1, an insulating film that provides tensile stress is formed so as to cover an n-ch transistor, and an insulating film that generates compressive stress is formed so as to cover a p-ch transistor. . Here, first, for example, a first silicon nitride film causing tensile stress is deposited so as to cover both transistors at once, and the first silicon nitride film on the p-ch transistor is selectively removed by photolithography. Thereafter, for example, a second silicon nitride film that causes compressive stress is deposited, and the second silicon nitride film on the n-ch transistor is selectively removed by photolithography.

このとき、p−chトランジスタ上の第1窒化シリコン膜をエッチングにより除去する際に、その下の半導体基板領域や両トランジスタを分離している絶縁膜(分離部)などまで過エッチングし、ダメージを与える可能性がある。その後、ソース/ドレイン領域に導通する導電性プラグ等を形成する際、位置合わせずれなどにより電極の一部が分離部に乗り上げることがある。そして、上記のような過エッチングにより削られた分離部上にコンタクト電極が形成された場合、半導体基板へのリーク電流やトランジスタの動作不良を引き起こすという課題を、本発明者は見出した。上記の半導体基板へのリーク電流は、例えばメモリ回路においては待機状態やメモリ保持状態における消費電力の上昇をもたらす。また、トランジスタの動作不良は、半導体装置の信頼性を低下させる原因となっている。   At this time, when the first silicon nitride film on the p-ch transistor is removed by etching, the semiconductor substrate region under the p-ch transistor and the insulating film (separation part) separating the two transistors are overetched and damaged. There is a possibility to give. Thereafter, when forming a conductive plug or the like conducting to the source / drain region, a part of the electrode may run on the separation portion due to misalignment or the like. Further, the present inventors have found that when a contact electrode is formed on the separation part scraped by overetching as described above, a leakage current to the semiconductor substrate and a malfunction of the transistor are caused. For example, in the memory circuit, the leakage current to the semiconductor substrate causes an increase in power consumption in a standby state or a memory holding state. Further, the malfunction of the transistor is a cause of reducing the reliability of the semiconductor device.

そこで、本発明者が検討した特許文献2に開示されている技術では、n−chトランジスタおよびp−chトランジスタを一括して覆うように第1の応力膜を形成し、その上に、n−chトランジスタまたはp−chトランジスタ上のいずれかに、所望の応力をもたらす第2の応力膜を選択的に形成している。その際、第2の応力膜は、第1の応力膜と同様にそれぞれのトランジスタを一括して覆うように堆積した後に、フォトリソグラフィ法によるパターニングを施すことで、選択的に形成している。このとき、第2の応力膜をエッチングする際に、第1の応力膜またはその下の半導体基板などへの過エッチングを防ぐ目的として、酸化シリコン膜を挟んでいる。   Therefore, in the technique disclosed in Patent Document 2 studied by the present inventor, a first stress film is formed so as to collectively cover the n-ch transistor and the p-ch transistor, and n-ch transistor is formed on the first stress film. A second stress film that provides a desired stress is selectively formed on either the ch transistor or the p-ch transistor. At this time, the second stress film is selectively formed by performing patterning by a photolithography method after being deposited so as to collectively cover the respective transistors in the same manner as the first stress film. At this time, when the second stress film is etched, a silicon oxide film is sandwiched in order to prevent overetching of the first stress film or the semiconductor substrate under the first stress film.

このとき、トランジスタへの主たる応力印加を担っている第2の応力膜の下に、応力作用効果の小さい酸化シリコン膜を形成することは、トランジスタへの応力の作用を緩和させてしまうという課題を、本発明者は見出した。   At this time, the formation of a silicon oxide film having a small stress effect under the second stress film that is responsible for the main stress application to the transistor reduces the effect of the stress on the transistor. The inventor found out.

そこで、本発明の目的は、nチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタに選択的に応力を作用させて高性能化する半導体装置において、信頼性を向上させる技術を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a technique for improving reliability in a semiconductor device in which stress is selectively applied to an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor to improve performance. .

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

即ち、半導体基板に形成されたnチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタを有する半導体装置であり、両トランジスタを覆うようにして形成された、半導体基板に対して応力をもたらす第1絶縁膜と、第1絶縁膜に接し、かつ、第1絶縁膜の上からnチャネル型電界効果トランジスタを覆うようにして形成された、半導体基板に対して引張応力をもたらす第2絶縁膜とを有し、第1絶縁膜の厚さよりも第2絶縁膜の厚さの方が薄く、第1絶縁膜、第2絶縁膜またはその両方は、窒素を含む絶縁膜である。   That is, a semiconductor device having an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor formed on a semiconductor substrate, the first insulation that is formed so as to cover both transistors and causes stress to the semiconductor substrate. And a second insulating film that is in contact with the first insulating film and that covers the n-channel field effect transistor from above the first insulating film and that causes a tensile stress on the semiconductor substrate. However, the thickness of the second insulating film is thinner than the thickness of the first insulating film, and the first insulating film, the second insulating film, or both are insulating films containing nitrogen.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

即ち、nチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタに選択的に応力を作用させて高性能化する半導体装置において、信頼性を向上させることができる。   That is, reliability can be improved in a semiconductor device in which high performance is achieved by selectively applying stress to an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges. Also, components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted as much as possible. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態1では、nチャネル型電界効果トランジスタ(以下、n−chトランジスタと記す)と、pチャネル型電界効果トランジスタ(以下、p−chトランジスタと記す)とを有する半導体装置において、複数の応力膜を用いてトランジスタを高性能化する技術を例示する。
(Embodiment 1)
In Embodiment 1 of the present invention, in a semiconductor device having an n-channel field effect transistor (hereinafter referred to as an n-ch transistor) and a p-channel field effect transistor (hereinafter referred to as a p-ch transistor), A technique for improving the performance of a transistor using a plurality of stress films will be exemplified.

図1には、本実施の形態1で例示する半導体装置の要部断面図を示している。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of the semiconductor device exemplified in the first embodiment.

半導体基板1の主面には、n−chトランジスタQnを形成するためのp型ウェル領域2と、p−chトランジスタQpを形成するためのn型ウェル領域3が形成され、それぞれのウェル領域2,3は、絶縁膜からなる分離部4によって互いに絶縁分離されている。本実施の形態1において、例えば、半導体基板1は単結晶シリコンからなるものとする。また、分離部4は酸化シリコンなどからなる浅い溝型のSTI(Shallow Trench Isolation)構造とするが、良く知られたフィールド絶縁膜構造のものでも良い。   On the main surface of the semiconductor substrate 1, a p-type well region 2 for forming the n-ch transistor Qn and an n-type well region 3 for forming the p-ch transistor Qp are formed. , 3 are isolated from each other by an isolation portion 4 made of an insulating film. In the first embodiment, for example, the semiconductor substrate 1 is made of single crystal silicon. The isolation portion 4 has a shallow trench type STI (Shallow Trench Isolation) structure made of silicon oxide or the like, but may have a well-known field insulating film structure.

n−chトランジスタQnは、p型ウェル領域2内に形成されたソース/ドレイン領域5nと、ゲート絶縁膜6を挟んで形成されたゲート電極7とを基本構成としている。本実施の形態1では、ソース/ドレイン領域5nは多数キャリアが電子であるn型半導体からなり、ゲート絶縁膜6は例えば酸化シリコンからなり、ゲート電極7は例えば多結晶シリコンからなるものとする。   The n-ch transistor Qn basically has a source / drain region 5n formed in the p-type well region 2 and a gate electrode 7 formed with the gate insulating film 6 interposed therebetween. In the first embodiment, the source / drain region 5n is made of an n-type semiconductor whose majority carriers are electrons, the gate insulating film 6 is made of, for example, silicon oxide, and the gate electrode 7 is made of, for example, polycrystalline silicon.

また、上記のソース/ドレイン領域5nは、それよりも浅く、キャリアの極性が同じであり、かつキャリア濃度が低い、所謂エクステンション領域8nを有し、ゲート電極7はその側壁に、例えば酸化シリコンからなるサイドウォールスペーサ9を有している。   The source / drain region 5n has a so-called extension region 8n that is shallower than that, has the same carrier polarity, and has a low carrier concentration, and the gate electrode 7 is formed on its side wall from, for example, silicon oxide. The side wall spacer 9 is provided.

p−chトランジスタQpは、n型ウェル領域3内に形成され、構成は上記n−chトランジスタQnと同様である。ただし、極性を有する部分であるソース/ドレイン領域5pおよびエクステンション領域8pは、n−chトランジスタQnのそれとは逆の、p型半導体からなるものである。   The p-ch transistor Qp is formed in the n-type well region 3 and has the same configuration as the n-ch transistor Qn. However, the source / drain region 5p and the extension region 8p, which are parts having polarity, are made of a p-type semiconductor opposite to that of the n-ch transistor Qn.

上記に示した各トランジスタQn,Qpにおいて基本端子を構成する上記の各領域、即ち、ソース/ドレイン領域5n,5pおよびゲート電極7は、外部との電気的導通をとる導電性プラグ10とのオーミックコンタクトを実現するためのシリサイド層11を、それぞれの表面に有している。導電性プラグ10は例えばアルミニウム(Al)やタングステン(W)を主体とする金属からなる。導電性プラグ10は、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜12の中に、埋め込まれるように形成されている。層間絶縁膜12の上には、更に同様の層間絶縁膜13が形成され、その中に、他の素子と導通して回路構成を形成するための配線層14が埋め込まれている。配線層14は、例えばAlや銅(Cu)を主体とする金属からなる。   In each of the transistors Qn and Qp described above, each of the above-described regions constituting the basic terminal, that is, the source / drain regions 5n and 5p and the gate electrode 7 are in ohmic contact with the conductive plug 10 which is electrically connected to the outside. A silicide layer 11 for realizing contact is provided on each surface. The conductive plug 10 is made of a metal mainly composed of, for example, aluminum (Al) or tungsten (W). The conductive plug 10 is formed so as to be embedded in an interlayer insulating film 12 made of, for example, silicon oxide. A similar interlayer insulating film 13 is further formed on the interlayer insulating film 12, and a wiring layer 14 is embedded in the interlayer insulating film 13 for forming a circuit configuration in conduction with other elements. The wiring layer 14 is made of a metal mainly composed of, for example, Al or copper (Cu).

以上は、n−chトランジスタQnおよびp−chトランジスタQpを有する半導体装置の一般的な構成である。本実施の形態1において例示する半導体装置において特徴的なのは、上記に加え、以下に示す構成である。   The above is a general configuration of a semiconductor device having the n-ch transistor Qn and the p-ch transistor Qp. In addition to the above, the semiconductor device illustrated in Embodiment 1 is characterized by the following structure.

まず、n−chトランジスタQnおよびp−chトランジスタQpを覆うようにして、第1窒化シリコン膜(第1絶縁膜)Z1が形成されている。この第1窒化シリコン膜Z1は、単結晶シリコンに対して応力をもたらす応力膜であり、即ち、半導体基板1に形成された各トランジスタQn,Qpに対して応力をもたらす。本実施の形態1において、第1窒化シリコン膜Z1が有する応力は、引張応力でも圧縮応力でも良いものとし、これらの効果の違いについては、後に詳細を記す。   First, a first silicon nitride film (first insulating film) Z1 is formed so as to cover the n-ch transistor Qn and the p-ch transistor Qp. The first silicon nitride film Z1 is a stress film that applies stress to the single crystal silicon, that is, it applies stress to the transistors Qn and Qp formed on the semiconductor substrate 1. In the first embodiment, the stress of the first silicon nitride film Z1 may be tensile stress or compressive stress, and the difference between these effects will be described in detail later.

更に、第1窒化シリコン膜Z1に接し、かつ、第1窒化シリコン膜Z1の上からn−chトランジスタQnを覆うようにして、第2窒化シリコン膜(第2絶縁膜)Z2が形成されている。上記と同様に、この第2窒化シリコン膜Z2においても、単結晶シリコンに対して応力をもたらす応力膜である。即ち、本実施の形態1では、n−chトランジスタQnは、2層の応力膜としての窒化シリコン膜Z1,Z2に覆われている。特に、本実施の形態1においては、2層目の第2窒化シリコン膜Z2が有する応力は引張応力であるとする。   Further, a second silicon nitride film (second insulating film) Z2 is formed so as to be in contact with the first silicon nitride film Z1 and to cover the n-ch transistor Qn from above the first silicon nitride film Z1. . Similarly to the above, the second silicon nitride film Z2 is a stress film that gives stress to the single crystal silicon. That is, in the first embodiment, the n-ch transistor Qn is covered with the silicon nitride films Z1 and Z2 as the two layers of stress films. In particular, in the first embodiment, it is assumed that the stress of the second silicon nitride film Z2 of the second layer is a tensile stress.

ここでは、各トランジスタQn,Qpを覆う第1窒化シリコン膜Z1は、圧縮応力をもたらす応力膜である場合に関して効果の詳細を説明する。このとき、p−chトランジスタQpを覆う応力膜は第1窒化シリコン膜Z1だけであるから、この状態で、圧縮応力によってキャリア移動度が向上し、p−chトランジスタQpは高性能化される。   Here, the effect will be described in detail with respect to the case where the first silicon nitride film Z1 covering the transistors Qn and Qp is a stress film that causes compressive stress. At this time, since the stress film covering the p-ch transistor Qp is only the first silicon nitride film Z1, the carrier mobility is improved by the compressive stress in this state, and the performance of the p-ch transistor Qp is improved.

一方、n−chトランジスタQnは、圧縮応力をもたらす第1窒化シリコン膜Z1だけの効果を見れば、圧縮応力によりキャリア移動度が低下してしまう。本発明者が検討した手法では、この課題を回避するためにn−chトランジスタQn上の第1窒化シリコン膜Z1を除去し、引張応力をもたらす別の応力膜をパターニング形成することとしていた。しかし、第1窒化シリコン膜Z1を除去する際のフォトリソグラフィ工程において、特にエッチング工程によりn−chトランジスタQnにダメージを与え、例えばソース/ドレイン領域5nなどにおいてリーク電流を発生させるという別の課題を生じさせていた。   On the other hand, in the n-ch transistor Qn, if only the effect of the first silicon nitride film Z1 causing the compressive stress is seen, the carrier mobility is lowered by the compressive stress. In order to avoid this problem, the technique studied by the present inventors has removed the first silicon nitride film Z1 on the n-ch transistor Qn and patterned another stress film that brings about tensile stress. However, in the photolithography process for removing the first silicon nitride film Z1, there is another problem that the n-ch transistor Qn is damaged particularly by the etching process and a leak current is generated in the source / drain region 5n, for example. It was generated.

これに対し、本実施の形態1では、n−chトランジスタQn上の第1窒化シリコン膜Z1は除去せずに残し、これに接するようにして、もう1層の応力膜、即ち引張応力をもたらす第2窒化シリコン膜Z2を形成している。これにより、n−chトランジスタQnのキャリア移動度を低下させる第1窒化シリコン膜Z1の圧縮応力を相殺することができる。更に、第2窒化シリコン膜Z2としてより強い引張応力をもたらす応力膜とすれば、n−chトランジスタQnにかかる応力を総じて引張応力とすることもでき、n−chトランジスタQnを高性能化させることができる。   On the other hand, in the first embodiment, the first silicon nitride film Z1 on the n-ch transistor Qn is left without being removed and brought into contact with it to bring another layer of stress film, that is, tensile stress. A second silicon nitride film Z2 is formed. Thereby, the compressive stress of the first silicon nitride film Z1 that lowers the carrier mobility of the n-ch transistor Qn can be offset. Furthermore, if the second silicon nitride film Z2 is a stress film that provides a stronger tensile stress, the stress applied to the n-ch transistor Qn can be made a total tensile stress, and the performance of the n-ch transistor Qn can be improved. Can do.

次に、各トランジスタQn,Qpを覆う第1窒化シリコン膜Z1は、引張応力をもたらす応力膜である場合に関して効果の詳細を説明する。n−chトランジスタQnに関しては、第1窒化シリコン膜Z1に加え、2層目の応力膜として引張応力をもたらす第2窒化シリコン膜Z2が形成されるので、より強い引張応力を与えることができ、n−chトランジスタQnのキャリア移動度が向上し、高性能化される。   Next, the effect will be described in detail with respect to the case where the first silicon nitride film Z1 covering the transistors Qn and Qp is a stress film that brings about a tensile stress. Regarding the n-ch transistor Qn, in addition to the first silicon nitride film Z1, the second silicon nitride film Z2 that provides tensile stress is formed as a second stress film, so that a stronger tensile stress can be applied. The carrier mobility of the n-ch transistor Qn is improved and the performance is improved.

一方、p−chトランジスタQp上には、引張応力を持つ第1窒化シリコン膜Z1しか形成されておらず、キャリア移動度が低下してしまう。このとき、本発明者が検討した、p−chトランジスタQp上の第1窒化シリコン膜Z1を除去し、異なる圧縮応力膜を形成するという手法では、上記と同様、トランジスタ自体にエッチングによるダメージを与えてしまう。   On the other hand, only the first silicon nitride film Z1 having a tensile stress is formed on the p-ch transistor Qp, and the carrier mobility is lowered. At this time, the method of removing the first silicon nitride film Z1 on the p-ch transistor Qp and forming a different compressive stress film investigated by the present inventor causes damage to the transistor itself by etching, as described above. End up.

ここで、引張応力を有する窒化シリコン膜にゲルマニウム(Ge)をイオン注入することで、その応力を緩和する効果があることが分かっている。そこで、本実施の形態1において、上記のp−chトランジスタQp上の第1窒化シリコン膜Z1に対してゲルマニウムをイオン注入することで、その引張応力を緩和させ、本来のp−chトランジスタQpの性能を維持することが可能である。特に、イオン注入時に半導体基板1に到達した際の副作用を懸念して、シリコンと同じIV族元素であることがより望ましく、この観点からはゲルマニウム元素が最適である。本実施の形態1においては、注入するイオン種をゲルマニウムとしたが、ここでは、引張応力をもたらす第2窒化シリコン膜Z2の応力緩和が目的であり、原子量が大きいことが望ましく、この観点からはゲルマニウムに限定されるものではない。   Here, it is known that germanium (Ge) is ion-implanted into a silicon nitride film having a tensile stress, thereby reducing the stress. Therefore, in the first embodiment, germanium is ion-implanted into the first silicon nitride film Z1 on the p-ch transistor Qp, so that the tensile stress is relaxed, and the original p-ch transistor Qp has the same structure. It is possible to maintain performance. In particular, in view of side effects when reaching the semiconductor substrate 1 during ion implantation, it is more desirable to use the same group IV element as silicon, and from this point of view, the germanium element is optimal. In the first embodiment, germanium is used as the ion species to be implanted, but here, the purpose is to relieve the stress of the second silicon nitride film Z2 that brings about tensile stress, and it is desirable that the atomic weight is large. It is not limited to germanium.

また、本実施の形態1では、第2窒化シリコン膜Z2の厚さは、第1窒化シリコン膜Z1の厚さよりも薄いものとする。これにより、第2窒化シリコン膜Z2をn−chトランジスタQn上では残し、p−chトランジスタQp上ではエッチングにより除去するという、フォトリソグラフィ法によるパターニングを施す際には、1層目の第1窒化シリコン膜Z1が厚いため、p−chトランジスタQpにエッチングによるダメージをもたらすことが無い。従って、上記に課題として示したように、例えばソース/ドレイン領域5pなどにおいてリーク電流を発生させることも無い。その結果、半導体装置の信頼性を向上させることができる。更に、p−chトランジスタQp上の第2窒化シリコン膜Z2をエッチングする際のエッチストップ層を、第1窒化シリコン膜Z1との間に形成する必要が無く、各窒化シリコン膜Z1,Z2を接した構造とすることができる。その結果、第2窒化シリコン膜Z2の応力作用がエッチストップ層により緩和されずに、効果を発揮させることができる。具体的な製造プロセスに関しては後に詳細を記す。   In the first embodiment, the second silicon nitride film Z2 is thinner than the first silicon nitride film Z1. Thus, when patterning by photolithography is performed, in which the second silicon nitride film Z2 is left on the n-ch transistor Qn and is removed by etching on the p-ch transistor Qp, the first nitridation of the first layer is performed. Since the silicon film Z1 is thick, the p-ch transistor Qp is not damaged by etching. Therefore, as indicated as a problem above, no leak current is generated in the source / drain region 5p, for example. As a result, the reliability of the semiconductor device can be improved. Further, there is no need to form an etch stop layer between the first silicon nitride film Z1 and the silicon nitride films Z1 and Z2 in contact with each other without etching the second silicon nitride film Z2 on the p-ch transistor Qp. The structure can be made. As a result, the stress action of the second silicon nitride film Z2 is not relaxed by the etch stop layer, and the effect can be exhibited. Details of a specific manufacturing process will be described later.

以上のように、本実施の形態1に例示した手法によれば、nチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタに選択的に応力を作用させて高性能化する半導体装置において、信頼性を向上させることができる。   As described above, according to the technique exemplified in the first embodiment, reliability is improved in a semiconductor device in which stress is selectively applied to an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor to improve performance. Can be improved.

次に、本実施の形態1において上記で説明した構成の半導体装置に関して、その製造方法を図2〜図7を用いて説明する。   Next, a manufacturing method of the semiconductor device having the configuration described above in the first embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、図2に示すように、半導体基板1の主面上にn−chトランジスタQnおよびp−chトランジスタQpを形成する。その方法は通常と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。各トランジスタQn,Qpの構成は、上記の通りである。   First, as shown in FIG. 2, n-ch transistor Qn and p-ch transistor Qp are formed on the main surface of semiconductor substrate 1. The method is the same as usual and will not be described in detail here. The configuration of each transistor Qn, Qp is as described above.

その後、図3に示すように、両トランジスタQn,Qpを覆うようにして、半導体基板1に対して応力をもたらす第1窒化シリコン膜Z1を形成する。本実施の形態1において、第1窒化シリコン膜Z1は、例えば化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法などによって形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 3, a first silicon nitride film Z <b> 1 that applies stress to the semiconductor substrate 1 is formed so as to cover both the transistors Qn and Qp. In the first embodiment, the first silicon nitride film Z1 is formed by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method.

続いて、第1窒化シリコン膜Z1を覆うように、かつ、第1窒化シリコン膜Z1の厚さよりも薄くなるようにして、半導体基板1に対して引張応力をもたらす第2窒化シリコン膜Z2を形成する。本実施の形態1において、第2窒化シリコン膜Z2は、例えばCVD法などによって形成する。   Subsequently, a second silicon nitride film Z2 that applies tensile stress to the semiconductor substrate 1 is formed so as to cover the first silicon nitride film Z1 and to be thinner than the thickness of the first silicon nitride film Z1. To do. In the first embodiment, the second silicon nitride film Z2 is formed by, for example, a CVD method.

その後、図4に示すように、第2窒化シリコン膜Z2を覆うように、フォトレジスト膜15を塗布する。このフォトレジスト膜15を、通常のフォトリソグラフィ法により、n−chトランジスタQn上では残し、p−chトランジスタQp上では除去するように、パターニングする。   Thereafter, as shown in FIG. 4, a photoresist film 15 is applied so as to cover the second silicon nitride film Z2. The photoresist film 15 is patterned by ordinary photolithography so as to remain on the n-ch transistor Qn and to be removed on the p-ch transistor Qp.

次に、図5に示すように、フォトレジスト膜15をエッチングマスクとして、第2窒化シリコン膜Z2にエッチングを施し、露出した部分の第2窒化シリコン膜Z2が除去された時点で、1層目の第1窒化シリコン膜Z1を残してエッチングを止める。これにより、n−chトランジスタQn上では、第1窒化シリコン膜Z1および第2窒化シリコン膜Z2という、互いに接した2層の応力膜が残り、p−chトランジスタQp上では第2窒化シリコン膜Z2が除去され第1窒化シリコン膜Z1のみが応力膜として残る構造とすることができる。   Next, as shown in FIG. 5, when the second silicon nitride film Z2 is etched using the photoresist film 15 as an etching mask and the exposed second silicon nitride film Z2 is removed, the first layer is formed. Etching is stopped leaving the first silicon nitride film Z1. As a result, two layers of stress films, ie, a first silicon nitride film Z1 and a second silicon nitride film Z2, remain on the n-ch transistor Qn, and the second silicon nitride film Z2 is left on the p-ch transistor Qp. The structure is removed, and only the first silicon nitride film Z1 remains as a stress film.

このとき、2層目の第2窒化シリコン膜Z2の方が第1窒化シリコン膜Z1よりも薄いため、これらの積層構造のうち、薄い第2窒化シリコン膜Z2を除去してエッチングを止めることは、エッチング時間の制御により容易に行うことができる。たとえ第1窒化シリコン膜Z1に多少の過エッチングがもたらされたとしても、p−chトランジスタQpにまでエッチングが至り、トランジスタ自体にダメージを与える可能性は低い。このように、本発明者が検討した手法のような1層目の第1窒化シリコン膜Z1を部分的に除去する工程を含まないため、その後のプロセスによって、例えばコンタクト形成部でのリーク電流をもたらすようなダメージを与えることが無い。その結果、本実施の形態1で例示した手法によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。更に、第2窒化シリコン膜Z2を薄くすることで、選択的エッチングを時間で制御し易くなるため、エッチストップ層などを第1窒化シリコン膜Z1との間に形成する必要が無く、n−chトランジスタQnへの応力の作用が緩和されてしまうことも無い。   At this time, since the second silicon nitride film Z2 of the second layer is thinner than the first silicon nitride film Z1, it is not possible to stop etching by removing the thin second silicon nitride film Z2 of these stacked structures. It can be easily performed by controlling the etching time. Even if some over-etching is caused in the first silicon nitride film Z1, the etching reaches the p-ch transistor Qp and the possibility of damaging the transistor itself is low. As described above, since the step of partially removing the first silicon nitride film Z1 of the first layer as in the method studied by the present inventor is not included, the leakage current in the contact formation portion is reduced by a subsequent process, for example. Does not cause damage. As a result, according to the technique exemplified in the first embodiment, the reliability of the semiconductor device can be improved. Furthermore, since the second silicon nitride film Z2 is thinned, selective etching can be easily controlled with time, so that it is not necessary to form an etch stop layer or the like between the first silicon nitride film Z1 and n-ch. The effect of stress on the transistor Qn is not relaxed.

ところで、本実施の形態1において、トランジスタを形成した領域程度を上記のように選択的に露出させるためには、例えばトランジスタ自体のゲート電極7を加工するほどの微細な加工精度は必要としない。ただし、今後の微細化推進に伴って、本工程においても更に緻密なパターンを形成する必要がある場合は、フォトレジスト膜15の下地として、例えば反射防止膜(BARC:Bottom-Anti-Reflection Coating)を形成しても良い。   By the way, in Embodiment 1, in order to selectively expose the region where the transistor is formed as described above, it is not necessary to have such a fine processing accuracy as to process the gate electrode 7 of the transistor itself, for example. However, if it is necessary to form a finer pattern in this process as the miniaturization proceeds in the future, for example, an antireflection film (BARC: Bottom-Anti-Reflection Coating) is used as the base of the photoresist film 15. May be formed.

また、1層目の第1窒化シリコン膜Z1として、引張応力をもたらす応力膜を形成した場合、p−chトランジスタQpの性能回復のために、p−chトランジスタQp上においてこの引張応力の緩和を必要とする場合がある。このとき、前記の工程後に、フォトレジスト膜15をイオン注入マスクとして、p−chトランジスタQpを覆う部分の第1窒化シリコン膜Z1に、例えばゲルマニウム元素をイオン注入することで引張応力を緩和することができる。   Further, when a stress film that brings about a tensile stress is formed as the first silicon nitride film Z1, the tensile stress is relaxed on the p-ch transistor Qp in order to recover the performance of the p-ch transistor Qp. You may need it. At this time, after the above-described process, for example, germanium element is ion-implanted into the first silicon nitride film Z1 covering the p-ch transistor Qp using the photoresist film 15 as an ion implantation mask to relieve the tensile stress. Can do.

その後、図6に示すように、フォトレジスト膜15を除去し、層間絶縁膜12を堆積する。本実施の形態1では、層間絶縁膜12として、例えば酸化シリコンなどをCVD法などにより形成する。続いて、ソース/ドレイン領域5n,5pおよびゲート電極7への電気的導通をとるために、通常のフォトリソグラフィ法によりコンタクトホール16を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 6, the photoresist film 15 is removed, and an interlayer insulating film 12 is deposited. In the first embodiment, as the interlayer insulating film 12, for example, silicon oxide or the like is formed by a CVD method or the like. Subsequently, contact holes 16 are formed by an ordinary photolithography method in order to establish electrical conduction to the source / drain regions 5n, 5p and the gate electrode 7.

ここで、本実施の形態1において、層間絶縁膜12,分離部4およびサイドウォールスペーサ9は同質の酸化シリコン膜により形成されている。従って、層間絶縁膜12と、分離部4またはサイドウォールスペーサ9との間に異種の中間膜(所謂ライナー膜)が存在しなければ、コンタクトホール16を形成する際に合わせずれが生じた場合、分離部4やサイドウォールスペーサ9などへの過エッチングを止めることができない。このように過エッチングされた分離部4などに導電性プラグ10を形成することは、リーク電流の増加など、半導体装置の信頼性を損なう原因となり得る。この課題を回避するためには、コンタクトホール16を形成する際の合わせずれに対するマージンとして、あらかじめ寸法に余裕を持たせて設計する必要がある。これは、トランジスタの微細化による半導体装置の高性能化を妨げる原因となる。   Here, in the first embodiment, the interlayer insulating film 12, the isolation part 4, and the sidewall spacer 9 are formed of the same silicon oxide film. Therefore, if a different kind of intermediate film (so-called liner film) does not exist between the interlayer insulating film 12 and the isolation portion 4 or the sidewall spacer 9, when misalignment occurs when forming the contact hole 16, It is impossible to stop over-etching on the separation portion 4 and the sidewall spacer 9. Forming the conductive plug 10 in the overetched separation portion 4 or the like in this manner can cause a decrease in the reliability of the semiconductor device, such as an increase in leakage current. In order to avoid this problem, it is necessary to design with a margin in advance as a margin for misalignment when the contact hole 16 is formed. This becomes a cause of hindering performance enhancement of the semiconductor device due to miniaturization of the transistor.

これに対し、本実施の形態1に例示する手法によれば、各トランジスタQn,Qpを含む半導体基板1の主面は、第1窒化シリコン膜Z1によって覆われている。これにより、酸化シリコン膜により形成される層間絶縁膜12を異方性エッチングする際に、第1窒化シリコン膜Z1に対する選択比の高い条件とすることで、自己整合的にエッチストップさせることができる。続いて、第1窒化シリコン膜Z1に対して、酸化シリコン膜に対する選択比の高い条件で異方性エッチングを施す。これにより、合わせずれにより分離部4やサイドウォールスペーサ9上にコンタクトホール16が一部乗り上げてしまったとしても、やはり自己整合的にエッチングをストップさせることができる。即ち、本実施の形態1に例示した手法によれば、第1窒化シリコン膜Z1を残すことで、コンタクトホール16形成時の合わせずれに対するマージンを大きく取る必要が無く、微細化による半導体装置の高性能化を推進することができる。   On the other hand, according to the technique exemplified in the first embodiment, the main surface of the semiconductor substrate 1 including the transistors Qn and Qp is covered with the first silicon nitride film Z1. As a result, when the interlayer insulating film 12 formed of the silicon oxide film is anisotropically etched, the etching can be stopped in a self-aligned manner by using a condition with a high selection ratio with respect to the first silicon nitride film Z1. . Subsequently, anisotropic etching is performed on the first silicon nitride film Z1 under a condition having a high selectivity with respect to the silicon oxide film. Thereby, even if the contact hole 16 partially rides on the separation portion 4 or the sidewall spacer 9 due to misalignment, the etching can be stopped in a self-aligning manner. That is, according to the technique exemplified in the first embodiment, by leaving the first silicon nitride film Z1, it is not necessary to provide a large margin for misalignment when forming the contact hole 16, and the semiconductor device is improved by miniaturization. Performance can be promoted.

また、本実施の形態1で例示した半導体装置の構造では、定性的に見て、n−chトランジスタQnの方が、p−chトランジスタQpよりも厚い窒化シリコン膜に覆われている。2層目の第2窒化シリコン膜Z2は薄いものであるが、両トランジスタQn,Qpへのコンタクトホール16の形成を同一工程で行う場合、n−chトランジスタQn上の窒化シリコン膜のエッチングの方が、より長い時間を要することになる。これにより、p−chトランジスタQpのソース/ドレイン領域5pに対して過エッチングを起こす可能性がある。コンタクトの対象となるシリサイド層11と窒化シリコン膜との間のエッチング選択比を大きく取ったとしても、エッチング時間を長く取らなければいけないことから、上記過エッチングの可能性を完全に排除することはできない。   In the structure of the semiconductor device illustrated in the first embodiment, the n-ch transistor Qn is covered with a silicon nitride film that is thicker than the p-ch transistor Qp, qualitatively. Although the second silicon nitride film Z2 of the second layer is thin, when the contact hole 16 is formed in both the transistors Qn and Qp in the same process, the silicon nitride film on the n-ch transistor Qn is etched. However, it takes longer time. As a result, there is a possibility of overetching the source / drain region 5p of the p-ch transistor Qp. Even if the etching selectivity between the silicide layer 11 to be contacted and the silicon nitride film is increased, it is necessary to take a long etching time. Can not.

これには、図4および図5を用いて説明した、p−chトランジスタQp上の第2窒化シリコン膜Z2を選択的に除去する工程において、n−chトランジスタQn上に残す第2窒化シリコン膜Z2を異方性エッチングから保護するフォトレジスト膜15の寸法を考慮することが有効である。これに関して、以下に詳細を記す。本実施の形態1において、第2窒化シリコン膜Z2をもって応力を作用させたい領域は、n−chトランジスタQnのゲート電極7下のチャネル領域が主である。即ち、フォトレジスト膜15は、n−chトランジスタQnのゲート電極7周辺の第2窒化シリコン膜Z2を保護するように残せば良く、ソース/ドレイン領域5n上付近では除去しても良い。これによって、コンタクトホール16を形成するために異方性エッチングにより削らなければならない窒化シリコン膜の厚さは、n−chトランジスタQn上およびp−chトランジスタQp上で、ほぼ等しくなる。その結果、上記に示したような、p−chトランジスタQpにおけるソース/ドレイン領域5pへの過エッチングを回避することができる。   For this purpose, the second silicon nitride film left on the n-ch transistor Qn in the step of selectively removing the second silicon nitride film Z2 on the p-ch transistor Qp described with reference to FIGS. It is effective to consider the dimensions of the photoresist film 15 that protects Z2 from anisotropic etching. Details will be described below. In the first embodiment, the channel region under the gate electrode 7 of the n-ch transistor Qn is mainly the region where the second silicon nitride film Z2 is to be subjected to stress. That is, the photoresist film 15 may be left so as to protect the second silicon nitride film Z2 around the gate electrode 7 of the n-ch transistor Qn, and may be removed near the source / drain region 5n. As a result, the thickness of the silicon nitride film that must be etched by anisotropic etching to form the contact hole 16 is substantially equal on the n-ch transistor Qn and the p-ch transistor Qp. As a result, overetching of the source / drain region 5p in the p-ch transistor Qp as described above can be avoided.

その後、図7に示すように、コンタクトホール16内に、例えばAlまたはWなどを含む金属膜を埋め込み、導電性プラグ10を形成する。更にその上から層間絶縁膜13を同様の手法により形成し、他の素子と導通して回路構成を形成するための配線層14を形成する。配線層14は、例えばAlまたはCuなどを含む金属膜であるとする。   Thereafter, as shown in FIG. 7, a metal film containing, for example, Al or W is buried in the contact hole 16 to form the conductive plug 10. Further, an interlayer insulating film 13 is formed from above by the same method, and a wiring layer 14 is formed for electrical connection with other elements to form a circuit configuration. The wiring layer 14 is assumed to be a metal film containing, for example, Al or Cu.

上記と同様の方法によって、更に上層に、プラグ/配線形成を繰り返すことで、所望の半導体装置を形成する。   A desired semiconductor device is formed by repeating plug / wiring formation on the upper layer by the same method as described above.

以上のようにして、本実施の形態1で例示した半導体装置を製造することができる。   As described above, the semiconductor device exemplified in the first embodiment can be manufactured.

(実施の形態2)
上記実施の形態1においては、n−chトランジスタQn上に2層の応力膜を形成することで、応力制御によるトランジスタの高性能化を実現する技術を例示した。本実施の形態2では、p−chトランジスタQp上において2層の応力膜を形成し、応力制御を行う技術と、その効果について詳細を説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the technique for realizing high performance of the transistor by stress control by forming two layers of stress films on the n-ch transistor Qn has been exemplified. In the second embodiment, a technique for forming a two-layer stress film on the p-ch transistor Qp and performing stress control and the effect thereof will be described in detail.

図8には、本実施の形態2で例示する半導体装置の要部断面図を示している。   FIG. 8 is a cross-sectional view of main parts of the semiconductor device illustrated in the second embodiment.

各トランジスタQn,Qpの構成などは、上記実施の形態1と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。本実施の形態2において特徴的であるのは、以下に示す構成である。   The configuration of each of the transistors Qn and Qp is the same as that in the first embodiment, and a detailed description thereof is omitted here. What is characteristic in the second embodiment is the configuration shown below.

まず、n−chトランジスタQnおよびp−chトランジスタQpを覆うようにして、第1窒化シリコン膜(第1絶縁膜)Z1が形成されている。この第1窒化シリコン膜Z1は、単結晶シリコンに対して応力をもたらす応力膜であり、即ち、半導体基板1に形成された各トランジスタQn,Qpに対して応力をもたらす。本実施の形態1において、第1窒化シリコン膜Z1が有する応力は、引張応力でも圧縮応力でも良いものとし、これらの効果の違いについては、後に詳細を記す。   First, a first silicon nitride film (first insulating film) Z1 is formed so as to cover the n-ch transistor Qn and the p-ch transistor Qp. The first silicon nitride film Z1 is a stress film that applies stress to the single crystal silicon, that is, it applies stress to the transistors Qn and Qp formed on the semiconductor substrate 1. In the first embodiment, the stress of the first silicon nitride film Z1 may be tensile stress or compressive stress, and the difference between these effects will be described in detail later.

更に、第1窒化シリコン膜Z1に接し、かつ、第1窒化シリコン膜Z1の上からp−chトランジスタQpを覆うようにして、第2窒化シリコン膜(第2絶縁膜)Z2が形成されている。上記と同様に、この第2窒化シリコン膜Z2は単結晶シリコンに対して応力をもたらす応力膜である。即ち、本実施の形態2では、p−chトランジスタQpは、2層の応力膜としての窒化シリコン膜Z1,Z2に覆われている。特に、本実施の形態2においては、2層目の第2窒化シリコン膜Z2が有する応力は圧縮応力であるとする。   Further, a second silicon nitride film (second insulating film) Z2 is formed so as to be in contact with the first silicon nitride film Z1 and cover the p-ch transistor Qp from above the first silicon nitride film Z1. . Similarly to the above, the second silicon nitride film Z2 is a stress film that gives stress to the single crystal silicon. That is, in the second embodiment, the p-ch transistor Qp is covered with the silicon nitride films Z1 and Z2 as the two stress films. In particular, in the second embodiment, it is assumed that the stress of the second silicon nitride film Z2 of the second layer is a compressive stress.

ここでは、各トランジスタQn,Qpを覆う第1窒化シリコン膜Z1は、引張応力をもたらす応力膜である場合に関して効果の詳細を説明する。このとき、n−chトランジスタQnを覆う応力膜は第1窒化シリコン膜Z1だけであるから、この状態で、引張応力によってキャリア移動度が向上し、n−chトランジスタQnは高性能化される。   Here, the details of the effect will be described with respect to the case where the first silicon nitride film Z1 covering the transistors Qn and Qp is a stress film that brings about a tensile stress. At this time, since the stress film covering the n-ch transistor Qn is only the first silicon nitride film Z1, in this state, the carrier mobility is improved by the tensile stress, and the n-ch transistor Qn has high performance.

一方、p−chトランジスタQpは、引張応力をもたらす第1窒化シリコン膜Z1だけの効果を見れば、引張応力によりキャリア移動度が低下してしまう。このとき、本発明者が検討した、p−chトランジスタQp上の第1窒化シリコン膜Z1を除去し、異なる圧縮応力膜を形成するという手法では、上記と同様、トランジスタ自体にエッチングによるダメージを与えてしまう。これにより、例えばソース/ドレイン領域5pなどにおいてリーク電流を発生させるという別の課題を生じさせていた。   On the other hand, in the p-ch transistor Qp, if only the effect of the first silicon nitride film Z1 causing the tensile stress is seen, the carrier mobility is lowered by the tensile stress. At this time, the method of removing the first silicon nitride film Z1 on the p-ch transistor Qp and forming a different compressive stress film investigated by the present inventor causes damage to the transistor itself by etching, as described above. End up. This causes another problem of generating a leak current in the source / drain region 5p, for example.

これに対し、本実施の形態2では、p−chトランジスタQp上の第1窒化シリコン膜Z1は除去せずに残し、これに接するようにしてもう1層の応力膜、即ち圧縮応力をもたらす第2窒化シリコン膜Z2を形成している。これにより、p−chトランジスタQpのキャリア移動度を低下させる第1窒化シリコン膜Z1の引張応力を相殺することができる。更に、第2窒化シリコン膜Z2としてより強い圧縮応力をもたらす応力膜とすれば、p−chトランジスタQpにかかる応力を総じて圧縮応力とすることもでき、p−chトランジスタQpを高性能化させることができる。   On the other hand, in the second embodiment, the first silicon nitride film Z1 on the p-ch transistor Qp is left without being removed, and a second stress film, that is, a compressive stress is brought into contact therewith. A silicon dinitride film Z2 is formed. As a result, the tensile stress of the first silicon nitride film Z1 that reduces the carrier mobility of the p-ch transistor Qp can be offset. Furthermore, if the second silicon nitride film Z2 is a stress film that provides a stronger compressive stress, the stress applied to the p-ch transistor Qp can be made a compressive stress as a whole, and the performance of the p-ch transistor Qp can be improved. Can do.

次に、各トランジスタQn,Qpを覆う第1窒化シリコン膜Z1は、圧縮応力をもたらす応力膜である場合に関して効果の詳細を説明する。p−chトランジスタQpに関しては、第1窒化シリコン膜Z1に加え、2層目の応力膜として圧縮応力をもたらす第2窒化シリコン膜Z2が形成されるので、より強い圧縮応力を与えることができ、p−chトランジスタQpのキャリア移動度が向上し、高性能化される。   Next, the effect will be described in detail with respect to the case where the first silicon nitride film Z1 covering the transistors Qn and Qp is a stress film that causes compressive stress. Regarding the p-ch transistor Qp, in addition to the first silicon nitride film Z1, the second silicon nitride film Z2 that provides compressive stress is formed as the second-layer stress film, so that stronger compressive stress can be applied. The carrier mobility of the p-ch transistor Qp is improved and the performance is improved.

また、本実施の形態2では、第2窒化シリコン膜Z2の厚さは、第1窒化シリコン膜Z1の厚さよりも薄いものとする。これにより、上記実施の形態1で説明した効果と同様、n−chトランジスタQnにダメージを与えることなく、2層目の第2窒化シリコン膜Z2をエッチングすることが可能となる。その結果、半導体装置の信頼性を向上させることができる。更に、n−chトランジスタQn上の第2窒化シリコン膜Z2をエッチングする際のエッチストップ層を、第1窒化シリコン膜Z1との間に形成する必要が無く、各窒化シリコン膜Z1,Z2を接した構造とすることができる。その結果、第2窒化シリコン膜Z2の応力作用がエッチストップ層により緩和されずに、効果を発揮させることができる。   In the second embodiment, it is assumed that the thickness of the second silicon nitride film Z2 is thinner than the thickness of the first silicon nitride film Z1. As a result, similarly to the effect described in the first embodiment, the second silicon nitride film Z2 as the second layer can be etched without damaging the n-ch transistor Qn. As a result, the reliability of the semiconductor device can be improved. Further, there is no need to form an etch stop layer between the first silicon nitride film Z1 and the silicon nitride films Z1, Z2 in contact with each other, without etching the second silicon nitride film Z2 on the n-ch transistor Qn. The structure can be made. As a result, the stress action of the second silicon nitride film Z2 is not relaxed by the etch stop layer, and the effect can be exhibited.

以上のように、本実施の形態2に例示した手法によれば、nチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタに選択的に応力を作用させて高性能化する半導体装置において、信頼性を向上させることができる。   As described above, according to the technique exemplified in the second embodiment, reliability is improved in a semiconductor device in which stress is selectively applied to an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor to improve performance. Can be improved.

本実施の形態2で例示した構造の半導体装置は、第2窒化シリコン膜Z2を、圧縮応力をもたらす応力膜とし、かつ、p−chトランジスタQp上に残すようにパターニングするという変更点を適用すれば、上記実施の形態1で説明した構造の半導体装置と同様にして製造することができる。   The semiconductor device having the structure exemplified in the second embodiment is applied with a modification in which the second silicon nitride film Z2 is a stress film that causes compressive stress and is patterned so as to remain on the p-ch transistor Qp. For example, it can be manufactured in the same manner as the semiconductor device having the structure described in the first embodiment.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば、上記実施の形態1,2では、応力制御を施す2層の応力膜を窒化シリコン膜Z1,Z2としたが、これらが同種である必要は無く、所望の応力をもたらす応力膜であれば、適用して同様の効果が得られる。2層目の応力膜として1層目とは異種の応力膜を用いれば、2層目の応力膜をより精度良く選択的にエッチング除去できる。   For example, in the first and second embodiments, the two layers of stress films to be subjected to stress control are the silicon nitride films Z1 and Z2, but they do not have to be the same type, and any stress film that provides a desired stress can be used. The same effect can be obtained by applying. If a stress film different from the first layer is used as the second stress film, the second stress film can be selectively etched away with higher accuracy.

また、上記実施の形態1,2では、応力を作用させる対象の素子としてMIS型の電界効果トランジスタとしたが、キャリア移動度を向上させることで半導体装置の高性能化を実現できる素子であれば、適用して同様の効果が得られる。   In the first and second embodiments, the MIS type field effect transistor is used as the element to which the stress is applied. However, as long as the element can improve the performance of the semiconductor device by improving the carrier mobility. The same effect can be obtained by applying.

本発明は、例えばパーソナルコンピュータやモバイル機器等において、情報処理を行うために必要な半導体産業に適用することができる。   The present invention can be applied to the semiconductor industry required for information processing, for example, in personal computers and mobile devices.

本発明の一実施の形態である半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中における要部断面図である。It is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 図2に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 3 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 2; 図3に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 3; 図4に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 4; 図5に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 5; 図6に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIG. 6; 本発明の他の実施の形態である半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device which is other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
2 p型ウェル領域
3 n型ウェル領域
4 分離部
5n,5p ソース/ドレイン領域
6 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
8n,8p エクステンション領域
9 サイドウォールスペーサ
10 導電性プラグ
11 シリサイド層
12,13 層間絶縁膜
14 配線層
15 フォトレジスト膜
16 コンタクトホール
Qn n−chトランジスタ(nチャネル型電界効果トランジスタ)
Qp p−chトランジスタ(pチャネル型電界効果トランジスタ)
Z1 第1窒化シリコン膜(第1絶縁膜)
Z2 第2窒化シリコン膜(第2絶縁膜)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 P-type well area | region 3 N-type well area | region 4 Separation part 5n, 5p Source / drain area | region 6 Gate insulating film 7 Gate electrode 8n, 8p Extension area | region 9 Side wall spacer 10 Conductive plug 11 Silicide layer 12, 13 interlayer Insulating film 14 Wiring layer 15 Photoresist film 16 Contact hole Qn n-ch transistor (n-channel field effect transistor)
Qp p-ch transistor (p-channel field effect transistor)
Z1 first silicon nitride film (first insulating film)
Z2 Second silicon nitride film (second insulating film)

Claims (5)

半導体基板に形成されたnチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタを有する半導体装置であって、
(a)前記nチャネル型電界効果トランジスタおよび前記pチャネル型電界効果トランジスタを覆うようにして形成された、前記半導体基板に対して引張または圧縮応力をもたらす第1絶縁膜と、
(b)前記第1絶縁膜に接し、かつ、前記第1絶縁膜の上から前記nチャネル型電界効果トランジスタを覆うようにして形成された、前記半導体基板に対して引張応力をもたらす第2絶縁膜とを有し、
前記第1絶縁膜の厚さよりも、前記第2絶縁膜の厚さの方が薄く、
前記第1絶縁膜、前記第2絶縁膜またはその両方は窒素を含む絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor formed on a semiconductor substrate,
(A) a first insulating film which is formed so as to cover the n-channel field effect transistor and the p-channel field effect transistor and which brings tensile or compressive stress on the semiconductor substrate;
(B) Second insulation that is in contact with the first insulating film and that covers the n-channel field effect transistor from above the first insulating film and that causes tensile stress to the semiconductor substrate. And having a membrane
The thickness of the second insulating film is thinner than the thickness of the first insulating film,
The semiconductor device, wherein the first insulating film, the second insulating film, or both are insulating films containing nitrogen.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第1絶縁膜のうち、前記pチャネル型電界効果トランジスタを覆う部分にはゲルマニウムが含まれていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A portion of the first insulating film covering the p-channel field effect transistor contains germanium.
半導体基板に形成されたnチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタを有する半導体装置であって、
(a)前記nチャネル型電界効果トランジスタおよび前記pチャネル型電界効果トランジスタを覆うようにして形成された、前記半導体基板に対して引張または圧縮応力をもたらす第1絶縁膜と、
(b)前記第1絶縁膜に接し、かつ、前記第1絶縁膜の上から前記pチャネル型電界効果トランジスタを覆うようにして形成された、前記半導体基板に対して圧縮応力をもたらす第2絶縁膜とを有し、
前記第1絶縁膜の厚さよりも、前記第2絶縁膜の厚さの方が薄く、
前記第1絶縁膜、前記第2絶縁膜またはその両方は窒素を含む絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor formed on a semiconductor substrate,
(A) a first insulating film which is formed so as to cover the n-channel field effect transistor and the p-channel field effect transistor and which brings tensile or compressive stress to the semiconductor substrate;
(B) Second insulation that is in contact with the first insulating film and that covers the p-channel field effect transistor from above the first insulating film and that causes compressive stress to the semiconductor substrate. And having a membrane
The thickness of the second insulating film is thinner than the thickness of the first insulating film,
The semiconductor device, wherein the first insulating film, the second insulating film, or both are insulating films containing nitrogen.
(a)半導体基板の主面上にnチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタを形成する工程と、
(b)前記nチャネル型電界効果トランジスタおよび前記pチャネル型電界効果トランジスタを覆うようにして、前記半導体基板に対して引張または圧縮応力をもたらす第1絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記第1絶縁膜を覆うように、かつ、前記第1絶縁膜の厚さよりも薄くなるようにして、前記半導体基板に対して引張または圧縮応力をもたらす第2絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記第2絶縁膜が、前記nチャネル型電界効果トランジスタ、または、前記pチャネル型電界効果トランジスタのいずれか一方の上に残るように、その他の部分の前記第2絶縁膜を選択的に除去する工程とを有し、
前記第1絶縁膜、前記第2絶縁膜またはその両方は窒素を含む絶縁膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) forming an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) forming a first insulating film that covers the n-channel field effect transistor and the p-channel field effect transistor so as to provide a tensile or compressive stress to the semiconductor substrate;
(C) A step of forming a second insulating film that covers the first insulating film and that is thinner than the first insulating film and that causes tensile or compressive stress on the semiconductor substrate. When,
(D) Select the other portion of the second insulating film so that the second insulating film remains on either the n-channel field effect transistor or the p-channel field effect transistor. And removing the
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first insulating film, the second insulating film, or both are insulating films containing nitrogen.
請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程で形成する前記第2絶縁膜は、前記半導体基板に対して引張応力をもたらすものであり、
前記(d)工程は、前記第2絶縁膜が前記nチャネル型電界効果トランジスタ上に残るように、その他の部分の前記第2絶縁膜を選択的に除去する工程であり、
前記第1絶縁膜のうち、前記pチャネル型電界効果トランジスタを覆う部分に、ゲルマニウムを注入する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
The second insulating film formed in the step (c) brings about a tensile stress on the semiconductor substrate,
The step (d) is a step of selectively removing the other portion of the second insulating film so that the second insulating film remains on the n-channel field effect transistor.
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of implanting germanium into a portion of the first insulating film covering the p-channel field effect transistor.
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